SAW濾波器的市場及發(fā)展(20210506233609)

1、SAW濾波器的市場及發(fā)展聲表面波 SAW（ Surface Acoustic Wave ）就是在壓電基片材料表面產(chǎn)生 和傳播、，且振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。SAW濾波器的主要特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)靈活性大、模擬/數(shù)字兼容、群延遲時(shí)間 偏差和頻率選擇性優(yōu)良（可選頻率范圍 10MHz 3GH）z 、輸入輸出阻抗誤差小、 傳輸損耗小、抗電磁干擾（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件體積小、重量 輕（其體積、重量分別是陶瓷介質(zhì)濾波器的 1/40 和 1/30 左右），且能實(shí)現(xiàn)多種 復(fù)雜的功能。SAW濾波器的特征和優(yōu)點(diǎn)，正適應(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)備及便攜式電 話輕薄短小化和高頻化、 數(shù)字化、高性

2、能、高可靠等方面的要求。 其不足之處是： 所需基片材料價(jià)格昂貴， 另對(duì)基片的定向、 切割、研磨、拋光和制造工藝要求高。 受基片結(jié)晶工藝苛刻和制造精度嚴(yán)要求的影響， 日本富士通、 三洋電器、 豐田等 少數(shù)幾家掌握壓電基片生產(chǎn)技術(shù)的制造商壟斷了世界 SAW濾波器市場。富士通公 司控制了移動(dòng)電話用小型射頻（RF SAW濾波器全球市場40流右的份額，目前 其年產(chǎn)量在1.5億只以上，最小的產(chǎn)品已做到 2.5 X2mm重22mg集倒裝式組 件和專利諧振器型濾波器設(shè)計(jì)于一體， 使濾波器性能出現(xiàn)了突破性飛躍。 三洋電 器公司是世界最大的視聽家電用 SAW濾波器制造商之一，為保持其價(jià)格上的優(yōu) 勢，該公司在我國深

3、圳設(shè)有組裝廠，年產(chǎn) 5000萬只。豐田公司主要生產(chǎn)移動(dòng)通 信用SAW濾波器，可提供30多種標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品，均適用于表面安裝。SAW濾波器在抑制電子信息設(shè)備高次諧波、鏡像信息、發(fā)射泄漏信號(hào)以 及各類寄生雜波干擾等方面起到了良好作用， 可以實(shí)現(xiàn)任意所需精度的幅頻和相 頻特性的濾波，這是其它濾波器難以完成的。近年來國外已將SAW濾波器片式化， 重量約0.2g ;另外由于采用了新的晶體材料和最新的精細(xì)加工技術(shù)，致使SAW器件的使用上限頻率提高到2.5 3GHz。從而促使SAW濾波器在抗EMI領(lǐng)域獲 得更廣泛的應(yīng)用。SAW濾波器以極陡的過渡帶使CATV勺鄰頻傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)，與隔頻傳輸相 比，頻譜利用率提高了一

4、倍，電視接收機(jī)如果不采用SAW濾波器，不可能工作得 這么穩(wěn)定可靠。事實(shí)上，早期SAW濾波器的主要應(yīng)用領(lǐng)域即是以電視機(jī)為代表的 視聽類家電產(chǎn)品，進(jìn)入 80年代末之后，由于電子信息特別是通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā) 展，為SAW濾波器提供了一個(gè)廣闊的市場空間，致使其產(chǎn)量和需求呈直線上升趨 勢。目前世界SAW濾波器的年產(chǎn)量在6億只以上，其中移動(dòng)通信等用小型 RFSAW 濾波器就達(dá) 4.3 億只。移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)射端（TX和接收端（RX必須經(jīng)過濾波器后才能發(fā) 揮作用，由于其工作頻段一般在 800NHZ2GHz帶寬為1730MHz故要求濾 波器具有低插損、高阻帶抑制和高鏡像衰減、承受功率大、低成本、小型化等特 點(diǎn)。

5、由于工作頻段、體積和性能價(jià)格比等方面的優(yōu)勢，SAW濾波器在移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器望塵莫及的。在無線尋呼系統(tǒng)中，BP機(jī)接收到的RF信號(hào)需先經(jīng)濾波再進(jìn)行放大。濾 波器的電氣特性直接影響到接收信號(hào)的靈敏度和精確度。早期生產(chǎn)的BP機(jī)一般采用LC濾波器，但由于LC濾波器的調(diào)試復(fù)雜，選擇性和穩(wěn)定性又較差，因此現(xiàn) 已逐步被SAW濾波器所取代。其小型和高衰減特性（選擇性好），被廣泛用作便攜電話的RF濾波器和 IF濾波器。用于RF的SAW濾波器，以美國PCS應(yīng)用為例，該系統(tǒng)使用1900MHz 頻帶，保持60MHz收發(fā)帶寬，信道間隔為20MHz比較窄。為此，采取將帶域減

