{技术管理套表}声表面波技术
声表面波的形成及计算_物联网：射频识别（RFID）核心技术详解（第3版）_[共2页]
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采用声表面波技术的标签279 • 未付款商品（附着标签）经过出口时，门道检测器测出标签并发出警报。
如果将未经解码的商品带离商场，读写器（检测器）会触发报警，提醒收银人员、顾客和商场保安人员及时处理。
EAS 商品防盗系统不会像监控系统那样让顾客有不自在的感觉，而且还起到了威慑的作用。
一般来说，射频EAS 系统价格比较便宜。
12.2 采用声表面波技术的标签声表面波（Surface Acoustic Wave ，SAW ）是传播于压电晶体表面的机械波。
利用SAW 技术制造标签始于20世纪80年代，近年来对SAW 标签的研究已经成为一个热点。
SAW 标签不需要芯片，它应用了电子学、声学、雷达、半导体平面技术及信号处理技术，是有别于IC 芯片的另一种新型标签。
12.2.1 声表面波的形成及计算(1) 声表面波的形成如果将电压加在压电晶体上，例如加在石英（SiO 2）或铌酸锂（LiNbO 3）上，压电效应会在晶格中形成机械畸变，利用这种效应可以产生符合需要的表面波。
把大约0.1µm 厚的铝片构成的电极作为电声转换器，安放在压电晶体的抛光表面上，当电声转换器加上交流电压时，声表面波传播到晶体表面上，同时晶格中的偏移随着深度的增加按指数下降。
因此，耦合的声功率的最大部分集中在薄薄的大约一个波长的晶体表面层中，形成了声表面波。
声表面波在高精度抛光的基衬表面上传播时，几乎是不衰减的，而且是不分散的，传播速度为3000m/s ～4000m/s 。
有效的电声转换器是指状电极结构，即手指互相交叉的结构。
每2个互相交叉的指状电极构成一个叉指换能器（IDT ），如图12-3所示。
IDT 的指状电极上的交流电压由于压电效应可在晶格中产生表面波；相反地，入射的表面波在IDT 的指状电极上可产生频率相同的交流电压。
图12-3 叉指换能器的结构在图12-3中，极性相同的两个手指之间的距离为IDT 的电的周期q 。
在中心频率f 0时，电声相互作用最大，这时声表面波的波长λ0与电的周期q 准确地相等，所有波的相位准确地重叠，出现最大的电声转换。
声表面波简介
声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。
同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。
早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。
1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。
但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。
直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。
1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。
1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。
特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。
声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。
所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。
声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。
整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。
声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。
声表面波促进伤口愈合的原理与控制方法
声表面波促进伤口愈合的原理与控制方法Surface acoustic wave (SAW) is a type of sound wave that travels along the surface of a material, such as a biological tissue or an artificial substrate. The promotion of wound healing by SAW is based on its ability to induce mechanical stress and strain in the tissue, which in turn activates cellular responses involved in the healing process.表面声波（SAW）是一种沿着材料表面传播的声波，例如生物组织或人工基板。
