射频声表滤波器产品技术工艺应用与现状分析(可行性报告范文)

第一节 射频声表滤波器产品分类与构成 分析

一、射频声表滤波器 行业 产品分类标准

滤波器从频率通带范围分类，可分为低通、高通、带通、带阻、全通5种类别；按低通原型的函数模型可分为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器等。下面，从物理概念上谈谈射频与微波段常用的滤波器。

1、微带线滤波器

在射频和微波电路中最常用的便是微带线滤波器。由于微带线滤波器具有小尺寸，用光刻技术易于加工，易与其他有源电路元件（如MMIC）集成在一起；另外，能通过采用不同的衬底材料在很大的频率范围内（从几百MHz到几十GHz）应用。

2、同轴滤波器

同轴带通滤波器广泛应用于通信、雷达等系统，按腔体结构不同，一般分为标准同轴、方腔同轴等。同轴腔体具有高Q值、电磁屏蔽、低损耗特性和小尺寸等优异特点，但要在10GHz以上使用时，由于其微小的物理尺寸，制作精度很难达到。

3、波导滤波器

波导带通滤波器是一种选频电路，应用在通信、电子战、雷达、自动测量设备等的微波设备中，它易于与波导天线的馈电装置连接，适于高功率的应用，并且性能良好。在小信号电平上，它基本上是用在8～100GHz的频率范同。波导滤波器的主要功能是在通带插入损耗和失真很小的前提下，提供足够的阻带选择性。

4、声表面波（SAW）滤波器

SAW滤波器的体积小，质量轻，一致性好，便于批量生产，性能价格比较合理，品质因数和带阻高，可广泛用于射频前端和中频系统，并可满足多模、多频段移动终端的SAW双工器或多工器。

然而，SAW器件的插损一般较大（1～2dB），难于集成，同时在高频下难以处理大功率，一般只能用于2GHz以下的无线通信系统中。

5、陶瓷介质滤波器

陶瓷介质滤波器是用微波陶瓷介质按照TEM等模式要求制成的圆柱、圆环等形状的介质谐振器，再按微波网络传输原理用电容集总参数或分布参数耦合而成。

由于在大批量生产过程中的高度集成、小型化、重复性，SAW器件在手机、汽车、卫星电视接受装置以及WLAN收发器上得到了广泛应用。每种应用都对元器件的大小、品质、价格有着不同的要求。市场需求导致了SAW器件不同的封装形式以及封装技术的巨大变化。

SAW 器件是基于声波在压电基片（芯片）表面的自由激励。基片表面的每个污染物都会对所期望得到的器件性能有消极影响。所以首要的问题是选择基片材料、滤波技术和设计参数，例如，叉指换能器中的叉指数量。滤波器中心频率是由几何型叉指的周期以及金属叉指结构的大量填充影响决定。例如LiTaO3，叉指结构的金属镀层厚度1％的变化，会使得中心频f0偏差△f

工艺操作中的机械和热应力也会对压电基片产生影响，使器件性能发生变化。

SAW器件封装必须保证：

（1）器件有源表面必须有一空间；

（2）衬底和封装材料必须有良好的热匹配；

（3）防止湿气浸入和微粒粘污：

（4）机械性能牢固，耐温度冲击。

其中，不论是哪一种结构的SAWF，其共同特点是：

（1）体积小，重量轻

SAWF传送超声波的速度约为4×l03m／s，电磁波的传播速度为3×108m／s。在相同频率下，SAW的波长要比电磁波的波长短7.5×104倍，其中l／4波长仅约为1μm，因而SAWF可以制作得很小，易于实现小型化。

（2）设计灵活性大，适应性强，能实现多功能化。

（3）可选择的频率范围广，且动态范围大（达100dB），传输损耗小。

（4）由于声波是质点振动，不涉及电子的迁移，在传输过程中基本不受电磁渡的影响．故SAWF的抗辐射能力强，可靠性高。

二、射频声表滤波器产品国内市场份额

近年，移动通信射频器件 行业 整合频繁，各企业间并购重组增多，市场集中度逐渐提高。我国生产SAWF的厂家主要有北京声电科技工业公司、北京超声电子高技术公司和北京南天航天超电科技有限公司德清电子器材厂和南京声表 研究 所等。

第二节 国内射频声表滤波器产品 技术工艺 应用 分析

滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。它是电子、通信系统中的关键器件，作用是对电信号进行提取、分离或抑制。中国现在已经是全球移动电话用户最多的国家，我国移动通信也已经进入3G时代，而3G网络对射频系统提出了更高的要求，射频生表滤波器产品技术的应用将更加成熟。

