移動電話電子部件的技術(shù)發(fā)展

90年代第2代移動電話(數(shù)字方式)不僅改善了音質(zhì)和頻率的使用效率,從而建立起了今天以移動數(shù)據(jù)通信為中心的現(xiàn)實。今天通信經(jīng)營商充實了所提供的內(nèi)容,電子郵件自不待言,而且已經(jīng)實現(xiàn)移動銀行業(yè)務(wù)。此外,有了筆記本機和PDA終端的PCMCIA卡及快閃存儲卡大小的數(shù)據(jù)通信卡的問世,預(yù)料今后移動式的Internet用戶將越來越多。能適應(yīng)更高速數(shù)據(jù)通信需求的第3代移動電話(IMT-2000)亦將問世，用戶無疑將更加增多。W-CDMA與cdma2000雖方式不同,但目標(biāo)都是更高品位的聲音和更高速的數(shù)據(jù)通信。如此一來，移動電話將從“喂喂,是的是的”的話音設(shè)備變成為“高速數(shù)據(jù)”的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,從而對電子部件的要求也將改變。

當(dāng)然與現(xiàn)在一樣有小型化的要求,但今后不是單個功能部件的小型化,而是要求組合化、多功能化的小型化。就像歐洲的GSM移動電話曾裝有適應(yīng)多種移動電話制式的雙頻部件那樣,在把迄今各個部件集成一體的同時求取小型化,將成為今后的基本要求。在這一背景下，今后不僅不同移動電話制式需組合外,還要配置“藍牙”及GSP等非移動電話的無線功能,使移動電話具有更多功能,電路規(guī)模更大。

此外,為適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信,將要求高頻率和寬帶化。要實現(xiàn)高速/大容量的數(shù)據(jù)通信,每個頻道的占有頻帶要更寬,這就要求寬帶濾波器。另外,要在寬帶下確保多個頻道,就要求把載波頻率提得更高。移動電話使用的頻率在第2代為800MHz～1.9GHz頻段,第3代在2.1GHz頻段,而第4代正在研究5～8GHz頻段。

將來如要傳送動畫數(shù)據(jù),不是目前移動電話那樣短時間的突發(fā)發(fā)送,而是要求多時隙發(fā)送和連續(xù)發(fā)送,這就需要更低損耗和更高承受功率的部件。

如上所述,今后的移動電話電子部件需要適合組合化/多功能化的小型化和適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信所希望的高速/高頻率化。此外,今后無鉛和無鉻等考慮到環(huán)保的材料及部件的開發(fā)也很重要。

松下電子公司把高頻電路技術(shù)與精密壓力加工及精密復(fù)合成形技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)成功了高靈敏度、高效率的GSM/DCS雙頻小型固定式天線。隨著移動電話的組合化，必須用一付天線收發(fā)多個頻帶，天線的構(gòu)造變得復(fù)雜了。過去移動電話的天線振子是線材卷成螺旋狀,其特性容易不一致,而且也難以適應(yīng)雙頻、3頻等多頻段。因此,該公司研究了把銅片壓加工成齒形梯子狀再成型為螺旋狀的“加壓線卷成型工藝”(圖1),由于在金屬模內(nèi)彎曲成形,提高了額定尺寸精度,實現(xiàn)了諧振頻率不一致性極低的天線。此外,由于高精度地同時構(gòu)成多個振子,不易于構(gòu)成適應(yīng)多頻段的復(fù)雜結(jié)構(gòu),而且由于利用金屬模成形,可采用導(dǎo)電率更高的銅片,而實現(xiàn)了損耗低的天線。

伴隨移動電話組合化，電子部件也需高功能化組合化的典型例子，是目前許多GSM/DCS組合移動電話機所使用的積層開關(guān)共用器。以往作為單個部件的分頻器、高頻開關(guān)、低通濾波器(LPF),采用低溫?zé)Y(jié)陶瓷(LTCC)技術(shù)將其集成一體,以追求小型化(圖2)。利用傳統(tǒng)積層平面濾波器的開發(fā)制造形成的高度積層工藝技術(shù)和積層電路的三維電磁場分析,在LTCC積層底板(介電常數(shù)≈7)中,高密度集成了分頻器、移相電路、LPF等,尺寸為6.7×4.8×1.8mm。此外，開關(guān)采用了低損耗及畸變極佳的PIN二極管。