声表面波促进伤口愈合的原理基于其能够在组织中诱导机械应力和应变，进而激活参与愈合过程的细胞反应。
When SAW is applied to a wound, it generates mechanical forces that can stimulate the migration and proliferation of fibroblasts, which are key players in the production of extracellular matrix and collagen, essential for tissue repair and wound closure. Additionally, SAW has been shown to modulate the inflammatory response at the wound site, reducing the levels of pro-inflammatory cytokines and promoting the secretion of anti-inflammatory factors, which helps to create a more favorable environment for healing.当SAW应用于伤口时，它会产生机械力，可以刺激成纤维细胞的迁移和增殖，这些细胞是产生细胞外基质和胶原蛋白的关键参与者，对于组织修复和伤口闭合至关重要。
声表产品生产制作工艺介绍
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1
一.声表面波器件的用途
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2
滤波器: 电子通讯
移动设备 无线宽带 广播电视
-------------------------------
谐振器: 移动设备
无匙安全系统
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3
射频识别： 鉴别：身份识别，
物体识别， 运输方式跟踪
-----------------------------------------
光刻胶均匀性和一致性：4＂片内为±2%，片与片之间达到±2%；
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39
主要工艺－光刻
M2000涂胶显影机
3“、4”标准圆片的光刻胶涂覆及曝光后 图形显影，满足特征尺寸CD≥0.5μm声 表面波器件的光刻胶涂覆及曝光后图形 显影工艺制作要求；
涂敷光刻胶均匀性和一致性：3＂片内为 ±2%，片与片之间达到±2%；
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主要工艺－测试
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59
主要工艺－测试
自动SMD测试分选系统
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60
成品
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61
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9
SAW滤波器构成及频响
压电基片+IDT（半导体工艺）
电-- 声（SAW）--电 Hfilter(f)=HIDT1(f) *HIDT2(f)
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10
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11
三.主要声表面波器件用晶片材料
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12
LT、LN主要功能
压电效应---表面波器件 热释电效应----红外探测 电光效应---光开关、光调制 光折变效应-----全息存储 非线性光学效应-----激光倍频
声表面波滤波器技术综述
声表面波滤波器技术综述摘要：目前广泛使用的滤波器作为电子系统中的关键性器件，滤波器的性能直接影响了整个电子系统的性能。