第三节 国外射频声表滤波器产品生产技术应用现状

在20世纪70年代和80年代，SAWF的应用领域主要是电视机(约占市场70％)。进人90年代后，以便携式电话为代表的移动通信市场以惊人的速度扩展开来，成为SAWF的新的增长点和丰流。SAWF应用领域的拓宽和市场主体的变化，有力地促进了SAWF的发展。

1、数字化通信技术使SAWF走向高频化

目前移动通信技术正由模拟转向数字化，其工作频率进人微波波段。像日本的个人数字无绳电话系统已工作在1.5GHz，便携电话系统和个人通信业务等都是1.8～1.9GHz的系统。在数字蜂窝电话中，不论是欧洲的全球移动通信系统(号称“全球通”，Global System Mobile—telecommunication。简称GSM)，也不论是PDC或数字通信系统(DCS)规格，还是码分多址(简写为CDMA)制式和面向未来的新一代IMT-2000国际统一标准，尽管在电话中调制解调器以后的各级电路有所差异，但其高频、中频(IF)电路框图大致相同。在第一代模拟便携电话中，第1级IF和第2级IF电路曾分别采用过单片晶体滤波器(MCF)和压电陶瓷滤波器。在新一代便携电话及其基地站中，MCF和压电陶瓷滤波器几乎没有用场。日前MCF固基板太薄难以加工，最高工作频率只达250MHz。压电陶瓷滤波器固受材料等诸多因素的限制，上限工作频率最高只有60MHz。而SAWF的最高工作频率已达2.5GHz，3GHz的器件很快会进入实用化。

2、小型化，轻便化

与其它电子产品一样，便携电话日趋轻、薄、短、小和多功能及高性能化。约在10年前，放在衣袋里的电话手机，重量最小的也达300克，而目前已降低到100克左右。为适应电子整机小型化和轻便化要求，SAWF的封装型式已由传统的金属壳封装发展到无引线型陶瓷封装、无引线芯片载体LCC(LeadlessChip Carier)及扁平式金属表面组装等型式，日趋微型化和轻量化，同种类型的SAWF体积在近10年中缩小了70％之多。1989年首款800MHz射频(RF)SAWF问世时的尺寸为5mm×5mm．1998年富士通推出的PDC800系统用SAWF尺寸为2．5mm×2ram，重量仅22rag。厚不足lmm．2mm见方的SAWF很快将进入实用化。

3、高性能。低损耗，组合化

SAWF的早期产品存在突出问题是插入损耗大(一般大于l5dB)。为满足移动通信技术的发展要求，SAWF的通频带插入损耗一般不能大于4dB，1998年日本村田公司推出的个人数字蜂窝终端用l.5GHz的RF SAWF滤波器，其实际插入损耗不大于1.4dB。用于GSM接收前端的超低损耗型SAWF，捕入损耗非常接近ldB，村田公司生产的PDC通信用SAWF的插入损耗达到ldB的水平(其中电阻损耗为0.54dB，传输损耗为0.46dB)。

SAW滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到了良好的作用，可以实现所需任意精度的幅频特性和相频特性的滤波，这是其它的滤波器所难以完成的。近年来国外已将SAW滤波器片式化，重量约0.2g；另外由于采用了新的晶体材料和最新的精细加工技术，使得SAW器件的使用上限频率提高到2.5～3GHz，从而更加促进SAW滤波器在抗EMI领域获得广泛的应用。

第四节 我国射频声表滤波器产品技术应用成熟度解析

移动通信系统的发射端（TX）和接收端（RX）必须经过滤波器滤波后才能发挥作用，由于其工作频段一般在800MHz～2GHz、带宽为17～30MHz，故要求滤波器具有低插损、高阻带抑制和高镜像衰减、承受功率大、低成本、小型化等特点。由于在工作频段、体积和性能价格比等方面的优势，SAW滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头，这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器所望尘莫及的。

第五节 射频声表滤波器产品 技术工艺 与市场应用关系 分析

SAW滤波器以极陡的过度带使CATV的邻频传输得以实现，与隔频传输相比，频谱利用率提高了一倍。电视接收机如果不采用SAW滤波器，不可能工作得这么稳定可靠。事实上，早期SAW滤波器的主要应用领域即是以电视机为代表的视听类家电产品，进入80年代末之后，由于电子信息特别是通信产业的高速发展，为SAW滤波器提供了一个广阔的市场空间，致使其产量和需求呈直线上升趋势。

