声表面波滤波器PCB板制作

第二章 声表面波与器件制作本章中，我们主要介绍声表面波(SAW)的基本特性和基本类型，压电基片的选择，叉指换能器(IDTs)的特征以及声表面波器件的制作方法。

2.1 引言压电效应是指在晶体上施加压力时产生电势差的现象。

压电晶体在外力的作用下发生形变时，某些表面会出现异号电荷，而在压电晶体上加一电场时，晶体不仅产生极化，而且会产生应变和应力。

压电材料的几何应变与施加电场成比例。

从1880年居里兄弟发现压电效应以来，压电学已经成为现代科学技术中的一个非常重要的领域。

而作为压电学发展的一个重要分支，在二十世纪六十年代中期美国的怀特等人提出用叉指换能器在压电基片上激励和检测声表面波的方法之后，声表面波器件的研究得到了很大的发展。

2.2 SAW 的介绍在各向同性固体中传播的声波，根据质点的偏振方向可以分为两大类，一类是质点振动垂直于传播方向的波称之为横波，一类是质点振动平行于传播方向的波称之为纵波。

二者的速度取决于材料的弹性常数，即横波速度 1/2s (/)υ=μρ （2.1）纵波速度 1/2L 2()λ+μυ=ρ （2.2）各向同性材料的弹性常数，称为拉密常数；ρ是材料密度。

从式子中可以看到，横波通常要比纵波慢。

在各向异性固体材料如压电晶体中，质点振动方向和声波传播方向的关系并非如此简单。

一般来说，质点振动方向既不垂直也不平行于声波传播方向，而是有三个互相垂直的偏振方式。

其中偏振方向较为接近传播方向的波称为“准纵波”，两个偏振方向较为接近垂直于传播方向的偏振波称之为“准横波”。

这三种波的速度各不相同，其中准纵波速度最快，而两个准横波的速度比较慢，其中较快的一个称为“准快横波”，较慢的一个称为“准慢横波”。

同时波前的法线方向亦即波的相速度方向与波的能流方向并不一定相同，如图1.1所示。

n 为波前的法线方向r L 、r s1、r s2分别为准纵波、准快横波、准慢横波的能流方向。

一般来讲这三束波不共平面、OL 、OS 1、OS 2正比于三者相速度[1].。

什么是SAWF(声表面滤波器),特点及用途什么是SAWF(声表面波滤波器)声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。

所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。

具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。

由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。

声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。

在有线电视系统中实现邻频传输的关键器件。

声表面波滤波器的特点是：（1）频率响应平坦，不平坦度仅为±0.3-±0.5dB，群时延±30-±50ns。

（2）SAWF矩形系数好，带外抑制可达40dB以上。

（3）插入损耗虽高达25-30dB，但可以用放大器补偿电平损失。

声表面波滤波器包括声表面波电视图像中频滤波器、电视伴音滤波器、电视频道残留边带滤波器。

声表面波滤波器的典型技术指标如下表所示。

声表面滤波器封装的分类插件型和贴片型(具体的图片如下图声表面波滤波器的应用及发展1 前言声表面波—SAW（SurfaceAcousticWave）就是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。

SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。

它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。

其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。

2 SAW滤波器的特点SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。

基于ADS的声表滤波器匹配电路设计分析摘要：为进一步提高声表滤波器装置在射频电路实际使用中的性能，不仅要对声表滤波器装置本身进行性能优化处理，同时，其他部分的外部电路同样十分重要，需要保证阻抗匹配可以达到标准水平。

本文以上述内容为核心，针对声表滤波器装置实际使用性能的发挥展开研究，分析在射频电路中的具体应用情况，总结相关经验并归纳出部分常用声表滤波器装置在常规射频电路中的常见阻抗匹配方式，同时也给出两种新的在射频电路中不平衡转平衡状态下的阻抗匹配设定建议，并对二者进行ADS仿真测试，经仿真测试分析后，可证明这两种方法可以有效提升滤波器装置在电路中的使用性能，进而为整个电路提供良好的性能优化保障作用。