各国的研究工作者致力于提高滤波器的性能和应用范畴。
关键词：声表面波滤波器叉指换能器压电材料1前言目前广泛使用的滤波器作为电子系统中的关键性器件，滤波器的性能直接影响了整个电子系统的性能。
各国的研究工作者致力于提高滤波器的性能和应用范畴。
声表面波(SAW)是英国物理学家 Rayleigh 在对地震波的研究中发现并提出的，是一种沿着固体表面或界面传播的弹性波，存在于一切固体中，包括各向同性和各向异性材料。
SAW器件就是利用SAW理论和技术来实现一些特定功能或进行信号处理的器件，广泛用于广播、电视机、通信和导航等领域。
Jacques Curie和Pierre Curie在1880年~1881年相继发现了压电效应和逆压电效应，为叉指换能器(InterdigitalTransducer，IDT)的发现奠定了材料和理论基础。
20 世纪 60 年代，随着光刻技术的出现和半导体平面工艺水平的发展，SAW 技术在电子领域中的应用研究开始受到重视。
声表面波滤波器是一种利用声表面波效应和谐振特性制成的对频率有选择作用的器件。
2基本原理和基本结构SAW(Surface Acoustic Wave)即声表面波，是一种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。
某些材料沿一定方向受机械力作用而发生变形(包括压缩和拉伸2种状态)，其内部会产生极化现象，并使材料相对的2个表面产生等量异号电荷。
施加的外力越大，产生的电荷量也越多；当外力消失后，材料又恢复到起始不带电的状态；将这种现象称为正压电效应。
如果给同样的材料施加电场，这些材料将会发生机械形变；外加电场消失后，材料的形变也随之消失；如果对材料施加交变电场，将会发生机械振动；这种现象称作逆压电效应。
将具有正、逆压电效应的材料称作压电材料。
声表面波传感技术及其在电力测温中的应用
Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 209【关键词】声表面波 无线无源 测温应用1 引言近些年“坚强智能电网”成为中国电网建设的发展方向。
坚强智能电网最重要的特征之一就是信息化和自动化，实现电力系统状态信息的精确高效采集与传输。
这一发展趋势促进了在线监测技术在电网中的应用，电力生产和输电设施逐步向无人值守方向发展。
在这些新应用技术中，声表面波传感技术成为一个亮点。
本文将首先介绍声表面波传感器的原理，比较与其他传感技术的优缺点，然后结合工程实际讨论如何更好的解决安装问题。
2 声表面波传感器的原理SAW 器件是用半导体集成电路工艺在压电基底材料上淀积和光刻特定形状和尺寸的金属（铝等）膜制成。
压电材料的选取、IDT 和反射栅的指宽、叉指间隔决定了SAW 传感器件的工作频率、品质因数、寄生抑制、插入损耗和敏感系数等参数。
根据器件图形结构和信号特征的不同，SAW 传感器件可以分为延迟线型和谐振型两种，如图2和图3所示。
延迟线型SAW 器件的反射栅分布在距离IDT 不同距离的位置上，不同反射栅由于位置的不同，对声波信号的反射延迟时间有所不同。
反射延迟时间会受到环境因素的影响，依靠检测时延的变化就能够获得环境量的变化，实现传感功能。
反射栅的位置还具有身份码功能，这也就是声表面波射频识别的原理。
谐振型SAW 器件的反射栅密布在IDT 两侧，对声表面波信号构成一个谐振腔，因此其返回信号是一个谐振信号，而谐振频率除了与设计尺寸有关外，也受到环境因素的影响，依靠检测谐振频率的变化就能够获得环境量的变化，实现传感功能。
在SAW 传感器件的IDT 两端接上天线，就可以组成声表面波无线传感器，可以接收和声表面波传感技术及其在电力测温中的应用文/蒋洁青1 陈昱2 洪云来2 叶飞2反射电磁波。
其工作过程是：天线接收到的电信号经IDT 的逆压电效应转换成声表面波，声表面波沿基片传播并被反射栅反射回IDT ，再经IDT 的压电效应转换成电信号，由天线发射出去。
{技术管理套表}材料表面处理技术
直接耐晒棕(RTL) 铝红棕(RW)
酸性绿 铝绿(MAL)
直接耐晒蓝 酸性湖蓝(B) 酸性黑(ATT) 酸性粒子元(NBL)
有机染料染色工艺规范
含量/g·L－1
3~5 0.3 0.5 0.035 0.1
金属转化膜是指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子 反应后，在金属表面生成的膜层。
膜层与基体具有很好的结合力。
化学作用在金属表面形成转化膜的过程--------化学转化； 电化学作用形成氧化物膜的过程-电化学转化，也叫阳极转化。
阳极氧化（阳极拉丝样品的应用）
阳极氧化
铝及铝合金在大气中会与氧生成氧化膜，由于这种自然氧 化膜极薄，耐蚀能力很低，故远不能满足工业上应用的需要。 为了提高铝及铝合金的防护性、装饰性和其他功能性，大多 数情况下可以采取阳极氧化处理。