第六节 不同类型生产工艺优缺点比较

一、SAW封装技术

过去，一般把封装形式分成三人类。根据它们使用材料的不同，大致分为陶瓷、金属以及塑料封装。3种封装技术的基本理念是差不多的。它们最少有两部分组成，即封装的底座和上盖。其次，它们利用了同样的芯片装架工艺。在底座上涂上少量的黏合剂，然后把芯片粘在上面。经过固化处理，芯片最后粘结牢固。

一方面，黏合剂必须足够柔软，以不转移封装体内部的机械应力，另一方面，它又必须足够坚固以防止震动。黏合剂与基片材料之间热膨胀系数要相匹配。否则，在温度循环下，压电材料会变形，因而导致SAW器件的中心频率偏移。众所周知，在IC封装中，芯片与封装体之间的电连接，传统的引线键合技术是最合适的。在芯片表面极薄的金属镀层上键合的同时避免键合时产生的微粒散落到叉指结构上，是SAW器件面临的挑战。

1、金属封装

各种封装形式之间的最大区别就在于实现的方法。金属封装形式是由包含着绝缘和接地脚的金属底座以及金属帽子所组成。芯片被装架在便于键合的区域，在键合和盖帽之后，放入脉冲点焊封帽机进行封帽，得到密封性能良好的半成品。金属封装用普通的成本就可以制造出精确的高频滤波器，同时由于机械性能强度高，可以封装体积非常大的芯片。

2、塑料封装

塑料封装大部分由两个塑料包装单元组成，就像槽和帽子。装架好的芯片通过键合连接到引线框上，金属的引线框从一边伸入槽中，最后将两个部分粘合在一起。包含引线框的槽可以用热固型或热塑型塑料在成型工艺中制造出来。典型应用就是卫星电视接收装置用滤波器和无绳电话用中频滤波器。在户内使用该种器件，其密封性是足够的。这种封装技术的主要优势就在于低成本。

上述2种封装都存在共同的缺点，就是有比较长的引脚，导致器件的体积太大。

3、SMD封装

在SMT技术下的陶瓷SMD封装的好处是显而易见的。第一层陶瓷底部就是焊接引脚，这样就不会增加封装的尺寸。第二层陶瓷包含着用于键合的电极以及用于装架芯片的腔体。在陶瓷层的最上沿，必须有金属化层，以便于和金属上盖的焊接。这样才能保证器件的密封性能。键合电极与焊接引脚问的电连接是通过在陶瓷层问穿孔，填充金属媒质实现的。

这种牢固的封装使得频率精确的射频和中频滤波器能够使用在体积要求敏感的手机上。它们现在也用来制造谐振器和电视滤波器。SMD封装价格高，但是体积小、频率稳定、易于集成化操作。

二、倒装焊（FCB）技术

在过去的20年中，芯片和封装的体积随着集成度的提高以及芯片频率的增加而得到了有效的减小。但是，常规的引线键合技术限制了封装的小型化，那是由于为了保证机械强度，必须要有一定厚度的管壁，同时引线键合所需的台阶也浪费了很大的空间。

IC封装中的倒装焊技术（Flip Chip Bonding，FCB）使得电连接只需要一次。由于以前SAW封装上的特殊需求，对封装厂家的知识转变是行不通的。

为实现SAW器件的FCB，首先要制作凸焊点，用凸焊点代替引线键合提供电连接，凸焊点可以在芯片或管座上制成。制作凸焊点的方法有许多种，如：蒸发/溅射法、电镀法、化学镀法、打球法、置球/模版印制法、激光凸点法、喷射法等等，在过去几年当中，多种制作技术得到了发展。凸焊点连接的方法有：热压法、 C4（Controlled Collapsed Chip Connection）技术、环氧树脂光固化法、各向异性导电胶FCB、柔性凸点FCB等。

顾名思义，"倒装芯片技术"就是将芯片从底部翻转，然后装下去。淀积好焊膏以后，利用倒装焊接机，将芯片倒装在封装体内。采用凸焊点连接法，将所有的焊球同时固定住。

芯片倒装技术最重要的参数就是芯片和管座上各焊球的机械强度。可用多种质量测试方法对参数进行评估：机械测试（剪断测试、拉拽测试、震动和跌落测试），温度测试（干热、湿热或温度循环），回流焊测试（有无老化的回流循环）。基底与管座材料之间的热匹配决定了凸焊点连接的质量。

