国内外射频声表滤波器产品技术工艺研发动态与发展趋势分析

第一节 国内射频声表滤波器产品技术工艺研发动态

RF前端应用的低损耗滤波器从70年代以来，为适应RF前端应用，低损耗滤波器的开发一直是SAW技术开发者的重要研究课题。80年以来，以移动通讯中频和射频滤波器为目标，开发了多种单相单向换能器和分布阵列反射换能器(DART)，以它们和反射栅构成的Z型通道滤波器和横向耦合谐振结构滤波器多适用制作中频(工作频率大约500MHz以下)，对于射频工作的滤波器，开发了交叉叉指换能器结构和梯形多谐振器结构等，并利用漏表面波模，获得了可以保证的RF前端低于3dB的插入损耗并且满足使用要求，这些技术成果为在900～2500MHz频段的移动通信手机双工器应用奠定了基础，为SAW的应用领域开辟了广阔的天地。

我国RF声表面波滤波器开发已经取得很大的成功，900MHz以下的射频滤波器(以无绳电话双工器应用为主)已开始批量生产，其产量已在数百万只以上。

手机应用的RF和IF滤波器，产品设计已基本成功，目前国内有三家单位正在筹组生产线。与国外差距主要在工作频段和规模化生产上。  

SAW滤波器组国外SAW滤波器组开发有多滤器结构，弧型换能器结构和色散换能器结构等多种，其中多滤波器结构较成熟也易于制作。我国26所从80年代末开始开发SAW滤波器组，主要采用多滤器结构，通道数从 5～40路，主要用于信道化接收机用的多路器和频率合成和各种接收机的频道预选，前者为一路输入多路输出，后者为多路输入多路输出。  

当前我国以26所为代表开发的SAW滤波器组水平与国外差距不大，也能满足国内当前大部分需求。SAW频率控制器件SAW频控元件工作基频可比晶体高二个数量级而有与晶体同级的稳定性，因而备受关注。 SAW频率控制器件分为延迟线和谐振器两类，延迟线作频控元件时除要求较高Q值外，其余与其他用途的延迟线没有特殊要求，应用延迟线国内频率可以做到 1200MHz。

四川压电与声光技术研究所是目前国内声表面波技术开发实力最强，水平最高的单位。与国内业界的其它一些单位相比，该所的优势主要体现在具有较强的声表面波滤波器设计开发能力。已研制开发出五大系列一千多个品种的SAW器件，包括用于BP机和无绳电话的滤波器，用于AMPS、GSM、CDMA、PHS直放站、基站的系列中频滤波器以及用于有线接收系统的500—700MHz系列滤波器和用于无线局域网（WAN）、无线本地环(WLL)的声表面波滤波器（用于蜂窝电话的滤波器也已开发出来）。26所拥有以国内最大投资建立起来的先进生产线，现已具备月产50～100万只的各类声表器件的生产能力，同时拥有完善的售后服务体系，产品已批量出口美国、欧洲以及东南亚地区，在国际国内都享有较高的声誉。

第二节 国外射频声表滤波器产品技术工艺研发动态

为满足移动通信技术对SAWF高频化要求，制作SAWF的基片材料和IDT设计等必须有重大的创新。

当基片选材确定后，SAWF的工作频率完全依赖于lDT的电极条宽。由于IDT电极系统通常以SAW的四分之一波长来进行设计，SAWF的工作频率愈高，电极条宽则愈细，对工艺精度的控制也就愈严格。利用0.35μm条宽超大规模集成电路光刻工艺，2.5GHz的SAWF早已实现了大批量生产。为满足移动通信系统的不同要求并实现微型化和轻便化，SAWF的设计出现了梯型和DMS（Double Mode)型等多种不同的结构。

在基片材料选择上，除了继续沿用LiTaO3、LiNbO2和Li2B4O7等压电陶瓷外，还采用了复合型材料。对同一种材料，也开展了晶体取向的研究。例如，富士通公司利用42°结晶取向的LiTaO3材料制作的SAWF，具有温度特性好、低损耗和宽频带化等优异的性能。日本NEC公司利用ST方向切割晶体材料制作的PHS基地站用IF滤波器，中心频率=248.45MHz，安置于环境恶劣的PHS基地站中长期工作，运行稳定可靠。选用以上材料制作微波波段用SAWF，衰减常数和插入损耗较大 1992年，日本村田公司率先采用ZnO／蓝宝石作为基板研制出1.5GHz PDC RF SAWF，ZnO／蓝宝石基板材料的SAW传播速度达550(hn／s，是目前比较理想的微波SAWF用基材。ZnO薄膜是采用RF平面磁控溅射工艺外延生长的，具有良好的均匀性和重复性。