今后,在進一步追求小型低損耗化的同時,預(yù)計將在收信方采用SAW濾波器等以實現(xiàn)更為組合化的小型化。

高頻SAW濾波器的小型化已達到2.5×2.0×1.1mm,而且能承受1W以上大功率的天線共用器也已商品化。SAW濾波器由于在壓電底板上形成細小的梳狀電極,難以適應(yīng)于天線共用器那樣大功率的電路。針對這一課題，該公司開發(fā)了AlCcCu合金與Ti的積層電極，實現(xiàn)了在800MHz頻段達1.3W、在50℃下壽命超過5萬小時的SAW濾波器。用SAW濾波器來實現(xiàn)天線共用器,較之以往的介質(zhì)同軸型,體積可縮小到1/10。

圖3示出800MHz頻段CDMA方式移動電話用SAW共用器的結(jié)構(gòu),在內(nèi)置相位電路的積層陶瓷封裝中,安裝有收發(fā)單片化的SAW濾波器,尺寸達到了5.0×5.0×1.8mm。今后,隨著W-CDMA等的高頻化,必須開發(fā)以更細小的梳狀電極來確保功率承受特性的新材料及濾波器電路結(jié)構(gòu)。

公司采用獨特的厚膜印刷技術(shù)(凹版復(fù)印印刷工藝),開發(fā)成功了小型高頻平衡器及耦合器等商品。它把埋入在膠片上形成的溝道中的導(dǎo)體糊劑(銀)復(fù)印到陶瓷底板上，可形成L/S=20/20mm,且導(dǎo)體厚度也為20mm的高密度/高縱模比的厚膜印刷電路。采用該技術(shù)形成細小的傳送線路,實現(xiàn)了小型的高頻平衡器及耦合器。

移動電話用的壓控振蕩器(VCO)近年來不僅小型化,而且還在追求多種多樣的特性要求。就小型化而言,通過獨特的安裝技術(shù)的開發(fā),引入了超小型部件，且以低于0.15mm的部件間距進行安裝,實現(xiàn)了5.0×4.0×1.6mm的尺寸。此外,通過晶體管的改進及振蕩電路的開發(fā),改善了小型化帶來的諧振器Q值降低及低電耗引起的特性劣化。除小型化外，還要求高頻化、寬帶化、高輸出等。隨著移動電話的小信號系統(tǒng)高頻電路的IC化,以往統(tǒng)一的無線電路(頻率)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了每臺機器間的差別,對VCO的要求多樣化了。尤其是關(guān)于高頻率化，對第4代移動電話及其它無線通信設(shè)備都是重要的開發(fā)課題。此外,今后由于半導(dǎo)體開發(fā)及材料/工藝開發(fā),如何減少部件件數(shù)也是小型化的課題。

公司于1997年初開發(fā)并生產(chǎn)了把移動電話(PDC個人數(shù)字蜂窩通信)的高頻電路組合起來的RF組件。當(dāng)時它是以VCO技術(shù)為核心的、把小信號電路集成起來的組件。但是,由于近年來移動電話走向數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域,強烈要求完全裝有筆記本機及PDA用的通信功能組件。因此,公司正在開發(fā)適應(yīng)今后數(shù)據(jù)通信所期待的GSM體制的GPRS方式和cdma2000-1X方式的小型RF組件。該組件不只限于過去的小信號電路,而把直到天線端的所有高頻電路及基帶系統(tǒng)的電路通信功能都包羅在51.0×32.0×4.5mm尺寸中,并備有并行和串行接口。今后,可進一步實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的W-CDMA和EDGE以及藍牙等的系統(tǒng)開發(fā)正在計劃中。

