在上一期的文章中，筆者針對行動電話的零組件與基本運作模式做了一番介紹，並且對於通訊領域非常重要的功率放大器元件，在其材料、製程等方面也做了詳細的整理，這一期將延續介紹其他重要的射頻元件及整合趨勢。

表面聲波濾波器作用

高頻濾波器是重要通訊用零組件之一，其中以SAW濾波器為主要零組件。表面聲波元件(SAW Filter)包括SAW濾波器、SAW共振器(Resonator)、SAW雙工器(Duplexer)，SAW濾波器與其他濾波器功用相同，都是過濾雜訊只讓特定頻率訊號通過的零組件。基本上表面聲波濾波器是一個帶通濾波器(Band Pass Filter;BPF)，其原理是運用在基板表面壓電振動方式傳送電磁波，如同地震時在地表傳送波形。

SAW基板的表面非常薄，因此可以產生高頻，而SAW濾波器的功能就是只讓特定頻率(波長)範圍的訊號通過，並過濾掉頻率範圍之外的聲波雜訊，以確保行動通訊作業的穩定性。因SAW濾波器的高頻性能優異、尺寸較小、價格合理、高衰減量、低插入損失率及高耐電性，如此性能及價格上的相對優勢，在講求輕薄短小的行動通訊產品上備受採用，其中在手機的RF及IF單元普遍被應用。

其中插入損失率是用以量化評估一個RF訊號通過系統時的吸收率。當訊號通過系統中的零組件時，訊號的部份會被吸收或反射，無論哪種情形發生其結果都是相同的－就是輸出訊號不如輸入訊號。當一個訊號被反射時，因為部份訊號被反射離開零組件，只有部份訊號能夠通過零組件。插入損失衡量包括被吸收或反射能量，就定義上來說，插入損失以輸出能量的水平除以輸入能量的水平。若一個零組件沒有產生插入損失，則其插入損失值為1.0。插入損失值僅應用在被動元件上，因為只有被動元件會減低功率訊號。亦可用dB值來計算插入損失，亦即將輸入功率dBm減去輸出插入損失功率dBm。若輸入功率40瓦(相當於16 dBm)，減去輸出功率8瓦(相對dBm值8)，則插入損失為7dB。

各類高頻濾波器

SAW的製程可以和砷化鎵的製程共用，分擔設備成本。且SAW製程的Cycle-time很短，不像HBT那麼久，從試產到量產大概只要2~3個月。目前除了SAW濾波器之外，還有非常多種的高頻濾波器，且具有不同的特色，運用地方也不同，以下是各高頻濾波器的分析：

1.陶瓷濾波器：

陶瓷濾波器在高頻濾波器的市場佔有率僅次於SAW濾波器，於手機及無線電話、呼叫器等產品上廣泛被採用。在手機上一般是做為IF單元的第二濾波器，用以提供基頻IC優質的聲音訊號。

2.石英濾波器：

石英濾波器所能對應的頻率範圍，比SAW濾波器低得多，因二氧化矽基板所能產生的頻率較低，加上通過帶域的幅度較小，限制石英濾波器在手機的應用範圍。因此在手機市場的成長性不是很大，但石英濾波器在數位相機、及可攜式資訊終端產品的需求亦不容忽視。手機的IF用濾波器，已從高價的石英濾波器(Monolithic Crystal Filter;MCF)轉到較易量產、價格便宜的表面聲波濾波器。目前亦有日本廠商積極開發在溫度特性與小型化的特性上，更為優異的高頻基本波石英濾波器(High Frequency Fundamental MCF)，將來至少在簡易式行動電話(PHS)產品，對表面聲波濾波器目前的領導地位帶來挑戰。

IF單元所用到SAW濾波器，可能會被性能更優異的高頻石英濾波器所替代，或是朝免IF用濾波器的設計發展。而RF單元方面，亦有廠商試圖以更低廉的其他種類低通濾波器，替代其中一顆SAW濾波器。