日本公司占据了全球声表面波器件市场的大部分，他们在这一领域领先主要由于对生产精密度的要求越来越高，而且日本在用于基底材料的晶体技术上处于领先地位。

1、Fujitsu Ltd：提供世界最小的2.5×2产品

日本所有的研究与开发及基层产品的生产大部分都在国内，国外也有装配。Fujitsu Ltd声称占据了世界用于蜂窝电话的小型RF声表面波滤波器市场的40%以上。公司大部分型号是采用钽酸锂。

由于对蜂窝电话上的声表面波滤波器的需求大幅上升，Fujitsu1998年初开始在Nagano辖区内建立一个新的、专门的生产线。这个6,300平方米的工厂耗资2,400万美金。研究与开发部门侧重于更高频率、更大操作能量、更小尺寸及先进的系统要求。开发的其它领域包括多模式/多频道电话及未来的W-CDMA系统。

Fujitsu最近扩大了生产手提电话上的声表面波平衡滤波器的生产线，生产F5CMB2系列。传统的用在RF上的声表面波滤波器是非平衡型，需要平衡/非平衡转换电路。而平衡滤波器则不需要转换电路，因而减少了外部贴装元件的数量。这种滤波器具有高衰减、低插入损耗的特性，尺寸也减小到3×3×1.6mm。

世界上最小的声表面波器件的纪录是由Fujitsu 1998年开始批量生产F5CP系列时创造的。大小为2.5x 2mm，重22 mg，比公司以前的F5CE系列（3×3mm）小60%，重量轻40%。通过综合反转芯片包装方式及独有的共鸣器滤波器设计完成了这一突破，同时减小了插入损耗，并增加了障碍波段的衰减。开始时这一系列将被用于PDC800系统（用于日本的蜂窝电话），并逐渐使之适用于其它系统。

2、Sanyo：重点研究新一代数字及宽带产品

SanyoElectric也是主要的制造商，1975年开始研究声表面波器件，1979年开始生产用于视听设备上的产品。现在，这间位于大版的公司被认为是世界第二大的生产电视上用的声表面波器件的公司。Sanyo的声表面波器件生产线的最大特点是完整的纵向综合生产-从培植单晶基体到最后的安装。

公司现在使用铌酸锂、钽酸锂及石英基。同时也在研究langasite，研究滤波器的重点是用在新一代数字产品及那些适应宽频道的产品，包括绝缘体滤波器装置。与现有的声表面波器件不同，绝缘体滤波器装置适用于频率大于1GB的情况。

Sanyo Electric 生产用于电视及录像机（内部载波、视频频道及声音频道)上的声表面波滤波器，直接卫星传播接收装置，无线传送（端口类型）及可移动无线电话（RF滤波器及IF滤波器）。它还生产声表面波共鸣器。Sanyo Electric的最新型号是TSB6221D和TSB2122D，用于A/V装置，把视听信号滤波器综合在一个单独的、小的铅金属罐中。公司还开发出了适用于PAL信号的TSB6324D型。

3、Toko Inc：专注于提供便携设备用的产品

Toko Inc.是生产线圈、传统滤波器、声表面波滤波器、集成电路及多种其它元件的公司，位于东京。公司专攻用于便携式通讯设备上的声表面波滤波器，提供近三十种标准型号，所有的型号都是表面贴装元件。大部分用在类似蜂窝电话的装置上，有些则用在PDC，GSM，DECT，CDMA及DAB上。

新产品SAO43WA-003是中间频率为43MHz，最小带宽为750kHz，5dB的普通用途的IF滤波器。最小衰减率在44.6 ~52MHz时为65dB，在中间频率时的最高GD时间为200s。

另外，Toko还开发了三种其它型号（包括SFO83ZB-001），尺寸降低了33%，重量减轻了39%。这三种型号的中间频率分别为83.16MHz、85.38MHz和90.00MHz。

