手机用小型SAW双工器的开发动向

       前言

        近年来安装了高性能应用的智能手机/平板电脑此类多功能设备在迅速普及。这种融合了通信功能的设备以流、导航、云对应等多样化而显著突出。为了对应这种功能的多样化，实现舒适快速的通信方式，确保通信容量/通信频率成为重大课题。

       作为一种与通信终端共通的功能，我们在此列举各种网络的对应。手机通信规格在原来的GSM（全球移动通信系统）2G规格的基础上实现了高品质、高速度数据传输的3G系统UMTS（通用移动通信系统）。最近几年，也开始导入称为LTE（长期演进）这种第二代通信规格的服务。LTE是一种介于3G和4G之间的规格，也被称为3.9G，是一种有望长期发展的通信技术。

       3G技术只是一种上行和下行达到数Mbps程度的速度，但是LTE却以上行50Mbps以上，下行100Mbps以上的速度，达到了与固定通信网络速度相同的目标。GSM/UMTS对应终端中，通常都是GSM搭载4个，UMTS搭载2-4个频带，如果要对应LTE的话还会再追加1-2个频带。图1是移动设备中搭载的平均频带数的推测图。网络上的通信量增大的同时，保证了通信容量、通信频率，LTE频带的搭载数量预测也将迅速增加。

图1: 移动设备中搭载的平均频带数量的推测

        图2中所示的是GSM/UMTS/LTE对应终端的前端配置的示例图。为了保证高品质的通信质量，搭载了多功能终端，特别是除了这些通信规格，Wi-Fi?、Bluetooth?、GPS等通信功能也都被普遍搭载。它维持着移动设备的多功能化和多频带化，为了保证产品本身限定的容积内的容纳空间，构成RF部分的电子元器件的小型化需求也日渐强烈。

图2: GSM/UMTS/LTE对应终端的前端配置的示例

        前端配置部分的减容瘦身

       移动终端的前端部分搭载的电子元器件随着通信功能的混载和搭载频带数量的增加，正在日渐小型化。在构成无线通信设备的同时，RF收发器IC（RFIC;射频集成电路）是必备的元器件。RFIC具有变化电波频率、调节和调整信号功能。RFIC的接收端输入端子的趋势是由平衡输入转化成不平衡输入，通过实现不平衡输入的信号处理来达到削减RFIC端子数量的小型化目的。另外，PA的信号强度增加，采用了MMMB（多模多频段）PA。如果只用对应一个频带的PA构成的话，那只搭载频带数的PA就变得非常必要了，MMMBPA对应的是多波段，一个元器件就能覆盖多个的频带。如果使用这个的话，可以通过减少元器件个数来实现缩小搭载面积的目的。电感器、电容这种匹配的元件也不例外，可以推进从0603尺寸(0.6×0.3mm)到0402尺寸(0.4×0.2mm)的小型化。

图3:前端配置部分的削减瘦身

        数据的接收和传输使用不同的频带，而却要同时通信的话那么为了达到接收和传输的信号分波段进行的标准，双工器是必要条件。双工器具有不同的频带，可以同时分别过滤传输信号和接收信号的频率，并且具备防止传输电路流向接收电路的功能。兼备了双工器的小型化和高减衰两个特质的SAW双工器也已普遍使用。它的FDD方式的搭载数量跟双工器相同，而对SAW双工器的小型化要求更加严格。

       SAW双工器的小型化

         图4所示是村田SAW双工器产品尺寸的变迁。从旧的空腔3025尺寸(3.0×2.5mm)，到后来通过确立树脂封止方法将CSP型号成功产品化，实现了小型化。再后来，通过改善电极设计和加工技术，继续完善对小型化的完善。于是，2013年成功地将1814尺寸 (1.8×1.4mm)的CSP型号SAW双工器产品化。它比现在主流的2016尺寸(2.0×1.6mm)还要再减少20%的搭载面积，成为了支撑今后搭载频带数量增加的新技术。

                                      图4:产品尺寸走势

      表1所示的就是目前村田正在推进的1814尺寸SAW双工器的产品一览。

          Band1.2.5.8全球频带已经被优先产品化，LTE频带也扩大了产品阵容，将预计从2013年底开始依次推出。由于输出频带跟接收频带的频率间隔小的关系，难易度较高的Band2.3.26等产品中，通过使用LowTCF技术也已经将产品成功产品化。此外，符合了RFIC的接收端子的不平衡化流向，接收端口就不平衡型号的双工器达到了优先充实的效果。

   表1: 1814尺寸SAW双工器的产品一览（预计）

         图5所示为Band7用的2016尺寸和1814尺寸的双工器的传输端特性比较。为了跟Wi-Fi系统共存，必须在Wi-Fi频带中进行高减衰的Band7双工器2016尺寸的基础上进行了改善。传输端的传送特性是在Wi-Fi频带中进行高减衰、实现了Band7传输频带的低插入损耗的目标。虽然受到了1814尺寸小型化设计自由度的限制，我们还是注重了电极设计的舒适化、同时在芯片布局上花了足够的心思，所以Band7的特性超越了2016尺寸。

图5: 1814尺寸双工器和2016尺寸双工器的特性比较 (Band7)

         今后的展望

        列举两点今后的展望。

       模块产品的展开

        随着更进一步的移动终端小型化和多频段化的推进，今后搭载元器件的小型化和复合化会成为必要的条件。通过分立器件产品的小型化实现的实装面积的缩小已经到达了界限，周边产品的PA/SW/匹配元素等组合起来的模块元件将来会成为必备品。村田制作所通过模块产品用的独特构造成功开发了甚至连模具尺寸都实现了小型化的产品，推进了模块产品小型化的进程。

        多路复用器的展开

       模块终端进一步地实现了高速化的通信，LTE的发展形势“LTE-Advanced”的运用也由此开始。因为高速通信的实现，使多个频带同时利用，并且可导入衡量通信频带广带宽化的CA技术。作为课题来说，Low-Low、High-High的带宽组合并不容易实现。作为该课题的解决方案，我们正在开发如图6所示，在一个输入端口中连接2个双工器的四通道多路复用器。此外，将2个双工器并到一个产品中的整合方式实现了减少实装面积，有望期待前端部分瘦身的效果。村田制作所今后将致力于开发四通道多路复用器、三工（双工器+单过滤器）这种多路复用器。

图6: 四通道多路复用器