第一節(jié) 射頻聲表濾波器產(chǎn)品分類與構(gòu)成 分析

一、射頻聲表濾波器 行業(yè) 產(chǎn)品分類標(biāo)準(zhǔn)

濾波器從頻率通帶范圍分類，可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通5種類別；按低通原型的函數(shù)模型可分為巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓函數(shù)濾波器等。下面，從物理概念上談?wù)勆漕l與微波段常用的濾波器。

1、微帶線濾波器

在射頻和微波電路中最常用的便是微帶線濾波器。由于微帶線濾波器具有小尺寸，用光刻技術(shù)易于加工，易與其他有源電路元件（如MMIC）集成在一起；另外，能通過采用不同的襯底材料在很大的頻率范圍內(nèi)（從幾百M(fèi)Hz到幾十GHz）應(yīng)用。

2、同軸濾波器

同軸帶通濾波器廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)等系統(tǒng)，按腔體結(jié)構(gòu)不同，一般分為標(biāo)準(zhǔn)同軸、方腔同軸等。同軸腔體具有高Q值、電磁屏蔽、低損耗特性和小尺寸等優(yōu)異特點(diǎn)，但要在10GHz以上使用時，由于其微小的物理尺寸，制作精度很難達(dá)到。

3、波導(dǎo)濾波器

波導(dǎo)帶通濾波器是一種選頻電路，應(yīng)用在通信、電子戰(zhàn)、雷達(dá)、自動測量設(shè)備等的微波設(shè)備中，它易于與波導(dǎo)天線的饋電裝置連接，適于高功率的應(yīng)用，并且性能良好。在小信號電平上，它基本上是用在8～100GHz的頻率范同。波導(dǎo)濾波器的主要功能是在通帶插入損耗和失真很小的前提下，提供足夠的阻帶選擇性。

4、聲表面波（SAW）濾波器

SAW濾波器的體積小，質(zhì)量輕，一致性好，便于批量生產(chǎn)，性能價格比較合理，品質(zhì)因數(shù)和帶阻高，可廣泛用于射頻前端和中頻系統(tǒng)，并可滿足多模、多頻段移動終端的SAW雙工器或多工器。

然而，SAW器件的插損一般較大（1～2dB），難于集成，同時在高頻下難以處理大功率，一般只能用于2GHz以下的無線通信系統(tǒng)中。

5、陶瓷介質(zhì)濾波器

陶瓷介質(zhì)濾波器是用微波陶瓷介質(zhì)按照TEM等模式要求制成的圓柱、圓環(huán)等形狀的介質(zhì)諧振器，再按微波網(wǎng)絡(luò)傳輸原理用電容集總參數(shù)或分布參數(shù)耦合而成。

由于在大批量生產(chǎn)過程中的高度集成、小型化、重復(fù)性，SAW器件在手機(jī)、汽車、衛(wèi)星電視接受裝置以及WLAN收發(fā)器上得到了廣泛應(yīng)用。每種應(yīng)用都對元器件的大小、品質(zhì)、價格有著不同的要求。市場需求導(dǎo)致了SAW器件不同的封裝形式以及封裝技術(shù)的巨大變化。

SAW 器件是基于聲波在壓電基片（芯片）表面的自由激勵。基片表面的每個污染物都會對所期望得到的器件性能有消極影響。所以首要的問題是選擇基片材料、濾波技術(shù)和設(shè)計參數(shù)，例如，叉指換能器中的叉指數(shù)量。濾波器中心頻率是由幾何型叉指的周期以及金屬叉指結(jié)構(gòu)的大量填充影響決定。例如LiTaO3，叉指結(jié)構(gòu)的金屬鍍層厚度1％的變化，會使得中心頻f0偏差△f

工藝操作中的機(jī)械和熱應(yīng)力也會對壓電基片產(chǎn)生影響，使器件性能發(fā)生變化。

SAW器件封裝必須保證：

（1）器件有源表面必須有一空間；

（2）襯底和封裝材料必須有良好的熱匹配；

（3）防止?jié)駳饨牒臀⒘Ｕ澄郏?/p>

（4）機(jī)械性能牢固，耐溫度沖擊。

其中，不論是哪一種結(jié)構(gòu)的SAWF，其共同特點(diǎn)是：

（1）體積小，重量輕

SAWF傳送超聲波的速度約為4×l03m／s，電磁波的傳播速度為3×108m／s。在相同頻率下，SAW的波長要比電磁波的波長短7.5×104倍，其中l(wèi)／4波長僅約為1μm，因而SAWF可以制作得很小，易于實(shí)現(xiàn)小型化。

