3.4 GHz頻率的S波段SAW濾波器

白 濤，董加和，馬晉毅,蔣世義，鄭澤漁，陳尚權，米 佳，冷俊林，陳彥光，楊桃均，劉建國

(中國電子科技集團公司第二十六研究所，重慶 400060)

0 引言

在S波段，隨著頻率升高，聲表面波(SAW)濾波器指條線寬達到深亞微米，其自身熱釋電防護能力下降，功率承受能力降低。提高S波段SAW濾波器的熱釋電防護能力及功率承受能力的方法有：

1) 采用多層金屬膜AlCu/Cu/AlCu或A1/Mg/Al[1]。

2) 采用多層金屬膜Ti/Cu/AlCu[2]。

3) 在多層金屬膜上增加鈍化層[3]。

4) 針對阻抗元結構濾波器，利用分壓原理在串臂上采用雙振子結構。

本文提出了一種提高熱釋電防護能力及功率承受能力的解決方案。該方案采用了一種新型振子結構，能在一定程度上彌補因細線寬而導致SAW濾波器功率承受能力降低的問題。同時，S波段的SAW濾波器受電磁寄生效應明顯，傳統的引線式點焊方式將使器件性能嚴重惡化，為此,本文研發了一種尺寸為2.0 mm×1.6 mm的芯片級封裝(CSP)基板。通過倒裝焊方式實現了芯片與基板互聯，降低了寄生效應，同時解決了小型化及氣密性等問題。

1 新型振子結構

SAW振子結構是構成阻抗元型SAW濾波器的基本單元。當頻率達到3.4 GHz時，最細線寬約為0.28 μm，在研制濾波器過程中極易發生燒傷現象，導致合格率極低，同時SAW濾波器的功率承受能力明顯降低。因為阻抗元型SAW濾波器由振子組成，利用串聯振子分壓原理能夠提升抗靜電及功率耐受能力。為了證明該理論的正確性，設計的振子連接電路示意圖如圖1、2所示。假定加載在圖1支路兩端電壓為V，2個振子阻抗都為R，則端口間的支路承受功率為V2/(2R)。假定圖2中振子阻抗也為R，若加載在圖2支路的電壓同樣為V，那么該支路承受的功率為V2/R。由此可見，圖1支路能承受功率是圖2支路能承受功率的2倍。

圖1 兩個振子串聯等效電路圖

圖2 單振子等效電路圖

基于上述原理，國內外一些SAW生產廠商在采用多層金屬膜的同時，還采用了振子串聯方式來提升抗靜電及功率承受能力，其連接示意圖如圖3所示，其中w為聲孔徑。本文提出的一種新型振子結構如圖4所示。

圖3 振子串聯示意圖

圖4 新型振子結構示意圖

當聲孔徑為2w時，新型振子結構等效阻抗與圖3一致，故其功率承受能力也與圖3一致。但與圖3相比，新型振子結構的芯片占用面積小，振子的品質因數(Q)值高。主要原因是圖3中振子串聯間具有連接匯流條，既增大了面積，又引入了寄生電阻，從而導致Q值降低。

2 小型化CSP封裝

當SAW濾波器的頻率達到3 GHz后，電磁寄生效應對電性能影響極大。傳統的表面貼裝器件(SMD)采用引線點焊方式實現封裝與芯片連接。在S波段，點焊引線的電磁寄生效應對電性能惡化較明顯，濾波器的阻帶抑制指標難以滿足用戶需求。為了提高3.4 GHz的SAW濾波器的遠端阻帶抑制，設計并實現了尺寸為2.0 mm×1.6 mm×0.2 mm的CSP基板研制。通過倒裝焊工藝實現了芯片與基板的互聯，從而減小封裝及連接處引起的電磁寄生，達到提升阻帶抑制的目的。圖5為CSP基板單元的側視圖和仰視圖，圖中規定4、8腳為輸入、輸出，其他腳接地。為了減小輸入、輸出間的寄生串擾，增加了9腳。圖6為設計的CSP基板形貌布局。

圖5 CSP基板單元

圖6 CSP基板形貌布局

3 S波段SAW濾波器的研制

本文采用新型振子結構(見圖4)及小型化CSP基板(尺寸為2.0 mm×1.6 mm×0.2 mm)研制了3.4 GHz的S波段SAW濾波器。實測曲線如圖7所示。由圖可知，濾波器實測頻率可達3.408 GHz，插損為2.23 dB，近端阻帶大于40 dB，8 GHz遠端阻帶大于30 dB。

圖7 S波段SAW濾波器實測曲線

為了驗證該濾波器的功率承受能力，按圖8的連接方式對其進行了耐功率實驗(見圖9)。經測試，頻譜儀讀數為-1.75 dBm。由圖7可知SAW濾波器的插損為2.23 dB，因此，SAW濾波器的輸入功率為-1.75+2.23+30=30.48(dBm)。該濾波器輸入功率為30.48 dBm時，在3.4 GHz處的常溫持續功率承受時間達到20 min，證明該設計有效地提高了功率承受能力。

圖8 功率承受能力測試示意圖

圖9 耐功率實驗場景圖

4 結束語

本文介紹了一種采用新型振子結構及小型化CSP封裝實現S波段SAW濾波器研制的方案。研制的S波段SAW濾波器，其頻率達到3.4 GHz，8 GHz遠端阻帶抑制在30 dB以上。該濾波器實測的功率承受能力達到30 dBm。