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聲表面波SAW（SuRFace Acoustic Wave）就是在壓電基片材料表面產生并傳播、且其振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。SAW濾波器的基本結構是在具有壓電特性的基片材料拋光面上制作兩個聲電換能器——叉指換能器（IDT）。它采用半導體集成電路的平面工藝，在壓電基片表面蒸鍍一定厚度的鋁膜，再把設計好的兩個IDT的掩膜圖案，利用光刻方法沉積在基片表面，分別用作輸入換能器和輸出換能器。其工作原理是：輸入換能器將電信號變成聲信號，沿晶體表面傳播，輸出換能器再將接收到的聲信號變成電信號輸出。 SAW濾波器的主要特點是：設計靈活性大、模擬/數字兼容、群延遲時間偏差和頻率選擇特性優良（可選頻率范圍10MHz～3GHz）、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、制作的器件體小量輕（其體積、重量分別是陶瓷介質濾波器的1/40和1/30左右），而且還能實現多種復雜的功能。SAW濾波器的特征和優點，正適應了現代通信系統設備以及便攜式電話輕薄短小化和高頻化、數字化、高性能、高可靠性等方面的要求。其不足之處是：所需基片材料價格昂貴，另外對基片的定向、切割、研磨、拋光和制造工藝要求高。受到基片結晶工藝苛刻和制造精度要求嚴的影響，日本富士通、三洋電器、豐田等少數幾家掌握了壓電基片生產技術的制造商幾乎壟斷了世界SAW濾波器的市場。富士通公司控制了移動電話用小型射頻（RF）SAW濾波器全球市場40%左右的份額，目前其年產量在1.5億只以上，體積最小的產品僅為2.5×2mm，重約22mg，集倒裝式組件和專利諧振器型濾波器設計于一體，使濾波器性能出現了突破性飛躍。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，為保持其價格上的優勢，該公司在我國深圳設有組裝廠，年產5000萬只。豐田公司主要生產移動通信用SAW濾波器，可提供30多種標準型產品，均適合于表面貼裝。 SAW濾波器在抑制電子信息設備高次諧波、鏡像信息、發射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾等方面起到了良好的作用，可以實現所需任意精度的幅頻特性和相頻特性的濾波，這是其它的濾波器所難以完成的。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加工技術，使得SAW器件的使用上限頻率提高到2.5～3GHz，從而更加促進SAW濾波器在抗EMI領域獲得廣泛的應用。 SAW濾波器以極陡的過度帶使CATV的鄰頻傳輸得以實現，與隔頻傳輸相比，頻譜利用率提高了一倍。電視接收機如果不采用SAW濾波器，不可能工作得這么穩定可靠。事實上，早期SAW濾波器的主要應用領域即是以電視機為代表的視聽類家電產品，進入80年代末之后，由于電子信息特別是通信產業的高速發展，為SAW濾波器提供了一個廣闊的市場空間，致使其產量和需求呈直線上升趨勢。目前世界SAW濾波器的年產量在6億只以上，其中移動通信用小型RF SAW濾波器就達到4.3億只。 移動通信系統的發射端（TX）和接收端（RX）必須經過濾波器濾波后才能發揮作用，由于其工作頻段一般在800MHz～2GHz、帶寬為17～30MHz，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。由于在工作頻段、體積和性能價格比等方面的優勢，SAW濾波器在移動通信系統的應用中獨占鰲頭，這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器所望塵莫及的。 在無線尋呼系統中，BP機接收到的RF信號需先濾波后再進行放大，濾波器的電氣特性直接影響到接收信號的靈敏度和精確度。早期生產的BP機一般采用LC濾波器，由于LC濾波器的調試復雜，選擇性和穩定性又較差，因此現已逐漸被SAW濾波器所取代。 隨著Internet的迅猛發展，全球上網的用戶愈來愈多，但目前通過電話上網的最大缺點是帶寬太窄（幾十千頻），下載速度極慢，而CATV的網絡頻率資源豐富，不少商家因而均在開發基于CATV網的寬帶多媒體數據廣播系統（如VOD等），通過CATV上網可使信息傳輸速度提高幾十倍以上，在這些系統中都要用到高性能的SAW濾波器來解決鄰頻抑制問題。可見，SAW濾波器的市場前景十分可觀。 當前，SAW濾波器的發展趨勢主要體現在以下幾個方面： ·小型片式化 SAW濾波器的小型片式化，是移動通信和其它便攜式產品提出的基本要求。為縮小SAW濾波器的體積，通常采取三方面的措施：一是優化設計器件用芯片，設法使其做得更小；二是改進器件的封裝形式，現在已經由傳統的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或LCCC（無引線陶瓷芯片載體）表面貼裝的形式；三是將不同功能的SAW濾波器封裝在一起，構成組合型器件以減小占用PCB的面積，如應用于1.9GHz PCS終端60MHz帶寬的雙頻段SAW濾波器以及近來富士通公司開發的雙帶式（可支持模擬和數字兩種模式）便攜式手機用SAW濾波器，均裝有兩個濾波器。 ·高頻、寬帶化 為適應電子整機高頻、寬帶化的要求，SAW濾波器也必須提高工作頻率和拓展帶寬。研究表明，當壓電基材選定之后，SAW濾波器的工作頻率則由IDT電極條寬度所決定，IDT電極條愈窄，頻率愈高。采用半導體0.35～0.2μm級的精細加工工藝，可制作出2～3GHz的SAW濾波器。 拓展SAW濾波器的帶寬通常從優化設計IDT的電極結構入手。比如將IDT按串聯和并聯形式連接成梯形若干級聯的結構，輸入/輸出直接實現連接，采用0.4μm以下的精細加工技術，就可制作出用于無線局域網（LAN）的2.5GHz梯形結構諧振式SAW濾波器，帶寬達100MHz；在多重模式濾波器中，采用縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些，因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼機的RF濾波，而后者具有陡削的窄帶特性，可用于個人數字蜂窩（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，這對于要求低功耗的通信設備特別是接收前 端是無法接受的。為滿足現代通信系統以及其它用途的要求，人們通過開發高性能的壓電材料和改進IDT設計，使器件的插入損耗降低到3～4dB，最低可達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所發明的ZnO/藍寶石層狀結構基片材料，利用這種基片材料，該所已制造出1.5GHz PDC用射頻SAW濾波器，其插入損耗僅1.2dB。 |
