----SAW器件是近代聲學(xué)中的表面波理論、壓電學(xué)研究成果和微電子技術(shù)有機結(jié)合的產(chǎn)物。所謂SAW,是在壓電固體材料表面產(chǎn)生和傳播、且振幅隨深入固體材料的深度增加而迅速減小的彈性波。與沿固體介質(zhì)內(nèi)部傳播的體聲波（BAW）比較,SAW有兩個顯著特點：一是能量密度高,其中約90%的能量集中于厚度等于一個波長的表面薄層中;二是傳播速度慢,約為縱波速度的45%,是橫波速度的90%。在多數(shù)情況下,SAW的傳播速度為3000～5000m/s。根據(jù)這兩個特性,人們研制出具有不同功能的SAW器件,而且可使這些不同類型的無源器件既薄又輕。
----SAW器件主要由具有壓電特性的基底材料和在該材料的拋光面上制作的由金屬薄膜組成的相互交錯的叉指狀換能器（IDT）組成。如果在IDT電極兩端加入高頻電信號,壓電材料的表面就會產(chǎn)生機械振動并同時激發(fā)出與外加電信號頻率相同的表面聲波,這種表面聲波會沿基板材料表面?zhèn)鞑�。如果在SAW傳播途徑上再制作一對IDT電極,則可將SAW檢測并使其轉(zhuǎn)換成電信號。IDT叉指狀金屬電極借助于半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)可以制作。
SAW應(yīng)移動通信的要求不斷發(fā)展
----早期的SAW的主要應(yīng)用領(lǐng)域是電視機為主導(dǎo)的視聽類電子產(chǎn)品。移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使SAW器件的市場主體發(fā)生了重大轉(zhuǎn)移。像SAW濾波器這類器件在移動通信中應(yīng)用得很好,是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器（MCF）望塵莫及的。---- 提高工作頻率
----對SAW器件,當(dāng)壓電基材選定之后,其工作頻率則由IDT指條寬度決定。IDT指條愈窄,頻率則愈高,二者關(guān)系曲線如圖1所示。
----眾所周知,目前0.5μm級的半導(dǎo)體工藝已是較普通的技術(shù),該尺寸的IDT電極條寬能制作出約1500MHz的SAW濾波器。利用0.35μm級的光刻工藝,能制作出2GHz的器件。借助于0.2μm級的精細(xì)加工技術(shù),2.5GHz的SAW器件早已實現(xiàn)大批量生產(chǎn),3GHz的器件開始進入實用化。
---- 微型化、片式化、組合化
----SAW器件微型化、片式化和輕便化,是移動通信產(chǎn)品提出的基本要求。SAW器件的IDT電極條寬通常是按照SAW波長的1/4來進行設(shè)計的。對于工作在1GHz下的器件,若設(shè)SAW的傳播速度是4000m/s,波長則僅為4μm（1/4波長是1μm）,在0.4mm的距離中能夠容納100條1μm寬的電極。故SAW器件芯片可以做得非常小,便于實現(xiàn)超小型化。
----為縮小SAW器件的體積,在其封裝型式上已由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬或LCC表面貼裝款式,并且尺寸不斷縮小。圖2為SAW濾波器尺寸不斷縮小的實物對比。
----1998年,日本富士通公司推出的SAW濾波器,尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm。
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| 圖1：SAW器件電極條 | 圖2：SAW射頻濾波器尺寸由5mm |
----將不同功能的SAW器件封裝在一起的組合型器件,同樣是減小PCB面積的一個途徑。例如,用于800MHz PDC終端的接收SAW濾波器,就內(nèi)裝兩個濾波器,其中一個是810～830MHz低頻接收帶濾波器,另一個是870～885MHz高頻帶濾波器,尺寸為3mm×3mm;再如運行于1.9GHz PCS終端60MHz帶寬的雙頻段濾波器,也是組合型的器件。其中一個頻段為1850～1885MHz(35MHz),另一個頻段則為1885～1910MHz(25MHz)。這種組合型器件,能提供3dB的插入損耗和45dB的帶外衰減。富士通公司開發(fā)的能支持模擬和數(shù)字兩種模式（即雙帶式）移動電話手機用SAW濾波器,同樣是組合型器件。
---- 降低插入損耗
----SAW濾波器以往存在的最突出問題是插入損耗大,一般不低于15dB。為滿足移動通信系統(tǒng)的要求,人們通過開發(fā)高性能的壓電材料和改進IDT設(shè)計,使器件的插入損耗降低到4dB以下,而且有些產(chǎn)品降至1dB。
----在眾多壓電材料研究成果中,最引人注目的就是日本村田公司發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石層狀結(jié)構(gòu)基板材料。該公司利用ZnO/藍(lán)寶石基板材料,制造出1.5GHz PDC RF用濾波器,插入損耗降至1.2dB。
---- 寬帶化
----移動通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代,要求SAW濾波器寬帶化。用于AMPS模擬蜂窩電話的第一代IF濾波器通頻帶寬僅為30kHz,而用于美國IS-95規(guī)格CDMA方式的便攜電話中第三代器件的通頻帶寬達(dá)1MHz以上。為使SAW濾波器實現(xiàn)寬帶化和低損耗化,必須在IDT電極結(jié)構(gòu)設(shè)計上不斷創(chuàng)新。
----傳統(tǒng)的橫向型SAW濾波器電極基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。壓電基板上面有兩個IDT,分別用作輸入和輸出的激勵與檢測轉(zhuǎn)換。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是設(shè)計自由度大,但當(dāng)要求頻帶寬/中心頻率之比較小和通頻帶寬/衰減帶寬之比較大時,則需要較多的電極條數(shù),難以實現(xiàn)小型化。同時,由于SAW是雙向傳播的,在輸入/輸出IDT電極上分別產(chǎn)生1/2的損耗,對降低損耗是不利的。
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| 圖3：橫向型SAW濾波器電極結(jié)構(gòu) | 圖4：無線LAN用2.5GHz梯型結(jié)構(gòu)濾波器特性 |
----當(dāng)采用單方向性的IDT或方向性變換器時,橫向型SAW濾波器的損耗可以降低,并可獲得比較平坦的延遲特性。
----采用梯型結(jié)構(gòu)的諧振式濾波器IDT是按照串聯(lián)和并聯(lián)形式連接成梯型若干級聯(lián)的結(jié)構(gòu),輸入/輸出直接實現(xiàn)連接。采用0.4μm以下的精細(xì)加工技術(shù),研制的無線局域網(wǎng)LAN用2.5GHz梯型結(jié)構(gòu)諧振式SAW濾波器,帶寬達(dá)100MHz,特性曲線如圖4所示。
----GSM接收前端用插入損耗僅為1dB的超低損耗型SAW濾波器,其IDT電極也采用了梯型結(jié)構(gòu)。
----在多重模式濾波器中,占主導(dǎo)地位的是一次模式和二重模式SAW（DMS）濾波器。DMS濾波器結(jié)構(gòu)主要有橫耦合型和縱耦合型兩種類型,如圖5所示。不論是哪一種類型的DMS濾波器,兩對IDT電極都靠得很近,在它們的兩側(cè)都設(shè)置了用作阻擋能量外逸的反射器,因而能獲得很低的損耗并產(chǎn)生一個高Q值,而且?guī)馑p量也較大。但是,該結(jié)構(gòu)型式不利于實現(xiàn)寬帶化。相比之下,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(shù)字蜂窩（PDC）和模擬電話的IF濾波。
