移动电话电子部件的技术发展

90年代第2代移动电话(数字方式)不仅改善了音质和频率的使用效率,从而建立起了今天以移动数据通信为中心的现实。今天通信经营商充实了所提供的内容,电子邮件自不待言,而且已经实现移动银行业务。此外,有了笔记本机和PDA终端的PCMCIA卡及快闪存储卡大小的数据通信卡的问世,预料今后移动式的Internet用户将越来越多。能适应更高速数据通信需求的第3代移动电话(IMT-2000)亦将问世，用户无疑将更加增多。W-CDMA与cdma2000虽方式不同,但目标都是更高品位的声音和更高速的数据通信。如此一来，移动电话将从“喂喂,是的是的”的话音设备变成为“高速数据”的网络设备,从而对电子部件的要求也将改变。

当然与现在一样有小型化的要求,但今后不是单个功能部件的小型化,而是要求组合化、多功能化的小型化。就像欧洲的GSM移动电话曾装有适应多种移动电话制式的双频部件那样,在把迄今各个部件集成一体的同时求取小型化,将成为今后的基本要求。在这一背景下，今后不仅不同移动电话制式需组合外,还要配置“蓝牙”及GSP等非移动电话的无线功能,使移动电话具有更多功能,电路规模更大。

此外,为适应高速数据通信,将要求高频率和宽带化。要实现高速/大容量的数据通信,每个频道的占有频带要更宽,这就要求宽带滤波器。另外,要在宽带下确保多个频道,就要求把载波频率提得更高。移动电话使用的频率在第2代为800MHz～1.9GHz频段,第3代在2.1GHz频段,而第4代正在研究5～8GHz频段。

将来如要传送动画数据,不是目前移动电话那样短时间的突发发送,而是要求多时隙发送和连续发送,这就需要更低损耗和更高承受功率的部件。

如上所述,今后的移动电话电子部件需要适合组合化/多功能化的小型化和适应高速数据通信所希望的高速/高频率化。此外,今后无铅和无铬等考虑到环保的材料及部件的开发也很重要。

松下电子公司把高频电路技术与精密压力加工及精密复合成形技术相结合,开发成功了高灵敏度、高效率的GSM/DCS双频小型固定式天线。随着移动电话的组合化，必须用一付天线收发多个频带，天线的构造变得复杂了。过去移动电话的天线振子是线材卷成螺旋状,其特性容易不一致,而且也难以适应双频、3频等多频段。因此,该公司研究了把铜片压加工成齿形梯子状再成型为螺旋状的“加压线卷成型工艺”(图1),由于在金属模内弯曲成形,提高了额定尺寸精度,实现了谐振频率不一致性极低的天线。此外,由于高精度地同时构成多个振子,不易于构成适应多频段的复杂结构,而且由于利用金属模成形,可采用导电率更高的铜片,而实现了损耗低的天线。

伴随移动电话组合化，电子部件也需高功能化组合化的典型例子，是目前许多GSM/DCS组合移动电话机所使用的积层开关共用器。以往作为单个部件的分频器、高频开关、低通滤波器(LPF),采用低温烧结陶瓷(LTCC)技术将其集成一体,以追求小型化(图2)。利用传统积层平面滤波器的开发制造形成的高度积层工艺技术和积层电路的三维电磁场分析,在LTCC积层底板(介电常数≈7)中,高密度集成了分频器、移相电路、LPF等,尺寸为6.7×4.8×1.8mm。此外，开关采用了低损耗及畸变极佳的PIN二极管。

今后,在进一步追求小型低损耗化的同时,预计将在收信方采用SAW滤波器等以实现更为组合化的小型化。

高频SAW滤波器的小型化已达到2.5×2.0×1.1mm,而且能承受1W以上大功率的天线共用器也已商品化。SAW滤波器由于在压电底板上形成细小的梳状电极,难以适应于天线共用器那样大功率的电路。针对这一课题，该公司开发了AlCcCu合金与Ti的积层电极，实现了在800MHz频段达1.3W、在50℃下寿命超过5万小时的SAW滤波器。用SAW滤波器来实现天线共用器,较之以往的介质同轴型,体积可缩小到1/10。

图3示出800MHz频段CDMA方式移动电话用SAW共用器的结构,在内置相位电路的积层陶瓷封装中,安装有收发单片化的SAW滤波器,尺寸达到了5.0×5.0×1.8mm。今后,随着W-CDMA等的高频化,必须开发以更细小的梳状电极来确保功率承受特性的新材料及滤波器电路结构。

公司采用独特的厚膜印刷技术(凹版复印印刷工艺),开发成功了小型高频平衡器及耦合器等商品。它把埋入在胶片上形成的沟道中的导体糊剂(银)复印到陶瓷底板上，可形成L/S=20/20mm,且导体厚度也为20mm的高密度/高纵模比的厚膜印刷电路。采用该技术形成细小的传送线路,实现了小型的高频平衡器及耦合器。

