詳解SAW濾波器的發(fā)展過程

以下文章來源于中科聚智，作者Andy82118

射頻濾波器根據(jù)應(yīng)用場景，主要分為基站端濾波器和移動端濾波器?；径藶V波器更注重高穩(wěn)定性，大帶寬（300M~30GHz）、耐高功率等指標(biāo)，主要可分為全屬腔體濾波器和介質(zhì)濾波器，主要用于4G/5G通信基站；移動端濾波器對低成本、小體積更敏感，主要為聲學(xué)濾波器，包括SAW(Surface Acoustic Wave，聲表面波)濾波器和BAW（Bulk Acoustic Wave，體聲波）濾波器，主要用于手機、筆記本及物聯(lián)網(wǎng)等移動終端。

聲學(xué)濾波器的分類

SAW濾波器是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片，經(jīng)表面拋光后在其上蒸發(fā)一層金屬膜，通過光刻工藝，在兩端各形成一對叉指形電極（IDT，Interdigital Transducer）組成。這兩組電極具有能量轉(zhuǎn)換功能，在輸入叉指電極將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號，沿壓電晶體表面?zhèn)鞑?，輸出叉指電極再將接收的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 SAW濾波器經(jīng)歷了普通SAW、TC-SAW（Temperature Compensated SAW，溫度補償型）和TF-SAW（Thin-Film SAW，薄膜型）三個技術(shù)時代。在5G時代，SAW濾波器依然占據(jù)50%以上聲波濾波器出貨量與貨值市場，原因是4G頻段更為擁擠，在系統(tǒng)級集成設(shè)計能力有更高要求。在全球的SAW濾波器市場份額中，村田的SAW濾波器占主導(dǎo)地位。

TF-SAW，是村田于2018年業(yè)界首次推出的新工藝SAW，村田稱其為超高性能SAW（IncredibleHigh Performance SAW，IHP SAW），是通過在壓電基板層下方增加功能層和載體襯底（Si和SiO2）減少能量耗散，克服了傳統(tǒng)SAW濾波器的缺點，具備高Q值、低頻率溫度系數(shù)和良好的散熱性等特征。

(1)高Q值

IHPSAW采用了一種新的結(jié)構(gòu)，使表面聲波的能量聚焦在襯底表面上，從而使波在襯底上的無損耗傳播。在1.9GHz頻段，諧振單元Q值的峰值Qmax達到3000以上，而傳統(tǒng)SAW濾波器的諧振單元Qmax在1000左右。

(2)低頻率溫度系數(shù)低（TCF）

IHP SAW通過同時控制基板的線性膨脹系數(shù)和聲音的速度，改進了TCF特性，達到±8 ppm /°C以下，而傳統(tǒng)的SAW濾波器當(dāng)溫度從35°C 到+ 85°C在TCF變化較大，約40 ppm /°C；普通BAW濾波器的TCF范圍為-20 ~ 30 ppm/°C。因此，就TCF而言，IHP SAW濾波器比BAW濾波器實現(xiàn)了更好的溫度特性。

(3)良好的散熱性

IHP SAW濾波器將電極產(chǎn)生的熱量高效的消散到基板上，從而降低了溫度的升高，比傳統(tǒng)的SAW濾波器低50%以上。SAW濾波器具備的低TCF和更好的散熱特性，保證了在高溫下頻響穩(wěn)定性。

（4）高寬帶調(diào)整自由度

區(qū)別于傳統(tǒng)SAW濾波器，IHP SAW擁有寬帶調(diào)整的自由度，工程師可針對各種頻帶進行優(yōu)化的濾波器。

（5）低成本

相較于傳統(tǒng)SAW只增加了一層薄膜，整體掩膜數(shù)量在3層以內(nèi)，大批量下成本相近。

IHP SAW 濾波器可以在從較低頻率（800 MHz 頻帶）到較高頻率（2500 MHz 頻帶）的寬頻譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出令人滿意的特性。在最近的發(fā)展中，在 3.5 GHz 頻帶內(nèi)的頻率特性獲得了令人滿意的結(jié)果，這被認為是傳統(tǒng) SAW 濾波器難以實現(xiàn)的（圖 5 中的 3.5 GHz 峰值）。移動終端向更高速的通信工具演進是未來的必然路徑。IHP SAW 濾波器是可以適應(yīng)下一代通信終端帶來的挑戰(zhàn)的產(chǎn)品。

IHP SAW 濾波器的特征之一是部分帶寬調(diào)整的自由度。IHP SAW 濾波器允許濾波器工程師選擇他們喜歡的任何分數(shù)帶寬。一個頻帶可以具有從窄帶到寬帶的各種帶寬。IHP SAW 濾波器允許濾波器工程師選擇所需的頻帶，從而幫助他們設(shè)計針對各種頻帶進行優(yōu)化的濾波器。

此外，IHP SAW 濾波器可以適應(yīng)濾波器小型化的要求。與傳統(tǒng)的 SAW 濾波器相比，上述三個特征將有助于器件的顯著小型化。隨著移動終端小型化的進展，預(yù)計未來對濾波器小型化的需求將得到加強。在這種環(huán)境下，IHP SAW 濾波器是可以提供尺寸優(yōu)勢的理想產(chǎn)品。