“没有滤波器的智能手机就会丧失通讯功能，变成一块砖头。”简单的一句话，滤波器的重要性可见一斑。然而就是这么一个单个芯片不到1平方毫米的小东西，全国每年200亿颗的需求，90%以上却要从国外进口，特别是高端的高频滤波器芯片完全依赖进口，极易受制于人。

然而，这一局面正在发生转变。河南科之诚第三代半导体碳基芯片有限公司已经在高频滤波器的研发上取得了突破性进展，预计将在新乡进行量产。


中科院博士成功研发滤波器芯片

作为创新与竞争不断升级的产业，智能手机集合了通信、芯片、先进制造、信息技术、数据安全、人工智能等多项高科技领域的核心技术。一部5G手机，在通信、WiFi、蓝牙频段要用到几十个滤波器芯片，而这些芯片大部分需要从国外进口。

当前，在外部压力不断加大背景下，芯片作为手机科技的制高点，小米、华为、vivo、OPPO等手机制造企业纷纷投入重金布局，以实现产业链的自主可控。

基于此，曾在多家知名企业及机构工作过并有着丰富研发经验的谢波玮博士，2017年创办科之诚，并带领研发团队通过多年的研究，提出了全新的金刚石基+氮化铝材料体系及螺旋型IDT滤波器架构。近日，由该公司研发的金刚石基2Ghz-10GHz高频射频滤波器，已经完成核心技术攻关，预计量产后将推动滤波器芯片价格大幅下降。

“2022年全年，中国国内市场手机总体出货量累计2.72亿部。其中，5G手机出货量2.14亿部。因此，滤波器芯片有着庞大的市场空间。”谢波玮说。


国产高频滤波器从无到有

滤波器的作用可以比喻为在嘈杂的菜市场内过滤掉其他杂音，只听到我们想听到的声音。在现实生活中，我们周围的电磁波充斥着各种不同频段，而滤波器则相当于对频段进行选择。在通讯领域，滤波器是射频前端的核心部件之一，它可以帮助我们建立稳定的通讯，使我们在不同的通讯应用中保持畅通。

在过去的几年中，由于材料和专利的限制，我国在滤波器领域的发展受到了很大的制约。一方面，国内无法大规模生产制造滤波器芯片的材料——高品质电子级铌酸锂、钽酸锂单晶；另一方面，国外长期的发展已经形成了明确的专利壁垒。然而，谢博士和他的团队通过与中国科学院电工研究所联合攻关，最终推出了高频金刚石基射频滤波器产品，打破了国外在高频滤波器领域的垄断。

河南科之诚之所以选择在新乡进行转化，是因为新乡拥有得天独厚的产业基础和政策支持力度。河南省作为全国超硬材料产量最大的省份，占全球的70%以上，已经在全国和全球创下了多项“第一”，形成了以超硬材料及制品为核心、原辅材料和专用设备仪器为基础、公共技术服务体系为支撑的全产业链格局。

谢波玮介绍，河南是超硬材料大省，金刚石产量占到全球90%以上。近年来，河南省不断推进金刚石应用领域创新。由科之诚研发的滤波器芯片从中科院到河南落地，为金刚石产业在声光电领域的应用探索出一个重要方向，将有力推动河南超硬材料产业高质量发展。此外，近年来河南省不断推进金刚石应用领域创新，为科之诚在该地区设立公司提供了强有力的支持。

这项技术的突破对我国的通讯行业将产生深远的影响。首先，国产高频滤波器的量产将大大降低我国对进口滤波器的依赖程度，提高我国的科技独立性。其次，高频滤波器的国产化将有望推动滤波器芯片价格大幅下降，提高我国科技产品的竞争力。


低成本促成滤波器产业化

按技术路线划分，目前市场上主流的滤波器有两种：声表面波滤波器、体声波滤波器。

在2Ghz以下的低频滤波器中，由于成本适中，性能较好，声表面波滤波器应用广泛，占据着最大的市场份额。但如果超过了2Ghz，就必须采用体声波滤波器的技术，其各项性能指标更加优异，但也因制作工艺复杂，成本水涨船高，单个体声波滤波器芯片的平均成本在10元左右，部分产品的市场价格在20元以上。

一项技术成果适不适合产业化，能否被市场接受，关键就在于成本。“我们这项技术创新最大的亮点，不仅在于打破国外高频滤波器的技术垄断，更难得的是通过材料创新，实现了以更低成本的声表面波工艺，生产过去只有体声波滤波器才能达到的高频性能，可谓是物美价廉。”谢波玮说。

事实上，用金刚石晶片制造滤波器芯片早有前人尝试，虽然产品性能非常好，但单颗芯片成本将会在1000元往上，成本太高，此前只在军工等特殊产业上有所应用。既然完全用金刚石造芯片难以被市场接受，只用一部分行不行？科之诚的思路是，不完全采用金刚石作为基础材料，而是依然以硅基晶圆片为支撑层，将金刚石以薄膜的形式生长在上面，作为功能层再进行电路设计。

在实际攻关中，该公司突破了“大面积、高平整度金刚石薄膜沉积”“氮化铝多元素共掺杂、高平整度C轴择优取向薄膜”等技术难点，最终将设想变为了现实。由于新技术使用的金刚石薄膜只有10微米，用料足够少。一块芯片的金刚石使用成本从以前的1000元降到了现在的0.1元，已可以进行规模化生产。

目前，科之诚已经申请了多项专利，掌握了2英寸-6英寸硅基金刚石薄膜制备工艺、2英寸-6英寸取向压电薄膜制备工艺和金刚石基射频滤波器芯片的设计、半导体工艺、封装、检测技术，并完成全工艺流片验证，这标志着核心技术攻关已经完成。

按照目前的生产工艺，科之诚最终将高频滤波器芯片的成本控制在了6毛钱左右，这一价格较目前市场上的体声波滤波器芯片20元的价格拥有着巨大的优势。“而且随着产业化水平的提高，这一价格还有不小的下降空间。”据谢波玮介绍，目前2GHz以上的高频滤波器的市场规模在300亿元以上，将来进入6G通讯时代，市场规模将进一步扩大。据悉，科之诚已经完成首批3000万元的融资，正在加紧推动产品早日问世。

“公司计划投资9.6亿元，分三期建设金刚石基滤波器芯片产业化项目。”谢波玮说。初期阶段，科之诚计划投资6000万元，推出行业对标产品，实现金刚石基高频滤波器大规模量产。“中期阶段，计划投资3亿元，建设硅基金刚石、AIN多层膜晶圆线，并用代工方式生产芯片，同时启动科创板上市。”谢波玮说。后期阶段，计划投资6亿元，建设滤波器芯片全工艺流程IDM线，打造第三代半导体产业集群。

总的来说，河南科之诚的这一突破是我国在滤波器领域的一个重要里程碑。它不仅打破了国外对高频滤波器的垄断，而且为我国的科技事业注入了新的活力。在新乡进行量产的高频滤波器，将成为我国科技发展的一个新的基石。我们期待着这一科技成果能在未来为我国科技事业带来更多的惊喜和突破。