SAW滤波器的市场及发展.doc

SAW滤波器的市场及发展 声表面波SAW（Surface Acoustic Wave）就是在压电基片材料表面产生和传播、，且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、制作的器件体积小、重量轻（其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右），且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及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是：所需基片材料价格昂贵，另对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。受基片结晶工艺苛刻和制造精度严要求的影响，日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了世界SAW滤波器市场。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，最小的产品已做到2.52mm，重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，均适用于表面安装。 SAW滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射泄漏信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到了良好作用，可以实现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波，这是其它滤波器难以完成的。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，致使SAW器件的使用上限频率提高到2.5 3GHz。从而促使SAW滤波器在抗EMI领域获得更广泛的应用。 SAW滤波器以极陡的过渡带使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，其中移动通信等用小型RF SAW滤波器就达4.3亿只。 移动通信系统的发射端（TX）和接收端（RX）必须经过滤波器后才能发挥作用，由于其工作频段一般在800NHz 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望尘莫及的。 在无线寻呼系统中，BP机接收到的RF信号需先经滤波再进行放大。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，但由于LC滤波器的调试复杂，选择性和稳定性又较差，因此现已逐步被SAW滤波器所取代。 其小型和高衰减特性（选择性好），被广泛用作便携电话的RF滤波器和IF滤波器。用于RF的SAW滤波器，以美国PCS应用为例，该系统使用1900MHz频带，保持60MHz收发带宽，信道间隔为20MHz，比较窄。为此，采取将带域减半以提高滤波器的选择性。美国PCS的复合型SAW滤波器，采取在钽酸锂基板上形成半个中心频率（1867.6MHz或1897.5MHz）频带的谐振子型滤波器，插损分别小于3.8dB，衰减量分别大于25dB。 SAW器件是利用在压电体表面传播表面波的一种器件。由于压电陶瓷对表面波的机电耦合系数大，适于制作各类表面波器件。但存在的缺点是谐振频率的温度特性差，这是由于材料为多晶体，对高频传输损耗大所致。一般多限于制作低于100MHz的带宽用SAW滤波器。单晶材料TCF为零，但Ks2不大，采用薄膜陶瓷材料，能够改善上述特性，近年来，伴随梳形电极进步，使SAW器件得到迅速发展。用PZT作成的SAW滤波器用量大的是10.7MHz的FM立体声用滤波器。而取得进展最快的电视图像IF滤波器，以往需使用5个线圈构成IFT进行调整。以得到宽带滤波，迄今，可免去线圈，在LiNbO3基板上可作成无调整的SAW器件。但LiNbO3价格贵，温度特性差，故要求开发价格便宜、温度特性好的基板材料，目前，推出有LiTa2O5和采用在玻璃上形成ZnO薄膜材料，后者已进入批量生产。 最近，推出用PZT作成BGS波新型压电器件，与正常采用瑞利波的SAW器件相比，前者仅使用平行振动的横波（SH波）进行传播，不需用到反射器，故有利于器件小型化，现已开发出的高频谐振器和滤波器，已取得实用。由于它较之过去压电产品，体积小，电路无需调整，且成本低，被人们看好有潜力的压电新产品。 随着Internet的迅猛发展，全球上网用户越来越多，但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太窄（几十千赫兹），下载速度极慢，而CATV网络频率资源丰富，不少商家因此均在开发基于CATV网的带宽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。 当前世界SAW 滤波器的发展趋势主要有以下几方面： 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：一是优化设计器件芯片，使其做得更小；二是改进器件的封装形式，现已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；三是将不同功能的SAW滤波器封装在一起构成组合形器件以减小印刷电路板（PCB）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电极宽决定，IDT电极条愈窄，频率愈高。采用半导体0.35 0.21m级的精细加工工艺，可制作出23GMz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。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0.4m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，而后者具有陡峭的窄带特性，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34dB，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