JPWO2002052589A1 - 半導体装置及びその製造方法並びに半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
高周波電力増幅装置は二つの増幅系を有する。増幅系は、複数の増幅段を従続接続した構成になり、電源電圧端子は2端子となり、一方の電源電圧端子は一方の増幅系の初段増幅段と他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、他方の電源電圧端子は他方の増幅系の初段増幅段と一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続されている。各増幅系の最終増幅段と電源電圧端子との間には、0.1mm程度の直径の銅線を螺旋状に密に巻いた直流抵抗が小さい空芯コイルが直列に接続されている。各増幅系は最終増幅段からの初段増幅段への信号の漏れがないことと、空芯コイルの直流抵抗が小さいことから発振マージンが改善される。空芯コイルは安価であり高周波電力増幅装置の低コスト化が図れる。空芯コイルはバルクフィーダで供給されてモジュール基板に搭載される。
Description
技術分野
本発明は、半導体装置及びその製造方法並びに半導体製造装置に係わり、例えば、半導体装置として複数の増幅器(半導体増幅素子)を多段に縦続接続した多段構成の高周波電力増幅装置(高周波電力増幅モジュール)の製造技術、及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機等の無線通信装置(電子装置)に適用して有効な技術に関する。
背景技術
自動車電話機,携帯電話機等の無線通信装置に用いられる高周波電力増幅装置は、半導体増幅素子(トランジスタ)で構成される複数の増幅器を、2段または3段等多段に縦続接続した多段構成となっている。多段構成の最終段の増幅器(最終増幅段)は出力段となり、その前の各段の増幅器(増幅段)は駆動段となる。また、回路インピーダンス調整のために、各所にインダクタが組み込まれている。
高周波電力増幅装置の特性としては、高効率でかつ高利得、小形でかつ低コストであることが求められる。さらに、携帯での使用という特異性からアンテナのインピーダンスが使用条件で大きく変化して負荷不整合になり反射が起こって、最終段の増幅素子(半導体増幅素子)に大きな電圧が加わる場合が生じる。増幅素子にはそれに耐え得る破壊耐圧も考慮する必要がある。
第33図は本発明者等が本発明に先立って検討した高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。この高周波電力増幅装置は、GSM(Global System for Mobile Communication)とDCS(Digital Cellular System)と呼称される二つの通信系の増幅が可能なデュアルバンド用の高周波電力増幅装置である。
この高周波電力増幅装置1は外部電極端子として、GSM用入力端子(PinGSM▲1▼)、コントロール端子(Vapc▲2▼)、電源電圧Vddの一方の電源電圧端子(Vdd1▲3▼)、GSM用出力端子(PoutGSM▲4▼)、DCS用出力端子(PoutDCS▲5▼)、電源電圧Vddの他方の電源電圧端子(Vdd2▲6▼)、通信バンド切替用端子(Vctl▲7▼)、DCS用入力端子(PinDCS▲8▼)、図示しないグランド電圧端子(GND)を有している。
DCS及びGSM共にその増幅系は3段増幅構成になっている。DCS増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp1,amp2,amp3)で構成され、GSM増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp4,amp5,amp6)で構成されている。各増幅段は図示しないが電界効果トランジスタ(FET)によって形成されている。
このような構成において、PinDCS▲8▼はamp1に接続され、PoutDCS▲5▼はamp3に接続されている。また、PinGSM▲1▼はamp4に接続され、PoutGSM▲4▼はamp6に接続されている。
Vapc▲2▼はバイアス回路2に接続されるとともに、このVapc▲2▼に入力された信号によってamp1〜amp6は制御される。
Vdd1▲3▼は、マイクロストリップラインMS3を介してamp4に接続され、マイクロストリップラインMS4を介してamp5に接続され、インダクタL2を介してamp6に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd1▲3▼には一端がGNDに接地される容量C1が接続されている。
Vdd2▲6▼は、マイクロストリップラインMS1を介してamp1に接続され、マイクロストリップラインMS2を介してamp2に接続され、インダクタL1を介してamp3に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd2▲6▼には一端がGNDに接地される容量C2が接続されている。
Vctl▲7▼は、バンド選択回路3に接続されている。このバンド選択回路3は、ソース接地される3個のnチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)Q8,Q9,Q10と、一つの抵抗R1とで構成されている。Q8とQ9のゲート端子はVctl▲7▼に接続されている。Q10のゲート端子はQ9のドレイン端子に接続され、ドレイン端子は抵抗R2を介してamp5の出力側に接続されている。Q9のドレイン端子は抵抗R1を介してVdd2▲6▼に接続されている。Q8のドレイン端子はインダクタL3を介してamp3の入力側に接続されている。
Vctl▲7▼に供給される信号によってバンドの切り替えが行われ、DCS通信のための増幅またはGSM通信のための増幅が行われる。
第33図に示すような回路構成では、GSM回路チェーン及びDCS回路チェーンの電源ラインは共通に使っている。この結果、3rdFETからの漏れ信号が電源ラインを通して1stFETに戻る帰還(feed back loop)が形成され(第33図において示す太線矢印参照)、発振を起こしやすいことが分かった。
一方、従来ではインダクタとしてはチップインダクタを使用している。しかし、チップインダクタは直流抵抗(DC抵抗)が大きく、例えば、携帯電話機用の高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)においては、出力及び効率の向上を妨げる原因となっている。即ち、チップインダクタは高周波電力増幅装置の電源ラインに使用する場合、例えば、2A以上の電流容量が必要で特別仕様となり、価格が高く、また緊急の調達が難しい。
また、市販の空芯コイルは外形サイズが大きく、モジュールの高さ制限から搭載できない。即ち、高周波電力増幅装置に組み込むチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ型電子部品は、1005製品と呼称され、長さが1mmで幅及び高さが0.5mmと小さいが、市販の空芯コイルはこれ以上大きい。
また、従来のチップインダクタはコスト的にも高く、混成集積回路装置の低コスト化の妨げになっている。即ち、チップインダクタには種々な構造のものがあるが、高周波電力増幅装置に使用されるチップインダクタは、セラミックスからなるベース部材に線材を巻いた構造のもの、セラミックスをベースにAg,Ni等の導体を積み重ねてスパイラル構造を形成するもの、及びセラミックコアの表面にメッキ等を施して金属層を形成し、この金属層をレーザ光で螺旋状にカットした構造のものが主流になっている。
そこで、本出願人においては、小型化及びコスト低減を図るために、さらにはDC抵抗の低減を図るため、導電性の良好な金属線を螺旋状に巻いたコイルについて検討し、新たなコイル(コイルインダクタ)を提案している(特願2000−367762号公報)。
このコイルは、例えば一例を挙げるならば、表面を絶縁膜(例えば、ポリエチレン膜)で被った直径0.1mmの銅線を螺旋状に巻いた構造となり、外径は0.56mm程度、長さは0.9mm程度である。螺旋に巻く前に銅線の両端部分の絶縁膜を一定の長さ除去しておき、あるいは絶縁膜を付けないでおく。従って絶縁膜が被覆されない1乃至複数巻の捲線部分が電極となる。このコイルはその重量も0.0725mg程度と極めて軽い。また、このコイルは、銅線を巻いて製造することから、従来のチップインダクタ(例えば、小さい金属層をレーザ光で螺旋状にカットした構造の1005製品)は、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗は100mΩとなる。
これに対して、本出願人提案の空芯コイルは、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗は20mΩと従来の1/5となるとともに、コスト的にも優位になる。
本出願人は、このようなコイル(空芯コイル)を混成集積回路装置でもある高周波電力増幅装置に組み込むべく従来のバルクフィーダを用いて組み立てを行った。
しかし、従来のバルクフィーダでは、極めて重量が軽いこのようなコイル(空芯コイル)を安定して供給することは困難であるということが分かった。
半導体製造装置でもあるバルクフィーダとしては、例えば、「Matsushita Technical Journal」、Vol.45,No.4,Aug.1999,P86〜P90に記載されている。この文献には、積層チップコンデンサや角板形チップ抵抗等の表面実装型電子部品の実装に適した、ホッパー方式のバルクフィーダについて記載されている。
第34図乃至第42図は従来のバルクフィーダに係わる図である。第34図に示すように、従来のバルクフィーダはバルクを収容するバルク収納ケース10と、このバルク収納ケース10の下部に設けられたホッパー11と、このホッパー11から取り込まれたバルクを先端のバルク供給部12まで案内する搬送レール13とを有する。
バルク収納ケース10は薄い箱型構造となりその内底は両側から中央に向かってバルクを集める傾斜体14となっている。この傾斜体14の中心を貫くように配置され、傾斜体14の内底部分に集められたバルクを一列状態でバルク収納ケース10から取り出すホッパー11は、第35図に示すように、上端に円錐台窪み15を有するガイド16と、このガイド16を貫き中心軸に沿ってバルクを1個案内するガイド孔17を有する角パイプからなる供給シャフト18で構成されている。供給シャフト18の上端からガイド孔17内にバルクが入るように、前記ガイド16は上下に振動する構造となっている。例えば、バルクの長さ(1ストローク:1st)の略3倍程度の振幅をもって振動する。
また、ガイド孔17は第36図に示すように、矩形断面になっている。供給シャフト18は2.6mm直径で、その中心に幅0.63mm長さ0.87mmの四角形のガイド孔17が設けられている。
このようなバルクフィーダで、バルクとして0.56mm×0.85mmの大きさのコイル(空芯コイル)9を供給する場合、第35図及び第36図に示すように、幾つかの供給不良が発生してしまうことが分かった。
一つは、筒状の供給シャフト18の肉厚が厚いため、供給シャフト18の上端に空芯コイル9が乗ってしまいガイド孔17内に入らない供給不良Aである。
一つは、ガイド16が下方に下がった時点で円錐台窪み15の傾斜面と供給シャフト18の外周面との間に隙間19が発生し、この隙間19内に空芯コイル9が挟まる供給不良Bである。
一つは、空芯コイル9にもその寸法上バラツキがあることから、0.53mm×0.85mmの大きさの空芯コイル9が0.63mm×0.87mmの大きさのガイド孔17の途中に横向きになって引っ掛かって詰まる供給不良Cである。
一方、従来のバルクフィーダの搬送レール13は、第34図に示すように、途中に継ぎ目Dが存在することから、その継ぎ目で空芯コイル9が引っ掛かり、供給不良が発生することもある。
他方、バルク供給部12は、第37図に示すような構造となり、第37図乃至第42図で示すような動作をする。即ち、第37図に示すように、搬送レール13の先端側では、搬送レール本体25の先端上面側は一段低くなり、この低い部分に摺動子26が空芯コイル9の移送方向に沿って往復動可能に取り付けられている。
空芯コイル9を案内するガイド孔17を設けたレール27は前記搬送レール本体25の段付き部分まで延在している。搬送レール本体25には前記レール27のガイド孔17に入って移動してきた空芯コイル9の前端を停止させるストッパ部28を有している。このストッパ部28は空芯コイル9の上側に接触するようになるが、その下部は部分的に開放される空間になっている。これは空芯コイル9を真空吸引してストッパ部28に当接させるための真空吸引通路30aを形成する。
摺動子26は、バネ29によってその左端面が段付き部分の側面に接触するようになっている。摺動子26の左端面が段付き部分の側面に接触する状態が、ストッパ部28の空芯コイル9の位置決め位置、即ち、位置決め基準面を形成することになる。
また、摺動子26上にはシャッター31が重なり、かつ摺動子26に対して移動可能になっている。シャッター31は空芯コイル9の移送方向に沿って往復動し、レール27のガイド孔17内を移動する先頭の空芯コイル9の長さよりも僅かに長い距離部分を被うようになっている。従って、レール27の先端部分では、ガイド孔17の上面のレール27部分が削除された構造になっている。シャッター31は摺動子26との間に真空吸引通路30bを形成している。また、シャッター31,摺動子26及び搬送レール本体25には、それぞれ孔が設けられて真空吸引通路30c,30d,30eを形成している。摺動子26が左端に寄り、シャッター31がガイド孔17の上側を被う状態のとき、これら3つの孔は重なり、第37図で示すように空芯コイル9を太線矢印で示すように真空吸引して先頭の空芯コイル9をストッパ部28に当接させるようにする。この真空吸引によって、第38図に示すように、後続の空芯コイル9もガイド孔17内に一列に並ぶことになる。
第39図に示すように、シャッター31を右側、即ちガイド孔17の端末から遠ざけるように開動作させると、先頭の空芯コイル9及び2番目の空芯コイル9の先頭部分の僅かの長さ部分は露出状態になる。またこのときの開動作によって、真空吸引通路30dはシャッター31によって塞がれるため、真空吸引動作は停止する。シャッター31の移動は、例えば、空芯コイル9の長さの3倍(3st)程移動される。第40図はこれらの関係を示す拡大断面図である。
つぎに、コレット32が移動して来て先頭の空芯コイル9を真空吸着保持してモジュール基板上に運び、空芯コイル9の搭載が行われる。
ところで、前述のように空芯コイルは極めて軽いため、真空吸引の切り替え時の気流(気圧)変動や振動によって動き易く、例えば第44図に示すように、前後の空芯コイル9の端同士が重なり合うようになったりする。この場合、コレット32は空芯コイル9を確実に真空吸着保持して搬送することができなくなり、空芯コイル9のモジュール基板への搭載ができなくなる。また、コレットによる真空吸着力を高めるべく真空吸着力を大きくすると、その真空吸引力の影響によってコイル列が乱れてしまうこともあり、コレットの真空吸着力を必要以上に大きくすることはできず、制御は微妙である。なお、第43図は、支障なく一列に並ぶ空芯コイル9を示す図である。