移动电话用的压控振荡器(VCO)近年来不仅小型化,而且还在追求多种多样的特性要求。就小型化而言,通过独特的安装技术的开发,引入了超小型部件，且以低于0.15mm的部件间距进行安装,实现了5.0×4.0×1.6mm的尺寸。此外,通过晶体管的改进及振荡电路的开发,改善了小型化带来的谐振器Q值降低及低电耗引起的特性劣化。除小型化外，还要求高频化、宽带化、高输出等。随着移动电话的小信号系统高频电路的IC化,以往统一的无线电路(频率)结构出现了每台机器间的差别,对VCO的要求多样化了。尤其是关于高频率化，对第4代移动电话及其它无线通信设备都是重要的开发课题。此外,今后由于半导体开发及材料/工艺开发,如何减少部件件数也是小型化的课题。

公司于1997年初开发并生产了把移动电话(PDC个人数字蜂窝通信)的高频电路组合起来的RF组件。当时它是以VCO技术为核心的、把小信号电路集成起来的组件。但是,由于近年来移动电话走向数据通信领域,强烈要求完全装有笔记本机及PDA用的通信功能组件。因此,公司正在开发适应今后数据通信所期待的GSM体制的GPRS方式和cdma2000-1X方式的小型RF组件。该组件不只限于过去的小信号电路,而把直到天线端的所有高频电路及基带系统的电路通信功能都包罗在51.0×32.0×4.5mm尺寸中,并备有并行和串行接口。今后,可进一步实现高速数据通信的W-CDMA和EDGE以及蓝牙等的系统开发正在计划中。

在移动电话中装有麦克风、扬声器、受话器、蜂鸣器等许多音响/振动部件。这些部件的小型化/组合化是移动电话小型化的重要课题。

振动发声器是通过切换输入信号的频率,把作为音响元件的微型扬声器及受话器的振动与作为振动元件的振动器的动作组合成一个新的部件(图5)。把包含磁路的外罩用悬架支撑起来而形成浮动结构，其机械谐振频率设计为120～150Hz,实现了振动力高的振动器功能。低于上述频率几乎不产生振动,仅音频线卷与振动板振动,与通常的扬声器一样动作。在振动发声器中,振动板使用独特的高弹性率振动板(PEN),作为扬声器性能还实现了高音压/低失真。

目前,移动电话机中元件的主流为1005号,今后将是0603号元件为主流。该公司的电阻、电容、电感、热敏电阻等各种0603号元件一应俱全。电阻方面,除单个电阻的小型化外,多个电阻一体化来减少安装面积的2联、4联型也在开发中。电容方面,针对高频电路的低损耗化,开发了使用高Q介质材料的“高频精密积层电容器”,容量范围0.05～3pF,最小容量容差±0.03pF,Q值高于400(@1GHz,2pF)，温度特性低于30ppm/。公司的片状电感具有采用凸起断路技术的独特的卷线结构,不仅因高Q自谐振频率高，而且还有安装的方向不同L值不变的特点。除上述元件之外，还开发、生产了0603号片状积层热敏电阻和1005号片状积层可变电阻等无铅元件。此外,在电解电容方面，采用功能性高分子的方法，正在开发小型大容量、低ESR的铝、钽电解电容器。

随着移动电话的多样化,各种附加功能的增加使各种噪声发生源也在增加。此外，TDMA方式中突发发射带来的电源电压变动,从受话器便能听到突发噪声。为抑制这些噪声，正在开发各种噪声对策部件。

通用型扼流圈可用于高速差动传送线路的噪声对策。EMI过滤器是针对图像信号及控制信号线路的EMI噪声对策的最佳过滤器。

此外,双态噪声过滤器以除去移动电话的突发噪声为目的,是一种去除常态噪声的片状铁芯与去除共态噪声的共态扼流圈结为一体的过滤器,以1.25×1.0×0.5mm大小实现了过去5～6个LC部件构成的电路。

随着前述各种部件的小型化,也需要适应更高密度安装的印制电路板。该公司完全针对“更小、更薄、更轻”的需求,开发了全层IVH(填隙式通路孔)的ALIVH底板，从1996年上市。它采用轻量、高耐热、低热胀的阿拉米德为基材,用二氧化碳激光器高速进行微孔加工,用导电粘剂进行层间连接,实现了全层IVH结构(图6)。

采用可以通孔套通孔、通孔衬垫片的全层IVH结构,其特点是：①底板表面可以没有不必要的通孔及布线,对设备的小型化作出贡献;②提高设计者的设计自由度,大大缩短了开发周期。目前,半导体裸片等能适应更高密度安装的ALIVH-B底板已开始批量生产。用ALIVH-B实现了L/S=50/50mm,Via/Land=130/250mm的精密化。■