傅肅磊 破解“濾波”的秘密

在持續(xù)深耕濾波器的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化工作中，他和團(tuán)隊(duì)努力攻克手機(jī)濾波器領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)難題突破，在射頻濾波器技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，彰顯中國(guó)科技企業(yè)的力量

提起“濾波器”，很多人或許感到陌生，但其實(shí)在我們的生活中，它的身影很常見。僅一部智能手機(jī)中，就需要五六十顆射頻微聲濾波器。

體積僅有芝麻粒大小的射頻濾波器背后，卻是不折不扣的高精尖技術(shù)。該領(lǐng)域長(zhǎng)期被美國(guó)、日本等國(guó)際巨頭企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)面臨專利封鎖、設(shè)備落后、人才稀缺等多重困境。一直以來，射頻濾波器的國(guó)產(chǎn)化率不足10%。

中青科協(xié)會(huì)員、江蘇“U35培育”對(duì)象、江蘇“333工程”高層次人才、無錫市好達(dá)電子股份有限公司研發(fā)主任傅肅磊從學(xué)生時(shí)代便和濾波器結(jié)緣，至今已在濾波器技術(shù)的研發(fā)道路上耕耘了十余年。他承擔(dān)和參與了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)重大科技研發(fā)項(xiàng)目，努力攻克手機(jī)濾波器領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)難題突破，在射頻濾波器技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，彰顯中國(guó)科技企業(yè)的力量。

深耕濾波器技術(shù)研發(fā)

射頻（RF），全稱為Radio Frequency，是指頻率在3k H z至300G H z之間的電磁波。無論是手中的智能手機(jī)、頭頂?shù)男l(wèi)星、聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備，還是無形的雷達(dá)波束，都離不開射頻信號(hào)在電磁空間中的穿梭。

然而，復(fù)雜的電磁環(huán)境里，干擾無處不在。這時(shí)，射頻濾波器便扮演著關(guān)鍵角色。它如同信號(hào)旅途中的“篩選者”，選擇需要的頻率信號(hào)，濾除不需要的頻率信號(hào)。濾波器是整個(gè)射頻前端中價(jià)值最高的細(xì)分領(lǐng)域，也是技術(shù)難度最高的核心部件之一。

1991年出生的傅肅磊是江西上饒人，在中學(xué)期間就對(duì)物理學(xué)科非常感興趣，高考后進(jìn)入南昌大學(xué)材料物理系學(xué)習(xí)，本科畢業(yè)后又以優(yōu)異的成績(jī)被保研至清華大學(xué)繼續(xù)深造。

在導(dǎo)師的建議下，傅肅磊選擇了聲表面波濾波器作為自己的研究方向。當(dāng)時(shí)他還是第一次聽說這個(gè)名字，也沒有意識(shí)到，這顆只有毫米見方的器件會(huì)成為關(guān)系到手機(jī)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈安全的關(guān)鍵器件。

自研究生階段起，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，傅肅磊投身于聲表面波濾波器技術(shù)的科研工作，并與國(guó)內(nèi)多家濾波器企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作。讀博期間，他往返于企業(yè)與學(xué)校之間進(jìn)行課題研究，并協(xié)助企業(yè)解決技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品開發(fā)中的一些實(shí)際問題。2019年博士畢業(yè)后，他加入無錫好達(dá)電子，先后擔(dān)任技術(shù)工程師、研發(fā)主任等職務(wù)，持續(xù)深耕濾波器的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化工作。

傅肅磊介紹，無錫市好達(dá)電子股份有限公司成立于1999年，是國(guó)內(nèi)最早從事聲表面波濾波器產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)和銷售的企業(yè)之一。公司的發(fā)展，伴隨著濾波器行業(yè)一路升級(jí)轉(zhuǎn)型的過程。傅肅磊說，早期的濾波器還沒有那么“高端”，主要是用于電視機(jī)，體積比較大。從2010年左右，隨著智能手機(jī)的大規(guī)模普及，公司開始轉(zhuǎn)型研發(fā)移動(dòng)終端用的濾波器。早期的2G手機(jī)功能比較單一，也沒有那么大的數(shù)據(jù)傳輸量，因此一部手機(jī)只有2到3個(gè)濾波器。后來隨著智能手機(jī)的出現(xiàn)，手機(jī)通信頻段數(shù)量從2G的幾個(gè)頻段上升到5G的50多個(gè)頻段，每新增一個(gè)頻段需要增加相應(yīng)頻段的濾波器，因此手機(jī)的射頻濾波器需求量大幅提升。