3.介質(誘電體)濾波器：

因其耐電力特性，在PHS、PDC、DECT等規格產品外，亦開發W-CDMA用的介質濾波器、3.4 GHz以上無線區域網路(WLL)、2.4 GHz藍芽(Bluetooth)。介質(誘電體)濾波器的用途不限於手機，無線通訊產品是擴大介質濾波器的一大動力。介質(誘電體)濾波器因體積小型化進展緩慢，市場成長不如SAW濾波器，因體積不易縮小。未來將轉朝衛星定位系統等對體積大小要求較低的通訊產品市場發展。

在小型化的發展上，已有廠商開發出積層介質濾波器，面積僅為2.5mm×2.0mm，在業界中屬於極小型化的產品。材料技術與新積層結構是達到小型化與高性能兼顧的原因。

4.晶片型積層LC濾波器：

晶片型積層LC濾波器採用低溫陶瓷共燒(Low Temperature Cofired Ceramic)技術，在生胚薄片與低溫共燒陶瓷薄片上，以厚膜印刷方式將電容及電感等元件共同燒結成一多層晶片型濾波器。晶片型LC濾波器具有小型、輕量、低厚度的特色，也適合大量生產，價格下降有空間。目前用於手機等產品的帶通濾波器上及次世代CDMA手機的第二IF濾波器。(表一)是各類濾波器特色上的比較表。

《表一　各類濾波器特色的比較》

表面聲波濾波器設計趨勢

表面聲波濾波器依用途可分為RF用、IF用二大類。其中，RF用又分為收訊(Rx)與送訊(Tx)用，每台手機所用的SAW濾波器顆數約3～6顆(平均約4顆出頭)，其中在多頻、多模以及CDMA型手機的需求顆數，比傳統單頻、GSM型手機來得多。手機之外，基地台、無線電話、呼叫器、衛星訊號接收器、電視、錄放影機等家電產品，也會用到SAW濾波器。

單頻手機在射頻(RF)部份依設計的不同，需要2～3顆SAW濾波器、中頻(IF)需要1顆SAW濾波器，合計約用到3～4個表面聲波濾波器，雙頻或雙模手機目前則需要5顆以上SAW濾波器，原因是雙頻或雙模手機的RF單元，依頻率或模式種類分成兩部份，因此RF單元需要雙倍的SAW濾波器，3頻手機則需要單頻機種的3倍之多。至於CDMA手機因零組件簡化進展稍慢，目前亦需要5顆以上SAW濾波器。為因應多頻／多模的趨勢，廠商將多顆不同頻率範圍表面聲波濾波器封裝在一起以降低所佔體積、製程複雜度及封裝成本。

未來在IMT-2000(International Mobile Telecommunications 2000)等高頻化(2GHz)的高速通訊環境下，表面聲波濾波器生產技術也必須做相對應的提高；未來需採用0.35微米以下製程，方能達到市場的需要，小型化(RF用目前最小為2.5mm×2.0mm×1.0mm)及高耐電化是重要的課題。

行動電話內部整合趨勢

行動電話之輕薄短小仍是發展的趨勢，整合型被動元件、複合元件、單晶片通訊模組等概念，已在市場成為新的發展方向。為達到壓縮零組件所佔空間、避免電磁波干擾(EMI)問題及PA會因為高頻產生高溫(可利用以下整合性被動零組件技術，即將IC與幾個被動元件封裝一起)，唯有選擇正確的電路構裝方式或具有模組化技術，才能達到模組小型化的目標。由於行動電話重量及厚度的下降，相關的零組件無論在重量、體積、性能都要做相當的提升，未來行動電話用的印刷電路板仍朝更輕、更小的高密度方向發展，且每台手機上將來用到的IC數目會比現在少很多。

