平均成本下降8成以上！国产高频滤波器即将在新乡量产

物美价廉，一场关于“滤波器”的“中国智造”故事正在上演。

“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。

如今，全球高频滤波器领域迎来一位“中国玩家”。

“我们以很低的成本，实现了高频滤波器的国产化，在打破国外垄断的同时，有望推动滤波器芯片价格大幅下降！”7月15日，新乡经开区，河南科之诚第三代半导体碳基芯片有限公司负责人谢波玮说，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，即将实现量产。

全新技术路线 国产高频滤波器从无到有

滤波器是移动通信射频前端的核心部件之一，主要应用于无线通讯领域，包括智能手机、路由器、通信基站、物联网无线终端等，其中手机占据着约70%的需求。

滤波器有什么用？

“好比我们身处一个嘈杂的菜市场内，充斥着各种各样的声音，但是我只想听到你说的话，就需要过滤掉其他杂音，这就是滤波器的作用。”谢波玮解释说，我们生活的空间中有各种不同频段的电磁波，如果需要建立稳定的通讯，就必须处在同一频段内，滤波器相当于对频段的一个专项选择，而更高的频率意味着能在单位时间内可传输更大的数据量。

进入5G时代后，由于叠加更多频段，滤波器对数量和频率的要求都提高了。一部5G手机在通信、WiFi、蓝牙、导航等功能上有着不同的信息交换频段，通常要集合数十颗甚至上百颗滤波器芯片，国内整体每年需要200亿颗滤波器芯片，其中低频滤波器90%以上从国外进口，价格更高的高频滤波器则无法自主生产。

“之所以会这样，主要源于材料和专利的限制。”谢波玮说，“一方面，国内目前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。”

也就是说，高频滤波器真正国产，必须在芯片基础材料和技术专利上双双取得突破。

2015年，中国科学院大学博士毕业的谢波玮辞掉在国外知名芯片厂商的工作，回国创业，通过与中国科学院电工研究所进行合作，经过8年时间的联合攻关，在基础材料领域提出了“金刚石+氮化铝的材料体系”，在电路设计方面“全新设计了螺旋结构的IDT换能电路”，最终推出了高频金刚石基射频滤波器产品，绕过了传统技术路线的专利限制，打破了国外在高频滤波器领域的垄断，填补了国内空白。

今年年初，这一项目获得了由科技部主办的2022年全国颠覆性技术创新大赛总决赛最高奖。

从1000元到1毛钱 产业化的关键在成本

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。

高端成果为何落户河南？

一项国际前沿的技术成果，为何最终选择落户河南，在新乡进行转化？

“刚刚我们提到的1000元，其实是采用‘电子级人造金刚石晶片’生产芯片的成本，如果是天然钻石，每一颗芯片的成本可能要高达上万元。”

谢波玮的这句话，道出了其中玄机。

“世界超硬材料看中国，中国超硬材料看河南。”我省超硬材料产量占全球的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。

近年来，我省不断推进金刚石应用领域创新，得天独厚的产业基础和政策支持力度，成了科之诚将公司选址在新乡的主要原因。

企业的发展离不开良好的营商环境，更离不开当地“肥沃的土壤”。作为公司的所在地，新乡经开区在用地、融资等方面也都给予了大量帮助。新乡经开区坚持企业创新主体地位和市场创新导向，通过沙龙活动、“一对一”政策宣讲、产学研对接、校企合作等多种形式，引导创新要素向企业聚集，不断提升企业整体实力和竞争力。

截至目前，新乡经开区高新技术企业和备案国家科技型中小企业分别达到62家和128家，国家级专精特新“小巨人”企业和省级“专精特新”企业分别达到2家和16家，各类研发平台达到110家。区中小企业服务中心成功获批“国家级中小企业公共服务示范平台”，拥有区高新技术创业服务中心、中关村e谷新乡创想基地2家国家级科技企业孵化器，数量全市第一。

业内专家评价，科之诚的这项技术将拓展金刚石在新领域的应用途径，进一步巩固河南在人造金刚石领域的引领地位，未来有望在国内打造一个产值数百亿元的涵盖金刚石基多层膜晶圆、滤波器芯片制造、封装测试的第三代半导体产业集群。