详解SAW滤波器的发展过程

以下文章来源于中科聚智，作者Andy82118

射频滤波器根据应用场景，主要分为基站端滤波器和移动端滤波器。基站端滤波器更注重高稳定性，大带宽（300M~30GHz）、耐高功率等指标，主要可分为全属腔体滤波器和介质滤波器，主要用于4G/5G通信基站；移动端滤波器对低成本、小体积更敏感，主要为声学滤波器，包括SAW(Surface Acoustic Wave，声表面波)滤波器和BAW（Bulk Acoustic Wave，体声波）滤波器，主要用于手机、笔记本及物联网等移动终端。

声学滤波器的分类

SAW滤波器是以石英、铌酸锂或钎钛酸铅等压电晶体为基片，经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜，通过光刻工艺，在两端各形成一对叉指形电极（IDT，Interdigital Transducer）组成。这两组电极具有能量转换功能，在输入叉指电极将电信号转换为声信号，沿压电晶体表面传播，输出叉指电极再将接收的声信号转换为电信号输出。 SAW滤波器经历了普通SAW、TC-SAW（Temperature Compensated SAW，温度补偿型）和TF-SAW（Thin-Film SAW，薄膜型）三个技术时代。在5G时代，SAW滤波器依然占据50%以上声波滤波器出货量与货值市场，原因是4G频段更为拥挤，在系统级集成设计能力有更高要求。在全球的SAW滤波器市场份额中，村田的SAW滤波器占主导地位。

TF-SAW，是村田于2018年业界首次推出的新工艺SAW，村田称其为超高性能SAW（IncredibleHigh Performance SAW，IHP SAW），是通过在压电基板层下方增加功能层和载体衬底（Si和SiO2）减少能量耗散，克服了传统SAW滤波器的缺点，具备高Q值、低频率温度系数和良好的散热性等特征。

(1)高Q值

IHPSAW采用了一种新的结构，使表面声波的能量聚焦在衬底表面上，从而使波在衬底上的无损耗传播。在1.9GHz频段，谐振单元Q值的峰值Qmax达到3000以上，而传统SAW滤波器的谐振单元Qmax在1000左右。

(2)低频率温度系数低（TCF）

IHP SAW通过同时控制基板的线性膨胀系数和声音的速度，改进了TCF特性，达到±8 ppm /°C以下，而传统的SAW滤波器当温度从35°C 到+ 85°C在TCF变化较大，约40 ppm /°C；普通BAW滤波器的TCF范围为-20 ~ 30 ppm/°C。因此，就TCF而言，IHP SAW滤波器比BAW滤波器实现了更好的温度特性。

(3)良好的散热性

IHP SAW滤波器将电极产生的热量高效的消散到基板上，从而降低了温度的升高，比传统的SAW滤波器低50%以上。SAW滤波器具备的低TCF和更好的散热特性，保证了在高温下频响稳定性。

（4）高宽带调整自由度

区别于传统SAW滤波器，IHP SAW拥有宽带调整的自由度，工程师可针对各种频带进行优化的滤波器。

（5）低成本

相较于传统SAW只增加了一层薄膜，整体掩膜数量在3层以内，大批量下成本相近。

IHP SAW 滤波器可以在从较低频率（800 MHz 频带）到较高频率（2500 MHz 频带）的宽频谱范围内表现出令人满意的特性。在最近的发展中，在 3.5 GHz 频带内的频率特性获得了令人满意的结果，这被认为是传统 SAW 滤波器难以实现的（图 5 中的 3.5 GHz 峰值）。移动终端向更高速的通信工具演进是未来的必然路径。IHP SAW 滤波器是可以适应下一代通信终端带来的挑战的产品。

IHP SAW 滤波器的特征之一是部分带宽调整的自由度。IHP SAW 滤波器允许滤波器工程师选择他们喜欢的任何分数带宽。一个频带可以具有从窄带到宽带的各种带宽。IHP SAW 滤波器允许滤波器工程师选择所需的频带，从而帮助他们设计针对各种频带进行优化的滤波器。

此外，IHP SAW 滤波器可以适应滤波器小型化的要求。与传统的 SAW 滤波器相比，上述三个特征将有助于器件的显着小型化。随着移动终端小型化的进展，预计未来对滤波器小型化的需求将得到加强。在这种环境下，IHP SAW 滤波器是可以提供尺寸优势的理想产品。