（2）設(shè)計靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)多功能化。

（3）可選擇的頻率范圍廣，且動態(tài)范圍大（達(dá)100dB），傳輸損耗小。

（4）由于聲波是質(zhì)點(diǎn)振動，不涉及電子的遷移，在傳輸過程中基本不受電磁渡的影響．故SAWF的抗輻射能力強(qiáng)，可靠性高。

二、射頻聲表濾波器產(chǎn)品國內(nèi)市場份額

近年，移動通信射頻器件 行業(yè) 整合頻繁，各企業(yè)間并購重組增多，市場集中度逐漸提高。我國生產(chǎn)SAWF的廠家主要有北京聲電科技工業(yè)公司、北京超聲電子高技術(shù)公司和北京南天航天超電科技有限公司德清電子器材廠和南京聲表 研究 所等。

第二節(jié) 國內(nèi)射頻聲表濾波器產(chǎn)品 技術(shù)工藝 應(yīng)用 分析

濾波器是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。它是電子、通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，作用是對電信號進(jìn)行提取、分離或抑制。中國現(xiàn)在已經(jīng)是全球移動電話用戶最多的國家，我國移動通信也已經(jīng)進(jìn)入3G時代，而3G網(wǎng)絡(luò)對射頻系統(tǒng)提出了更高的要求，射頻生表濾波器產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用將更加成熟。

第三節(jié) 國外射頻聲表濾波器產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在20世紀(jì)70年代和80年代，SAWF的應(yīng)用領(lǐng)域主要是電視機(jī)(約占市場70％)。進(jìn)人90年代后，以便攜式電話為代表的移動通信市場以驚人的速度擴(kuò)展開來，成為SAWF的新的增長點(diǎn)和豐流。SAWF應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和市場主體的變化，有力地促進(jìn)了SAWF的發(fā)展。

1、數(shù)字化通信技術(shù)使SAWF走向高頻化

目前移動通信技術(shù)正由模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字化，其工作頻率進(jìn)人微波波段。像日本的個人數(shù)字無繩電話系統(tǒng)已工作在1.5GHz，便攜電話系統(tǒng)和個人通信業(yè)務(wù)等都是1.8～1.9GHz的系統(tǒng)。在數(shù)字蜂窩電話中，不論是歐洲的全球移動通信系統(tǒng)(號稱“全球通”，Global System Mobile—telecommunication。簡稱GSM)，也不論是PDC或數(shù)字通信系統(tǒng)(DCS)規(guī)格，還是碼分多址(簡寫為CDMA)制式和面向未來的新一代IMT-2000國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，盡管在電話中調(diào)制解調(diào)器以后的各級電路有所差異，但其高頻、中頻(IF)電路框圖大致相同。在第一代模擬便攜電話中，第1級IF和第2級IF電路曾分別采用過單片晶體濾波器(MCF)和壓電陶瓷濾波器。在新一代便攜電話及其基地站中，MCF和壓電陶瓷濾波器幾乎沒有用場。日前MCF固基板太薄難以加工，最高工作頻率只達(dá)250MHz。壓電陶瓷濾波器固受材料等諸多因素的限制，上限工作頻率最高只有60MHz。而SAWF的最高工作頻率已達(dá)2.5GHz，3GHz的器件很快會進(jìn)入實(shí)用化。

2、小型化，輕便化

與其它電子產(chǎn)品一樣，便攜電話日趨輕、薄、短、小和多功能及高性能化。約在10年前，放在衣袋里的電話手機(jī)，重量最小的也達(dá)300克，而目前已降低到100克左右。為適應(yīng)電子整機(jī)小型化和輕便化要求，SAWF的封裝型式已由傳統(tǒng)的金屬殼封裝發(fā)展到無引線型陶瓷封裝、無引線芯片載體LCC(LeadlessChip Carier)及扁平式金屬表面組裝等型式，日趨微型化和輕量化，同種類型的SAWF體積在近10年中縮小了70％之多。1989年首款800MHz射頻(RF)SAWF問世時的尺寸為5mm×5mm．1998年富士通推出的PDC800系統(tǒng)用SAWF尺寸為2．5mm×2ram，重量僅22rag。厚不足lmm．2mm見方的SAWF很快將進(jìn)入實(shí)用化。

3、高性能。低損耗，組合化

SAWF的早期產(chǎn)品存在突出問題是插入損耗大(一般大于l5dB)。為滿足移動通信技術(shù)的發(fā)展要求，SAWF的通頻帶插入損耗一般不能大于4dB，1998年日本村田公司推出的個人數(shù)字蜂窩終端用l.5GHz的RF SAWF濾波器，其實(shí)際插入損耗不大于1.4dB。用于GSM接收前端的超低損耗型SAWF，捕入損耗非常接近ldB，村田公司生產(chǎn)的PDC通信用SAWF的插入損耗達(dá)到ldB的水平(其中電阻損耗為0.54dB，傳輸損耗為0.46dB)。