本発明の目的は、高周波特性が優れ、出力及び効率の向上が図れ、かつ製造コストの低減が達成できる半導体装置及びその半導体装置を組み込んだ電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、高周波特性が優れ、出力及び効率の向上が図れ、かつ製造コストの低減が達成できる高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、直流抵抗が小さい空芯コイルを実装した半導体装置及びその半導体装置を組み込んだ電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、直流抵抗が小さい空芯コイルを実装した高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、発振マージンを改善できる高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ通話性能が良好な無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクを配線基板に正確かつ確実に実装する半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクとしてのコイルを配線基板に正確かつ確実に実装する半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクの安定供給が達成できる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクとしてのコイルの安定供給が達成できる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
発明の開示
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
携帯電話機には以下の構成の高周波電力増幅装置が組み込まれている。高周波電力増幅装置は増幅系を二つ有するデュアルバンド構成になっている。増幅系は、それぞれ半導体増幅素子を複数従続接続した多段構成となり、最終増幅段の半導体増幅素子の信号を出力する第1端子と電源電圧端子間に直流抵抗が小さいコイル(空芯コイル)を直列に接続した構成になっている。空芯コイルは高周波電力増幅装置のモジュール基板に搭載されている。
電源電圧を供給する電源電圧端子は2端子設けられ、一方の電源電圧端子は一方の増幅系の初段増幅段と他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、他方の電源電圧端子は他方の増幅系の初段増幅段と一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続された構成(たすき掛け構成と呼称する)になっている。
前記空芯コイルは表面が絶縁膜で被われる0.1mm直径の銅線を密に螺旋状に巻いた構成になるとともに、両端の電極となる部分は絶縁膜が存在しない構成になり、最大外径が0.56mm程度となり、全長が0.9mm程度となり、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗が20mΩ程度となり、従来のチップインダクタのインダクタンスが8nHのもので直流抵抗が100mΩに比較して小さくなっている。
前記高周波電力増幅装置の製造における空芯コイルの搭載は、バルクフィーダのバルク供給部に移送されて一列に並ぶ空芯コイルの先頭の空芯コイルをコレットで真空吸着保持した後、モジュール基板の所定位置に運び、その後一時的な加熱処理によってモジュール基板や空芯コイルにあらかじめ設けておいたソルダーを溶かして固定する。なお、モジュール基板に搭載される電子部品は空芯コイルよりも高さが低い。即ち、チップ部品は長さ1mm,幅及び高さが0.5mmとなる部品、あるいはこれ以下の部品である。また、半導体増幅素子が形成される半導体チップの厚さも薄い。従って、直径が0.56mmと大きい空芯コイルは、他の実装部品の搭載の最後に行う。
半導体製造装置でもあるバルクフィーダは、バルク収納ケース,ホッパー,搬送レール及びバルク供給部とからなり、バルク収納ケースに収容された空芯コイルをホッパーで一列に並ぶように集め、搬送レール内を移動させてバルク供給部に運ぶ。バルク供給部に空芯コイルが到達するようにバルク供給部では図示しない真空吸引機構が一時的に動作する。真空吸引機構の真空吸引動作が停止する間、バルク供給部のシャッターが開き、露出した空芯コイル列の先頭の空芯コイルをコレットで保持する。
ホッパーは円錐台窪みを上端に有する筒状のガイドと、このガイドを貫き中心軸に沿ってバルクを縦列状態で一列に案内するガイド孔を有する供給シャフトで構成されている。ガイドは上下に振動し、バルクがガイドの円錐台窪みに集まるようにして供給シャフトのガイド孔に入るようになっている。供給シャフトは上端にバルクが乗って停止しないように肉厚が薄くなっている。ガイドが最も下がった状態で供給シャフトの外周面とガイドの円錐台窪み面との間にバルクを挟む隙間が発生しないような位置関係になっている。供給シャフトのガイド孔内にバルクとしての空芯コイルが横向きに入らないように、ガイド孔は空芯コイルの全長よりは短く、空芯コイルの外形よりは僅かに大きな円形断面の孔になっている。このため、供給シャフトは円筒体で形成されている。
搬送レールはガイド孔に沿って移動するバルクが引っ掛からないように継ぎ目のない1本の部材で形成されている。
バルク供給部は、搬送レールのガイド孔に沿って移動して来るバルクを位置決め停止させるストッパ部を有するとともにバルク移送方向に沿って往復動自在に搬送レールに取り付けられる摺動子と、前記摺動子に対してバルクの移送方向に往復動自在に取り付けられかつガイド孔の上面を開閉させるシャッターと、前記搬送レール及びガイド並びにシャッターに設けられかつ前記ガイド孔内のバルクをストッパ部に向かって真空吸引によって進行させるようにするための真空吸引機構の一部を構成する真空吸引通路と、前記真空吸引通路を開閉する開閉手段とを有する。
バルク供給部では、ガイド孔先端部上面がシャッターによって塞がれている状態で開閉手段が開動作してガイド孔内のバルクをストッパ部に向かって前進させる。つぎに、シャッターがバルクの長さよりも短い距離開動作して開閉手段を閉動作させる。つぎに、シャッターが摺動子とともにさらに開動作して先頭のバルクと後続のバルクとの間に所定の距離を発生させる。つぎに、シャッターがさらに開動作して先頭のバルクを露出させる。この状態で先頭のバルクのコレットによる真空吸着保持が行われる。
前記の手段によれば、(a)空芯コイルはチップインダクタに比較して直流抵抗(DC抵抗)が小さい。従って、多段構成の増幅系の最終増幅段に接続するインダクタとして使用した場合、DC損失が低くなり、損失を少なくインピーダンスを高くすることができる。このため、最終増幅段からその前の増幅段への高周波信号の帰還の低減が達成でき、発振マージンの向上が図れる。この結果、RFモジュールで発振マージンが改善されるため、携帯電話機の通話性能が良くなる。
(b)デュアルバンド構成において、二つの増幅系に供給される電源電圧はたすき掛け構成になっていることから、初段増幅段への後段増幅段(特に最終増幅段)からの漏れ信号の電源ラインを通しての帰還を抑止できるため発振マージンの改善ができる。これは、前記(a)のような空芯コイルの使用によってさらに発振マージンの向上が図れることになる。
(c)空芯コイルは表面を絶縁膜で被った銅線を密に螺旋状に巻いた構成になっていることから、製造コストが従来のチップインダクタに比較した1/7〜1/2程度と安価である。従って、最終増幅段に接続されるコストの高いチップインダクタに比較してコストを1/7程度と小さくすることができる。他の部分に使用するチップインダクタに変えて本発明による空芯コイルを使用すれば、そのコストは1/2程度にすることができる。これにより、高周波電力増幅装置のコストの低減が図れる。従って、この高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機(無線通信装置)の製造コストの低減も可能になる。
(d)空芯コイルは最大外径が0.56mm程度となり、長さが0.9mm程度となるため、従来の幅及び高さが0.5mm,長さ1mmのチップインダクタよりも実装長さが短くなる。
(e)高周波電力増幅装置の製造における空芯コイルの搭載(半導体装置の製造方法)においては、以下のような効果がある。
▲1▼モジュール基板に搭載する電子部品の中で、空芯コイルは最も高さが高いが、他の電子部品の搭載後に実装が行われる。従って、空芯コイルを真空吸着保持するコレットが、既にモジュール基板に搭載された電子部品に接触することがなく、他の電子部品の搭載を損なうことがない。この結果、実装歩留りの向上を図ることができる。
▲2▼バルクフィーダのバルク供給部に移送されて一列に並ぶ空芯コイルの先頭の空芯コイルをコレットで真空吸引保持した後、モジュール基板の所定位置に運び、その後一時的な加熱処理によってモジュール基板や空芯コイルにあらかじめ設けておいたソルダーを溶かして固定するが、バルク供給部では、先頭の空芯コイルは後続の空芯コイルから離して供給されるため、後続の空芯コイルが先頭の空芯コイルに重なるあるいは引っ掛かって発生するコレットによる真空吸着保持ミスがなくなり、実装が正確かつ確実に行えるとともに、実装作業も能率的に行うことができる。従って、実装不良や機械停止も起き難くなり、実装コストの低減が可能になる。
▲3▼ホッパー部分では、筒状の供給シャフトの肉厚は薄くなっていることから、上端にバルクが乗って停止しなくなり、バルク供給部への空芯コイルの供給が確実になり、安定供給が行える。
▲4▼ホッパー部分では、ガイドが最も下がった状態で供給シャフトの外周面とガイドの円錐台窪み面との間にバルクを挟む隙間が発生しないような位置関係になっていることから、供給シャフト外周面とガイドの円錐台窪み面との間に空芯コイルが挟まれることもない。従って、空芯コイルの変形が防止でき、変形した空芯コイルの実装もなくなり、実装歩留りの向上が図れる。また、バルク供給部に安定して空芯コイルを供給することできるようになる。
▲5▼供給シャフトのガイド孔は大きくかつ円形断面の孔になっていることから、空芯コイルがガイド孔に詰まらないようになり、バルク供給部に安定して空芯コイルを供給することができるようになる。
▲6▼搬送レールは継ぎ目のない1本の部材で形成されていることから、空芯コイルがガイド孔の途中で引っ掛からなくなり、バルク供給部に安定して空芯コイルを供給することができるようになる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
(実施形態1)
第1図乃至第31図は本発明の一実施形態(実施形態1)である半導体装置(高周波電力増幅装置)及びその製造技術並びに無線通信装置(電子装置)に係わる図である。
本実施形態1では、半導体装置として、高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)に本発明を適用した例について説明する。本実施形態1の高周波電力増幅装置は、デュアルバンド用であり、例えば、GSM通信系とDCS通信系が組み込まれた携帯電話機(無線通信装置)に組み込むデュアルバンド用の高周波電力増幅装置である。
本実施形態1の高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)1は、第2図に示すように外観的には偏平な矩形体構造になっている。高周波電力増幅装置1は、セラミック配線板からなるモジュール基板5と、このモジュール基板5の一面側(主面側)に重ねて取り付けられたキャップ6とによって偏平矩形体構造のパッケージ7が構成された構造になっている。キャップ6は、電磁シールド効果の役割を果たす金属製であり、プレスによる成形品となっている。
第4図は、本実施形態1の高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。この高周波電力増幅装置1は外部電極端子として、GSM用入力端子(PinGSM▲1▼)、コントロール端子(Vapc▲2▼)、電源電圧Vddの一方の電源電圧端子(Vdd1▲3▼)、GSM用出力端子(PoutGSM▲4▼)、DCS用出力端子(PoutDCS▲5▼)、電源電圧Vddの他方の電源電圧端子(Vdd2▲6▼)、通信バンド切替用端子(Vctl▲7▼)、DCS用入力端子(PinDCS▲8▼)、図示しないグランド電圧端子(GND)を有している。端子配列は、第1図のように、モジュール基板5の手前左から右に向かって端子▲1▼,▲2▼,▲3▼,▲4▼と並び、後方右から左に向かって端子▲5▼〜▲8▼となっている。
DCS及びGSM共にその増幅系は3段増幅構成になっている。DCS増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp1,amp2,amp3)で構成され、GSM増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp4,amp5,amp6)で構成されている。各増幅段は図示しないがシリコン基板を基にして形成される電界効果トランジスタ(FET)によって形成されている。
このような構成において、PinDCS▲8▼はamp1に接続され、PoutDCS▲5▼はamp3に接続されている。PinGSM▲1▼はamp4に接続され、PoutGSM▲4▼はamp6に接続されている。
Vapc▲2▼はバイアス回路2に接続されるとともに、このVapc▲2▼に入力された信号によってamp1〜amp6は制御される。
Vdd1▲3▼は、マイクロストリップラインMS1を介してamp1に接続され、マイクロストリップラインMS4を介してamp5に接続され、インダクタL2を介してamp6に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd1▲3▼には一端がGNDに接地される容量C1が接続されている。
Vdd2▲6▼は、マイクロストリップラインMS3を介してamp4に接続され、マイクロストリップラインMS2を介してamp2に接続され、インダクタL1を介してamp3に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd2▲6▼には一端がGNDに接地される容量C2が接続されている。
このように、電源電圧は二つの端子(Vdd1▲3▼,Vdd2▲6▼)が用意され、一方の電源電圧端子は一方の増幅系の初段増幅段と他方の増幅系の2段及び3段増幅段に電源電圧を供給し、他方の電源電圧端子は他方の増幅系の初段増幅段と一方の増幅系の2段及び3段増幅段に電源電圧を供給する、所謂たすき掛け構成になっていることから、初段増幅段への後段増幅段(特に最終増幅段)からの漏れ信号の電源ラインを通しての帰還を抑止できるため発振マージンの改善ができる。
また、前記L1〜L3は、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗が20mΩとなり、従来のチップインダクタのインダクタンスが8nHのもので直流抵抗は100mΩとなるものに比較して大幅に直流抵抗が小さい空芯コイルで形成されている。