目前已有廠商研發積層式樹脂材料基板，兼具降低產品成本與小型化的特色。以樹脂加上介質及磁性物質混合成基板材料，與多層陶瓷基板堆疊元件技術相比，在材料方面成本似乎較為低廉，良率也較高。若採用樹脂方式時，可以將不同介電率的樹脂堆疊在一起，此應用性更為廣泛。

在整合性模組技術方面，目前有幾種作法，包括目前一般的印刷電路板、增層式印刷電路板以及模組(Module)基板等方式。現在模組(Module)基板常使用有三種材質：陶瓷、LTCC(低溫共燒)、Laminate(塑膠薄板)。其整合性模組技術的發展來看，目前以低溫共燒陶瓷技術(Low Temperature Cofired Ceramics;LTCC)、整合性被動零組件技術(Integrated Passive Component;IPC)及增層式印刷電路板的薄膜技術(Thin Film)等方式。

1.低溫共燒陶瓷技術(LTCC)：

LTCC是以類似印刷塗佈的方式，將零組件埋入堆疊層中，並在攝氏約900度的環境中燒結，整合成功能性模組的厚膜技術；由於具3度空間的發展優勢，所以在價格及小型化上具有競爭優勢。但因3度空間在燒結時收縮的程度不一，加上仍以堆疊的方式製成，因此易使電器特性變數增加，相對使技術門檻提高；加上其須配合下游業者的共同設計導入，針對不同的模組將有不同的參數設定，因此業者欲發展LTCC技術，須建立龐大的資料庫提供Know How，良率才得以監控及提升，因此須長期經驗的累積才行。以目前的發展情形來看，LTCC基板是各種基板中最能達到小型化目標者，可望帶動晶片型積層LC濾波器的市場需求。

2.整合性被動零組件(IPC)：

而在IPC部份，其原理是在玻璃、陶瓷或塑膠等基板的材質上整合三大被動元件，在搭配晶圓的設計而發展出來的模組，由於不做多層次的發展，因此複雜度較低，所以僅能做為小型及功能簡單化的積體模組，雖然整合程度不如薄膜或LTCC高，卻仍有一定的市場存在。

為了避免電磁波干擾(EMI)問題，採用電磁干擾對策零件如電磁波吸收片、Ferrite Sheet或EMI過濾器(EMI Filter)等產品的重要性，隨著行動電話的高密度、高性能化而彰顯，在容積100c.c.以下的空間中，數位電路放射出的電磁波，會降低高頻通信功能的感應度，未來在可傳收動畫的W-CDMA等新型行動電話上，此一情況更容易發生。電磁波吸收片的基本要求是對1GHz的電磁波，有良好的吸收率，當然厚度也是儘量越薄越好。EMI過濾器則是採預防的途徑，防止電磁雜訊的發生。目前在行動電話上的應用還不普遍，主要原因是成本較高。

基於成本此技術可解決EMI及PA產生高溫的問題，可將RF單元模組化，將線圈、電阻、電容、電感等所有構成RF電路的被動元件，全數構裝在多層陶瓷基板或樹脂(有機高分子材料)整合在基板之內，其中IC、SAW Filter及不能放入基板中的大容量電容等，則構裝在基板的表面，形成單一晶片的RF模組。採用此種方法的RF模組，因為會受到電磁雜訊影響的零件都在基板中，將可徹底EMI問題。此種將被動元件層積而讓電路密度提升的技術，又稱為「多層陶瓷基板堆疊元件技術」。

PA會因為高頻而產生高溫，所以PA封裝材料，目前以單層陶瓷及塑膠材料為主，由於小型化及散熱的考量，未來陶瓷封裝材料將成主流。而以往在行動電話PA部份都是用Discrete(分離式元件)方式，但很難調(Tune)，尤其在高頻時會有組裝問題，所以利用模組(Module)的好處在IC公司已經為下游系統客戶解決了部份的相容問題，且模組(Module)會讓產品尺寸小，設計時間短，也省成本，但目前手機上仍僅有7成左右用模組(Module)，其它仍有很多是用Discrete方式。PA Module組裝的關鍵技術在於PA Module沒有標準，必須配合IC公司的設計，形狀包裝多樣，甚至測試程式也非常不同。