4、Murata：致力于减小尺寸

Murata Mfg Co. Ltd 是另一个著名的陶瓷封装电子产品制造商。同时也是主要的声表面波器件制造商，而且持续刷新小型化的世界纪录。

新的SAFC(P)-MSA系列有两种表面封装型式，一种是LCC封装，而另一种是在平面基础上的金属封装。后者类似于管脚封装，只是突出的脚被表面贴装脚所取代。LCC的体积只有公司以前最小产品的45%,而且据说是世界同类产品中最小的。

Murata的SAFC130.000MC10X型是130MHz波段的声表面波滤波器，用于PDC手提电话上的IF，大小为5×7×1.9mm。与公司以前的产品相比，贴装面积减少20%，体积减少15%。新的SAFCC系列适用于电视调谐器。据称这是行业内最小的设备，使用独有的氧化锌薄膜技术。

第三节 2007-2008年国内外射频声表滤波器技术工艺研发成果回顾

1、中国大陆地区

在大陆从事表面声波滤波器生产的公司不到50家，其中多数为国有企业。近年来，也出现一些与香港和日本合资的企业。民营企业极为少见，因为表面声波滤波器的生产需要半导体设备和很高的技术。

实际上，在大陆只有十几家公司具有批量生产的能力，其它厂家的规模都很小。大陆市场中，进口产品占主导地位，特别是高端产品。本地产品主要用于像电视接收器和录像机这样的传统需求。

随着新应用领域的需求与日俱增，制造商正努力提升技术水平和产量。大陆的大部分产品都出口东南亚、南韩和欧美。卫星通讯用的滤波器在全球市场极受欢迎。除移动电话之外，光纤通讯、广域网和蓝芽将在未来产生巨大需求。但如果制造商未能对生产设备和技术进行大幅度的升级，就会被对手远远甩在后面。”研发将集中解决插入损耗的问题。

2、台湾

台湾的表面声波滤波器制造业历史相当短，批量生产于1999年末才开始，估计该行业中只有不多的企业。用于数据通讯的表面声波滤波器，如无线局域网、线缆调制解调器和RF产品，还有消费产品如遥控器、监视设备和安全系统。

相反，移动电话对表面声波滤波器的需求却在下降。不过Ftech公司总经理Jack Huang认为：今年初订货量将会反弹。

Ftech公司将射频和中频表面声波滤波器投放市场。Branchy公司也推出用于无键盘门禁安全系统遥控器的303.625MHz至868.350MHz表面声波滤波器。

3、香港

香港表面声波滤波器的制造历史只有几年时间。多数制造DIP和半表面型表面声波滤波器。

制造商们声称他们的产品开发紧跟世界领先的日本、德国和美国大型供应商的设计趋势。来自这些国家的产品占整个市场的60-70%，尤其是表面贴装型产品占绝对主导地位。有专家指出，大陆和香港的制造商为数不多，由于该类产品在设备上需要相当大的投入，本地公司还没有完全掌握相关技术。

推动需求的主要动力是AV产品的遥控器、传呼机、报警系统及卫星接收机。销往大陆的产品主要用于电视接收器。其它出口市场包括欧美、台湾和南韩。

尽管DIP型表面声波滤波器仍主宰市场，但开发和需求的走势一直朝向小型的表面贴装型产品。由于移动通讯等先进通讯产品提出更高的要求，表面声波滤波器的开发重点集中在频率范围的改进，以及产品体积的小型化。本地制造商预计将推出表面型产品。Abundance Ent.公司正在开发的表面声波滤波器主要针对1KHz以上频率的应用。Chequers电子（中国）公司计划在两年内开发出3.5x3.5mm的表面声波滤波器。

4、日本

日本的大型表面声波滤波器供应商约有10家。随着移动电话的普及，表面声波滤波器作为此类产品中的关键元件之一，需求出现大幅上升。日本制造商全力投入研发，在新品方面仍领导潮流。本地制造商不断推出新型的表面声波滤波器，它们具有更小的尺寸、更高的工作频率和新型封装。

大小为3x3mm的表面声波滤波器是市场中最热门的产品，而制造商仍在推出更小的型号。富士通媒介设备公司（Fujitsu Media Devices Ltd ）宣布推出用于蜂窝电话的超紧凑带阻滤波器和用于移动通讯的级间RF滤波器。F5/F6CP系列的滤波器大小只有2.5x2x1mm，而且插入损耗极小。D5CN系列表面声波双工器，大小只有5x5x1.7mm，且拥有极低的插入损耗和良好的边缘性能。