Vctl▲7▼は、バンド選択回路3に接続されている。このバンド選択回路3は、ソース接地される3個のnチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)Q8,Q9,Q10と、一つの抵抗R1とで構成されている。Q8とQ9のゲート端子はVctl▲7▼に接続されている。Q10のゲート端子はQ9のドレイン端子に接続され、ドレイン端子は抵抗R2を介してamp5の出力側に接続されている。Q9のドレイン端子は抵抗R1を介してVdd2▲6▼に接続されている。Q8のドレイン端子はインダクタL3を介してamp3の入力側に接続されている。Vctl▲7▼に供給される信号によってバンドの切り替えが行われ、DCS通信のための増幅またはGSM通信のための増幅が行われる。
第1図は、例えば、ガラスセラミックスを積層させた低温焼成のセラミック配線板からなるモジュール基板5の表面に搭載された各電子部品を示す平面図である。
第1図に示すように、モジュール基板5の表面には4個の半導体チップ8a〜8dと、3個の空芯コイル9a〜9cと、符号は付けないが多数のチップ抵抗とチップコンデンサが搭載されている。
モジュール基板5の表裏面は勿論のこと内部にも導体が選択的に形成されている。そして、これら導体によって配線4が形成されている。この配線4の一部は、前記半導体チップ8a〜8dを固定するための搭載パッド4aとなり、チップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ型電子部品や空芯コイル9a〜9cの電極を固定する電極固定用パッド4bとなり、あるいは半導体チップ8a〜8dの図示しない電極に一端が接続されるワイヤ20の他端を接続するワイヤボンディングパッド4c等を構成する。モジュール基板5の裏面には表面実装型の電極が前記配線4によって形成され、前記▲1▼〜▲8▼の外部電極端子が形成されている。これら外部電極端子はLGA(ランドグリッドアレイ)構造になっている。
半導体チップ8a〜8dはモジュール基板5の主面に設けた窪み底に固定されている。また、動作時に発熱量が大きい半導体チップにおいては、その下のモジュール基板5にはビィアホールが形成されるとともに、このビィアホールには前記導体が充填され、モジュール基板5の裏面に熱を伝達するようになっている。
半導体チップ8a〜8dにおいて、半導体チップ8aには、DCS用の1stと2ndの半導体増幅素子が組み込まれ、半導体チップ8bにはDCS用の3rdの半導体増幅素子が組み込まれている。また、半導体チップ8cには、GSM用の1stと2ndの半導体増幅素子が組み込まれ、半導体チップ8dにはGSM用の3rdの半導体増幅素子が組み込まれている。
一方、これが本発明の特徴の一つであるが、第4図のブロック図で示すように、高周波電力増幅装置1におけるインダクタL1〜L3は、第1図に示すようにコイル(空芯コイル9a〜9c)で形成してある。
第3図(b)には、モジュール基板5に搭載された空芯コイル9a(9)を示してある。空芯コイル9は、表面が絶縁膜で被覆されたインダクタ部22と、両端の絶縁膜で被われない電極23とからなる。この空芯コイル9はインダクタ部22が6巻であり、電極23が2巻である。空芯コイル9は、その電極23がソルダー24によってモジュール基板5の配線4bに固定されることによって実装されている。なお、第3図(a)の空芯コイル9はインダクタ部22が8巻であり、電極23が1巻である実装例である。
空芯コイル9は、一例を挙げるならば、表面を絶縁膜(例えば、ポリエチレン膜)で被った直径0.1mmの銅線を螺旋状に巻いた構造となり、外径は0.56mm、長さは0.9mmである。螺旋に巻く前に銅線の両端部分の絶縁膜を一定の長さ除去しておき、その除去部分による捲線部分が外部電極23となる。絶縁膜で被われた部分の捲線部分がインダクタ部22となる。この空芯コイル9はその重量も0.00725mgと極めて軽い。このコイルは、銅線を巻いて製造することから、従来のチップインダクタ(例えば、電流容量が2.1A程度でインダクタンスが8nHのもので直流抵抗が100mΩとなるチップインダクタ)に比較して、そのコストは1/7程度と低くなる。また、電流容量が小さいチップインダクタでは、そのコストは1/2程度になる。
このような高周波電力増幅装置1は以下のように、発振マージンが改善されるとともに、伝送損失が低減される。
(1)発振マージン対策
第33図に示す回路においては、GSM/DCS各回路チェーンの電源ラインを共通に使っていたため、3rdFETからの漏れ信号が電源ラインを通して1stFETに戻るフィードバックループ(feed back loop)が形成され、発振を引き起こしやすくなっていた。
これに対して本実施形態1による第4図で示す回路では、この feed back loopの影響を改善するべく、電源電圧端子を2つ設け(Vdd1,2)、増幅ゲインの最も高い1stFETの電源ラインを別電源電圧端子から供給することで1stFETへのfeed backを抑えることができ、発振マージンを改善できる。
また、GSM及びDCSの増幅系において、3rdFETの電源ライン部分へのインダクタをDC抵抗が小さい空芯コイル9で形成することから、DC損失が小さくなり、電力損失を少なくインピーダンスを高くすることが可能となる。この結果、3rdFETから2ndFETへのRF信号のフィードバックが低減でき、前記たすき掛け構成の効果とも相俟ってさらなる発振マージンの向上ができる。
(2)電源ラインへの空芯コイルの適用による伝送損失の低減
回路の高集積化に伴う小型・多機能化において部品の実装密度を上げることが必要であり、ストリップライン等は基板の内層へのレイアウトが必要となる。しかし、電源ラインの内層へのレイアウトは以下の問題がある。
▲1▼特性インピーダンスの低下によって高周波伝送損失(RF損失)が増加する。
▲2▼RF損失対策としてストリップラインを長くした場合、DC損失が増加する。
▲3▼ストリップラインを長くした場合、占有面積が増大しモジュール基板5の小型化、即ち、高周波電力増幅装置1の小型化が妨げられる。
電源ラインでの損失は、配線抵抗分によるDC損失とインピーダンス成分によるRF損失とに大別される。DC損失を低減するためには電源ライン長(ストリップライン)を短くすればよいが、電源ラインのインピーダンスが低下しRF損失が増加してしまう。
ここで、電源ラインにおける損失について説明する。
(1)DC損失
電源ラインを電流が流れる場合、配線導体の寄生抵抗分により電圧降下が生じFETのドレイン端に印加される電圧が下がり、出力低下,効率低下を引き起こしてしまう。損失(DCロス:dB)は以下の式で与えられる。
【式1】
【式2】
ここで、Lはライン長、Wはライン幅、Rsは導体抵抗である。
(2)RF損失
電源ラインのインピーダンスとFETのドレインインピーダンスとの関係による伝送損失解析においては、シミュレータMDS(Microwave Design System)を用いた。
入力信号源をFETとした場合、入力を非整合、出力を整合として計算でき、FETの電源ラインの影響がみえるGa(有能電力利得)にて計算を行った。Gaは次式で与えられる。
【式3】
【式4】
【式5】
ここで、S11・S12・S21・S22はSパラメータであり、S11は入力インピーダンス、S12はアイソアーション、S21は伝送利得、S22は出力インピーダンス、S22*は出力インピーダンス複素共役、Reは実数部、Γsは入力反射係数である。
電源ラインのRF損失を減らすには、第5図に示す伝送ライン及び電源ラインの等価回路において、電源ラインのインピーダンス(Z2)を大きくする必要がある。第5図において伝送ラインの入力(IN)と出力(OUT)との間に電源ライン長さがLとなる電源ラインが設けられ、電源ラインの端にVddが供給されるようになっている。第5図において、Z0は電源ライン特性インピーダンス、Z1は伝送ラインの電源ライン接続部インピーダンス、Z2は電源ラインインピーダンス、Lは電源ライン長さである。このような等価回路においては次式が与えられる。
【式6】
【式7】
ここで、ZL(スタブインピーダンス)≒0より、
【式8】
【式9】
この計算結果より、ストリップラインでは長さをλ/4にすれば基本波に対しては電源ラインインピーダンス(Z2)がオープンとなりインピーダンスは無限大となるが、電源ラインを伝送する信号が短絡面(バイパスコンデンサ)で反射して戻り、はじめてオープンにみえるため伝送損失が発生し損失零にはならない。従って、電源ラインの設計においてDC損失とRF損失両面から検討し、損失の少なくなる条件が設計しなければならない。
ストリップラインのZ2と電源ライン損失の関係を第6図に示すが、RF損失とDC損失間には最適点が存在することが分かる。即ち、周波数fが900MHz、ライン幅Wが0.3mm、基板t(内層)が0.3mm、基板誘電率εrが8.1の場合、前記最適点はストリップラインの長さは12mmとなる。
しかし、ストリップラインを基板内層に配置した場合、伝送損失が約0.4dBと大きく電力効率が低下してしまう不具合点がある。
電源ラインにチップインダクタ及び空芯コイルを使用した場合の伝送損失を第7図及び第8図に示す。チップインダクタでは内層ストリップラインに比べ伝送損失を約1/4程度に低減でき、さらに空芯コイルではチップインダクタに比べDC損失を約1/2程度に低減することができる。空芯コイルとチップインダクタとのDC抵抗の比較を第9図に示す。空芯コイル適用による損失の低減は電力効率に換算すると内層ストリップラインに比べ約+5%の向上に相当する。
つぎに、高周波電力増幅装置1を組み込んだ携帯電話機(電子装置)について説明する。第10図は本実施形態1の高周波電力増幅装置1が組み込まれた携帯電話機(無線通信装置)のシステム構成を示すブロック図である。具体的には、携帯電話機(移動体通信端末)のシステム構成を示すものである。
第10図はデュアルバンド無線通信機の一部を示すブロック図であり、高周波信号処理IC(RFlinear)50からアンテナ(Antenna)51までの部分を示す。なお、第10図では、高周波電力増幅装置の増幅系はGSM用の増幅系と、DCS用の増幅系の二つを別けて示してあり、その増幅器をPA(パワーアンプ)58a,58bとして示してある。
アンテナ51はアンテナ送受信切替器52のアンテナ端子Antenaに接続されている。アンテナ送受信切替器52は、PA58a,58bの出力を入力する端子Pout1,Pout2と、受信端子RX1,RX2と、制御端子control1,control2とを有している。
高周波信号処理IC50からのGSM用の信号はPA58aに送られ、Pout1に出力される。PA58aの出力はカプラー54aによって検出され、この検出信号は自動出力制御回路(APC回路)53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作してPA58aを制御する。
また、同様に高周波信号処理IC50からのDCS用の信号はPA58bに送られ、Pout2に出力される。PA58bの出力はカプラー54bによって検出され、この検出信号はAPC回路53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作してPA58bを制御する。
アンテナ送受信切替器52はデュプレクサー55を有している。このデュプレクサー55は端子有し、1端子は上記アンテナ端子Antenaに接続され、他の2端子の内一方はGSM用の送信受信切替スイッチ56aに接続され、他方はDCS用の送信受信切替スイッチ56bに接続されている。
送信受信切替スイッチ56aのa接点はフィルター57aを介してPout1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aのb接点は容量C1を介して受信端子RX1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aは制御端子contorol1に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切り替えが行われる。
また、送信受信切替スイッチ56bのa接点はフィルター57bを介してPout2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bのb接点は容量C2を介して受信端子RX2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bは制御端子contorol2に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切り替えが行われる。
受信端子RX1と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60aと低雑音アンプ(LNA)61aが順次接続されている。また、受信端子RX2と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60bと低雑音アンプ(LNA)61bが順次接続されている。
この無線通信機によってGSM通信及びDCS通信が可能になる。
つぎに、高周波電力増幅装置1の製造における空芯コイル9の実装技術について説明する。空芯コイル9の実装においては、第11図に示すような半導体製造装置でもあるバルクフィーダ21が使用される。本実施形態1のバルクフィーダ21は、第34図に示すバルクフィーダを改良して空芯コイル9の安定供給ができるようにしたものである。
バルクフィーダ21は、バルク収納ケース10,ホッパー11,搬送レール13,バルク供給部12を有する点では従来品と同様であるが、空芯コイルを安定に供給するために、▲1▼ホッパー11部分では、供給シャフト18上での空芯コイル9の停止抑止、供給シャフト18と円錐台窪み15との間への空芯コイル9の巻き込み抑止、供給シャフト18のガイド孔17での空芯コイル9の詰まり抑止をそれぞれ達成するための改良を行った。
▲2▼また、搬送レール13では継ぎ目部分での空芯コイル9の引っ掛かりをなくすために単一部材でガイド孔17を形成した。
▲3▼また、バルク供給部12では、縦列状態で一列に並んで進む空芯コイル9の先頭の空芯コイル9と後続の2番目の空芯コイル9との端部分の絡まりを解消するために、コレット32で空芯コイル9を保持する前の段階で先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離す手段を導入した。
このようなバルクフィーダ21を用いる空芯コイル9の実装(半導体装置の製造方法)は、第11図に示すように、移動アーム33の先端に設けられたコレット32をバルク供給部12とモジュール基板5を載置するテーブル34との間を矢印に示すように移動させて空芯コイル9の実装を行う。この場合、後述する機構のもと、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離した後コレット32で空芯コイル9を真空吸着保持する。
また、この空芯コイル9の実装は、空芯コイル9よりも実装高さが低いチップ抵抗やチップコンデンサ等他の電子部品の搭載後に行う。これは、先に空芯コイル9の実装を行ってしまうと、空芯コイル9の実装高さよりも低い電子部品の実装時、コレットが実装された空芯コイル9に接触する場合もある。この接触によって、例えば、空芯コイル9の電極23と電極固定用パッド4bを接続するソルダー24部分にクラックが発生したり、あるいは分断が発生したりする。このようなことが起きないようにするためである。
第12図(a)〜(c)は空芯コイル9の実装状態を示す模式図である。バルクフィーダ21のバルク供給部12から供給される空芯コイル9を、コレット32の下端の吸着面に真空吸着保持した後、第12図(a)に示すようにモジュール基板5の空芯コイルの取り付け位置まで運ぶ。なお、コレット32の吸着面は円筒形状の空芯コイルの外周に対応するように円弧状断面をした吸着面となっている。