SAW濾波器在抑制電子信息設(shè)備高次諧波、鏡像信息、發(fā)射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾等方面起到了良好的作用，可以實(shí)現(xiàn)所需任意精度的幅頻特性和相頻特性的濾波，這是其它的濾波器所難以完成的。近年來國外已將SAW濾波器片式化，重量約0.2g；另外由于采用了新的晶體材料和最新的精細(xì)加工技術(shù)，使得SAW器件的使用上限頻率提高到2.5～3GHz，從而更加促進(jìn)SAW濾波器在抗EMI領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

第四節(jié) 我國射頻聲表濾波器產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用成熟度解析

移動通信系統(tǒng)的發(fā)射端（TX）和接收端（RX）必須經(jīng)過濾波器濾波后才能發(fā)揮作用，由于其工作頻段一般在800MHz～2GHz、帶寬為17～30MHz，故要求濾波器具有低插損、高阻帶抑制和高鏡像衰減、承受功率大、低成本、小型化等特點(diǎn)。由于在工作頻段、體積和性能價格比等方面的優(yōu)勢，SAW濾波器在移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭，這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器所望塵莫及的。

第五節(jié) 射頻聲表濾波器產(chǎn)品 技術(shù)工藝 與市場應(yīng)用關(guān)系 分析

SAW濾波器以極陡的過度帶使CATV的鄰頻傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)，與隔頻傳輸相比，頻譜利用率提高了一倍。電視接收機(jī)如果不采用SAW濾波器，不可能工作得這么穩(wěn)定可靠。事實(shí)上，早期SAW濾波器的主要應(yīng)用領(lǐng)域即是以電視機(jī)為代表的視聽類家電產(chǎn)品，進(jìn)入80年代末之后，由于電子信息特別是通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，為SAW濾波器提供了一個廣闊的市場空間，致使其產(chǎn)量和需求呈直線上升趨勢。

第六節(jié) 不同類型生產(chǎn)工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較

一、SAW封裝技術(shù)

過去，一般把封裝形式分成三人類。根據(jù)它們使用材料的不同，大致分為陶瓷、金屬以及塑料封裝。3種封裝技術(shù)的基本理念是差不多的。它們最少有兩部分組成，即封裝的底座和上蓋。其次，它們利用了同樣的芯片裝架工藝。在底座上涂上少量的黏合劑，然后把芯片粘在上面。經(jīng)過固化處理，芯片最后粘結(jié)牢固。

一方面，黏合劑必須足夠柔軟，以不轉(zhuǎn)移封裝體內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力，另一方面，它又必須足夠堅(jiān)固以防止震動。黏合劑與基片材料之間熱膨脹系數(shù)要相匹配。否則，在溫度循環(huán)下，壓電材料會變形，因而導(dǎo)致SAW器件的中心頻率偏移。眾所周知，在IC封裝中，芯片與封裝體之間的電連接，傳統(tǒng)的引線鍵合技術(shù)是最合適的。在芯片表面極薄的金屬鍍層上鍵合的同時避免鍵合時產(chǎn)生的微粒散落到叉指結(jié)構(gòu)上，是SAW器件面臨的挑戰(zhàn)。

1、金屬封裝

各種封裝形式之間的最大區(qū)別就在于實(shí)現(xiàn)的方法。金屬封裝形式是由包含著絕緣和接地腳的金屬底座以及金屬帽子所組成。芯片被裝架在便于鍵合的區(qū)域，在鍵合和蓋帽之后，放入脈沖點(diǎn)焊封帽機(jī)進(jìn)行封帽，得到密封性能良好的半成品。金屬封裝用普通的成本就可以制造出精確的高頻濾波器，同時由于機(jī)械性能強(qiáng)度高，可以封裝體積非常大的芯片。

2、塑料封裝

塑料封裝大部分由兩個塑料包裝單元組成，就像槽和帽子。裝架好的芯片通過鍵合連接到引線框上，金屬的引線框從一邊伸入槽中，最后將兩個部分粘合在一起。包含引線框的槽可以用熱固型或熱塑型塑料在成型工藝中制造出來。典型應(yīng)用就是衛(wèi)星電視接收裝置用濾波器和無繩電話用中頻濾波器。在戶內(nèi)使用該種器件，其密封性是足夠的。這種封裝技術(shù)的主要優(yōu)勢就在于低成本。

