【導讀】預計到2020年，5G應用支持的頻段數量將實現翻番，新增50個以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G網絡合計支持的頻段將達到91個以上，這將推動射頻（RF）濾波器產業大爆發。麥姆斯咨詢近日探訪了蘇州捷研芯位于東景工業坊的國內首條SAW濾波器封裝代工產線，并對捷研芯副總經理王建國進行了簡短訪談。
無線通信頻段增加帶動濾波器市場快速增長，考慮物聯網接入、其他新的近場連接方式，濾波器需求還將增大。濾波器在射頻前端芯片中的應用范圍十分廣泛，雙工器（Duplexer）和多工器（Multiplexer）內部的核心器件也是聲表面波濾波器（SAW）和體聲波濾波器（BAW），隨著移動通信模式和頻段的增加，數量增長最快的射頻前端器件便是濾波器。據麥姆斯咨詢報道，濾波器已成為射頻前端市場中最大的業務板塊，2016~2022年期間其復合年增長率將達21%，市場規模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美元。
2016~2022年手機射頻前端模塊和組件市場
數據來源：《手機射頻前端模塊和組件-2017版》
市場格局：RF濾波器市場被日本和歐美壟斷，高端國產化率幾近為零，低端只占全球供應量的1%到3%！
從全球范圍來看，SAW濾波器的主要供應商包括TDK-EPCOS、Murata（村田）和太陽誘電，三者合計占據了全球82%的市場份額。BAW濾波器的主要供應商包括Avago及Qorvo（Triquint），兩者占據了全球95%以上的市場份額。
產業現狀：國外技術壟斷，國內剛剛起步
美國廠商Avago、Qorvo、Skyworks和日本廠商TDK、村田、太陽誘電為主要廠商。其中美國廠商多具備提供前端模塊解決方案和提供BAW濾波器的能力，日本廠商以SAW濾波器為主，日本富士通、三洋電器、豐田等少數幾家掌握壓電基片生產技術的制造商壟斷了世界SAW濾波器市場。2020年國內濾波器市場有望超200億元，但目前相關廠商有所缺失，具備技術的主要是科研院所和目前一些供貨量尚不大的IDM廠商，國內幾家A股上市公司和大型設計企業，尤其是在PA領域取得突破的設計公司正在積極布局濾波器領域。
SAW濾波器的微型化、高可靠、低成本和集成化是大勢所趨，對SAW濾波器而言，芯片設計和流片相對簡單，設計和流片費用相比傳統的IC芯片要便宜得的多，但是需要一個長期的積累過程。由于其空腔結構形成于封裝階段，濾波器的性能和可靠性更多的依賴于封裝技術。
封裝技術趨勢：小型片式化發展（CSP）
SAW器件封裝要求：（1）器件有源表面必須有一定空間；（2）襯底和封裝材料必須有良好的熱匹配；（3）防止濕氣浸人和微粒沾污。先后經歷過氣密金屬封裝、塑料封裝、陶瓷封裝、陶瓷倒裝焊、芯片尺寸級聲表封裝CSSP等幾個階段，針對不同的客戶需求和應用場景這些封裝方案依然共存，但是器件的小型化是大勢所趨。
SAW封裝方法進化圖
為使SAW小型化發展通常采取三種措施：
1）優化設計器件用芯片，設法使其做得更小；
2）改進器件的封裝形式，現在已經由傳統的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或LCCC（無引線陶瓷芯片載體）表面貼裝的形式，采用體積更小的CSP封裝形式，目前封裝尺寸已做到1.1mm x 0.9mm；
3）將不同功能的SAW濾波器封裝在一起，構成組合型器件以減小占用PCB的面積。
小型片式化發展
捷研芯小型化RF濾波器封裝技術：金球倒裝真空覆膜成腔技術
