SAW滤波器的市场前景及发展趋势
发布时间：2010-9-17 17:27
发布者：techshare
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声表面波SAW（SuRFace Acoustic Wave）就是在压电基片材料表面产生并传播、且其振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，再把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别用作输入换能器和输出换能器。其工作原理是：输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。 SAW滤波器的主要特点是：设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择特性优良（可选频率范围10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻（其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右），而且还能实现多种复杂的功能。SAW滤波器的特征和优点，正适应了现代通信系统设备以及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠性等方面的要求。其不足之处是：所需基片材料价格昂贵，另外对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。受到基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严的影响，日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握了压电基片生产技术的制造商几乎垄断了世界SAW滤波器的市场。富士通公司控制了移动电话用小型射频（RF）SAW滤波器全球市场40%左右的份额，目前其年产量在1.5亿只以上，体积最小的产品仅为2.5×2mm，重约22mg，集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体，使滤波器性能出现了突破性飞跃。三洋电器公司是世界最大的视听家电用SAW滤波器制造商之一，为保持其价格上的优势，该公司在我国深圳设有组装厂，年产5000万只。丰田公司主要生产移动通信用SAW滤波器，可提供30多种标准型产品，均适合于表面贴装。 SAW滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到了良好的作用，可以实现所需任意精度的幅频特性和相频特性的滤波，这是其它的滤波器所难以完成的。近年来国外已将SAW滤波器片式化，重量约0.2g；另外由于采用了新的晶体材料和最新的精细加工技术，使得SAW器件的使用上限频率提高到2.5～3GHz，从而更加促进SAW滤波器在抗EMI领域获得广泛的应用。 SAW滤波器以极陡的过度带使CATV的邻频传输得以实现，与隔频传输相比，频谱利用率提高了一倍。电视接收机如果不采用SAW滤波器，不可能工作得这么稳定可靠。事实上，早期SAW滤波器的主要应用领域即是以电视机为代表的视听类家电产品，进入80年代末之后，由于电子信息特别是通信产业的高速发展，为SAW滤波器提供了一个广阔的市场空间，致使其产量和需求呈直线上升趋势。目前世界SAW滤波器的年产量在6亿只以上，其中移动通信用小型RF SAW滤波器就达到4.3亿只。 移动通信系统的发射端（TX）和接收端（RX）必须经过滤波器滤波后才能发挥作用，由于其工作频段一般在800MHz～2GHz、带宽为17～30MHz，故要求滤波器具有低插损、高阻带抑制和高镜像衰减、承受功率大、低成本、小型化等特点。由于在工作频段、体积和性能价格比等方面的优势，SAW滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头，这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器所望尘莫及的。 在无线寻呼系统中，BP机接收到的RF信号需先滤波后再进行放大，滤波器的电气特性直接影响到接收信号的灵敏度和精确度。早期生产的BP机一般采用LC滤波器，由于LC滤波器的调试复杂，选择性和稳定性又较差，因此现已逐渐被SAW滤波器所取代。 随着Internet的迅猛发展，全球上网的用户愈来愈多，但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太窄（几十千频），下载速度极慢，而CATV的网络频率资源丰富，不少商家因而均在开发基于CATV网的宽带多媒体数据广播系统（如VOD等），通过CATV上网可使信息传输速度提高几十倍以上，在这些系统中都要用到高性能的SAW滤波器来解决邻频抑制问题。可见，SAW滤波器的市场前景十分可观。 当前，SAW滤波器的发展趋势主要体现在以下几个方面： ·小型片式化 SAW滤波器的小型片式化，是移动通信和其它便携式产品提出的基本要求。为缩小SAW滤波器的体积，通常采取三方面的措施：一是优化设计器件用芯片，设法使其做得更小；二是改进器件的封装形式，现在已经由传统的圆形金属壳封装改为方形或长方形扁平金属封装或LCCC（无引线陶瓷芯片载体）表面贴装的形式；三是将不同功能的SAW滤波器封装在一起，构成组合型器件以减小占用PCB的面积，如应用于1.9GHz PCS终端60MHz带宽的双频段SAW滤波器以及近来富士通公司开发的双带式（可支持模拟和数字两种模式）便携式手机用SAW滤波器，均装有两个滤波器。 ·高频、宽带化 为适应电子整机高频、宽带化的要求，SAW滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。研究表明，当压电基材选定之后，SAW滤波器的工作频率则由IDT电极条宽度所决定，IDT电极条愈窄，频率愈高。采用半导体0.35～0.2μm级的精细加工工艺，可制作出2～3GHz的SAW滤波器。 拓展SAW滤波器的带宽通常从优化设计IDT的电极结构入手。比如将IDT按串联和并联形式连接成梯形若干级联的结构，输入/输出直接实现连接，采用0.4μm以下的精细加工技术，就可制作出用于无线局域网（LAN）的2.5GHz梯形结构谐振式SAW滤波器，带宽达100MHz；在多重模式滤波器中，采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些，因此被广泛用于蜂窝电话和寻呼机的RF滤波，而后者具有陡削的窄带特性，可用于个人数字蜂窝（PDC）和模拟电话的中频（IF）滤波。 ·降低插入损耗 早期SAW滤波器的最大缺陷是插入损耗大，一般在15dB以上，这对于要求低功耗的通信设备特别是接收前 端是无法接受的。为满足现代通信系统以及其它用途的要求，人们通过开发高性能的压电材料和改进IDT设计，使器件的插入损耗降低到3～4dB，最低可达1dB。在众多压电材料研究成果中，最引人注目的是日本村田制作所发明的ZnO/蓝宝石层状结构基片材料，利用这种基片材料，该所已制造出1.5GHz PDC用射频SAW滤波器，其插入损耗仅1.2dB。 |
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