三、芯片尺寸封装（CSP）

所谓CSP（Chip Size Package，或Chip ScalePackage），即芯片尺寸封装。CSP目前尚无确切定义，不同厂商有不同说法。JEDEC（联合电子器件工程委员会（美国EIA协会））的 JSTK-012标准规定：芯片封装面积小于或等于芯片面积的120％的产品称为CSP。日本松下电子工业公司将芯片封装每边的宽度比其芯片大1 mm以内的产品称为CSP。总之，CSP是接近芯片尺寸的封装产品。

芯片倒装技术的发展为小型化提供了必要的条件，同时彻底改革了SAW封装技术。尺寸减小是移动电话发展的主要推动力，倒装芯片技术启动了为减小射频中频器件封装尺寸所作的努力。

1、金属盖板的SMD封装

由于近10年来射频中频器件标准封装是SMD技术，故首先是将倒装芯片技术应用于此。陶瓷的管座和金属的上盖，就像是给芯片造了个房子。由于不需要引线焊点台阶，而且焊球的高度要小于引线空间高度，所以SMD管壳面积减小，高度也能减小。但由于需要管壁，限制了尺寸进一步减小。

2、陶瓷基座和金属或塑性帽盖结构

采用平基座和帽状上盖，用焊接或胶粘方式密封。焊球压块制作在基座上面，引出脚制作在基座下面，采用通孔连接基座上下面的电极，尺寸受制于管帽壁厚。

根据基片材料选择热膨胀性能匹配的陶瓷或树脂，制成平板基底座，基座的结构与前一种相同。SAW芯片正面有源区必须采用钝化保护，在焊球下方有 UBM（Metalization Under Bump），用回流法固定芯片。之后在芯片与基座之间填入聚合物填料来加强器件的机械性能。

最后一步是加上外覆盖层，因不同用途采用了两种技术：对高频器件和高频率精度器件，采用金属层包封；而对低频器件采用塑性吸声料包封。在组装过程中，可采取整芯片和多基座联体加工方式，因此这种的技术有高产量低成本的潜力。

四、CSSP的关键技术

1、芯片表面有源区的钝化保护

因为FCB技术中为减小焊凸点里的应力和应变，必须使用下填料，而由于SAW器件的特殊性，不能直接接触芯片表面的有源区，芯片表面有源区必须作钝化保护层。EPCOS公司在SAW芯片正面有源区采用自行研发的PROTEC钝化技术制成的微腔保护就是非常成功的例子。

2、凸焊点的制作

凸焊点既可制作在芯片上也可制作在基座上，可以结合已有条件自由选择。在芯片上制作凸焊点，因为焊区金属为AL在AL焊区上制作各类凸点，除AL凸点外，制作其余凸点均需在A1焊区上先形成一层粘附性好的粘附金属，一般为数十纳米厚度的Cr、Ti、Ni层；接着在粘附金属层上形成一层数十到数百纳米厚度的阻挡层金属，如Pt、W、Pd、Mo、Cu、Ni等，以防止上面的凸点金属（如Au等）越过薄薄的粘附层与Al焊区形成脆性的中间金属化合物；最上层是导电的凸点金属，如Au、Cu、Ni、Pb-Sn、In等。这就构成了粘附层一阻挡层一导电层的多层金属化系统。

3、下填料的选择

下填料环氧包封能减小芯片与基板间整体热膨胀失配的影响，减小倒装芯片焊凸点里的应力和应变（因为芯片和基板被下填料牢牢固定）并将应力和应变再分配到整个芯片区域，否则，这些应力和应变将集中到焊凸点上。下填料包封的另一个优点是它能够保护芯片不受潮气、离子玷污、辐射以及加热、机械拉伸、剪切、扭曲、冲击和振动等不良环境的影响。

下填料最需要的性能是：（1）低黏度（流速快），能够提高产量；（2）低固化温度和短的固化时间，可降低成本及减小对芯片的不利影响；（3）低TCE，能减小芯片、焊凸点和基板间的热膨胀失配；（4）高弹性模量，能改善机械性能；（5）高玻璃化温度Tg，使下填料能够承受高温；（6）低吸潮系数，能够改善搁置寿命。

4、FCB技术

针对SAW器件的特点，Kulicae & Soffa公司生产了全自动植柱机，可以方便地在芯片上制作Au凸点，速度可达5点/s。而倒装焊接机的应用，实现了高精度对位和全自动高速度生产。FCB技术所需设备是比较先进的，价格昂贵，因此目前以CSSP技术制造的SAW器件价格较高。