つぎに、第12図(b)に示すように、モジュール基板5の一対の電極固定用パッド4b上に空芯コイル9の一対の電極23がそれぞれ重なるように、位置決めして空芯コイル9をモジュール基板5上に載置する。
つぎに、リフローによって電極固定用パッド4b上にあらかじめ設けたソルダー24を一時的に溶かして電極23をソルダー24上に固定し、第12図(c)に示すように実装を完了する。
つぎに、第11図乃至第25図を参照しながらバルクフィーダ21について説明する。第11図及び他の図も一部を省略し、簡略化した図であり、以下においては従来のバルクフィーダの改良部分のみを主として説明することにする。
第11図に示すように、本実施形態1のバルクフィーダ21はバルクを収容するバルク収納ケース10と、このバルク収納ケース10の下部に設けられたホッパー11と、このホッパー11から取り込まれたバルクを先端のバルク供給部12まで案内する搬送レール13とを有する。
バルク収納ケース10は薄型箱構造となりその内底は両側から中央に向かってバルクを集める傾斜体14となっている。この傾斜体14の中心には、その中心部分を上下に貫くようにホッパー11が配置されている。このホッパー11は傾斜体14の内底部分に集められたバルクを縦列状態で一列に並べてバルク収納ケース10から取り出す構造になっている。本実施形態1では空芯コイルをバルクとして供給する例について説明する。
ホッパー11は、第13図及び第14図に示すように、上端に円錐台窪み15を有するガイド16と、このガイド16を貫き中心軸に沿って空芯コイル9を縦列状態(先に進む空芯コイル9の後端である電極に後続の空芯コイル9の前端である電極が接触するようにして並ぶ状態)で一列にして案内するガイド孔17を有する供給シャフト18で構成されている。供給シャフト18は円筒体で形成され、中央に円形断面のガイド孔17を有している。空芯コイル9は最大外形が0.56mmとなり、長さが0.9mmとなっている。
そこで、本実施形態1では、ガイド孔17内で空芯コイルが横向きに入って詰まらないようにするため、ガイド孔17の直径は空芯コイル9の長さ0.9mmよりも直径が小さく、空芯コイル9の最大外形の0.56mmよりも大きい寸法になっている。例えば、ガイド孔17は0.68mmになっている。これによって、ガイド孔17に空芯コイル9が横向きで詰まることがなくなる。
また、第13図に示すように、ガイド16は、例えば、空芯コイル9の長さ(0.9mm)の3倍のストロークを上下に振動し、バルク収納ケース10内の空芯コイル9を円錐台窪み15の中心に案内する。この振動において、供給シャフト18の上端は供給シャフト18の円錐台窪み15内には突出しない構造になっている。図では、ガイド16が下死点にある状態で円錐台窪み15の底に供給シャフト18の上端が一致するようになっている。
これにより、従来のように供給シャフト18の外周面と円錐台窪み15の面との間に空芯コイル9を挟み込む現象が起きず、挟み込みによる扱きによる空芯コイル9の変形や装置の故障が起きなくなる。
第15図は搬送レール13の拡大模式図である。搬送レール13にも前記供給シャフト18のガイド孔17に連なるガイド孔17aが設けられている。このガイド孔17aは第15図では模式的に記載してあるが、所定の部材に溝を設けるとともに、この溝を塞ぐことでガイド孔17aを形成してある。また搬送レール13の先端はバルク供給部12となっている。そして供給シャフト18からバルク供給部12に至るガイド孔17aは、単一の部材で形成されている。搬送レール13は複数の部材を組み合わせて形成されている。これら部材についての説明は省略するが、例えば部材の組み合わせは第16図に示すようになっている。また第16図には真空吸引通路がパイプで形成されているが、これも省略してある。
本実施形態1のバルクフィーダ21によれば、搬送レール13の途中で空芯コイル9が引っ掛かるような継ぎ目がないことから、ガイド孔17aによって空芯コイル9は円滑にバルク供給部12に移送される。この移送は図示しない真空吸引機構によって行われる。搬送レール13の左端には真空吸引機構に繋がるパイプ35が取り付けられている。このパイプ35は搬送レール13を構成する搬送レール本体25の下部内部を通ってバルク供給部12に延在し、後述する真空吸引通路に連通するようになっている。そして、バルク供給部12側から真空吸引して空芯コイル9をバルク供給部12側に移送させる。従って、各空芯コイル9は真空吸引による移送のため、前後の空芯コイル9は強く接触し、相互の端が絡まる原因ともなる。
第15図乃至第17図には、ガイド孔17aの一部では通過する空芯コイル9を検出するため、発光素子36と、その発光素子36から発光される光37を受光する受光素子38が設けられている。このセンサ位置まで空芯コイル9が一杯になるとホッパーの昇降が停止し、コイルが供給シャフトに入らない状態となる。
バルク供給部12は、第18図に示すような構造となり、第18図乃至第25図で示すような動作をする。バルク供給部12は、第18図に示すように、搬送レール13の先端側では、搬送レール本体25の先端上面側は一段低い窪みを有する。そして、この窪みに摺動子26が空芯コイル9の移送方向に沿って往復動可能に取り付けられている。その往復動のストロークは、例えば空芯コイル9の長さの約半分(0.5st)となっている(第23図参照)。
空芯コイル9を案内するガイド孔17aは前記摺動子26の左端まで延在している。また、第19図に示すように、摺動子26の左端には、空芯コイル9が1個入る受け部40が設けられている。この受け部40の一端、即ちガイド孔17aの端から遠くなる右端にはストッパ部28が設けられ、ガイド孔17aの端に近い左端は突部41が設けられている。
ストッパ部28はガイド孔17a内を前進して来て受け部40内に落ち込んだ先頭の空芯コイル9の前端位置を決める基準面を有する。また、突部41は、前述のように摺動子26がガイド孔17aの端から離れる方向に移動(前進)する際、先頭の空芯コイル9を確実に前進させるような後押しをする役割となっている(突部41については第23図参照)。
摺動子26において、ストッパ部28は空芯コイル9の前端の上側に接触するようになり、その下部は部分的に開放される空間になっている。この空間部分は、空芯コイル9を真空吸着してストッパ部28に当接させるための真空吸引通路30aを形成する。
本実施形態1では、先頭の空芯コイル9を、進行方向に交差する方向に移動させることによって、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離して両者の絡みを絶つという思想から、ガイド孔17aを一段低くする構成を採用している。また、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離して両者の絡みを絶つという思想から、摺動子26を0.5st前端させる構成を採用している。
従って、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離して両者の絡みを絶つという思想からすれば、突部41を設けず、受け部40はガイド孔17aの延長線上にそのまま設け、かつストッパ部28だけを有する構成でもよい。即ち、ガイド孔17aの底面と受け部40の空芯コイル9を支える面は同一平面にある。これも本発明の他の構成である。
本実施形態1では、受け部40がガイド孔17aの高さより、一段低くなっていることから、受け部40まで真空吸引によって前進する先頭の空芯コイル9は、受け部40内に落下し、前端がストッパ部28に接触して位置決めがなされる。これにより、先頭の空芯コイル9は後続の空芯コイル9から離れる。
摺動子26は枠構造となっているが、この摺動子26の枠内及び上面に亘ってシャッター31が取り付けられている。摺動子26の枠内に入ったシャッター部分と、このシャッター部分との間にはバネ42が取り付けられ、常時シャッター31をガイド孔17aの端側にそのバネ42の弾力を利用して押しつけるようになっている。
シャッター31の左端の部分は、ガイド孔17aの先端上側を塞ぐようになっている。従って、シャッター31が右側に移動(前進)した場合、ガイド孔17aの先端側の数個の空芯コイル9は露出するようになるとともに、その前進長さによっては摺動子26の受け部40上の空芯コイル9(先頭の空芯コイル9)をも露出させるようになる。
シャッター31及び搬送レール本体25にも真空吸引通路30b,30c,30d,30eが設けられている。真空吸引通路30dは円形断面の孔となり、この孔には搬送レール本体25の窪み底を転がる球体43が入り、孔、即ち真空吸引通路30dを塞ぐことができるようになっている。第18図及び第19図に示すように、シャッター31が後退して左端に最も寄ったとき、シャッター31に設けられた球体制御面44で球体43を左側に移動(後退)させるため、球体43は孔から外れ、真空吸引状態となる。同図太線矢印は真空吸引のための空気の流れを示す。
第20図及び第21図に示すように、シャッター31が右側に0.5st移動(前進)したとき、前記球体制御面44は孔から右側に外れるため、真空吸引力で球体43は移動して一部は孔内に入り、真空吸引通路30dを塞ぎ、真空吸引動作を停止させることになる。真空吸引動作が停止すると、空芯コイル9相互の間の真空吸引による密着力は解消する。なお、真空吸引通路30eは真空吸引機構のパイプ35に繋がる。そして、真空吸引によって、後続の空芯コイル9もガイド孔17内に一列に並ぶことになる。
つぎに、このようなバルク供給部12での空芯コイル9の供給方法について説明する。空芯コイル9の供給開始状態では、第18図及びその拡大図である第19図に示すように、摺動子26もシャッター31も共に左側に移動した後退状態にある。この状態では、太線矢印でしめされるように真空吸引がなされ、ガイド孔17a内の空芯コイル9は先頭の空芯コイル9がストッパ部28に接触する状態で縦列状態で1列に並ぶ。図では以下の図でも同様であるが、空芯コイル9を先頭から3個示すものとする。先頭の空芯コイル9は受け部40内に入り、第19図に示すように、先頭の空芯コイル9と後続の空芯コイル9は絡まりが切り離された状態となる。
つぎに、第20図及びその拡大図である第21図に示すように、矢印で示すように右側に向かって真空吸引停止のために前進する。この真空吸引停止のための前進長さは、空芯コイル9の長さの約半分、即ち、0.5stとなる。シャッター31が前進することから、球体43は球体制御面44の制御から外れて自由になり、真空吸引力によって転動し、真空吸引通路30dを塞ぐ。この際、シャッター31の左端と、ガイド孔17aを被う搬送レール本体25部分の端、即ち開口端46との間の間隔は0.5stになり、隠れていた空芯コイル9の上面側が一部露出する状態になる。しかし、受け部40上の先頭の空芯コイル9はシャッター31によって塞がれている。
つぎに、第22図及びその拡大図である第23図に示すように、矢印で示すように右側に向かって摺動子26が前進する。この前進長さは、空芯コイル9の長さの半分、即ち、0.5stとなる。シャッター31は摺動子26に乗った状態であることから、シャッター31も0.5st移動し、シャッター31の左端と、ガイド孔17aを被う搬送レール本体25部分の端、即ち開口端46との間の間隔は1stになる。摺動子26が移動しても真空吸引が停止されていることから、先頭の空芯コイル9は独立搬送分前進し、後続(二番目)の空芯コイル9はそのままガイド孔17a内に残留する。これによって、先頭の空芯コイル9と後続の空芯コイル9は完全に引き離されることになる。この状態においても受け部40上の先頭の空芯コイル9はシャッター31によって塞がれている。
つぎに、第24図及びその拡大図である第25図に示すように、矢印で示すように右側に向かってシャッター31が前進する。この前進はシャッター31によって塞がれている受け部40上の先頭の空芯コイル9を露出させるための前進であって、特に限定はされないが、例えば、シャッター31の左端と前記開口端46との間の間隔が3stとなるように前進する。
このような状態になると、コレット32が移動して来て、受け部40上の空芯コイル9を真空吸着保持する。この場合、空芯コイル9は他の空芯コイル9と絡まっていないため、正確かつ確実にコレット32に保持されることになる。コレット32は、第11図及び第12図(a)〜(c)に示すように、モジュール基板5上に空芯コイル9を運んで供給することになる。
第26図及び第27図は本実施形態1のバルクフィーダを用いてモジュール基板5に搭載した他の構造の空芯コイル9を示すものである。そして、この搭載した空芯コイル9は、第28図乃至第30図に示すようになっている。第29図に示すように銅線47の一部の表面にポリエチレン等からなる絶縁膜48を被覆した線材を、各巻き線部分が相互に接触するように密に螺旋状に巻いたものである。第30図に示すように、銅線47の直径aは例えば0.1mmであり、コイルの内径dは例えば0.3mmである。この結果、コイルの最大直径Dは例えば0.56mmとなる。また、コイル端の捲線部分のコイルの最大直径Dから突出する部分の長さαは0〜30μm程度である。さらに、第29図に示すように、空芯コイル9の長さ(全長)Lは0.8mm程度である。
この空芯コイル9は3巻き部分でインダクタ部22を形成し、その両端の電極23は2巻程度となっている。インダクタンスを変えるあるいは、電極の接続長さを変えるには、それぞれの巻き数を変えればよい。第31図(a),(b)はインダクタ部22が2巻と1巻となる空芯コイル9の例を示す図である。
本実施形態1によれば以下の効果を有する。
(1)空芯コイル9はチップインダクタに比較して直流抵抗(DC抵抗)が小さい。従って、多段構成の増幅系の最終増幅段に接続するインダクタとして使用した場合、DC損失が低くなり、損失を少なくインピーダンスを高くすることができる。このため、最終増幅段からその前の増幅段への高周波信号の帰還の低減が達成でき、発振マージンの向上が図れる。発振マージンが改善される本実施形態1の高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機は通話性能が良くなる。本実施形態1のコイルを用いた場合、例えば、一例を挙げるならば、電源ラインの損失に対する特性への影響は損失0.1dBの改善に対し、出力は+0.1dB、電力効率は約+1%向上する。
(2)デュアルバンド構成において、二つの増幅系に供給される電源電圧はたすき掛け構成になっていることから、初段増幅段への後段増幅段(特に最終増幅段)からの漏れ信号の電源ラインを通しての帰還を抑止できるため発振マージンの改善ができる。これは、前記(1)のような空芯コイルの使用によってさらに発振マージンの向上が図れることになる。
(3)空芯コイル9は表面を絶縁膜48で被った銅線47を密に螺旋状に巻いた構成になっていることから、製造コストが従来のチップインダクタに比較した1/7〜1/2と安価である。従って、最終増幅段に接続されるコストの高いチップインダクタに比較してコストを1/7と小さくすることができる。他の部分に使用するチップインダクタに変えて本発明による空芯コイルを使用すれば、そのコストは1/2にすることができる。これにより、高周波電力増幅装置のコストの低減が図れる。従って、この高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機(無線通信装置)の製造コストの低減も可能になる。