上述2種封裝都存在共同的缺點(diǎn)，就是有比較長的引腳，導(dǎo)致器件的體積太大。

3、SMD封裝

在SMT技術(shù)下的陶瓷SMD封裝的好處是顯而易見的。第一層陶瓷底部就是焊接引腳，這樣就不會增加封裝的尺寸。第二層陶瓷包含著用于鍵合的電極以及用于裝架芯片的腔體。在陶瓷層的最上沿，必須有金屬化層，以便于和金屬上蓋的焊接。這樣才能保證器件的密封性能。鍵合電極與焊接引腳問的電連接是通過在陶瓷層問穿孔，填充金屬媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。

這種牢固的封裝使得頻率精確的射頻和中頻濾波器能夠使用在體積要求敏感的手機(jī)上。它們現(xiàn)在也用來制造諧振器和電視濾波器。SMD封裝價格高，但是體積小、頻率穩(wěn)定、易于集成化操作。

二、倒裝焊（FCB）技術(shù)

在過去的20年中，芯片和封裝的體積隨著集成度的提高以及芯片頻率的增加而得到了有效的減小。但是，常規(guī)的引線鍵合技術(shù)限制了封裝的小型化，那是由于為了保證機(jī)械強(qiáng)度，必須要有一定厚度的管壁，同時引線鍵合所需的臺階也浪費(fèi)了很大的空間。

IC封裝中的倒裝焊技術(shù)（Flip Chip Bonding，F(xiàn)CB）使得電連接只需要一次。由于以前SAW封裝上的特殊需求，對封裝廠家的知識轉(zhuǎn)變是行不通的。

為實(shí)現(xiàn)SAW器件的FCB，首先要制作凸焊點(diǎn)，用凸焊點(diǎn)代替引線鍵合提供電連接，凸焊點(diǎn)可以在芯片或管座上制成。制作凸焊點(diǎn)的方法有許多種，如：蒸發(fā)/濺射法、電鍍法、化學(xué)鍍法、打球法、置球/模版印制法、激光凸點(diǎn)法、噴射法等等，在過去幾年當(dāng)中，多種制作技術(shù)得到了發(fā)展。凸焊點(diǎn)連接的方法有：熱壓法、 C4（Controlled Collapsed Chip Connection）技術(shù)、環(huán)氧樹脂光固化法、各向異性導(dǎo)電膠FCB、柔性凸點(diǎn)FCB等。

顧名思義，"倒裝芯片技術(shù)"就是將芯片從底部翻轉(zhuǎn)，然后裝下去。淀積好焊膏以后，利用倒裝焊接機(jī)，將芯片倒裝在封裝體內(nèi)。采用凸焊點(diǎn)連接法，將所有的焊球同時固定住。

芯片倒裝技術(shù)最重要的參數(shù)就是芯片和管座上各焊球的機(jī)械強(qiáng)度?？捎枚喾N質(zhì)量測試方法對參數(shù)進(jìn)行評估：機(jī)械測試（剪斷測試、拉拽測試、震動和跌落測試），溫度測試（干熱、濕熱或溫度循環(huán)），回流焊測試（有無老化的回流循環(huán)）?；着c管座材料之間的熱匹配決定了凸焊點(diǎn)連接的質(zhì)量。

三、芯片尺寸封裝（CSP）

所謂CSP（Chip Size Package，或Chip ScalePackage），即芯片尺寸封裝。CSP目前尚無確切定義，不同廠商有不同說法。JEDEC（聯(lián)合電子器件工程委員會（美國EIA協(xié)會））的 JSTK-012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：芯片封裝面積小于或等于芯片面積的120％的產(chǎn)品稱為CSP。日本松下電子工業(yè)公司將芯片封裝每邊的寬度比其芯片大1 mm以內(nèi)的產(chǎn)品稱為CSP?？傊?，CSP是接近芯片尺寸的封裝產(chǎn)品。

芯片倒裝技術(shù)的發(fā)展為小型化提供了必要的條件，同時徹底改革了SAW封裝技術(shù)。尺寸減小是移動電話發(fā)展的主要推動力，倒裝芯片技術(shù)啟動了為減小射頻中頻器件封裝尺寸所作的努力。

1、金屬蓋板的SMD封裝

由于近10年來射頻中頻器件標(biāo)準(zhǔn)封裝是SMD技術(shù)，故首先是將倒裝芯片技術(shù)應(yīng)用于此。陶瓷的管座和金屬的上蓋，就像是給芯片造了個房子。由于不需要引線焊點(diǎn)臺階，而且焊球的高度要小于引線空間高度，所以SMD管殼面積減小，高度也能減小。但由于需要管壁，限制了尺寸進(jìn)一步減小。