金球倒裝技術在高端器件上的應用比較多，尤其在日本應用非常廣泛，蘇州捷研芯納米科技有限公司（以下簡稱捷研芯）經過兩年多的技術研發、積累和布局，于2018年5月建成了我國第一條專業的金球倒裝RF濾波器代工線，率先推出批量代工業務！
芯片倒裝互連技術是在芯片焊盤上作凸點，然后將芯片倒扣于基板進行凸點與基板間的連接，凸點連接比引線鍵合連線短，傳輸速度高，其可靠性提高30～50倍，當前的回流焊倒裝可靠性比較高，而且凸點數量多，采用Sn/Pb焊料，對環境及人體的保護極為不利，且回流焊凸點通過刻蝕形成，工藝復雜，成本高，回流焊凸點的電阻率達22μΩ/cm。
另外，因為很多芯片本身具有特殊的結構和感應材料，限制了很多芯片采用這種互聯方式，比如MEMS傳感器、生物檢測芯片、有機材料感光光學類、通訊類、醫療類等。而金凸點比回流焊凸點的導電、導熱性能比回流倒裝高10倍，金為較軟金屬，當前業界已開始采用熱壓超聲倒裝鍵合完成金凸點互連，應用于I/O數量較少的芯片封裝，其金球倒裝工藝簡單、成本低、綠色環保，已顯示出獨特的技術優勢和前景。
金球倒裝技術的應用領域
以SAW濾波器為例，金球倒裝真空覆膜成腔技術具有低成本、高性能、微型化和高效率特點，約70%的SAW產品采用金球倒裝技術。
工藝流程
芯片邊緣留給封裝的空間只有200μm，UBM直徑90μm，芯片厚度150~200μm，整體封裝厚度<550μm。由于是非氣密封裝芯片上需鍍有一層薄的無機鈍化層，以防止鋁結構發生腐蝕。
麥姆斯咨詢近日探訪了蘇州捷研芯位于東景工業坊的國內首條SAW濾波器封裝代工產線，并對捷研芯副總經理王建國進行了簡短訪談：
麥姆斯咨詢：王總，您好！請簡單介紹一下目前捷研芯在SAW濾波器封裝方面的技術成熟度和主要業務進展。
王建國：目前捷研芯已服務業內客戶近10家，封裝的工藝技術不僅經過了樣品的檢驗，且完成了多批小量產，主要工藝過程能力CPK均大于1.33；按JEDEC可靠性實驗標準進行了濕氣敏感性測試、高低溫沖擊、雙85老化實驗、高溫保存壽命實驗等，實驗結果優異，滿足可靠性要求。另外，捷研芯在封裝成本降低方面也做了諸多的研發和驗證。
CSP小型化SAW產品示例
封裝過程數據分析
可靠性實驗
麥姆斯咨詢：捷研芯目前的產能狀況及未來的產能計劃是怎樣的？除了SAW濾波器封裝線以外，捷研芯3000余平的東景工業坊工廠還主要做哪些封裝代工業務？
王建國：基于目前的市場情況，捷研芯首條SAW濾波器代工線產能是5KK/月，打樣產能充足。我們已經在做規模化的產能擴充計劃，根據市場需求，將隨時啟動擴產。
捷研芯MEMS和傳感器封裝能力
- OEM+ODM方案開發滿足新型MEMS傳感器的多樣化的封裝要求；
- 擁有BT基板封裝、帶腔體封裝、高壓塑封、低應力封裝、陶瓷封裝、3D微組裝、金球倒裝互聯等封裝技術；
- RF聲表濾波器、硅麥克風、MEMS噴墨頭、氣體類傳感器、壓力、磁傳感器和紅外光源已批量生產。
捷研芯系統集成微模塊封裝能力
- SMT+WB+Flip chip+Molding工藝和微組裝工藝綜合應用；
- 可集成包括MEMS、AISC、IC和無源器件等的高密度工業級塑封器件；
- 集成MEMS傳感器、集成電源模塊、低功耗控制模塊、RF射頻前端已具批量生產能力。
麥姆斯咨詢：相比國內大型的OSAT封測代工廠，貴司服務模式有什么差異化優勢？
王建國：捷研芯始終專注于MEMS傳感器和系統集成微模塊的封裝、系統集成、邊緣計算和組網技術，OEM+ODM相結合，在人工智能結合物聯網（AIoT）的大背景下，以“微納傳感器”為核，“異質異構封裝”為殼，“軟件算法”為智，不僅滿足客戶的封裝需求，而且拓展并陸續推出了模塊化、系統化和智能化的系列服務和產品方案。
作者： 麥姆斯咨詢殷飛