真正的轉(zhuǎn)變發(fā)生在2017年之后。美國(guó)挑起對(duì)華貿(mào)易戰(zhàn)，半導(dǎo)體行業(yè)成為被“圍堵”最慘烈的行業(yè)之一。中興、華為等中國(guó)企業(yè)被列入美方出口管制“實(shí)體清單”，先進(jìn)制程下的高算力、人工智能芯片被美方限制出口。

“從華為、中興事件后，國(guó)內(nèi)終端廠商加強(qiáng)了對(duì)國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈的重視”，傅肅磊說，無錫市好達(dá)電子股份有限公司先后獲得華為、中興、小米等企業(yè)的入股。“這些大企業(yè)的投資，為我們企業(yè)在廠房新建與改造，設(shè)備升級(jí)迭代及科研力量提升等方面提供了有力的資金支持。與此同時(shí)，結(jié)合他們對(duì)濾波器產(chǎn)品的實(shí)際需求，我們緊鑼密鼓地進(jìn)行新技術(shù)、新產(chǎn)品的研發(fā)。”

除了大企業(yè)的投資入股外，傅肅磊也切實(shí)感受到國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體企業(yè)的支持。“發(fā)改委、工信部、科技部先后出臺(tái)了很多政策。我們近幾年獲得了各級(jí)研發(fā)財(cái)政補(bǔ)助、攻關(guān)科研經(jīng)費(fèi)、購(gòu)買設(shè)備的補(bǔ)貼等數(shù)千萬元，對(duì)于企業(yè)的發(fā)展起到了很大的支持作用。”傅肅磊說。

2019年開始，無錫市好達(dá)電子股份有限公司發(fā)展駛?cè)肟燔嚨溃疽?guī)模、科研團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，銷售額翻了數(shù)倍。如今，公司每年的濾波器產(chǎn)能在50億只左右，“現(xiàn)在，華為、小米、OPPO、華勤、龍旗、中興、廣和通等知名手機(jī)終端及O DM廠商、通訊設(shè)備廠商和無線通信模組廠商，都有用我們公司生產(chǎn)的濾波器”。

從低端到高端的艱難轉(zhuǎn)型

從技術(shù)門檻較低的低端產(chǎn)品時(shí)代，到智能手機(jī)蓬勃發(fā)展迎來的轉(zhuǎn)型期，再到2018年之后對(duì)標(biāo)國(guó)際最先進(jìn)水平，傅肅磊說，國(guó)產(chǎn)濾波器的發(fā)展經(jīng)歷了從依賴進(jìn)口到逐步實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)的艱難轉(zhuǎn)變，在技術(shù)追趕的過程中，公司團(tuán)隊(duì)也面臨了很多挑戰(zhàn)。

“我們公司最初開始設(shè)計(jì)研發(fā)手機(jī)濾波器的時(shí)候，這個(gè)賽道比較小，國(guó)內(nèi)只有很少的幾家公司在做。公司主要生產(chǎn)的還是相對(duì)中低端的產(chǎn)品，對(duì)于產(chǎn)品的品質(zhì)性能要求不是很高。屬于不愁客戶，也沒有什么競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)。”傅肅磊回憶。

但隨著企業(yè)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)高端手機(jī)使用的濾波器，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要對(duì)標(biāo)國(guó)際一流廠商，才能達(dá)到客戶的要求。“需要在實(shí)現(xiàn)器件小型化、輕薄化基礎(chǔ)上，達(dá)到很高的性能。從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到封裝、測(cè)試，整個(gè)流程中需要攻克的難題很多。”

比如在濾波器制作完成后，為了滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，必須對(duì)其各項(xiàng)性能參數(shù)、關(guān)鍵指標(biāo)及功能進(jìn)行全面測(cè)試，并且要進(jìn)一步驗(yàn)證其在復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性。比如是否能抵御靜電放電干擾，是否能在高溫、高濕或劇烈溫度循環(huán)等極端條件下正常工作，以及其使用壽命究竟能達(dá)到多久。除此之外，還應(yīng)對(duì)其抗機(jī)械沖擊、抗振動(dòng)能力，以及在電磁復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾能力進(jìn)行測(cè)試。上述內(nèi)容均屬于嚴(yán)格的可靠性測(cè)試范疇，只有經(jīng)過充分驗(yàn)證，濾波器產(chǎn)品才能真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，并在移動(dòng)終端、車載通信、基站等多元場(chǎng)景中穩(wěn)定運(yùn)行。