关键词：射频电路；声表滤波器；阻抗匹配；ADS前言：新时期背景下，现有移动通信技术领域的发展速度不断加快，声表滤波器装置的应用范围也在不断扩展，在系统应用程度不断加深的情况下，声表滤波器装置的实际使用性能也在面临着更高级别的要求。

但是，关于射频电路实际运行中的应用，还需要对使用性能做出充分考量，为此，设计者一般会将声表滤波器装置设计成多种不同的形式，所以，可将声表滤波器装置视为一个单独的网络，与其相对应的则是输入与输出两个不同端口，在将其应用到实际电路中以后，声表滤波器装置便需要与外部其他电路进行直接连接和阻抗匹配，通过这种方式保证电路使用性能可以达到期望水平。

1 声表滤波器概述目前，声表面波（SAW）滤波器装置在2G接收机设备的前端或者双工器设备和接收滤波器设备中的应用十分常见。

其中，SAW滤波器装置自身具有低插入损耗优势和突出的抑制性能，在实际使用过程中不仅能够达到带宽标准，同时其自身体积与传统类型的腔体结构或者陶瓷滤波器装置对比更小，具有突出优势。

因此，SAW滤波器可以被布设在晶圆上，在这样的条件下，能够有效降低成本，并执行批量生产[1]。

此外，SAW技术还能够支持各种不同频段的专业滤波器或者双工器进行整合处理，布设在单一芯片内，这样的布设优势仅需少量或者根本不需其他的额外工艺即可实现设计目标，在保证使用效果的前提下，具有量多使用优势。

FBAR滤波器的工作原理及制备方法SUBSCRIBE to US近年来，随着无线通信技术朝着高频率和高速度方向迅猛发展，以及电子元器件朝着微型化和低功耗的方向发展，基于薄膜体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR）的滤波器的研究与开发越来越受到人们的关注。

传统的无线通信系统常常用到介质滤波器和SAW（Surface Acoustic Wave，声表面波）滤波器。

介质滤波器虽然有较好的性能，但体积大，不便于用到便携式设备中；SAW滤波器体积小，目前虽得到广泛运用，但仍存在工作频率不高、插入损耗较大、功率容量较低等缺点；而FBAR滤波器既综合了介质陶瓷性能优越和SAW体积较小的优势，又克服两者的缺点，其体积小、高Q值、工作频率高、功率容量大、损耗低，是替代SAW滤波器的下一代滤波器，也是被业界认为最有可能实现射频模块全集成化的滤波器。

FBAR滤波器历史背景FBAR这一名称源于体声波（BAW，Bulk Acoustic Wave）。

BAW的概念是20世纪60年代提出的，但直到1980年Lakin和Wang 首次在Si芯片上制成基波频率435Mhz的薄膜谐振器，才引起人们的注意。

1990年，Krishnaswamy和Rosenbaum等人首次将FBAR结构滤波器扩展到Ghz频段。

随后，安捷伦公司（Agilent）经过长达10年的研究，终于成功在1999年研发出应用于美国PCS1900MHz频段的薄膜腔声谐振滤波器（size 5.8*11.8*1.8），同时正式提出FBAR的称谓。

并在2001年将其大规模量产。

随后美国的TFR公司、德国的英飞凌（Infineon）公司以及韩国的ANT公司也相继推出了自己的FBAR产品。

2002年，AgilentFBAR销量即突破2000万。

Agilent在FBAR市场上的成功，带动了FBAR技术的迅速发展。

在2005年，安捷伦公司因战略调整，将半导体事业部正式更名为Avago，并于次年突破了2亿只的出货量，这对于Avago而言，无疑是个值得纪念的里程碑。

声表面波滤波器技术综述发表时间：2018-12-19T14:00:21.653Z 来源：《防护工程》2018年第26期作者：郝强党兴[导读] 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。

1.国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津 300000；2.天津航天机电设备研究所天津 300000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。

