以下文章來源于中科聚智,作者Andy82118
射頻濾波器根據應用場景,主要分為基站端濾波器和移動端濾波器。基站端濾波器更注重高穩定性,大帶寬(300M~30GHz)、耐高功率等指標,主要可分為全屬腔體濾波器和介質濾波器,主要用于4G/5G通信基站;移動端濾波器對低成本、小體積更敏感,主要為聲學濾波器,包括SAW(Surface Acoustic Wave,聲表面波)濾波器和BAW(Bulk Acoustic Wave,體聲波)濾波器,主要用于手機、筆記本及物聯網等移動終端。
聲學濾波器的分類
SAW濾波器是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片,經表面拋光后在其上蒸發一層金屬膜,通過光刻工藝,在兩端各形成一對叉指形電極(IDT,Interdigital Transducer)組成。這兩組電極具有能量轉換功能,在輸入叉指電極將電信號轉換為聲信號,沿壓電晶體表面傳播,輸出叉指電極再將接收的聲信號轉換為電信號輸出。 SAW濾波器經歷了普通SAW、TC-SAW(Temperature Compensated SAW,溫度補償型)和TF-SAW(Thin-Film SAW,薄膜型)三個技術時代。在5G時代,SAW濾波器依然占據50%以上聲波濾波器出貨量與貨值市場,原因是4G頻段更為擁擠,在系統級集成設計能力有更高要求。在全球的SAW濾波器市場份額中,村田的SAW濾波器占主導地位。
TF-SAW,是村田于2018年業界首次推出的新工藝SAW,村田稱其為超高性能SAW(IncredibleHigh Performance SAW,IHP SAW),是通過在壓電基板層下方增加功能層和載體襯底(Si和SiO2)減少能量耗散,克服了傳統SAW濾波器的缺點,具備高Q值、低頻率溫度系數和良好的散熱性等特征。
(1)高Q值
IHPSAW采用了一種新的結構,使表面聲波的能量聚焦在襯底表面上,從而使波在襯底上的無損耗傳播。在1.9GHz頻段,諧振單元Q值的峰值Qmax達到3000以上,而傳統SAW濾波器的諧振單元Qmax在1000左右。
(2)低頻率溫度系數低(TCF)
IHP SAW通過同時控制基板的線性膨脹系數和聲音的速度,改進了TCF特性,達到±8 ppm /°C以下,而傳統的SAW濾波器當溫度從35°C 到+ 85°C在TCF變化較大,約40 ppm /°C;普通BAW濾波器的TCF范圍為-20 ~ 30 ppm/°C。因此,就TCF而言,IHP SAW濾波器比BAW濾波器實現了更好的溫度特性。
(3)良好的散熱性
IHP SAW濾波器將電極產生的熱量高效的消散到基板上,從而降低了溫度的升高,比傳統的SAW濾波器低50%以上。SAW濾波器具備的低TCF和更好的散熱特性,保證了在高溫下頻響穩定性。
(4)高寬帶調整自由度
區別于傳統SAW濾波器,IHP SAW擁有寬帶調整的自由度,工程師可針對各種頻帶進行優化的濾波器。
(5)低成本
相較于傳統SAW只增加了一層薄膜,整體掩膜數量在3層以內,大批量下成本相近。
IHP SAW 濾波器可以在從較低頻率(800 MHz 頻帶)到較高頻率(2500 MHz 頻帶)的寬頻譜范圍內表現出令人滿意的特性。在最近的發展中,在 3.5 GHz 頻帶內的頻率特性獲得了令人滿意的結果,這被認為是傳統 SAW 濾波器難以實現的(圖 5 中的 3.5 GHz 峰值)。移動終端向更高速的通信工具演進是未來的必然路徑。IHP SAW 濾波器是可以適應下一代通信終端帶來的挑戰的產品。
IHP SAW 濾波器的特征之一是部分帶寬調整的自由度。IHP SAW 濾波器允許濾波器工程師選擇他們喜歡的任何分數帶寬。一個頻帶可以具有從窄帶到寬帶的各種帶寬。IHP SAW 濾波器允許濾波器工程師選擇所需的頻帶,從而幫助他們設計針對各種頻帶進行優化的濾波器。
此外,IHP SAW 濾波器可以適應濾波器小型化的要求。與傳統的 SAW 濾波器相比,上述三個特征將有助于器件的顯著小型化。隨著移動終端小型化的進展,預計未來對濾波器小型化的需求將得到加強。在這種環境下,IHP SAW 濾波器是可以提供尺寸優勢的理想產品。
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原文標題:IHP-SAW(TF-SAW)濾波器解讀
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