傅肅磊告訴記者，面向5G手機(jī)對(duì)小型化、輕量化的濾波器需求，公司為國(guó)內(nèi)某知名手機(jī)廠商開發(fā)晶圓級(jí)封裝WLP產(chǎn)品。該產(chǎn)品對(duì)可靠性要求很高。為了解決W L P濾波器的可靠性問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)夜以繼日地攻關(guān)了近一年時(shí)間。手機(jī)發(fā)布有時(shí)間期限，必須在規(guī)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)解決所有的質(zhì)量和技術(shù)問題。“那段時(shí)間，我們攻關(guān)團(tuán)隊(duì)兩班倒，晝夜不停，吃住都在公司。手機(jī)廠商的技術(shù)人員也駐場(chǎng)在公司，把控技術(shù)、工藝、流程和質(zhì)量。最終在時(shí)間期限內(nèi)，順利解決了問題，多款WL P濾波器產(chǎn)品應(yīng)用到了國(guó)內(nèi)高端型號(hào)手機(jī)中。”

這些經(jīng)歷讓傅肅磊認(rèn)識(shí)到，大品牌手機(jī)企業(yè)對(duì)于器件的質(zhì)量、性能、良率等要求是非常高的。“如果不能符合標(biāo)準(zhǔn)，可能遭遇退貨、損失賠償，甚至有可能被剔除出供應(yīng)商的名單。”為了達(dá)到終端企業(yè)的要求，無錫好達(dá)引進(jìn)了相關(guān)人才，成立了可靠性實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)置了許多檢測(cè)分析設(shè)備，同時(shí)在工藝流程上制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，打造了一套完備的質(zhì)量管理體系。

填補(bǔ)行業(yè)空白

隨著智能化時(shí)代的飛速發(fā)展，人們對(duì)手機(jī)的功能和通信服務(wù)要求越來越高，也對(duì)元器件的迭代速度提出了更高要求。“手機(jī)品牌一般半年左右會(huì)發(fā)布一次新產(chǎn)品，每一項(xiàng)性能的提升，比如像素更高、儲(chǔ)存空間更大、運(yùn)行速度更快，背后都是元器件的更新?lián)Q代。”傅肅磊告訴記者，現(xiàn)在濾波器產(chǎn)品迭代速度很快，一般3到6個(gè)月就會(huì)更新?lián)Q代，推出效率更高、能耗更低、信號(hào)提取更準(zhǔn)確的產(chǎn)品。能不能跟上這個(gè)節(jié)奏，決定著產(chǎn)品能不能導(dǎo)入手機(jī)終端。

行業(yè)的快速發(fā)展讓作為研發(fā)團(tuán)隊(duì)技術(shù)帶頭人的傅肅磊始終有一種緊迫感，也讓他充分意識(shí)到創(chuàng)新的必要性和迫切性。

隨著5G通信的出現(xiàn)，這種緊迫性愈發(fā)凸顯。面對(duì)5G通信所需求的高頻率和寬帶寬，傳統(tǒng)的聲學(xué)濾波技術(shù)難以滿足要求，行業(yè)亟需一種新型技術(shù)來替代現(xiàn)有方案。國(guó)際上，日本村田、美國(guó)Re son a nt等已開始布局一些新型聲學(xué)濾波器的技術(shù)開發(fā)。2018年，傅肅磊讀到哈佛大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文，他們用鈮酸鋰薄膜來取代傳統(tǒng)的硅材料用于制作電光調(diào)制器。他當(dāng)時(shí)想到，鈮酸鋰材料在傳統(tǒng)聲表面波器件中應(yīng)用廣泛，為何不嘗試將其制成薄膜，以提升產(chǎn)品性能？

傅肅磊介紹，與鉭酸鋰、石英等常用壓電晶體相比，鈮酸鋰材料具有更高的機(jī)電耦合系數(shù)，適合制備高頻大帶寬器件。然而，將鈮酸鋰材料制成薄膜并進(jìn)一步設(shè)計(jì)成濾波器，一直是行業(yè)內(nèi)的技術(shù)難點(diǎn)。傅肅磊坦言，團(tuán)隊(duì)前期進(jìn)行了大量仿真模擬和薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)建工作，反復(fù)優(yōu)化器件設(shè)計(jì)方案，但在薄膜材料開發(fā)和器件制備過程中仍遇到諸多挑戰(zhàn)。“我們與薄膜材料研發(fā)廠商密切配合，不斷調(diào)整工藝、反復(fù)打磨，同時(shí)持續(xù)優(yōu)化鈮酸鋰薄膜濾波器的設(shè)計(jì)與制備流程。經(jīng)過近兩年努力，終于攻克了工藝流程中的一系列關(guān)鍵問題。”