(4)空芯コイル9は最大外径が0.56mm程度となり、長さが0.9mm程度となるため、従来の幅及び高さが0.5mm,長さ1mmのチップインダクタよりも実装長さが短くなる。
(5)高周波電力増幅装置の製造におけるバルクフィーダ21を用いた空芯コイル9の搭載においては、以下のような効果がある。
▲1▼モジュール基板5に搭載する電子部品の中で、空芯コイル9は最も高さが高いが、他の電子部品の搭載後に実装が行われる。従って、空芯コイル9を真空吸着保持するコレット32が、既にモジュール基板5に搭載された電子部品に接触することがなく、他の電子部品の搭載を損なうことがない。この結果、実装歩留りの向上を図ることができる。
▲2▼バルクフィーダ21のバルク供給部12に移送されて一列に並ぶ空芯コイル9の先頭の空芯コイル9をコレット32で真空吸着保持した後、モジュール基板5の所定位置に運び、その後一時的な加熱処理によってモジュール基板5や空芯コイル9にあらかじめ設けておいたソルダー24を溶かして固定するが、バルク供給部では、先頭の空芯コイル9は後続の空芯コイル9から離して供給されるため、後続の空芯コイル9が先頭の空芯コイル9に引っ掛かって発生するコレット32による真空吸着保持ミスがなくなり、実装が正確かつ確実に搭載が行えるとともに、搭載作業も能率的に行うことができる。従って、搭載不良や機械停止も起きにくくなり、搭載コストの低減が可能になる。
▲3▼ホッパー部分では、筒状の供給シャフト18の肉厚は薄くなっていることから、上端に空芯コイル9(バルク)が乗って停止しなくなり、バルク供給部への空芯コイル9の供給が確実になる。
▲4▼ホッパー部分では、ガイド16が最も下がった状態で供給シャフト18の外周面とガイド16の円錐台窪み15との間にバルクを挟む空間が発生しないような位置関係になっていることから、供給シャフト外周面とガイド16の円錐台窪み15との間に空芯コイル9が挟まれることもない。従って、空芯コイル9の変形が防止でき、変形した空芯コイル9の実装もなくなり、実装歩留りの向上が図れる。また、バルク供給部に安定して空芯コイル9を供給することできるようになる。
▲5▼供給シャフト18のガイド孔17は大きくかつ円形断面の孔になっていることから、空芯コイル9がガイド孔17に詰まらないようになり、バルク供給部に安定して空芯コイル9を供給することができるようになる。
▲6▼搬送レール13は継ぎ目のない1本の部材で形成されていることから、空芯コイル9がガイド孔17aの途中で引っ掛からなくなり、バルク供給部に安定して空芯コイル9を供給することができるようになる。
▲7▼バルクフィーダ21のバルク供給部12においては、ガイド孔17a内を移動する先頭の空芯コイル9は、摺動子26の受け部40内に入ることと、摺動子26が後続の空芯コイル9から先頭の空芯コイル9を引き離すように動作した後、シャッター31が開いて先頭の空芯コイル9を供給態勢にすることから、先頭の空芯コイル9は正確確実にコレット32に真空吸着保持される。従って、空芯コイル9の正確かつ確実な搭載(実装)が行えることになる。
▲8▼前記▲1▼乃至▲7▼により、本実施形態1のバルクフィーダ21の使用等によって空芯コイル9を始めとする電子部品の搭載が安定して行えることになる。
(6)高周波特性が優れ、出力及び効率の向上が図れ、かつ製造コストの低減が達成できる高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)及びその高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)を組み込んだ携帯電話機(電子装置)を提供することができる。また、高周波電力増幅装置は発振マージンが改善されるため、携帯電話機の通話性能が良好となる。
(7)直流抵抗が小さい空芯コイルを実装した高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)及びその高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)を組み込んだ携帯電話機(電子装置)を提供することができる。
(8)空芯コイル9等のバルクを配線基板に正確かつ確実に実装するバルクフィーダ21を提供することができる。
なお、本発明によるバルクフィーダは、空芯コイル以外に空芯コイルと同様に移送中前後の物品が絡まるような構成のものの供給が可能である。また、当然にしてチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品等も供給することができる。
(実施形態2)
第32図は本発明の他の実施形態(実施形態2)であるバルクフィーダ21部分を示す模式図である。同図に示すように、パイプ35に連通するエアー供給路49を設ける。このエアー供給路49は供給シャフト18のガイド孔17に連通する。そして、第32図に示すように、エアーガイド孔17内に送り込む。これによって、ガイド孔17内に空芯コイル9が詰まった場合、容易にその詰まりを解消することができる。
(実施形態3)
第45図乃至第54図は本発明の他の実施形態(実施形態3)である高周波電力増幅モジュールの製造に係わる図である。
本実施形態3は、モジュール基板にコイル(空芯コイル)を位置ずれ(ズレ)を起こすことなく搭載できる技術に係わるものである。
空芯コイルの搭載においては、空芯コイルの両端の電極をモジュール基板の電極固定用パッド上にそれぞれ重ね、その後電極固定用パッドの表面にあらかじめ塗布したソルダーをリフローして電極部分を電極固定用パッドに固定するが、この固定時、第52図(c)に示すように空芯コイル9が位置ずれを起こす不良現象が発生することが分かった。モジュール基板5の表面に設けられた電極固定用パッド4bに対して、空芯コイル9の電極23を正しく重ねても、その後のリフローにおいてずれが発生し、第52図(c)に示すように、電極23が電極固定用パッド4bからずれてしまう。ずれ量がコイル径の1/3以上にも及ぶものは7%にも及ぶ。この空芯コイル9は両端の2巻が電極23となり、その間の巻き部分は表面を絶縁体で被われたインダクタ部22となっている。
半田等からなるソルダー24(点々で示す部分)のリフローは、第53図及び第54図に示すリフロー炉を使用して行われる。このリフロー炉は、被処理物を載置する5個の加熱テーブル(ヒートブロック)70a〜70eが一列に並んで配置される構造になっている。
ヒートブロック列の一側には、一部を図示するように移送機構の連結アーム72が配設されている。この連結アーム72は、第53図の矢印群に示すように、下降、右方向への前進、上昇、左方向への後退と続く矩形運動するようになっている。
また、第54図に示すように、連結アーム72の内側からはそれぞれ各ヒートブロックに対応してアーム73が突出配置されるとともに、これら各アーム73からは2本の移送爪74が下方に向けて突出するように配設されている。
従って、連結アーム72の矩形運動によって、各ヒートブロック70a〜70e上の被処理物、即ちモジュール基板5は1ピッチずつ移送されるようになっている。最初のヒートブロック70aへのモジュール基板5の供給は、図示しないローダで行われる。また、最後のヒートブロック70eからは前記移送爪74によってアンローダ部に払い出される。
ヒートブロック70a〜70eにおいて、最初乃至3番目のヒートブロック70a〜70cは予備加熱用のヒートブロックであり、例えば、70℃,130℃,195℃と順次加熱温度が高くなっている。また、4番目のヒートブロック70dは本加熱用ヒートブロックであり、例えば、融点が238℃のソルダー24(PdSnSb)を溶融させるべく275℃に維持される。また、最後のヒートブロック70eは後加熱用のヒートブロックであり、例えば、150℃となり、セラミック配線板からなるモジュール基板5を徐々に冷却させるようになっている。
従って、移送爪74によって順次ヒートブロックによって構成される各ゾーンを移動するモジュール基板5は順次温度が高められ、4ゾーン目の本加熱用のヒートブロック70d上で半田リフローが行われる。
しかし、このようなリフローでは、空芯コイル9の銅線で形成されている電極23が加熱によって酸化し、半田の濡れ性が悪化し、半田の表面張力によってコイルが弾かれて位置ずれが発生してしまうことが判明した。即ち、第52図(a)に示すように、モジュール基板5の電極固定用パッド(ランド)4b上に空芯コイル9の電極23を重ねて載置し、ついでリフローすると、第52図(b)に示すように、溶けて盛り上がった半田に対して、表面が酸化された電極23は、半田に濡れ難くなり、半田に弾かれることになり、坂を転がるようにして空芯コイル9は回転落下し、第52図(c)に示すように位置ずれが発生する。
そこで、本発明者は、第45図に示すように、モジュール基板5の表面に設ける電極固定用パッド4bをコの字状パターンとして、円筒状の空芯コイル9が転動しないようにした。
本実施形態3の高周波電力増幅モジュールは、実施形態1の高周波電力増幅モジュールにおいて、空芯コイル9の電極23を固定する電極固定用パッド4bのパターンが異なるだけであり、他の部分は実施形態1と同じである。第46図に本実施形態3の高周波電力増幅モジュールの一部を平面図として示してある。
また、第47図に本実施形態3におけるコイルの搭載状態を示す。第47図(a)はコの字状のパターンをした電極固定用パッド4bを対向配置させ、このコの字状の電極固定用パッド4b上に空芯コイル9の両端の電極23をソルダー24(図の点々部分)で固定した模式的平面図である。第47図(b)は側面図、第47図(c)は断面図である。
ここで、インダクタである空芯コイルの搭載構造について説明する。モジュール基板5の主面には複数の配線が形成されている。また、モジュール基板5には前記配線に接続され、かつ空芯コイル9の電極23に電気的に接続される電極固定用パッド4bを有している。電極固定用パッド4bは二つあることから、一方を第1電極と呼称し、他方を第2電極とも呼称する。
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第47図(a)に示すように、第1方向に延びる第1部分4xと、前記第1部分4xの一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分4y1と、前記第1部分4xの他端部から前記第2方向に延びる第3部分4y2とを有するパターンになっている。単一の空芯コイル9を固定する一対の電極固定用パッド4bにおいて、第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置されている。
インダクタ、即ち空芯コイル9は、その表面を絶縁膜で被われた線材を螺旋状に複数巻いたコイル形状を有している。線材は、その両端部において前記絶縁膜から露出する部分を有し電極23が形成されている。表面を絶縁膜で被われた螺旋状の線材部分はインダクタ部22となり、その両端部分が電極23となる。一方の電極23が第1電極に半田材で接合され、他方の電極23が第2電極に半田材で接合される。
第1及び第2電極のそれぞれの第2部分4y1及び第3部分4y2は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びている。これによって電極23が確実にソルダー24で電極固定用パッド4bに固定されるようになる。
また、第1及び第2電極のそれぞれの第2部分4y1及び第3部分4y2は、第1方向において離間状態となり、空芯コイル9の転動が起きないように配慮されている。
また、第2部分4y1と第3部分4y2は、平行あるいは相互に所定のなす角を有する関係で延在する構造であっても、空芯コイル9の転動を良く防止できる。また、空芯コイル9が転動して位置ずれを起こすことのないようにするために、電極固定用パッド4bを第1部分4xを有しない第2部分4y1と第3部分4y2で構成してもよい。
一方、本発明者はコの字状の電極固定用パッド4bの寸法依存性について検討した。第48図及び第49図のグラフはその結果である。第47図(a)に示すように、第1電極及び第2電極の第2部分4y1の長さをA、第1電極と第2電極との間隔をB、第1部分4xから突出する第2部分4y1の長さをC、第2部分4y1の第1方向の長さをE、第2部分4y1と第3部分4y2との間隔をDとする。
第48図のグラフは、D寸法を0.30mm、E寸法を0.15mmに設定したときの、A寸法及びB寸法とズレ不良率の相関を示すものである。各グラフはC寸法を0.05mm(◇で表示する線)、0.10mm(□で表示する線)、0.15mm(△で表示する線)、0.20mm(×で表示する線)の場合である。0.10mmのグラフと0.20mmのグラフは一致している。
このグラフからは、C寸法を変えても、B寸法が0.40mm程度、A寸法が0.45mm程度で最も不良率が低いことが分かる。また、C寸法が0.05mmまたは0.15mmの場合、B寸法を0.40mm程度、A寸法を0.45mm程度とした場合ズレ不良率を0%とすることができることも分かる。
第49図のグラフは、D寸法を0.20mm、E寸法を0.20mmに設定した場合の前記同様なグラフである。
第50図はモジュール基板上の対向する第1電極と第2電極(コの字状電極)に塗布した半田を再溶融した状態を測定し、かつ三次元表示図としたものである。また、第51図は第50図における1110μmの位置(P)での断面図である。空芯コイル9の電極23の外径にソルダー24の表面変化が追従していることがよく分かる。
このような双子山状のソルダー24間にコイルの中心が位置することによって、電極23が半田の表面張力によって弾かれようとしても、電極23の両側に位置するそれぞれの山状のソルダーで止められるため空芯コイル9は転動しなくなり、空芯コイル9の搭載位置ずれが防止できる。本実施形態3による空芯コイル9の搭載による不良率は1%以下に抑えることができる。
本実施形態3では、第53図及び第54図に示すリフロー炉を使用してモジュール基板5への空芯コイル9の搭載が行われる。なお、リフロー炉では空芯コイル9は省略してある。
リフロー炉ではモジュール基板5はヒートブロック70a〜70e上を移送機構によって間欠的に送られて、予備加熱と本加熱によって空芯コイル9のリフロー搭載が行われる。例えば、移送タイムは3秒で、各ヒートブロック上でのモジュール基板5の停止時間は50秒である。第1ゾーンから第3ゾーンでは順次加熱温度が上がり、第4ゾーンで本加熱によるソルダー24の再溶融が行われる。また、第5ゾーンでは徐々に温度低下が図られ、セラミック配線板からなるモジュール基板5の破壊損傷が防止できるようになっている。
これにより、第46図及び第47図(a)に示すように電極固定用パッド4bから電極23が外れることがない良好な空芯コイル9の搭載が行えることになる。
(実施形態4)
第55図乃至第58図は本発明の他の実施形態(実施形態4)である高周波電力増幅モジュールの製造に係わる図である。第55図はリフロー炉の概略を示す模式的正面図、第56図は前記リフロー炉の窒素雰囲気でリフローを行う状態を示す模式的正面図、第57図は前記窒素雰囲気でリフローが行われる状態を示す模式的断面図である。
本実施形態4では、空芯コイル9の電極23を搭載する電極固定用パッド4bは、第58図に示すように、コの字状ではなく矩形状である。しかし、空芯コイル9の電極23が加熱によってその表面が酸化しないようにするため、リフローを不活性ガスの雰囲気で行うものである。例えば、不活性ガスとして窒素(N2)ガスを使用する。
