聲表面波 - SAW(SurfaceAcousticWave)是在壓電基片材料表面產生和傳播、且振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。SAW 濾波器的基本結構是在具有壓電特性的基片材料拋光面上製作兩個聲電換能器(IDT)。
它採用半導體集成電路的平面工藝,在壓電基片表面蒸鍍一定厚度的鋁膜,把設計好的兩個 IDT 的掩膜圖案,利用光刻方法沉積在基片表面,分別作為輸入換能器和輸出換能器。其工作原理是輸入換能器將電信號變成聲信號,沿晶體表面傳播,輸出換能器再將接收到的聲信號變成電信號輸出。
聲表面波(SAW)是一種波沿彈性基板的表面傳播。聲表頻率表示為:
F = V / λ
其中 V 是聲表面波的速度 (~3,100m/s),λ 是 IDT 的週期。
SAW 濾波器的主要特點是模擬/數字兼容、設計靈活性大、群延遲時間偏差和頻率選擇性優良 (可選頻率範圍為 10MHz~3GHz)、傳輸損耗小、輸入輸出阻抗誤差小、可靠性高、抗電磁干擾(EMI)性能好、製作的器件體小量輕,其體積、重量分別是陶瓷介質濾波器的 1/40 和 1/30 左右,且能實現多種複雜的功能。
SAW 濾波器的優點,適應了現代通信系統設備、及便攜式電話輕薄短小化和高頻化、數字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之處是所需基片材料的價格昂貴,對基片的定向、切割、研磨、拋光和製造工藝要求高。
SAW 濾波器在抑制電子信息設備高次諧波、鏡像信息、發射漏洩信號、以及各類寄生雜波干擾等方面發揮了關鍵作用,可以實現任意所需精度的幅頻和相頻特性的濾波,這是其它濾波器難以完成的。近年來已將 SAW 濾波器片式化,重量只有 0.2g;另外,由於採用了新的晶體材料和最新的精細加工技術,使 SAW 器件上使用上限頻率提高到 2.5GHz~3GHz。從而促使SAW濾波器在抗 EMI 領域獲得更廣泛的傳輸應用:
器件在(圖 - 1)是一種基本的延時線,因為波需要時間來往返傳感器 - 通常 3 毫米的路徑需 1 微秒時間。與電磁波來比這是非常緊湊的,其中在自由空間,1 微秒的延遲需要 300 米的路徑。 該器件還可以用來作為一個帶通濾波器,因為傳感器最有效的運作是表面聲波波長時等於傳感器間距 - 在其它頻率的波產生的個別方面的差距不是在第一階段,所以振幅衰退當頻率改變。
另一項基本器件是聲表諧振器。這使用陣列的金屬條,與間距 λ/ 2,反射的波浪。這些陣列可以提供強大聲表面波反射,兩組陣列可以用來形成聲表面波腔,並有高達 105 Q 值。這種諧振器通常用於高穩定性的振蕩器。
上述器件只是一些基本類型。許多獨特的變化是可以成為聲表面波器件,其應用範圍從壓電的應變計到脈衝壓縮雷達,以至手機。
最常見的是帶通濾波器組,這非常廣泛使用在無線電系統(包括手機和基站),國內電視。 有許多類型具有不同的優勢,如低形狀因子,低插入損耗,小尺寸,或高頻率運行。 類型種類繁多是可能的,因為幾乎任意形狀,都可以採用光刻技術或類似於半導體處理方式,來定義高精度的表面。 一個典型的聲表面波帶通濾波器的特徵顯示如(圖 - 2)。
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一般來說,一個聲表濾波器製造商將提供他們最喜愛的元器件作為標準,並為工程師們創造一個設計參考。通常,一個標準的元器件可用於最常見的產品應用。然而,對於應用要求的參數,目前尚未有行業的標準。 在這種情況下,下列提供的信息可以有效地設計一個聲表濾波器:
中心頻率 F0 的標稱值和被用作參考頻率的相關標準。單位標稱頻率為兆赫 MHz。
輸出功率對負載阻抗的對數比,在濾波器插入之前的輸出功率對濾波器插入之後的負載阻抗。插入損耗的單位為分貝 dB。先前的聲表濾波器設計技術,常將 10 分貝以下的插入損耗納入常規的設計規範, 但是,可達到的最小插入損耗,一般受分頻寬的影響和影響這一比率的基板材料。插入損耗的值將會慢慢增加接近基板材料的分頻寬極限。例如,8% 分頻寬值,將會漸漸產生較低的插入損耗比 30% 分頻寬值,在使用相同的基板材料條件下。
頻率的間隔於3 dB 的相對衰減(最小插入損耗的衰減)。
頻率的間隔於指定的值為「甲」分貝的相對衰減(最小插入損耗的衰減)。
轉換帶寬可以被稱為邊界,該區介於阻帶和通帶被發現的兩邊之間。
通帶內某一規定頻段衰耗的最大變化值。通帶內衰減最低峰值和衰減最大峰值之間的差值。單位是分貝 dB。
群延遲最高和最低值的變化值於指定範圍內的通帶。單位 μs 微秒。
聲表面波濾波器的所有的範圍不包括的通帶。抑制也可以稱為抑制範圍或阻帶。我們可以把這種現象稱為範圍,其中相對衰減大於具體的抑制。 只要有適當的材料選擇和設計,50dB 的抑制,或更高,是可能的,可以於分數帶寬和波形因素的範圍內廣泛選擇。
阻抗呈現於濾波器源或負荷。
影響聲表濾波器封裝大小的因素,包括與中心頻率,帶寬和形狀因子,以及其他次要因素。例如,較低的頻率需要較大的基板,從而給設計師增加封裝尺寸。 因此,封裝體積小型化的重要挑戰,一直是德鍵設計工程師努力追求的目標。在選擇元器件封裝,我們建議闡明一般偏好。德鍵的封裝設計,採用最符合製造成本效益的方法與平衡參數的要求。
德鍵電子的聲表濾波器和聲表諧振器取得了成功發展,由於我們靈活的設計能力和成本優化的生產設施。 德鍵除了提供廣泛的標準聲表面波元器件,德鍵有著多行業的工程經驗,涵蓋數百個專門客戶訂製設計的聲表濾波器和諧振器、帶通濾波器、低損耗濾波器和聲表應用的子系統。
德鍵的經營理念:
德鍵提供高品質的零部件,根據每個客戶的特殊需求,在性能,成本和技術方面,可做相對應的配合。對於陶瓷陷波器有關的市場資源開發或已停產的壓電產品,建議您聯繫我們的銷售部,以便將你的要求轉達德鍵相關部門。
聲表SAW 元件主要作用原理是利用壓電材料的壓電特性,利用輸入與輸出換能器(Transducer),將電波的輸入訊號轉換成機械能,經過處理後,再把機械能轉換成電的訊號,以達到過濾不必要的訊號及雜訊,及提升收訊的品質。
聲表面波 SAW 的製作可分為晶圓清洗、鍍金屬膜、上光阻、顯影、蝕刻、去光阻、切割、封裝、上蓋到印刷等相關步驟,具有大量生產、損耗低、及高選擇性,適用於無線通訊等特點。
聲表濾波器 SAW Filters 廣泛應用在各種無線通訊系統、電視機、錄放影機、及全球衛星定位系統接收器上,比傳統的 LC 濾波器安裝更簡單、體積更小。
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聲表貼片和插件式封裝類型與尺寸
聲表面波元器件各式表面貼裝類型與尺寸。 下載 PDF。