阳极氧化膜的着色-整
体着色
整体着色是指铝及铝合金在阳极氧化的同时也被着上颜色。 它是利用溶液在电极上发生的电化学反应，使部分产物夹杂 在氧化膜中而显色；有的是合金中的有色氧化物显色。
这种着色法的色素体存在于整个膜壁和阻挡层中，故称为整 体着色。
整体着色膜具有良好的耐光性、耐热性、耐蚀性、耐磨性及 耐久性。曾广泛应用于建筑材料业，适合室外装饰。但是它 的色调种类少，色泽也不够鲜艳，同时该法能耗大、成本高， 故应用范围受到一定限制。
此外，通过改变电源波形，例如不完全整流、交直流叠加、 换向、脉冲等波形。在硫酸溶液中阳极氧化，也可以得到不 同的着色膜。
颜色
金黄
橙黄 黄
红 紫 棕 绿 蓝 黑
表2
染料名称
铝坚牢金(RL) 茜素黄 (S) 茜素红(R) 溶靛素金黄(IGK) 溶靛素亮橙(IRK)
2023年声表面波(SAW)器件行业市场分析现状
2023年声表面波(SAW)器件行业市场分析现状声表面波(SAW)器件是一种在声表面上传播的电信号的装置，它利用了固体材料和声表面波的相互作用来产生声表面波。
SAW器件多应用于通信领域，如滤波器、延时线、压电传感器等。
当前，SAW器件市场呈现出以下几个方面的市场现状。
首先，SAW器件市场规模扩大。
随着无线通信技术的发展和智能手机的普及，对SAW器件的需求日益增长。
根据市场调研机构的数据，全球SAW器件市场规模在过去几年持续增长，预计未来几年仍将保持较高增速。
其次，SAW器件应用领域扩展。
随着物联网、云计算、人工智能等技术的发展，对SAW器件在无线通信领域以外的应用需求也增加。
比如，在汽车电子领域，SAW器件被广泛应用于汽车雷达、车载无线通信等系统中。
此外，SAW器件还被应用于工业自动化、医疗设备等领域。
第三，SAW器件制造技术进步。
SAW器件的制造技术在过去几年有了较大的进展，随着纳米技术的应用，SAW器件的尺寸缩小，性能提升。
此外，制造过程的优化和自动化进一步提高了器件的质量和产能。
第四，市场竞争加剧。
随着市场规模的扩大和技术的进步，SAW器件市场竞争也日益加剧。
目前，市场上有多家国内外厂商生产SAW器件，其中一些跨国公司具有较强的研发实力和市场份额，而国内厂商则主要处于跟随和跟进的地位。
总结起来，声表面波(SAW)器件市场在近年来呈现出规模扩大、应用领域扩展、制造技术进步和竞争加剧的趋势。
未来，随着物联网、5G等技术的发展，SAW器件市场有望继续保持较高增速。
同时，厂商需密切关注市场需求和技术进展，加强创新研发，提高产品质量，以保持竞争优势。
声表面波传感技术
了能在压电材料表面激励声表面波的金属叉指换能
器（IDT），大大加速了声表面波技术的发展，相继
出现了许多各具特色的声表面波器件，使这门年轻
的学科逐步发展成为一门新兴的、声学和电子学相 结合的边缘学科。
2
• 压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其 内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电 荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压 电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当 在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去 掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电 致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感 器。 • 压电效应分类 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。 • 正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电 极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后， 晶体又恢复到不带电的状；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随 之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感 器大多是利用正压电效应制成的。 • 逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆 压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力 变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切 变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5 种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但 具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 3