このため、リフロー炉は、第55図に示すように、モジュール基板5の移送のときを除くリフロー時には、モジュール基板5を窒素ガス雰囲気に置くことができるように、モジュール基板5を上方から被うことができる箱型の不活性ガス供給箱75を有している。この不活性ガス供給箱75は、各ゾーンに対応した数用意されているとともに、昇降アーム76に支持されている。また、この昇降アーム76はその中が中空になり、各不活性ガス供給箱75の天井部分から窒素ガスを噴射できる構成になっている。なお、機械強度を向上させるために昇降アーム76とは別個に窒素ガスを供給するパイプを用意する構成でもよい。
昇降アーム76はモジュール基板5が移送爪74で移送されるときは相互に干渉しないように上方に位置し、移送爪74が左端に位置して静止しているときは、第56図及び第57図に示すように下降する。そして、昇降アーム76の中空部分から吹き出される窒素ガスをモジュール基板5の主面に吹きつける。モジュール基板5の主面に載置された空芯コイル9の両端の電極23は、モジュール基板5の電極固定用パッド4bの表面に塗布されたソルダー24で窒素ガス雰囲気下で固定される。例えば、モジュール基板5の移送時間は3秒、窒素ガス雰囲気下での加熱時間は50秒である。
この結果、空芯コイル9の銅からなる電極23の表面は酸化され難くなる。従って、電極23は溶けた半田に弾かれることなく濡れるため、位置ずれを発生させることなく空芯コイル9は電極固定用パッド4bに固定される。第58図では、空芯コイル9の電極23がソルダー24によって電極固定用パッド4bに固定される状態を示してある。空芯コイル9は、特に限定されるものではないが、10巻構成になっていて、6巻がインダクタ部22で、両端の2巻が電極23である。
なお、不活性ガス供給箱75の下縁は、ヒートブロックの上面に直接接触する構造、またはモジュール基板5の主面に直接接触するいずれの構造でもよいが、一部は窒素ガスが外に漏れだすための所定の隙間77を必要とするものである(第57図参照)。
本実施形態4による空芯コイル9の搭載による不良率は1%以下に抑えることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
また、上記実施形態では3段構成の高周波電力増幅装置に本発明を適用したが、他の構成の高周波電力増幅装置にも同様に適用できる。例えば、初段半導体増幅素子と、最終段半導体増幅素子とからなる2段構成の高周波電力増幅モジュールの例についても適用でき、同様な効果を得ることができる。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である携帯電話機に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、他の電子装置や他の半導体装置(混成集積回路装置)にも同様に適用できる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る高周波電力増幅装置は、移動体通信端末等の携帯電話機を始めとする各種の無線通信装置の電力増幅器として使用することができる。また、安定した通話が達成できる無線通信装置を提供することができる。さらに、高周波電力増幅モジュールや無線通信装置の製造歩留り向上により高周波電力増幅装置や無線通信装置の製造コストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施形態(実施形態1)である高周波電力増幅装置におけるモジュール基板に搭載された電子部品のレイアウトを示す平面図である。
第2図は本実施形態1の高周波電力増幅装置の外観を示す斜視図である。
第3図は前記モジュール基板に搭載されたコイルを示す模式図である。
第4図は本実施形態1の高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。
第5図は本実施形態1の高周波電力増幅装置におけるモジュール基板に形成される電源ラインの等価回路図である。
第6図はストリップラインの損失を示すグラフである。
第7図はチップインダクタの損失を示すグラフである。
第8図はコイルの損失を示すグラフである。
第9図はコイルとチップコイルのDC抵抗とインダクタンスとの相関を示すグラフである。
第10図は本実施形態1の高周波電力増幅装置が組み込まれた携帯電話機の一部の構成を示すブロック図である。
第11図は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造において、本発明に係わるバルクフィーダやコレット等を用いてモジュール基板にコイルを実装する状態を示す模式図である。
第12図は前記コイルの実装状態を示す模式図である。
第13図は前記バルクフィーダにおけるホッパー部分を示す模式的断面図である。
第14図は前記ホッパーの平面図である。
第15図は前記ホッパーに連なりコイルを搬送するコイル搬送レールを示す模式的正面図である。
第16図は前記ホッパーにおけるコイルの検出部分を示す断面図である。
第17図は第16図の一部を示す拡大断面図である。
第18図は前記コイル搬送レールの先端のバルク供給部の真空吸引状態での拡大断面図である。
第19図は第18図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第20図は前記バルク供給部の真空吸引を停止させた状態での拡大断面図である。
第21図は第20図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第22図は前記バルク供給部の先頭のコイルを他のコイルから引き離した状態での拡大断面図である。
第23図は第22図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第24図は前記バルク供給部の先頭のコイルをコレットで保持した状態での拡大断面図である。
第25図は第24図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第26図は他の構造のコイルをモジュール基板に搭載した状態を示す拡大模式図である。
第27図は第26図のコイル等を側方から見た拡大模式図である。
第28図は第26図に示すコイルの拡大平面図である。
第29図は第26図に示すコイルの拡大断面図である。
第30図は第26図に示すコイルの拡大側面図である。
第31図は他の構造のコイルを示す拡大平面図である。
第32図は本発明の他の実施形態(実施形態2)であるバルクフィーダの一部を示す模式図である。
第33図は本発明者等が本発明に先立って検討した高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。
第34図は従来のバルクフィーダを示す模式図である。
第35図は従来のバルクフィーダにおけるホッパー部分を示す模式的断面図である。
第36図は従来のホッパー部分の平面図である。
第37図は従来のバルクフィーダにおけるバルク供給部の真空吸引状態での拡大断面図である。
第38図は第37図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第39図は従来の前記バルク供給部のシャッターが開いた状態での拡大断面図である。
第40図は第39図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第41図は従来のバルクフィーダにおける前記バルク供給部からコイルをコレットで保持する状態の拡大断面図である。
第42図は第41図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第43図はバルク供給部において相互に引っ掛かりを発生することなく並ぶコイルを示す模式図である。
第44図はバルク供給部に並ぶ先頭コイルとその後方のコイルとが相互に引っ掛かった状態を示す模式図である。
第45図は本発明の他の実施形態(実施形態3)である高周波電力増幅モジュールにおけるコイルと、コイルを固定する電極との相関を示す模式的斜視図である。
第46図は本実施形態3の高周波電力増幅モジュールの一部を示す平面図である。
第47図は本実施形態3におけるコイルの搭載状態を示す各図である。
第48図は電極各部の寸法変化に対するコイルの搭載ズレを示すグラフである。
第49図は電極各部の寸法変化に対するコイルの搭載ズレを示す他のグラフである。
第50図はモジュール基板上の電極に塗布された半田を再溶融した状態を示す三次元表示図である。
第51図はモジュール基板上の電極に塗布された半田を再溶融した状態での断面図である。
第52図は矩形電極にコイルをリフロー固定した場合の不良例を示す図である。
第53図は本実施形態3で使用するリフロー炉の概略を示す模式的正面図である。
第54図は前記リフロー炉の概略を示す模式的平面図である。
第55図は本発明の他の実施形態(実施形態4)である高周波電力増幅モジュールにおけるコイルの搭載を行うリフロー炉の概略を示す模式的正面図である。
第56図は前記リフロー炉において窒素雰囲気でリフローを行う状態を示す模式的正面図である。
第57図は前記窒素雰囲気でリフローが行われる状態を示す模式的断面図である。
第58図は窒素雰囲気によるリフローで適正に搭載されたコイルを示す模式的平面図である。
本発明は、半導体装置及びその製造方法並びに半導体製造装置に係わり、例えば、半導体装置として複数の増幅器(半導体増幅素子)を多段に縦続接続した多段構成の高周波電力増幅装置(高周波電力増幅モジュール)の製造技術、及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機等の無線通信装置(電子装置)に適用して有効な技術に関する。
背景技術
自動車電話機,携帯電話機等の無線通信装置に用いられる高周波電力増幅装置は、半導体増幅素子(トランジスタ)で構成される複数の増幅器を、2段または3段等多段に縦続接続した多段構成となっている。多段構成の最終段の増幅器(最終増幅段)は出力段となり、その前の各段の増幅器(増幅段)は駆動段となる。また、回路インピーダンス調整のために、各所にインダクタが組み込まれている。
高周波電力増幅装置の特性としては、高効率でかつ高利得、小形でかつ低コストであることが求められる。さらに、携帯での使用という特異性からアンテナのインピーダンスが使用条件で大きく変化して負荷不整合になり反射が起こって、最終段の増幅素子(半導体増幅素子)に大きな電圧が加わる場合が生じる。増幅素子にはそれに耐え得る破壊耐圧も考慮する必要がある。
第33図は本発明者等が本発明に先立って検討した高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。この高周波電力増幅装置は、GSM(Global System for Mobile Communication)とDCS(Digital Cellular System)と呼称される二つの通信系の増幅が可能なデュアルバンド用の高周波電力増幅装置である。
この高周波電力増幅装置1は外部電極端子として、GSM用入力端子(PinGSM▲1▼)、コントロール端子(Vapc▲2▼)、電源電圧Vddの一方の電源電圧端子(Vdd1▲3▼)、GSM用出力端子(PoutGSM▲4▼)、DCS用出力端子(PoutDCS▲5▼)、電源電圧Vddの他方の電源電圧端子(Vdd2▲6▼)、通信バンド切替用端子(Vctl▲7▼)、DCS用入力端子(PinDCS▲8▼)、図示しないグランド電圧端子(GND)を有している。
DCS及びGSM共にその増幅系は3段増幅構成になっている。DCS増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp1,amp2,amp3)で構成され、GSM増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp4,amp5,amp6)で構成されている。各増幅段は図示しないが電界効果トランジスタ(FET)によって形成されている。
このような構成において、PinDCS▲8▼はamp1に接続され、PoutDCS▲5▼はamp3に接続されている。また、PinGSM▲1▼はamp4に接続され、PoutGSM▲4▼はamp6に接続されている。
Vapc▲2▼はバイアス回路2に接続されるとともに、このVapc▲2▼に入力された信号によってamp1〜amp6は制御される。
Vdd1▲3▼は、マイクロストリップラインMS3を介してamp4に接続され、マイクロストリップラインMS4を介してamp5に接続され、インダクタL2を介してamp6に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd1▲3▼には一端がGNDに接地される容量C1が接続されている。
Vdd2▲6▼は、マイクロストリップラインMS1を介してamp1に接続され、マイクロストリップラインMS2を介してamp2に接続され、インダクタL1を介してamp3に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd2▲6▼には一端がGNDに接地される容量C2が接続されている。
Vctl▲7▼は、バンド選択回路3に接続されている。このバンド選択回路3は、ソース接地される3個のnチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)Q8,Q9,Q10と、一つの抵抗R1とで構成されている。Q8とQ9のゲート端子はVctl▲7▼に接続されている。Q10のゲート端子はQ9のドレイン端子に接続され、ドレイン端子は抵抗R2を介してamp5の出力側に接続されている。Q9のドレイン端子は抵抗R1を介してVdd2▲6▼に接続されている。Q8のドレイン端子はインダクタL3を介してamp3の入力側に接続されている。
Vctl▲7▼に供給される信号によってバンドの切り替えが行われ、DCS通信のための増幅またはGSM通信のための増幅が行われる。
第33図に示すような回路構成では、GSM回路チェーン及びDCS回路チェーンの電源ラインは共通に使っている。この結果、3rdFETからの漏れ信号が電源ラインを通して1stFETに戻る帰還(feed back loop)が形成され(第33図において示す太線矢印参照)、発振を起こしやすいことが分かった。
一方、従来ではインダクタとしてはチップインダクタを使用している。しかし、チップインダクタは直流抵抗(DC抵抗)が大きく、例えば、携帯電話機用の高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)においては、出力及び効率の向上を妨げる原因となっている。即ち、チップインダクタは高周波電力増幅装置の電源ラインに使用する場合、例えば、2A以上の電流容量が必要で特別仕様となり、価格が高く、また緊急の調達が難しい。
また、市販の空芯コイルは外形サイズが大きく、モジュールの高さ制限から搭載できない。即ち、高周波電力増幅装置に組み込むチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ型電子部品は、1005製品と呼称され、長さが1mmで幅及び高さが0.5mmと小さいが、市販の空芯コイルはこれ以上大きい。
また、従来のチップインダクタはコスト的にも高く、混成集積回路装置の低コスト化の妨げになっている。即ち、チップインダクタには種々な構造のものがあるが、高周波電力増幅装置に使用されるチップインダクタは、セラミックスからなるベース部材に線材を巻いた構造のもの、セラミックスをベースにAg,Ni等の導体を積み重ねてスパイラル構造を形成するもの、及びセラミックコアの表面にメッキ等を施して金属層を形成し、この金属層をレーザ光で螺旋状にカットした構造のものが主流になっている。