三洋电子元件公司也在积极推广其最新产品TSM942JW-T。这是一种平衡型的超小型EGSM Rx产品，尺寸为2.5x2x1mm，标称I/O阻抗为50/150Ω（传统阻抗为50/50Ω），它具有较低的插入损耗及较大的衰减。 ST942J184U2-R是针对EGSM Rx/PCN Rx的表面声波滤波器。尽管它是两合一型的封装，但体积很小，只有5x3x1mm。同样，其特点是高阻抗，标称I/O阻抗为50/200Ω。

对于体积更小、处理频率更高，应用于高科技移动电话的表面声波滤波器，需求不断增长。富士通实验室和富士通媒介公司开发一种适用于5GHz工作的移动和无线接入通讯设备表面声波滤波器。这种新产品的特点在于体积非常小（小于2.5x2x1mm），频率很高（5GHz至5.8GHz），以及很低的插入损耗（小于3dB,最小值）。

NEC公司的工程师为了解决陶瓷材料短缺的问题，于2000年开发出塑料封装的表面声波滤波器。NEC的新型滤波器体积很小（3x3mm），据称只有该公司陶瓷封装滤波器规格的2/3。它还与陶瓷产品具有相同的引脚布局。采用塑料封装后，该公司减少了交货时间，更容易批量生产，而且使价格削减了10%。

5、南韩

南韩自几年前开始生产表面声波滤波器以来，该行业一直健康发展，年增长率约为12%，新的厂家不断出现。

本地制造商集中于电视接收器和录相机的中频滤波器，以及针对CDMA等移动电信应用的RF滤波器。制造商声称可以提供极具竞争力的价格。目前，竞争极为激烈。在研发、快速交货、ISO认证等方面都有巨额投入，并以极具竞争力的价格吸引新的买家。某些高端产品加强了在大陆和台湾的销售。

南韩的研发重点已转移到小型化的表面声波滤波器，更高频率的产品也在开发之中。为跟上快速变化的电信市场，制造商提供多样化的产品，并加快了新产品的周期。

第四节 2009-2012年射频声表滤波器国内外技术工艺研发趋势分析

SAW滤波器的发展趋势主要体现在以下几个方面：

1、小型片式化

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。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1.9GHzPCS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带式（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。

2、高频、宽带化

为适应电子整机高频、宽带化的要求，SAW滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。研究表明，当压电基材选定之后，SAW滤波器的工作频率则由IDT电极条宽度所决定，IDT电极条愈窄，频率愈高。采用半导体0.35～0.2μm级的精细加工工艺，可制作出2～3GHz的SAW滤波器。

拓展SAW滤波器的带宽通常从优化设计IDT的电极结构入手。比如将IDT按串联和并联形式连接成梯形若干级联的结构，输入/输出直接实现连接，采用0.4μm以下的精细加工技术，就可制作出用于无线局域网（LAN）的2.5GHz梯形结构谐振式SAW滤波器，带宽达100MHz；在多重模式滤波器中，采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些，因此被广泛用于蜂窝电话和寻呼机的RF滤波，而后者具有陡削的窄带特性，可用于个人数字蜂窝（PDC）和模拟电话的中频（IF）滤波。

3、降低插入损耗

早期SAW滤波器的最大缺陷是插入损耗大，一般在15dB以上，这对于要求低功耗的通信设备特别是接收前端是无法接受的。为满足现代通信系统以及其它用途的要求，人们通过开发高性能的压电材料和改进IDT设计，使器件的插入损耗降低到3～4dB，最低可达1dB。在众多压电材料研究成果中，最引人注目的是日本村田制作所发明的ZnO/蓝宝石层状结构基片材料，利用这种基片材料，该所已制造出1.5GHzPDC用射频SAW滤波器，其插入损耗仅1.2dB。

第五节 射频声表滤波器产品同类替代技术工艺发展

移动通信射频器件专业性较强，对技术先进性和产品适用性要求很高。技术的迅速发展要求供应商及时开发适应市场需求、极有潜力的高技术产品。射频声表滤波器产品同类替代技术发展迅速。