目前，團(tuán)隊(duì)在鈮酸鋰薄膜聲表面波器件的仿真技術(shù)、壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)建與器件制備等前沿方向已取得多項(xiàng)研究成果。他們首次將聲表面波商用濾波器的相對(duì)帶寬從5%拓展至31%，并成功研制出適用于5G通訊n77、n78等頻段的聲表面波濾波器，填補(bǔ)了行業(yè)空白。相關(guān)技術(shù)成果先后榮獲北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)）一等獎(jiǎng)、江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。傅肅磊也因在該領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，獲得中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)青年科技獎(jiǎng)。

研發(fā)的過程充滿艱辛，但新技術(shù)和新產(chǎn)品研制成功那一刻的喜悅也是無法形容的。“開發(fā)的濾波器新技術(shù)可以為業(yè)內(nèi)提供新的解決方案，突破性的產(chǎn)品在客戶那里得到采用，是令我們非常驕傲的事情。”傅肅磊說，“尤其是在一些國(guó)際行業(yè)會(huì)議上，我們帶著自主研發(fā)的成果和技術(shù)去做介紹和分享，受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注，有種揚(yáng)眉吐氣的感覺”。

為國(guó)產(chǎn)化替代貢獻(xiàn)力量

2025年，傅肅磊有了一個(gè)新身份——中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)會(huì)員。雖然以前對(duì)中青科協(xié)這個(gè)組織并不了解，但是加入之后，他頗有一種相見恨晚的感覺。“我真實(shí)的感受是，自己的認(rèn)知體系更豐富了。以前更多是從自己一個(gè)小專業(yè)來看問題，眼界比較狹窄。通過參加協(xié)會(huì)組織的活動(dòng)和學(xué)習(xí)，讓我無論從專業(yè)技能、商業(yè)邏輯，還是團(tuán)隊(duì)管理等方面，都得到了很大提升。”

回顧自己的科研之路，傅肅磊說，導(dǎo)師對(duì)自己的影響很大，不僅是他科研道路上的領(lǐng)路人，也提供很多資源和機(jī)會(huì)讓自己成長(zhǎng)。“當(dāng)時(shí)導(dǎo)師根據(jù)我擅長(zhǎng)的薄膜材料、物理建模和設(shè)計(jì)仿真，在幾個(gè)方向中為我選定了濾波器。”傅肅磊回憶，當(dāng)時(shí)這個(gè)產(chǎn)業(yè)還處在低迷狀態(tài)，前景并不被普遍看好，沒有想到后面會(huì)有智能手機(jī)的爆發(fā)，讓自己能夠參與到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大浪潮中。

現(xiàn)在在工作之余，傅肅磊也常常走進(jìn)高校，和大學(xué)生分享專業(yè)領(lǐng)域的前沿知識(shí)和自己在科研中的感悟和體會(huì)。他建議同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)研究的過程中，不妨把眼界放得更遠(yuǎn)一些。“側(cè)重于做學(xué)術(shù)研究的人可以向產(chǎn)業(yè)多看看，側(cè)重產(chǎn)業(yè)的人也可以和高校的研究者多交流，這樣對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)會(huì)更全面，對(duì)自己的科研工作也會(huì)很有幫助。”

從一個(gè)懵懂青澀的學(xué)生，成長(zhǎng)為行業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量，傅肅磊對(duì)于科技工作者身上肩負(fù)的責(zé)任，感受愈發(fā)深刻。“很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，行業(yè)都有一種偏見，認(rèn)為一些關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵器件或關(guān)鍵材料，進(jìn)口的質(zhì)量更好。這種偏見現(xiàn)在依然存在。只有大家齊心協(xié)力把國(guó)產(chǎn)化替代做大做強(qiáng)，才能扭轉(zhuǎn)這樣的認(rèn)識(shí)，整個(gè)行業(yè)也才會(huì)蓬勃發(fā)展。現(xiàn)在一些領(lǐng)域已經(jīng)帶了好頭，相信很快在越來越多的領(lǐng)域，中國(guó)制造能夠代表國(guó)際尖端水平。”傅肅磊說，從個(gè)人的角度，就是做好自己崗位的事情，把好的技術(shù)、好的產(chǎn)品研發(fā)出來，為突破國(guó)家“卡脖子”技術(shù)、實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新、保證國(guó)家供應(yīng)鏈的安全做出自己的貢獻(xiàn)。

責(zé)任編輯 王碧清