室温键合新突破!SiC基铌酸锂薄膜助力SAW迈入高频时代(键合温度)

室温键合新突破!SiC基铌酸锂薄膜助力SAW迈入高频时代(键合温度)

(来源:爱集微)

在5G通信向毫米波频段演进及各领域雷达性能升级的背景下,高频滤波器正面临前所未有的技术挑战。传统声表面波(SAW)器件凭借制造工艺简单,性能稳定,体积小巧,成本低廉等优势,长期以来一直是射频滤波领域的主流方案,然而受限于衬底材料的物理性能,使SAW仅应用在3GHz以下低频段工作,而体声波(BAW)技术虽能支持更高频率,却始终被高成本、高温稳定性差等问题所困扰。针对这一产业痛点,青禾晶元通过自主创新的室温键合技术,成功开发出碳化硅(SiC)基铌酸锂(LiNbO₃)薄膜衬底,为SAW器件在高频滤波领域带来突破性进展。

高频性能的显著提升

基于SiC上LiNbO₃薄膜在5GHz下谐振器测试,Qmax可达到710,K²可达到大于20%,谐振器器件的卓越性能为高频滤波领域的应用提供了坚实基础。

SiC/LiNbO₃与BAW滤波器参数对比

SiC/LiNbO3在5G频段应用性能曲线图

异质材料集成的关键技术突破

超高真空常温键合原理

青禾晶元通过自主开发的表面活化键合(SAB)技术,成功解决碳化硅(SiC)与铌酸锂(LiNbO₃)异质集成的核心难题,主要技术突破包括:

原子级界面控制技术

采用自研等离子体活化处理工艺,保证处理后键合界面粗糙度<0.5nm(原子级平整度),在常温下实现共价键连接。

降低热失配的精准调控技术

通过离子源均匀活化控制,实现常温下高强度键合,避免SiC(4.0×10⁻⁶/K)与LiNbO₃(15×10⁻⁶/K)的热膨胀系数差异带来热失配问题。

高强度的键合能,保证键合界面无分层开裂现象。

高精度对准键合技术

晶圆级键合边缘对准精度达±50 μm,mark图形对准精度达±1um。

压力均匀性控制在±3%以内,确保整个界面结合强度>10 MPa。

射频性能优化技术

复合衬底在5GHz频段器件实测Qmax值可达700+。

机电耦合系数(K²)>20%a。

规模化生产与产业化验证

目前该技术已实现6英寸SiC/LiNbO₃晶圆的规模化制备,量产批次良率稳定在95%以上。针对5G N77 N78频段已经存在多种薄膜方案,随着SiC技术的逐步成熟,不再受制于成本限制,SiC上LiNbO₃薄膜复合衬底材料未来有望在5G系统实现量产应用。

技术价值与产业影响

这项突破不仅解决了高频滤波器的核心性能瓶颈,更展现出显著的经济效益:相较传统BAW滤波器,生产成本降低30%以上,同时工作温度范围拓宽50%。随着5G-Advanced和卫星『互联网』的发展,该技术有望在毫米波通信、智能驾驶雷达等领域创造更大价值。

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