程。
• （4）由于声表面波器件是在单晶材料上用半导体平面工
艺制作的，所以它具有很好的一致性和重复性，易于大量 生产，而且当使用某些单晶材料或复合材料时，声表面波 器件具有极高的温度稳定性。
声表面波技术在矿井电缆中间接头测温系统中的应用
煤声
炭表
工 业 合 肥 设 计
面 波 技 术 在
研矿
究井Biblioteka 院 有 限 责 任电 缆 中 间
公接
司头
丁
测 温
铖
系 统
中
的
应
用
ELECTRONICS WORLDɾ技术交流
2 传感器安装位置 本系统选用技术成熟的环形声表面波传感器，安装方式为表带
捆绑。针对矿井常用的YJV22 10kV电缆接头我们采用CMOSOL软 件建立电磁-热耦合的多物理场耦合模型。建模过程为结构建模、 定义材料物性参数、创建电磁学和传热学控制方程、边界条件，首 先求解负荷电流（有效值）I=1000A时的电缆中间接头电磁损耗分 布，紧接着耦合到温度场计算分析模块的热源项中，进一步求解接 触电阻存在状态下电缆中间接头的轴向温度场分布曲线，如图1所 示。从图1中可以发现，随着接触系数逐渐增大，电缆接头的温度 也随之增加，电缆中间接头轴向离中点距离越远，受接触电阻产热 的影响越小，因此，我们考虑将环形声表面波传感器紧密绑扎在中 间接头的中心处，最能表征制造、施工不当导致的接触电阻缺陷。
1 声表面波传感器测温原理 声表面波温度传感器是利用材料的压电效应以及声表面
• 156 •
波传播特性受环境影响原理而制成的。 典型结构包括压电基片、叉指换能器 （IDT）和反射栅。从结构上看，声表 面波传感芯片可以分为谐振型和延迟线 型两种，区别在于传感信号分别表现为 谐振信号和延迟反射信号。其工作原理 是：（1）读取器发出电磁扫描信号； （2）探头接收到电磁波信号并由叉指 换能器转换成其内部工作的声表面波； （3）声表面波再经叉指换能器转换成 电磁波信号经由天线返回到读取器； （4）声表面波的传播特性与温度有线 性特征关系，从而使探头返回的回波信 号具有温度特征；读取器提取探头返回 的电磁波信号特征，从而获得温度信 息，从而实现无线且无源的温度监测。 由于声表面波传感器是由压电材料构 成，不含半导体器件，因此是一种"无 芯"的传感器。其内部依靠声波工作， 没有电路，不需电池供电。其内部没有 电路，使得这种传感器具有优良的抗高 压及电磁辐射能力，工作环境主要取决 于压电材料和金属膜的耐受程度。
浅谈我国声表面波技术
ＳＡＷ频率合成器 以ＳＡＷ频率源和以ＳＡＷ滤波器组选定频率分量的直接式频率合成器是一种高信号质
量，高速的频率合成器，国外对此相当重视。我国这方面的开发不落人后，国内开发的ＳＡＷ
３９３
频率合成器频率点数从数十点至数十万点。频率步进从ｌｋＨｚ至几兆赫，频率切换时间在
Ｉ－－８．２胪，且具有极高的信号品质和各频率分量的幅度一致性，已能满足捷变频雷达，ＴＩＳ 等多种用途的需求，而且体积小，模块化，重量轻，已实现频率合成的一个飞跃。 ３．３脉压子系统
声表面波（ＳＡｗ），顾名思义是一种沿物体表面传播的弹性波。ＳＡＷ技术是２０世纪
６０年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。
由于ＳＡＷ的传播速度极低（大约是电磁波传播速度的十万分之一），并且在它的传播路径 上容易取样和进行处理，因此，用ＳＡＷ去模拟电子学的各种功能，可使电子器件实现超 小型化和多功能化。同时，由于ＳＡＷ器件在甚高频（Ⅵ｛Ｆ）和超高频（ＵＨＦ）段内以十 分简单的方式提供了用其他方法所不易得到的信号处理功能，因此，ＳＡＷ技术在雷达、 通信、导航、识别和电子战等领域获得了广泛的应用。 我国ＳＡＷ技术开发始于１９７０年，只比西方晚３年时间。ＳＡＷ器件自２０世纪７０年 代末实际应用以来，现在已遍及军工和民用各方面，大致是：ＳＡＷ信号处理器件主要应用 于军工领域，而频率选择和频率控制ＳＡＷ器件和ＳＡＷ传感器则都是军民共用的器件。
下做了很多理论研究和实验。但总体来看，距离商品化路程甚远，多数停留在实验阶段。
３９４
浅谈我国声表面波技术
作者： 作者单位： 唐光庆 驻重庆气体压缩机厂军事代表室,630000
本文链接：/Conference_7064384.aspx
声表面波的应用