声表面波滤波器圆片级互连封装技术研究陈作桓，于大全，张名川厦门大学，厦门云天半导体科技有限公司摘要：射频前端模块是无线通信的核心，滤波器作为射频前端的关键器件，可将带外干扰和噪声滤除以保留特定频段内的信号，满足射频系统的通讯要求。

本文总结了声表面波滤波器工作原理及其传统封装技术，提出了一种圆片级互连封装技术，采用曝光显影、电镀及印刷等工艺实现了芯片焊盘上铜金属层和焊球的形成，避免了芯片核心功能区IDT的损伤。

对封装前后电性及上基板可靠性测试，结果表明该封装方案满足声表面波滤波器封装需要。

本技术在声表面波滤波器封装方面有广阔的应用前景，适用于批量生产。

0 引言手机终端通信模块主要由天线、射频前端模块、射频收发模块、基带信号处理等组成。

射频前端模块介于天线和射频收发模块之间，是智能移动互连领域的重要组成部分。

射频前端器件主要包含：滤波器（Filter）、低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）、功率放大器（Power Amplifier，PA）、射频开关（RF Switch）、天线调谐开关（RF Antenna Switch）、双工器（Duplexer）等。

射频滤波器由电容、电感、电阻等元件组成，并将特定频率外的信号滤除，保留特定频段内的信号。

目前，手机常用滤波器产品主要包含：声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave Filter，SAW Filter）、固贴式薄膜体声波滤波器（SMR Bulk Acoustic Wave Filter）、薄膜腔体谐振滤波器（FilmBulk Acoustic Resonator，FBAR）、滤波器模组，如DiFEM（分集接收模组，集成射频开关和滤波器）、LFEM（集成射频开关、滤波器及低噪声放大器）等。

目前，射频滤波器是射频前端领域中占比最高的产品。

伴随频段数的增多，滤波器价值在3G终端中占比33%提升到全网通LTE终端的57%。

PCB设计中滤波方法以及注意事项详解许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题，但当两台设备连接起来以后，就不满足电磁兼容的要求了，这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。

唯一的措施就是加滤波器，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力。

都可以采用滤波技术，如图所示。

信号滤波器电源滤波器滤波器的使用1.线上干扰的类型线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类：一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。

差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰。

共模干扰电流是在火线、零线与大地(或其它参考物体)之间流动的干扰电流，共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰。

在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

由于这两种干扰的抑制方式不同，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。

2．滤波器的分类滤波器是由电阻、电容、电感、铁氧体磁珠和共模线圈等器件构成的频率选择性网络。

根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系，干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。

（1）低通滤波器低通滤波器是电磁兼容抑制技术中普遍应用的滤波器。

低通滤波器主要用在干扰信号频率比工作信号频率高的场合。

如在数字设备中，脉冲信号有丰富的高次谐波，这些高次谐波并不是电路工作所必需的，但它们却是很强的干扰源。

因此在数字电路中，常用低通滤波器将脉冲信号中不必要的高次谐波滤除掉，而仅保留能够维持电路正常工作最低频率。

常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的，按照电路结构分，有单电容型（C型），单电感型，L型和反Γ型，T型，π型。

低通滤波器的分类在实际工程中，如何确定使用这些滤波电路中的哪一个，电容、电感的参数怎样确定。

声表面波滤波器的使用和匹配如何在电路板上安装和匹配SAW滤波器，发挥SAW滤波器的最佳性能，这对于应用SAW滤波器的人员很重要，为此我们介绍SAW滤波器的使用和匹配。

