声表面波滤波器技术的发展状况

声表面波滤波器技术的发展状况

吴江 曹亮

（中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆400060）

1 引言

声表面波(SAW)是一种沿物体表面传播的弹性波。SAW 技术是上世纪60年代末期才发展

起来的一门新兴科学技术，它是超声学和电子学相结合的一门学科。由于可以用制造半导体

的光刻技术大批量生产质量很好的SAW 芯片，各种SAW 器件很快推出并投入实际应用。用

SAW 去模拟电子学的各种功能，可使SAW 器件实现小型化和多功能，从而在雷达、通信、

导航、识别和电子战等领域获得了广泛的应用。

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。在20世

纪70年代中期，SAW 滤波器成功应用于电视机中频处理，掀起了SAW 器件的第一次应用高

潮，至今每台电视机均有SAW 滤波器。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。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。20世纪90年代以来，掀起了SAW 器件的第二次应用

高潮，目前每个手机上包含有2～6个SAW 滤波器，世界移动通信用小型RF SAW 滤波器每年

需求约4.3亿只。

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KHz ），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。另

外，在汽车电子市场、无线LAN 及数字电视的传输系统中，也需要大量的中频SAW 滤波器。

可见，SAW 滤波器的市场前景十分可观。

除了SAW 滤波器以外通常还可使用介质滤波器、LC 滤波器等；近年来，利用体声波

(BAW ：Bulk Acousitic Wave) 的滤波器也已实现商业化了。表1所示为滤波器的种类和特征。

SAW 滤波器在1~3GHz 频段与它们存在竞争，但SAW 滤波器最大的优势是具有陡峭的频率选

择性。而且，在对电极进行设计时，可以方便实现平衡或不平衡的转换设计。近年来，在原

有基础之上，通过各种研究使SAW 滤波器在小型化、高频宽带化、集成化、耐高功率等方

面取得了很大进展，价格进一步降低。现在，在发送、接收用滤波器基本实现了全部使用SAW

滤波器。

表1、滤波器的种类和特征 滤波器的种类 使用的频带 特征

介质滤波器 300M~30GHz 高稳定性; 低损耗; 耐高功率

LC 滤波器 300M~30GHz

低价格; 低损耗

SAW 滤波器 10M~3GHz 高稳定性; 小型; 高选择度; 平衡或不平衡输入输出

BAW 滤波器 1.5G~5GHz 高稳定性; 小型; 生产成本高; 耐高功率

在生产SAW滤波器的厂商中，市场分额在前3位的是EPCOS、村田制作所、富士通Media Device。EPCOS公司2005年的SAW器件的销售额为370百万欧元，2006年销售额为409百万欧元，同比增长11%。EPCOS的生产规模很大，既有中频SAW滤波器的生产，也有射频（RF）滤波器的生产，同时研发水平居世界领先水平。与其竞争对手相比，EPCOS的突出优势还在于其半导体工业，它将SAW和BAW的制造结合起来，于2007年2月完成了应用在W-CDMA Band 上的BAW−SAW组合双工器。

中国估计大约有40家SAW滤波器的大批量供应商。CETC 德清华蓥电子有限公司、南京电子研究所、CETC 26所、Shoulder电子有限公司等是生产规模比较大的单位。但国内的SAW元件生产量只占到全球共计SAW元件供应量的1%到3% ，而且大部分是低价位的产品，在手机RF滤波器方面还无法与国外厂家竞争。在研发设计能力方面，CETC 26所居于国内领先水平。

2 声表面波滤波器的发展状况

2.1 小型片式化发展

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。随着功能集成度的增加和体积的减小的需求，推动了RF SAW滤波器的改进。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制式（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。

图1 SAW滤波器外壳改进过程

SAW器件封装技术的不断改进，使得SAW滤波器的体积越来越小。二十世纪九十年代前广泛采用有引脚的金属外壳封装SAW器件。为了降低成本，后来大量用塑封外壳封装电视机用SAW滤波器。这两种外壳都存在一个缺点，就是需要在PCB板上下面作引脚孔。为了满足元器件自动贴片要求，无引脚的陶瓷表贴（SMD）外壳得到了大量使用，同时体积也大为减小。先前的SMD器件需要点焊线，后来出现了倒装焊（flipchip）技术，不需要有点焊线，因此为进一步实现CSP（芯片尺寸封装）打下了基础。由这类小型化的技术，已经将尺寸为1.35×1.05mm2的SAW滤波器实现了商业化。在一个外壳中装载数个滤波器的复合产品也已实现了小型化，现在，尺寸为2.0×1.6mm2 SAW双工器也已实现了商业化。

然而, 韩国三星采用的另外一种片式封装技术（wafer-level-packaged—WLP）能得到更小尺寸的滤波器。它采用芯片内联技术和片-片间粘合技术取得了超小型SAW RF滤波器，其尺寸为1.0×0.8×0.25mm3。该方式封装的滤波器性能与通常的倒装焊封装滤波器相同，密封