そこで、本出願人においては、小型化及びコスト低減を図るために、さらにはDC抵抗の低減を図るため、導電性の良好な金属線を螺旋状に巻いたコイルについて検討し、新たなコイル(コイルインダクタ)を提案している(特願2000−367762号公報)。
このコイルは、例えば一例を挙げるならば、表面を絶縁膜(例えば、ポリエチレン膜)で被った直径0.1mmの銅線を螺旋状に巻いた構造となり、外径は0.56mm程度、長さは0.9mm程度である。螺旋に巻く前に銅線の両端部分の絶縁膜を一定の長さ除去しておき、あるいは絶縁膜を付けないでおく。従って絶縁膜が被覆されない1乃至複数巻の捲線部分が電極となる。このコイルはその重量も0.0725mg程度と極めて軽い。また、このコイルは、銅線を巻いて製造することから、従来のチップインダクタ(例えば、小さい金属層をレーザ光で螺旋状にカットした構造の1005製品)は、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗は100mΩとなる。
これに対して、本出願人提案の空芯コイルは、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗は20mΩと従来の1/5となるとともに、コスト的にも優位になる。
本出願人は、このようなコイル(空芯コイル)を混成集積回路装置でもある高周波電力増幅装置に組み込むべく従来のバルクフィーダを用いて組み立てを行った。
しかし、従来のバルクフィーダでは、極めて重量が軽いこのようなコイル(空芯コイル)を安定して供給することは困難であるということが分かった。
半導体製造装置でもあるバルクフィーダとしては、例えば、「Matsushita Technical Journal」、Vol.45,No.4,Aug.1999,P86〜P90に記載されている。この文献には、積層チップコンデンサや角板形チップ抵抗等の表面実装型電子部品の実装に適した、ホッパー方式のバルクフィーダについて記載されている。
第34図乃至第42図は従来のバルクフィーダに係わる図である。第34図に示すように、従来のバルクフィーダはバルクを収容するバルク収納ケース10と、このバルク収納ケース10の下部に設けられたホッパー11と、このホッパー11から取り込まれたバルクを先端のバルク供給部12まで案内する搬送レール13とを有する。
バルク収納ケース10は薄い箱型構造となりその内底は両側から中央に向かってバルクを集める傾斜体14となっている。この傾斜体14の中心を貫くように配置され、傾斜体14の内底部分に集められたバルクを一列状態でバルク収納ケース10から取り出すホッパー11は、第35図に示すように、上端に円錐台窪み15を有するガイド16と、このガイド16を貫き中心軸に沿ってバルクを1個案内するガイド孔17を有する角パイプからなる供給シャフト18で構成されている。供給シャフト18の上端からガイド孔17内にバルクが入るように、前記ガイド16は上下に振動する構造となっている。例えば、バルクの長さ(1ストローク:1st)の略3倍程度の振幅をもって振動する。
また、ガイド孔17は第36図に示すように、矩形断面になっている。供給シャフト18は2.6mm直径で、その中心に幅0.63mm長さ0.87mmの四角形のガイド孔17が設けられている。
このようなバルクフィーダで、バルクとして0.56mm×0.85mmの大きさのコイル(空芯コイル)9を供給する場合、第35図及び第36図に示すように、幾つかの供給不良が発生してしまうことが分かった。
一つは、筒状の供給シャフト18の肉厚が厚いため、供給シャフト18の上端に空芯コイル9が乗ってしまいガイド孔17内に入らない供給不良Aである。
一つは、ガイド16が下方に下がった時点で円錐台窪み15の傾斜面と供給シャフト18の外周面との間に隙間19が発生し、この隙間19内に空芯コイル9が挟まる供給不良Bである。
一つは、空芯コイル9にもその寸法上バラツキがあることから、0.53mm×0.85mmの大きさの空芯コイル9が0.63mm×0.87mmの大きさのガイド孔17の途中に横向きになって引っ掛かって詰まる供給不良Cである。
一方、従来のバルクフィーダの搬送レール13は、第34図に示すように、途中に継ぎ目Dが存在することから、その継ぎ目で空芯コイル9が引っ掛かり、供給不良が発生することもある。
他方、バルク供給部12は、第37図に示すような構造となり、第37図乃至第42図で示すような動作をする。即ち、第37図に示すように、搬送レール13の先端側では、搬送レール本体25の先端上面側は一段低くなり、この低い部分に摺動子26が空芯コイル9の移送方向に沿って往復動可能に取り付けられている。
空芯コイル9を案内するガイド孔17を設けたレール27は前記搬送レール本体25の段付き部分まで延在している。搬送レール本体25には前記レール27のガイド孔17に入って移動してきた空芯コイル9の前端を停止させるストッパ部28を有している。このストッパ部28は空芯コイル9の上側に接触するようになるが、その下部は部分的に開放される空間になっている。これは空芯コイル9を真空吸引してストッパ部28に当接させるための真空吸引通路30aを形成する。
摺動子26は、バネ29によってその左端面が段付き部分の側面に接触するようになっている。摺動子26の左端面が段付き部分の側面に接触する状態が、ストッパ部28の空芯コイル9の位置決め位置、即ち、位置決め基準面を形成することになる。
また、摺動子26上にはシャッター31が重なり、かつ摺動子26に対して移動可能になっている。シャッター31は空芯コイル9の移送方向に沿って往復動し、レール27のガイド孔17内を移動する先頭の空芯コイル9の長さよりも僅かに長い距離部分を被うようになっている。従って、レール27の先端部分では、ガイド孔17の上面のレール27部分が削除された構造になっている。シャッター31は摺動子26との間に真空吸引通路30bを形成している。また、シャッター31,摺動子26及び搬送レール本体25には、それぞれ孔が設けられて真空吸引通路30c,30d,30eを形成している。摺動子26が左端に寄り、シャッター31がガイド孔17の上側を被う状態のとき、これら3つの孔は重なり、第37図で示すように空芯コイル9を太線矢印で示すように真空吸引して先頭の空芯コイル9をストッパ部28に当接させるようにする。この真空吸引によって、第38図に示すように、後続の空芯コイル9もガイド孔17内に一列に並ぶことになる。
第39図に示すように、シャッター31を右側、即ちガイド孔17の端末から遠ざけるように開動作させると、先頭の空芯コイル9及び2番目の空芯コイル9の先頭部分の僅かの長さ部分は露出状態になる。またこのときの開動作によって、真空吸引通路30dはシャッター31によって塞がれるため、真空吸引動作は停止する。シャッター31の移動は、例えば、空芯コイル9の長さの3倍(3st)程移動される。第40図はこれらの関係を示す拡大断面図である。
つぎに、コレット32が移動して来て先頭の空芯コイル9を真空吸着保持してモジュール基板上に運び、空芯コイル9の搭載が行われる。
ところで、前述のように空芯コイルは極めて軽いため、真空吸引の切り替え時の気流(気圧)変動や振動によって動き易く、例えば第44図に示すように、前後の空芯コイル9の端同士が重なり合うようになったりする。この場合、コレット32は空芯コイル9を確実に真空吸着保持して搬送することができなくなり、空芯コイル9のモジュール基板への搭載ができなくなる。また、コレットによる真空吸着力を高めるべく真空吸着力を大きくすると、その真空吸引力の影響によってコイル列が乱れてしまうこともあり、コレットの真空吸着力を必要以上に大きくすることはできず、制御は微妙である。なお、第43図は、支障なく一列に並ぶ空芯コイル9を示す図である。
本発明の目的は、高周波特性が優れ、出力及び効率の向上が図れ、かつ製造コストの低減が達成できる半導体装置及びその半導体装置を組み込んだ電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、高周波特性が優れ、出力及び効率の向上が図れ、かつ製造コストの低減が達成できる高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、直流抵抗が小さい空芯コイルを実装した半導体装置及びその半導体装置を組み込んだ電子装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、直流抵抗が小さい空芯コイルを実装した高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、発振マージンを改善できる高周波電力増幅装置及びその高周波電力増幅装置を組み込んだ通話性能が良好な無線通信装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクを配線基板に正確かつ確実に実装する半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクとしてのコイルを配線基板に正確かつ確実に実装する半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクの安定供給が達成できる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、バルクとしてのコイルの安定供給が達成できる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
発明の開示
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
携帯電話機には以下の構成の高周波電力増幅装置が組み込まれている。高周波電力増幅装置は増幅系を二つ有するデュアルバンド構成になっている。増幅系は、それぞれ半導体増幅素子を複数従続接続した多段構成となり、最終増幅段の半導体増幅素子の信号を出力する第1端子と電源電圧端子間に直流抵抗が小さいコイル(空芯コイル)を直列に接続した構成になっている。空芯コイルは高周波電力増幅装置のモジュール基板に搭載されている。
電源電圧を供給する電源電圧端子は2端子設けられ、一方の電源電圧端子は一方の増幅系の初段増幅段と他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、他方の電源電圧端子は他方の増幅系の初段増幅段と一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続された構成(たすき掛け構成と呼称する)になっている。
前記空芯コイルは表面が絶縁膜で被われる0.1mm直径の銅線を密に螺旋状に巻いた構成になるとともに、両端の電極となる部分は絶縁膜が存在しない構成になり、最大外径が0.56mm程度となり、全長が0.9mm程度となり、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗が20mΩ程度となり、従来のチップインダクタのインダクタンスが8nHのもので直流抵抗が100mΩに比較して小さくなっている。
前記高周波電力増幅装置の製造における空芯コイルの搭載は、バルクフィーダのバルク供給部に移送されて一列に並ぶ空芯コイルの先頭の空芯コイルをコレットで真空吸着保持した後、モジュール基板の所定位置に運び、その後一時的な加熱処理によってモジュール基板や空芯コイルにあらかじめ設けておいたソルダーを溶かして固定する。なお、モジュール基板に搭載される電子部品は空芯コイルよりも高さが低い。即ち、チップ部品は長さ1mm,幅及び高さが0.5mmとなる部品、あるいはこれ以下の部品である。また、半導体増幅素子が形成される半導体チップの厚さも薄い。従って、直径が0.56mmと大きい空芯コイルは、他の実装部品の搭載の最後に行う。
半導体製造装置でもあるバルクフィーダは、バルク収納ケース,ホッパー,搬送レール及びバルク供給部とからなり、バルク収納ケースに収容された空芯コイルをホッパーで一列に並ぶように集め、搬送レール内を移動させてバルク供給部に運ぶ。バルク供給部に空芯コイルが到達するようにバルク供給部では図示しない真空吸引機構が一時的に動作する。真空吸引機構の真空吸引動作が停止する間、バルク供給部のシャッターが開き、露出した空芯コイル列の先頭の空芯コイルをコレットで保持する。
ホッパーは円錐台窪みを上端に有する筒状のガイドと、このガイドを貫き中心軸に沿ってバルクを縦列状態で一列に案内するガイド孔を有する供給シャフトで構成されている。ガイドは上下に振動し、バルクがガイドの円錐台窪みに集まるようにして供給シャフトのガイド孔に入るようになっている。供給シャフトは上端にバルクが乗って停止しないように肉厚が薄くなっている。ガイドが最も下がった状態で供給シャフトの外周面とガイドの円錐台窪み面との間にバルクを挟む隙間が発生しないような位置関係になっている。供給シャフトのガイド孔内にバルクとしての空芯コイルが横向きに入らないように、ガイド孔は空芯コイルの全長よりは短く、空芯コイルの外形よりは僅かに大きな円形断面の孔になっている。このため、供給シャフトは円筒体で形成されている。
搬送レールはガイド孔に沿って移動するバルクが引っ掛からないように継ぎ目のない1本の部材で形成されている。
バルク供給部は、搬送レールのガイド孔に沿って移動して来るバルクを位置決め停止させるストッパ部を有するとともにバルク移送方向に沿って往復動自在に搬送レールに取り付けられる摺動子と、前記摺動子に対してバルクの移送方向に往復動自在に取り付けられかつガイド孔の上面を開閉させるシャッターと、前記搬送レール及びガイド並びにシャッターに設けられかつ前記ガイド孔内のバルクをストッパ部に向かって真空吸引によって進行させるようにするための真空吸引機構の一部を構成する真空吸引通路と、前記真空吸引通路を開閉する開閉手段とを有する。
バルク供給部では、ガイド孔先端部上面がシャッターによって塞がれている状態で開閉手段が開動作してガイド孔内のバルクをストッパ部に向かって前進させる。つぎに、シャッターがバルクの長さよりも短い距離開動作して開閉手段を閉動作させる。つぎに、シャッターが摺動子とともにさらに開動作して先頭のバルクと後続のバルクとの間に所定の距離を発生させる。つぎに、シャッターがさらに開動作して先頭のバルクを露出させる。この状態で先頭のバルクのコレットによる真空吸着保持が行われる。
前記の手段によれば、(a)空芯コイルはチップインダクタに比較して直流抵抗(DC抵抗)が小さい。従って、多段構成の増幅系の最終増幅段に接続するインダクタとして使用した場合、DC損失が低くなり、損失を少なくインピーダンスを高くすることができる。このため、最終増幅段からその前の増幅段への高周波信号の帰還の低減が達成でき、発振マージンの向上が図れる。この結果、RFモジュールで発振マージンが改善されるため、携帯電話機の通話性能が良くなる。
(b)デュアルバンド構成において、二つの増幅系に供給される電源電圧はたすき掛け構成になっていることから、初段増幅段への後段増幅段(特に最終増幅段)からの漏れ信号の電源ラインを通しての帰還を抑止できるため発振マージンの改善ができる。これは、前記(a)のような空芯コイルの使用によってさらに発振マージンの向上が図れることになる。