一般的SAW滤波器在接入电路中都要求前后级加匹配，这些匹配结构和元件值由滤波器制造厂家提供，系统人员在设计PCB时就要考虑匹配。

我们要避免将匹配元件安装在SAW滤波器的内部，这不象LC滤波器容易将匹配和滤波器作为一个整体考虑。

如果将匹配元件安装在SAW滤波器的内部，器件的可靠性将是一个很大的问题。

SAW滤波器匹配的目的是：（1）取得小的驻波系数。

特别是高损耗SAW滤波器，其驻波系数一般在5~10，匹配后可以改善到2~5。

对于低损耗SAW滤波器通过匹配可以使驻波系数达到1.2~2。

（2）取得小的损耗。

对于损耗在30~40dB的高损耗SAW滤波器通过匹配可以得到20~25dB的损耗。

而对于SPUDT的滤波器，要求必须匹配才能得到小的损耗。

（3）取得平坦的通带特性。

对于大带宽SAW滤波器、TCRF滤波器、SPUDT滤波器等如果不匹配，通带波纹很大，匹配后不但损耗降低，而且可以得到平坦的通带特性。

（4）LC匹配网络设计得当，可以起到LC滤波器的作用，提高远端带外抑制。

SAW滤波器的匹配不同于其他滤波器的匹配，针对不同结构的SAW滤波器其匹配目标不同。

对于高损耗SAW滤波器并不需要与外部电路完全的共轭理想匹配，因为在较大的声辐射条件下，改进理想匹配虽然可以实现低损耗，但却是以增加幅度和相位波动为代价的。

这些器件通常有意使器件在一定程度上失配。

对于中等损耗的SPUDT滤波器，其匹配也不完全是理想电匹配。

对于1~4dB的低损耗SAW滤波器则要求尽量理想电匹配以取得最小损耗。

为了使声表面波器件应用简单，滤波器的输入输出端一般采用二元件进行匹配。

对不同的SAW滤波器S参数，匹配网络不同，需要根据Smith圆图，选取合适的匹配网络结构。

在Smith圆图中，经匹配从起点到目的位置点经过的曲线长度越短，匹配后频响特性越好。

射频滤波器工艺流程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：射频滤波器是一种在无线通讯系统中广泛应用的设备，主要用于过滤无线信号中的杂波和干扰信号，以确保系统的正常运行。

射频滤波器的工艺流程是指在制造射频滤波器时所需要经历的一系列工艺步骤，包括材料准备、工艺加工、测试验证等环节。

下面我将为大家介绍一下射频滤波器的工艺流程。

一、材料准备1. 材料选择：射频滤波器的主要材料包括电容、电感、绝缘材料等。

在选择材料时，需要考虑材料的频率特性、损耗特性以及工艺加工的可行性。

2. 切割材料：根据滤波器的设计要求，将选定的材料进行切割成合适的尺寸和形状。

二、工艺加工1. 设计布图：根据滤波器的设计要求，绘制出滤波器的详细布图，包括元件的布局、连接方式等。

2. 制作PCB板：根据设计布图制作PCB板，这是射频滤波器的载体，上面布置着各种元器件。

3. 元器件安装：将电容、电感等元器件按照设计要求安装在PCB 板上，注意元器件的位置和连接方向。

4. 焊接固定：通过焊接工艺将元器件固定在PCB板上，确保元器件之间的连接稳固可靠。

三、测试验证1. 电气测试：对制作好的射频滤波器进行电气测试，包括参数测试和性能测试，确保滤波器符合设计要求。

2. 射频性能测试：通过专业的射频测试仪器对滤波器的频率特性、增益、损耗等性能指标进行测试，评估滤波器的性能表现。

3. 温度循环测试：进行温度循环测试，模拟实际工作环境下的温度变化对滤波器性能的影响，验证滤波器的稳定性和可靠性。

四、封装包装1. 封装设计：根据滤波器的尺寸和形状设计合适的封装方案，确保滤波器在使用过程中不受外界环境的影响。

2. 封装加工：将制作好的滤波器安装在封装容器内，并封闭容器，进行密封处理。

3. 包装保护：在封装好的滤波器外层添加防震、防水等保护措施，确保产品运输过程中不受损坏。

通过以上一系列工艺流程，一台射频滤波器顺利完成制造，具备良好的性能和稳定的可靠性。

射频滤波器制造工艺的研究和改进对于提高射频滤波器的性能和降低成本具有重要意义，也为无线通讯系统的稳定运行提供了重要保障。