6、半以提高濾波器的選擇性。美國PCS的復(fù)合型SAW波器，采取在鉭酸鋰基板上 形成半個(gè)中心頻率（1867.6MHz或1897.5MH0頻帶的諧振子型濾波器，插損分 別小于3.8dB，衰減量分別大于25dBSAW器件是利用在壓電體表面?zhèn)鞑ケ砻娌ǖ囊环N器件。由于壓電陶瓷對(duì) 表面波的機(jī)電耦合系數(shù)大， 適于制作各類表面波器件。 但存在的缺點(diǎn)是諧振頻率 的溫度特性差， 這是由于材料為多晶體， 對(duì)高頻傳輸損耗大所致。 一般多限于制 作低于100MHz勺帶寬用SAW8波器。單晶材料TCF為零，但Ks2不大，采用薄 膜陶瓷材料，能夠改善上述特性，近年來，伴隨梳形電極進(jìn)步，使SAW器件得到迅速發(fā)展。用PZT作成的S

7、AW*波器用量大的是10.7MHz的FM立體聲用濾波器。 而取得進(jìn)展最快的電視圖像 IF 濾波器，以往需使用 5個(gè)線圈構(gòu)成 IFT 進(jìn)行調(diào)整。 以得到寬帶濾波，迄今，可免去線圈，在 LiNbQ基板上可作成無調(diào)整的SAW器 件。但LiNbQ價(jià)格貴，溫度特性差，故要求開發(fā)價(jià)格便宜、溫度特性好的基板 材料，目前，推出有LiTa2C5和采用在玻璃上形成ZnO薄膜材料，后者已進(jìn)入批 量生產(chǎn)。最近，推出用PZT作成BGS波新型壓電器件，與正常采用瑞利波的 SAW 器件相比，前者僅使用平行振動(dòng)的橫波（SH波）進(jìn)行傳播，不需用到反射器， 故有利于器件小型化， 現(xiàn)已開發(fā)出的高頻諧振器和濾波器， 已取得實(shí)用。 由

8、于它 較之過去壓電產(chǎn)品，體積小，電路無需調(diào)整，且成本低，被人們看好有潛力的壓 電新產(chǎn)品。隨著 Internet 的迅猛發(fā)展， 全球上網(wǎng)用戶越來越多， 但目前通過電話上 網(wǎng)的最大缺點(diǎn)是帶寬太窄（幾十千赫茲），下載速度極慢，而CATV網(wǎng)絡(luò)頻率資源豐富，不少商家因此均在開發(fā)基于 CATV網(wǎng)的帶寬多媒體數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)（如VOD 等），通過CATV上網(wǎng)可使信息傳輸速度提高幾十倍以上，在這些系統(tǒng)中都要用 到高性能的SAW慮波器來解決鄰頻抑制問題?？梢姡琒AW濾波器的市場前景十分 可觀。當(dāng)前世界SAW濾波器的發(fā)展趨勢主要有以下幾方面：小型片式化SAW濾波器的小型片式化，是移動(dòng)通信和其它便攜式產(chǎn)品 提出的基本要

9、求。為縮小SAW濾波器的體積，通常采取三方面的措施：一是優(yōu)化 設(shè)計(jì)器件芯片， 使其做得更?。?二是改進(jìn)器件的封裝形式， 現(xiàn)已由傳統(tǒng)的圓形金 屬殼圭寸裝改為方形或長方形扁平金屬圭寸裝或 LCCC（無引線陶瓷芯片載體）表面 貼裝；三是將不同功能的SAW*波器封裝在一起構(gòu)成組合形器件以減小印刷電路 板（PCB面積，如應(yīng)用于1.9GHZPCS終端60MHz帶寬的雙頻段SAW*波器以及 近來富士通公司開發(fā)的雙帶式（可支持模擬和數(shù)字兩種模式）便攜式手機(jī)用 SAW 濾波器，均裝有兩個(gè)濾波器。高頻、寬帶化 為適應(yīng)電子整機(jī)高頻、寬帶化的要求，SAW*波器也必 須提高工作頻率和拓展帶寬。研究表明，當(dāng)壓電基材選定之

10、后，SAWS波器的工作頻率則由IDT電極寬決定，IDT電極條愈窄，頻率愈高。采用半導(dǎo)體 0.35 0.21卩m級(jí)的精細(xì)加工工藝，可制作出 23GMZ勺SAW*波器。拓展SAW*波器的帶寬通常從優(yōu)化設(shè)計(jì)IDT的電極結(jié)構(gòu)入手。如將IDT 按串聯(lián)和并聯(lián)形式連接成梯形若干級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，輸入 / 輸出直接實(shí)現(xiàn)連接，采用 0.4卩m以下的精細(xì)加工技術(shù)，就可制作出用于無線局域網(wǎng)（LAN的2.5GHz梯 形結(jié)構(gòu)諧振式SAW*波器，帶寬達(dá)100MHz在多重模式濾波器中，采用縱向連 接的*波器帶寬要比橫向耦合型*波器大一些， 因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼 機(jī)的RF濾波，而后者具有陡峭的窄帶特性，可用于個(gè)人數(shù)字蜂窩（PDC和模擬 電話的中頻（ IF ）濾波。降低插入損耗 早期SAW濾波器的最大缺陷是插入損耗大， 一般在15dB 以上，這對(duì)于要求低功耗的通信設(shè)備特別是接收前端是無法接受的。 為滿足現(xiàn)代 通信系統(tǒng)及其它用途的要求，人們通過開發(fā)高性能的壓電材料和改進(jìn) IDT 設(shè)計(jì)， 使器件的插入損耗降低到34dB,最低可達(dá)1dB。在眾多壓電材料研究成果中， 最引人注目的是日本村田制作