声表面波传感器的应用一．声表面波简介声表面波（SAW）技术是声学和电子学相结合而形成的一门新兴边缘学科。
在该技术的基础上,现已经成功地研制出声表面波带通滤波器、振荡器、表面波卷积器和传感器等声表面波器件。
由于声表面波器件具有体积小、可靠性高、一致性好以及设计灵活等优点,所以在雷达、通信等领域的研究得到了广泛的应用。
把声表面波技术应用于传感器技术领域在近十年来得到了很大的发展。
目前, 采用技术来研制力、加速度、温度、湿度、气体及电压等一系列新型传感器的工作逐渐成为传感器研究的一个热点。
二．声表面波传感器工作原理SAW传感器构成的识别系统由一个SAW传感器标签、一个带主动式天线的阅读器和一个信号后处理单元组成。
SAW 标签由传感器天线、压电模式、指换能器和经传感器体外编码的反射区组成。
传感器天线接收由远处阅读器发送来的访问电磁脉冲信号,通过叉指换能器转化为声表面波,遇到反射条后形成回波,回波通过叉指换能器重新转化为电磁波并再次通过天线发射出去。
这些回波信号形成了由晶体表面的反射条的数目和位置决定的脉冲序列,它类似于条形码图案,每个脉冲的时间延迟取决于SAW 传播速度。
信号后处理单元对脉冲延迟变进行估计,实时解调出识别码。
天线接收到询问信号后,由IDT将电信号转换为声波信号,声波信号撞击反射区。
反射区位置不同,个数不同,会产生不同的振幅和不同的相位变化。
三．声表面波传感器的应用（1） LiNb03的声表面波应用声表面波器件(SAW)的基本原理是在压电基体上通过光刻的方法制出由相互交叉的电极(一般为铝电极)组成的叉指电极(叉指换能器)，利用基片的压电效应激发起沿着表面层传播的高频超声波，从而实现滤波、延时、脉冲压缩与扩展、卷积等多种电子学功能。
叉指换能器的基本构造如图，换能器的中心频率f0由声表面波的相速vs和电极的周期λ0确定:fo=vs/λ0，即声表面波器件的中心频率和声波的传播速率成正比，与电极的周期成反比，所以提高器件的中心频率主要在于如何提高声表面波的传播速率和缩短电极周期，又因为光刻技术的限制不可能无限制地缩短电极周期，因此当前制作高频声表面波器件的关键在于选择合适的基体材料和不断提高改进基体的晶体质量和提高压电性能，同时降低传输损耗。
声表面波
4
常用的声表面波器件材料
制作 SAW 器件的基片材料，必须是压电材料。压电 材料的特性将直接影响所制作的 SAW 器件的各项性 能，进而对SAW传感器的性能指标产生重要影响。
表征压电材料性能的重要参数有介电常数、弹性常数、 压电常数、介质损耗、机械品质因数、居里温度、温 度系数以及机电耦合系数等，它们分别描述了压电材 料的弹性、压电、介电、热学性质。
从应用角度来看，不同用途的压电材料对上述各参数 有不同的要求。
5
常用的声表面波器件材料
在实际应用中，对压电基片材料的基本要求包括较大的机电耦 合系数，零或较小的温度延时系数，较低的传播损耗，同时这 种基片材料还要易于生产，电材料（重复性好、可靠性 高、声表面波传播损耗小，但是一般难以同时满足机电耦合系 数高，而温度系数又要小的要求，且一般它们是各向异性材料， 所以需要有高精度的定向切割技术）、压电陶瓷（机电耦合系 数大，其横向各向同性，容易制成任意形状，价格低廉，工作 频率受限，一致性差）和压电薄膜（压电薄膜和非压电衬底形 成了多层结构，表面波传播特性则由压电薄膜和衬底的特性共 同决定，方便集成）三种。
SAWD设计简单，但稳定性较差。
15
8.4.1 SAW传感器的结构形式与基本原理
谐振型（SAWR）由左右两个反射栅阵列构成谐振腔，声表面 波在两个反射栅之间来回反射、叠加、共振形成驻波。
对于叉指间隔和反射栅指条间隔均匀分布的SAWR，SAW波 长和IDT周期长度满足： v v
2l P
SAW辨识标签具有误码率低、读取时间快、作用距离远、 不受光遮盖和读取方向影响等优点，因而 SAW标签是对 IC射频标签的一个有力补充。
声表面波器件的用途、生产制作和工艺介绍
常用表面波切型
简称
主面及传播方向
128 °Y-X 128 ° 旋转Y切X向传播
LN
铌酸锂
64 °Y-X LN
Y-Z LN
64° 旋转Y切X向传播 铌酸锂
Y切Z向传播 铌酸锂
碳化硅 100 120 180 240# W28 W1 1000# 2000 W3.
规格号 # # #
4
#
5
粒度尺 160 125 80 63
28- 14- 15.5
8.5
3.5-
寸范围
20 10
2.5
晶片粗 >7 ≥5 ≥3 1-3 糙度
0.5 0.5-0.7 0.150.3
金胜
3--
1.5— 0.8- 0.5 水晶:
5
2.2 1.5 - 0.5-1.0
1.0 其他
0.8-1.5
DQ备 晶片背面粗糙度数值为LN晶片实测典型值。晶片材料不同其
注
加工粗糙度值略有差别。
四.声表面波器件制作工艺流程
1.前工序
镀金属膜
涂胶
曝光
显影
腐蚀
基
片