在移動電話中裝有麥克風(fēng)、揚聲器、受話器、蜂鳴器等許多音響/振動部件。這些部件的小型化/組合化是移動電話小型化的重要課題。

振動發(fā)聲器是通過切換輸入信號的頻率,把作為音響元件的微型揚聲器及受話器的振動與作為振動元件的振動器的動作組合成一個新的部件(圖5)。把包含磁路的外罩用懸架支撐起來而形成浮動結(jié)構(gòu)，其機械諧振頻率設(shè)計為120～150Hz,實現(xiàn)了振動力高的振動器功能。低于上述頻率幾乎不產(chǎn)生振動,僅音頻線卷與振動板振動,與通常的揚聲器一樣動作。在振動發(fā)聲器中,振動板使用獨特的高彈性率振動板(PEN),作為揚聲器性能還實現(xiàn)了高音壓/低失真。

目前,移動電話機中元件的主流為1005號,今后將是0603號元件為主流。該公司的電阻、電容、電感、熱敏電阻等各種0603號元件一應(yīng)俱全。電阻方面,除單個電阻的小型化外,多個電阻一體化來減少安裝面積的2聯(lián)、4聯(lián)型也在開發(fā)中。電容方面,針對高頻電路的低損耗化,開發(fā)了使用高Q介質(zhì)材料的“高頻精密積層電容器”,容量范圍0.05～3pF,最小容量容差±0.03pF,Q值高于400(@1GHz,2pF)，溫度特性低于30ppm/。公司的片狀電感具有采用凸起斷路技術(shù)的獨特的卷線結(jié)構(gòu),不僅因高Q自諧振頻率高，而且還有安裝的方向不同L值不變的特點。除上述元件之外，還開發(fā)、生產(chǎn)了0603號片狀積層熱敏電阻和1005號片狀積層可變電阻等無鉛元件。此外,在電解電容方面，采用功能性高分子的方法，正在開發(fā)小型大容量、低ESR的鋁、鉭電解電容器。

隨著移動電話的多樣化,各種附加功能的增加使各種噪聲發(fā)生源也在增加。此外，TDMA方式中突發(fā)發(fā)射帶來的電源電壓變動,從受話器便能聽到突發(fā)噪聲。為抑制這些噪聲，正在開發(fā)各種噪聲對策部件。

通用型扼流圈可用于高速差動傳送線路的噪聲對策。EMI過濾器是針對圖像信號及控制信號線路的EMI噪聲對策的最佳過濾器。

此外,雙態(tài)噪聲過濾器以除去移動電話的突發(fā)噪聲為目的,是一種去除常態(tài)噪聲的片狀鐵芯與去除共態(tài)噪聲的共態(tài)扼流圈結(jié)為一體的過濾器,以1.25×1.0×0.5mm大小實現(xiàn)了過去5～6個LC部件構(gòu)成的電路。

隨著前述各種部件的小型化,也需要適應(yīng)更高密度安裝的印制電路板。該公司完全針對“更小、更薄、更輕”的需求,開發(fā)了全層IVH(填隙式通路孔)的ALIVH底板，從1996年上市。它采用輕量、高耐熱、低熱脹的阿拉米德為基材,用二氧化碳激光器高速進行微孔加工,用導(dǎo)電粘劑進行層間連接,實現(xiàn)了全層IVH結(jié)構(gòu)(圖6)。

采用可以通孔套通孔、通孔襯墊片的全層IVH結(jié)構(gòu),其特點是：①底板表面可以沒有不必要的通孔及布線,對設(shè)備的小型化作出貢獻;②提高設(shè)計者的設(shè)計自由度,大大縮短了開發(fā)周期。目前,半導(dǎo)體裸片等能適應(yīng)更高密度安裝的ALIVH-B底板已開始批量生產(chǎn)。用ALIVH-B實現(xiàn)了L/S=50/50mm,Via/Land=130/250mm的精密化?！?/font>