3.薄膜技術(Thin Film)：

以增層式製造的印刷電路板，大致可分成採薄膜技術的薄膜型增層板，以及採厚膜技術全層導通型的增層板。全層導通型的增層板技術具有易於量產、易設計、良率高的優點。採用薄膜技術的增層式電路板其電路線寬／線距皆優於全層導通型的增層板技術的增層式電路板。

薄膜技術不同於印刷堆疊方式，是以真空濺鍍、電漿技術或蝕刻的方式製成，因此在成本上相對也較昂貴；未來在功能類似的產品價格上，薄膜與LTCC誰佔優勢，應還是個未定數。目前薄膜型基板定位在高附加價值產品，主要用於高性能電腦主機及部份產業機器，但全層導通型增層式基板可用在行動電話、錄放影機、PC、電視機等可大量生產的產品。廠商已將目光投注在功能要求更高的W-CDMA型行動電話，由於電路複雜度更高，需要更高密度的印刷電路板技術，可能會扭轉目前全層導通型增層板市場的情勢。

通訊元件之整合

最後將通訊元件做整合的工作，射頻及中頻部分是行動電話的被動元件與分離元件最多的地方，是成本最低但數目最眾多的一群；而數位IC大部分為基頻使用的ASIC，則是晶片整合做得最徹底、單價也最高的部分。雖然顧到了體積縮小目的，但一不小心就會提高零組件成本。於是在射頻部分還有許多研發與進步的空間，無論是IBM以SiGe取代矽的BiCMOS製程、SOI(Silicon on Insulator)或晶片的整合、製程的進步等，都是希望提供更微小又價廉的射頻模組的機會。

其中基頻部分可望將數位和類比各整合成一顆，分別COMS和BiCOMS使用和製程；RF/IF部分原則上是用晶片的材質來區分，前端(Front end)部分和功率放大器可望以砷化鎵(GaAs)的技術整合成一顆；其他如電流控制震盪器(VOC)、濾波器、合成器等，則可能以BiCOMS製程整合。COMS的技術以可以解決高頻線路干擾的問題，加上成本較低與技術領先的優勢，CMOS可望取代RF模組與基頻中的BiCMOS製程，同時將RF模組前端之外的部分和基頻部分，各整合成一顆晶片。

將RF前端整合成一片CMOS晶片，一方面降低成本，另一方面也可以將體積大幅縮小。RF前端主要元件包括4部分，即RF Selection Filter、低雜訊放大器(LNA)、Image Rejection Filter和混頻器(Mixer)。除了RF Selection Filter以外，此研究將後三者整合在一片COMS晶片中，體積較原本LNA還要小。將來手機天線收到的RF訊號，將可直接轉成基頻(Baseband)訊號，此一跳過中頻作業的技術是為直接轉換(Direct Converting)技術。故若此技術漸趨實用化以後，中頻用的濾波器有可能就不需要了。 @大標:結語及未來產望發展

未來將行動電話內部結構整合在一起，其整合的趨勢不但能降低零組件的製造成本、縮小產品尺寸，同時零組件的簡單化，可使得製造過程大幅度的簡化。此時將零散的被動元件整合入晶片之後，系統測試與偵測的工作也將單純許多，整合系統的可靠度也相對的增加。

因應未來第三代無線通訊發展及可攜式電子產品小型化的需求，朝向更輕、更容易攜帶、低耗電、長時間通話等基本功能再提升，必要時再增加上網擷取資料、電子郵件，甚至彩色動畫呈現需高畫質、降低面板重量，以及降低生產成本等幾個項目的功能。