探针测试
清
洗
涂胶
曝光
显影
镀金属膜
剥离
镀保护膜
后工序
Hale Waihona Puke 湿法工艺①.镀膜铝 晶片
②.涂光刻胶
光刻胶 铝
晶片
③.曝光
光刻胶 铝
UV 光
晶片
④.显影
光刻 胶
铝
晶片
⑤.刻蚀
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Electronic ID
8.2 声表面波技术的基础知识
1. 什么是声表面波
SAW泛指沿表面或界面传播的各种模式的波
机械波
在表面传播，能量 集中在厚度不超过 1个波长的表层
SAW
SAW的激发
1. 基于压电材料的压电效应与逆压电效应
电能
机械能
电能
2. 波在不连续介质处的反射
Concept: IDT
外加电压 吸声材料
接收端
接地电极 压电基体
SAW的描述 ❖ 声波可以用质点离开平衡位置的位
移来表示，对于压电体，声波的传 播还伴随着电场和电势，因此描述 声波的变量还要有电势，一共四个 量。
2. 声表面波的类型
不同的边界条件和传播介质条件可以激发出不同 模式的声表面波。
在半无限基片上存在的声表面波有瑞利波 (Rayleigh waves)、漏波(Leaky SAW)、广义瑞利波 （Generalized Rayleigh waves）、水平剪切波(SHSAW)、电声波(B-G waves)、兰姆波(Lamb waves) 等。
8.4 声表面波传感器技术
工作原理：
利用外界物 理量（如温度、 压力等）的变化 引起声表面波的 传播特性发生变 化的原理来敏感 被测量。
结构型式
SAW传感器一般采用振荡器电路形式，其中SAW振 荡器是传感器的核心。SAW传感器的基本工作原理就是 利用了SAW振荡器这一频控元件受各种物理、化学和生 物量的作用而引起振荡频率的变化，通过精确测量振荡频 率的变化，从而实现检测上述物理量及化学量变化的目的。
在层状结构的基片存在有乐甫波(Love waves)、 西沙瓦波(Sezawa waves)、斯东莱波（Stoneley waves）等。
3. 瑞利波特点
瑞利波是在半无限基片边界条件下沿介质表面传播的声 波，SAW技术中所应用的绝大部分是瑞利波，它具有特点： ①非色散波，即波速与频率无关； ②质点作椭圆偏振，偏振平面不一定在弧矢平面内，椭圆的 主轴也不一定与传播方向或表面法线平行； ③质点通常有三个位移分量，并随深度方向呈衰减振荡，能 量几乎集中在1~2个波长的深度范围内； ④波的相速度依赖于晶体的切向和波的传播方向，除沿纯模 方向外，能流方向一般也不平行于传播方向。
{技术管理套表}声表面波技术
8.1 概述
声表面波（SAW）是一种能量集中在表面传播 的弹性波。最早是由英国物理学家瑞利在19世纪80 年代在研究地震波过程中偶然发现的。
1965年，美国的R.M.White和F.M.Voltmov发 明了能在压电材料表面激励声表面波的金属叉指换 能器（IDT），大大加速了声表面波技术的发展， 相继出现了许多各具特色的声表面波器件，使这门 年轻的学科逐步发展成为一门新兴的、声学和电子 学相结合的边缘学科。
图7-12 正交相位检波原理
SAW传感器的温度补偿
一 选择零温度系数切型 二 差动法 三 数字补偿法 四 浮动零点法
SAW传感器特点
１）高精度，高灵敏度； ２）准数字输出 ； ３）微型化，低功耗； ４）便于实现无线、无源化 ； ５）多参数敏感性，抗干扰能力强； 6） 结构工艺性好，便于大批量生产
SAWR由左右两个反射栅
阵列构成谐振腔，声表面波在
两个反射栅之间来回反射、叠 加、共振形成驻波。对于叉指
（a）单端对谐振器
间隔和反射栅指条间隔均匀分
布的SAWR，谐振型振荡器的
振荡频率为： f
v
v
2lP
（b）双端对谐振器
SAWR器件的品质因数Q值高、插损小，由于Q值
是决定振荡器频率稳定性的重要参数之一，因此这种高
8.5 声表面波传感器的应用
Vibration and Acceleration SAW Sensor Torque SAW Sensor Flow SAW Sensor SAW Gyroscope Liquid SAW Sensor Gas SAW Sensor Applications of SAW Device in Automobile
种类
到日前为止，已经研制出的SAW传感 器，归 纳起来可分为三大类： 1 物理量传感器： 力(压力、应力)传感器、扭矩传 感器、加速度传感器、 角速度传感器（陀螺）、温 度传感器、位移传感器、倾斜度传感器、磁场传感 器、电压传感器、流量传感器、水声传感器等 2 化学量传感器： 气体传感器、露点传感器、湿度 传感器、微质量传感器(微量天平)等； 3 生物传感器： 酶传感器、免疫传感器、液体识 别传感器、离子识别传感器等。