2、陶瓷基座和金屬或塑性帽蓋結(jié)構(gòu)

采用平基座和帽狀上蓋，用焊接或膠粘方式密封。焊球壓塊制作在基座上面，引出腳制作在基座下面，采用通孔連接基座上下面的電極，尺寸受制于管帽壁厚。

根據(jù)基片材料選擇熱膨脹性能匹配的陶瓷或樹脂，制成平板基底座，基座的結(jié)構(gòu)與前一種相同。SAW芯片正面有源區(qū)必須采用鈍化保護(hù)，在焊球下方有 UBM（Metalization Under Bump），用回流法固定芯片。之后在芯片與基座之間填入聚合物填料來加強(qiáng)器件的機(jī)械性能。

最后一步是加上外覆蓋層，因不同用途采用了兩種技術(shù)：對高頻器件和高頻率精度器件，采用金屬層包封；而對低頻器件采用塑性吸聲料包封。在組裝過程中，可采取整芯片和多基座聯(lián)體加工方式，因此這種的技術(shù)有高產(chǎn)量低成本的潛力。

四、CSSP的關(guān)鍵技術(shù)

1、芯片表面有源區(qū)的鈍化保護(hù)

因?yàn)镕CB技術(shù)中為減小焊凸點(diǎn)里的應(yīng)力和應(yīng)變，必須使用下填料，而由于SAW器件的特殊性，不能直接接觸芯片表面的有源區(qū)，芯片表面有源區(qū)必須作鈍化保護(hù)層。EPCOS公司在SAW芯片正面有源區(qū)采用自行研發(fā)的PROTEC鈍化技術(shù)制成的微腔保護(hù)就是非常成功的例子。

2、凸焊點(diǎn)的制作

凸焊點(diǎn)既可制作在芯片上也可制作在基座上，可以結(jié)合已有條件自由選擇。在芯片上制作凸焊點(diǎn)，因?yàn)楹竻^(qū)金屬為AL在AL焊區(qū)上制作各類凸點(diǎn)，除AL凸點(diǎn)外，制作其余凸點(diǎn)均需在A1焊區(qū)上先形成一層粘附性好的粘附金屬，一般為數(shù)十納米厚度的Cr、Ti、Ni層；接著在粘附金屬層上形成一層數(shù)十到數(shù)百納米厚度的阻擋層金屬，如Pt、W、Pd、Mo、Cu、Ni等，以防止上面的凸點(diǎn)金屬（如Au等）越過薄薄的粘附層與Al焊區(qū)形成脆性的中間金屬化合物；最上層是導(dǎo)電的凸點(diǎn)金屬，如Au、Cu、Ni、Pb-Sn、In等。這就構(gòu)成了粘附層一阻擋層一導(dǎo)電層的多層金屬化系統(tǒng)。

3、下填料的選擇

下填料環(huán)氧包封能減小芯片與基板間整體熱膨脹失配的影響，減小倒裝芯片焊凸點(diǎn)里的應(yīng)力和應(yīng)變（因?yàn)樾酒突灞幌绿盍侠卫喂潭ǎ┎?yīng)力和應(yīng)變再分配到整個芯片區(qū)域，否則，這些應(yīng)力和應(yīng)變將集中到焊凸點(diǎn)上。下填料包封的另一個優(yōu)點(diǎn)是它能夠保護(hù)芯片不受潮氣、離子玷污、輻射以及加熱、機(jī)械拉伸、剪切、扭曲、沖擊和振動等不良環(huán)境的影響。

下填料最需要的性能是：（1）低黏度（流速快），能夠提高產(chǎn)量；（2）低固化溫度和短的固化時間，可降低成本及減小對芯片的不利影響；（3）低TCE，能減小芯片、焊凸點(diǎn)和基板間的熱膨脹失配；（4）高彈性模量，能改善機(jī)械性能；（5）高玻璃化溫度Tg，使下填料能夠承受高溫；（6）低吸潮系數(shù)，能夠改善擱置壽命。

4、FCB技術(shù)

針對SAW器件的特點(diǎn)，Kulicae & Soffa公司生產(chǎn)了全自動植柱機(jī)，可以方便地在芯片上制作Au凸點(diǎn)，速度可達(dá)5點(diǎn)/s。而倒裝焊接機(jī)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高精度對位和全自動高速度生產(chǎn)。FCB技術(shù)所需設(shè)備是比較先進(jìn)的，價格昂貴，因此目前以CSSP技術(shù)制造的SAW器件價格較高。

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