Vibration and Acceleration SAW Sensor
Torque SAW Sensor
Flow SAW Sensor
SAW Gyroscope
Liquid SAW Sensor
Gas SAW Sensor
SO2、H2S、CO、NO2、H2 etc
Application Examples of SAW technology in Automobile
带通
功放
滤波
开关
带通 滤波
70MHz 晶振
混频器
图7-11 发射接收系统框图
SAW传感器信号检测
arctan
A cos(0t)
90°功分器
A1 cos(0t) I 低通滤波
Q 低通滤波
A1 sin(0t)
B1 cos(0t i )
0° 功 S(t) B cos(0t i )
分 B1 cos(0t i ) 器
Q值谐振器结构可以进一步提高SAW传感器灵敏度和分
辨率。
任何量只要能引起 v、 l 或 lP 发生变化，就会
使SAW振荡器的振荡频率发生变化。通过振荡 电路检测出振荡频率的变化就可以建立起频率 偏移与待测量之间的关系。
若在两又指电极或反射栅之间徐覆一层对 某种气体或湿度敏感的材料就可制成SAW气体 或湿度传感器。
用SAW器件研制、开发新型传感器始于20世纪 80年代，起初，人们发现外界因素(如温度、压力、 磁场、电场、某种气体等)对声表面波传播特性会 造成影响，进而研究这些影响与外界因素的关系。 根据这些函数关系．设计了各种所需结构．用于测 量各种化学的、物理的、生物的被测参数。
尽管SAW传感器的历史并不长，在实用化方面尚有 很多困难，但由于它的符合信号系统小型化、数字化、 智能化和集成化、高精度的发展方向，因而越来越受到 传感器行业的青睐，世界上许多国家对SAW传感器的 开发研究极为关注。从80年代至90年代，SAW传感器 在欧美，特别是在日本，获得了迅速发展，出现了十几 种类型的SAW传感器。近十几年来，SAW技术、电子 技术和微平面工艺的不断发展，使SAW振荡器的频率 不断提高，器件和电路Q值不断增大，这为SAW传感器 的发展了良好契机。
放大器
移相器
匹配 网络
SAW振荡器
匹配 网络
声表面波振荡电路 Schematic of SAW oscillator circuit
SAW振荡器通常有延迟型（SAWD）和 谐振型（SAWR）两种结构 .
SAWD由两个叉指换能器（IDT）的中心 距决定相位反馈，由IDT的选频作用和反馈放 大器产生固定频率的振荡。其振荡频率为：
Materials
8.3 SAW问题的基础理论
1. 压电效应及其本构方程
Tij
cE ijkl
Skl
ekij Ek
Di
eikl Skl
S ik
ห้องสมุดไป่ตู้Ek
2. 压电体内的波动方程
ciEjkluk ,lj
ekij ,kj
2ui t 2
0
eikluk ,li
S
ik ,ki
0
3. 压电介质中的Christofel方程
在遥测时，读写器与敏感基片之间距离的变化也会引起传
播时间的变化，为解决这一问题，在基片上设置多个反射
栅，反射栅之间的时延只反映器件本身的状态，而不受读
写器与敏感基片之间距离的影响。在实际测量中，由于时
延值非常小，常采用测量相位的方法来代替对时延的测量
如果相应位置上的反射栅被布置或抽取，则该 位置上的脉冲可表示编码“1”或“0”，相同结 构的器件就变成了用于目标辨识的SAW标签（IDTag）。虽然目前SAW辨识标签没有随时改写的 功能，但与其它类型的辨识标签相比，具有误码 率低、读取时间快、作用距离远、不受光遮盖和 读取方向影响、可在金属液体表面读取等优点， 因而SAW标签是对IC射频标签的一个有力补充。
4. SAW技术应用与器件
目前SAW技术的应用已涉及地震学、天文学、 雷达通讯及广播电视中的信号处理、航空航天、 石油勘探、无损检测、识别定位和传感器等许多 学科领域。随着电子学、声学、微平面工艺的飞 速发展，SAW技术的发展也越来越迅速，目前已 成为电子、超声领域最为活跃的学科分支之一。
5. SAW器件材料
声表面波特点（相比电磁波）
（1）具有较低的传播速度和较短的波长； （2）沿固体表面传播的，且传播速度较慢； （3）晶体表面传播的弹性波，不涉及晶体内 部电子的迁移过程； （4）采用单晶材料和用平面工艺制造，故重 复性和一致性好，易于大批量生产。
声表面波器件
滤波器、延迟线、振荡器、混频器、放大器、卷积器、 相关器、编码器、声光调制器、声光偏转器、声光开 关、超声马达、射频标签和传感器等。特别是其作为 一种快速、超小型的频率控制、选择和信号处理器件， 对电子和通信系统的发展起着极为重要的作用。目前， SAW器件正在朝着GHz频段到10GHz频段的超高频 化发展。可以预测它将在信号检测、信号处理中发挥 越来越重要的作用。
磁信号转换为声表面波。声表面波经过一段延迟后由反射