(c)空芯コイルは表面を絶縁膜で被った銅線を密に螺旋状に巻いた構成になっていることから、製造コストが従来のチップインダクタに比較した1/7〜1/2程度と安価である。従って、最終増幅段に接続されるコストの高いチップインダクタに比較してコストを1/7程度と小さくすることができる。他の部分に使用するチップインダクタに変えて本発明による空芯コイルを使用すれば、そのコストは1/2程度にすることができる。これにより、高周波電力増幅装置のコストの低減が図れる。従って、この高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機(無線通信装置)の製造コストの低減も可能になる。
(d)空芯コイルは最大外径が0.56mm程度となり、長さが0.9mm程度となるため、従来の幅及び高さが0.5mm,長さ1mmのチップインダクタよりも実装長さが短くなる。
(e)高周波電力増幅装置の製造における空芯コイルの搭載(半導体装置の製造方法)においては、以下のような効果がある。
▲1▼モジュール基板に搭載する電子部品の中で、空芯コイルは最も高さが高いが、他の電子部品の搭載後に実装が行われる。従って、空芯コイルを真空吸着保持するコレットが、既にモジュール基板に搭載された電子部品に接触することがなく、他の電子部品の搭載を損なうことがない。この結果、実装歩留りの向上を図ることができる。
▲2▼バルクフィーダのバルク供給部に移送されて一列に並ぶ空芯コイルの先頭の空芯コイルをコレットで真空吸引保持した後、モジュール基板の所定位置に運び、その後一時的な加熱処理によってモジュール基板や空芯コイルにあらかじめ設けておいたソルダーを溶かして固定するが、バルク供給部では、先頭の空芯コイルは後続の空芯コイルから離して供給されるため、後続の空芯コイルが先頭の空芯コイルに重なるあるいは引っ掛かって発生するコレットによる真空吸着保持ミスがなくなり、実装が正確かつ確実に行えるとともに、実装作業も能率的に行うことができる。従って、実装不良や機械停止も起き難くなり、実装コストの低減が可能になる。
▲3▼ホッパー部分では、筒状の供給シャフトの肉厚は薄くなっていることから、上端にバルクが乗って停止しなくなり、バルク供給部への空芯コイルの供給が確実になり、安定供給が行える。
▲4▼ホッパー部分では、ガイドが最も下がった状態で供給シャフトの外周面とガイドの円錐台窪み面との間にバルクを挟む隙間が発生しないような位置関係になっていることから、供給シャフト外周面とガイドの円錐台窪み面との間に空芯コイルが挟まれることもない。従って、空芯コイルの変形が防止でき、変形した空芯コイルの実装もなくなり、実装歩留りの向上が図れる。また、バルク供給部に安定して空芯コイルを供給することできるようになる。
▲5▼供給シャフトのガイド孔は大きくかつ円形断面の孔になっていることから、空芯コイルがガイド孔に詰まらないようになり、バルク供給部に安定して空芯コイルを供給することができるようになる。
▲6▼搬送レールは継ぎ目のない1本の部材で形成されていることから、空芯コイルがガイド孔の途中で引っ掛からなくなり、バルク供給部に安定して空芯コイルを供給することができるようになる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
(実施形態1)
第1図乃至第31図は本発明の一実施形態(実施形態1)である半導体装置(高周波電力増幅装置)及びその製造技術並びに無線通信装置(電子装置)に係わる図である。
本実施形態1では、半導体装置として、高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)に本発明を適用した例について説明する。本実施形態1の高周波電力増幅装置は、デュアルバンド用であり、例えば、GSM通信系とDCS通信系が組み込まれた携帯電話機(無線通信装置)に組み込むデュアルバンド用の高周波電力増幅装置である。
本実施形態1の高周波電力増幅装置(高周波パワーアンプモジュール)1は、第2図に示すように外観的には偏平な矩形体構造になっている。高周波電力増幅装置1は、セラミック配線板からなるモジュール基板5と、このモジュール基板5の一面側(主面側)に重ねて取り付けられたキャップ6とによって偏平矩形体構造のパッケージ7が構成された構造になっている。キャップ6は、電磁シールド効果の役割を果たす金属製であり、プレスによる成形品となっている。
第4図は、本実施形態1の高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。この高周波電力増幅装置1は外部電極端子として、GSM用入力端子(PinGSM▲1▼)、コントロール端子(Vapc▲2▼)、電源電圧Vddの一方の電源電圧端子(Vdd1▲3▼)、GSM用出力端子(PoutGSM▲4▼)、DCS用出力端子(PoutDCS▲5▼)、電源電圧Vddの他方の電源電圧端子(Vdd2▲6▼)、通信バンド切替用端子(Vctl▲7▼)、DCS用入力端子(PinDCS▲8▼)、図示しないグランド電圧端子(GND)を有している。端子配列は、第1図のように、モジュール基板5の手前左から右に向かって端子▲1▼,▲2▼,▲3▼,▲4▼と並び、後方右から左に向かって端子▲5▼〜▲8▼となっている。
DCS及びGSM共にその増幅系は3段増幅構成になっている。DCS増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp1,amp2,amp3)で構成され、GSM増幅系は1st,2nd,3rdで示す増幅段(amp4,amp5,amp6)で構成されている。各増幅段は図示しないがシリコン基板を基にして形成される電界効果トランジスタ(FET)によって形成されている。
このような構成において、PinDCS▲8▼はamp1に接続され、PoutDCS▲5▼はamp3に接続されている。PinGSM▲1▼はamp4に接続され、PoutGSM▲4▼はamp6に接続されている。
Vapc▲2▼はバイアス回路2に接続されるとともに、このVapc▲2▼に入力された信号によってamp1〜amp6は制御される。
Vdd1▲3▼は、マイクロストリップラインMS1を介してamp1に接続され、マイクロストリップラインMS4を介してamp5に接続され、インダクタL2を介してamp6に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd1▲3▼には一端がGNDに接地される容量C1が接続されている。
Vdd2▲6▼は、マイクロストリップラインMS3を介してamp4に接続され、マイクロストリップラインMS2を介してamp2に接続され、インダクタL1を介してamp3に接続されている。また、高周波特性の安定化のために外付けでVdd2▲6▼には一端がGNDに接地される容量C2が接続されている。
このように、電源電圧は二つの端子(Vdd1▲3▼,Vdd2▲6▼)が用意され、一方の電源電圧端子は一方の増幅系の初段増幅段と他方の増幅系の2段及び3段増幅段に電源電圧を供給し、他方の電源電圧端子は他方の増幅系の初段増幅段と一方の増幅系の2段及び3段増幅段に電源電圧を供給する、所謂たすき掛け構成になっていることから、初段増幅段への後段増幅段(特に最終増幅段)からの漏れ信号の電源ラインを通しての帰還を抑止できるため発振マージンの改善ができる。
また、前記L1〜L3は、インダクタンスが8nHのもので直流抵抗が20mΩとなり、従来のチップインダクタのインダクタンスが8nHのもので直流抵抗は100mΩとなるものに比較して大幅に直流抵抗が小さい空芯コイルで形成されている。
Vctl▲7▼は、バンド選択回路3に接続されている。このバンド選択回路3は、ソース接地される3個のnチャネル型の電界効果トランジスタ(FET)Q8,Q9,Q10と、一つの抵抗R1とで構成されている。Q8とQ9のゲート端子はVctl▲7▼に接続されている。Q10のゲート端子はQ9のドレイン端子に接続され、ドレイン端子は抵抗R2を介してamp5の出力側に接続されている。Q9のドレイン端子は抵抗R1を介してVdd2▲6▼に接続されている。Q8のドレイン端子はインダクタL3を介してamp3の入力側に接続されている。Vctl▲7▼に供給される信号によってバンドの切り替えが行われ、DCS通信のための増幅またはGSM通信のための増幅が行われる。
第1図は、例えば、ガラスセラミックスを積層させた低温焼成のセラミック配線板からなるモジュール基板5の表面に搭載された各電子部品を示す平面図である。
第1図に示すように、モジュール基板5の表面には4個の半導体チップ8a〜8dと、3個の空芯コイル9a〜9cと、符号は付けないが多数のチップ抵抗とチップコンデンサが搭載されている。
モジュール基板5の表裏面は勿論のこと内部にも導体が選択的に形成されている。そして、これら導体によって配線4が形成されている。この配線4の一部は、前記半導体チップ8a〜8dを固定するための搭載パッド4aとなり、チップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ型電子部品や空芯コイル9a〜9cの電極を固定する電極固定用パッド4bとなり、あるいは半導体チップ8a〜8dの図示しない電極に一端が接続されるワイヤ20の他端を接続するワイヤボンディングパッド4c等を構成する。モジュール基板5の裏面には表面実装型の電極が前記配線4によって形成され、前記▲1▼〜▲8▼の外部電極端子が形成されている。これら外部電極端子はLGA(ランドグリッドアレイ)構造になっている。
半導体チップ8a〜8dはモジュール基板5の主面に設けた窪み底に固定されている。また、動作時に発熱量が大きい半導体チップにおいては、その下のモジュール基板5にはビィアホールが形成されるとともに、このビィアホールには前記導体が充填され、モジュール基板5の裏面に熱を伝達するようになっている。
半導体チップ8a〜8dにおいて、半導体チップ8aには、DCS用の1stと2ndの半導体増幅素子が組み込まれ、半導体チップ8bにはDCS用の3rdの半導体増幅素子が組み込まれている。また、半導体チップ8cには、GSM用の1stと2ndの半導体増幅素子が組み込まれ、半導体チップ8dにはGSM用の3rdの半導体増幅素子が組み込まれている。
一方、これが本発明の特徴の一つであるが、第4図のブロック図で示すように、高周波電力増幅装置1におけるインダクタL1〜L3は、第1図に示すようにコイル(空芯コイル9a〜9c)で形成してある。
第3図(b)には、モジュール基板5に搭載された空芯コイル9a(9)を示してある。空芯コイル9は、表面が絶縁膜で被覆されたインダクタ部22と、両端の絶縁膜で被われない電極23とからなる。この空芯コイル9はインダクタ部22が6巻であり、電極23が2巻である。空芯コイル9は、その電極23がソルダー24によってモジュール基板5の配線4bに固定されることによって実装されている。なお、第3図(a)の空芯コイル9はインダクタ部22が8巻であり、電極23が1巻である実装例である。
空芯コイル9は、一例を挙げるならば、表面を絶縁膜(例えば、ポリエチレン膜)で被った直径0.1mmの銅線を螺旋状に巻いた構造となり、外径は0.56mm、長さは0.9mmである。螺旋に巻く前に銅線の両端部分の絶縁膜を一定の長さ除去しておき、その除去部分による捲線部分が外部電極23となる。絶縁膜で被われた部分の捲線部分がインダクタ部22となる。この空芯コイル9はその重量も0.00725mgと極めて軽い。このコイルは、銅線を巻いて製造することから、従来のチップインダクタ(例えば、電流容量が2.1A程度でインダクタンスが8nHのもので直流抵抗が100mΩとなるチップインダクタ)に比較して、そのコストは1/7程度と低くなる。また、電流容量が小さいチップインダクタでは、そのコストは1/2程度になる。
このような高周波電力増幅装置1は以下のように、発振マージンが改善されるとともに、伝送損失が低減される。
(1)発振マージン対策
第33図に示す回路においては、GSM/DCS各回路チェーンの電源ラインを共通に使っていたため、3rdFETからの漏れ信号が電源ラインを通して1stFETに戻るフィードバックループ(feed back loop)が形成され、発振を引き起こしやすくなっていた。
これに対して本実施形態1による第4図で示す回路では、この feed back loopの影響を改善するべく、電源電圧端子を2つ設け(Vdd1,2)、増幅ゲインの最も高い1stFETの電源ラインを別電源電圧端子から供給することで1stFETへのfeed backを抑えることができ、発振マージンを改善できる。
また、GSM及びDCSの増幅系において、3rdFETの電源ライン部分へのインダクタをDC抵抗が小さい空芯コイル9で形成することから、DC損失が小さくなり、電力損失を少なくインピーダンスを高くすることが可能となる。この結果、3rdFETから2ndFETへのRF信号のフィードバックが低減でき、前記たすき掛け構成の効果とも相俟ってさらなる発振マージンの向上ができる。
(2)電源ラインへの空芯コイルの適用による伝送損失の低減
回路の高集積化に伴う小型・多機能化において部品の実装密度を上げることが必要であり、ストリップライン等は基板の内層へのレイアウトが必要となる。しかし、電源ラインの内層へのレイアウトは以下の問題がある。
▲1▼特性インピーダンスの低下によって高周波伝送損失(RF損失)が増加する。
▲2▼RF損失対策としてストリップラインを長くした場合、DC損失が増加する。
▲3▼ストリップラインを長くした場合、占有面積が増大しモジュール基板5の小型化、即ち、高周波電力増幅装置1の小型化が妨げられる。
電源ラインでの損失は、配線抵抗分によるDC損失とインピーダンス成分によるRF損失とに大別される。DC損失を低減するためには電源ライン長(ストリップライン)を短くすればよいが、電源ラインのインピーダンスが低下しRF損失が増加してしまう。
ここで、電源ラインにおける損失について説明する。
(1)DC損失
電源ラインを電流が流れる場合、配線導体の寄生抵抗分により電圧降下が生じFETのドレイン端に印加される電圧が下がり、出力低下,効率低下を引き起こしてしまう。損失(DCロス:dB)は以下の式で与えられる。
【式1】
【式2】
ここで、Lはライン長、Wはライン幅、Rsは導体抵抗である。
(2)RF損失
電源ラインのインピーダンスとFETのドレインインピーダンスとの関係による伝送損失解析においては、シミュレータMDS(Microwave Design System)を用いた。
入力信号源をFETとした場合、入力を非整合、出力を整合として計算でき、FETの電源ラインの影響がみえるGa(有能電力利得)にて計算を行った。Gaは次式で与えられる。
【式3】
【式4】
【式5】
ここで、S11・S12・S21・S22はSパラメータであり、S11は入力インピーダンス、S12はアイソアーション、S21は伝送利得、S22は出力インピーダンス、S22*は出力インピーダンス複素共役、Reは実数部、Γsは入力反射係数である。
電源ラインのRF損失を減らすには、第5図に示す伝送ライン及び電源ラインの等価回路において、電源ラインのインピーダンス(Z2)を大きくする必要がある。第5図において伝送ラインの入力(IN)と出力(OUT)との間に電源ライン長さがLとなる電源ラインが設けられ、電源ラインの端にVddが供給されるようになっている。第5図において、Z0は電源ライン特性インピーダンス、Z1は伝送ラインの電源ライン接続部インピーダンス、Z2は電源ラインインピーダンス、Lは電源ライン長さである。このような等価回路においては次式が与えられる。
【式6】
【式7】
ここで、ZL(スタブインピーダンス)≒0より、
【式8】
【式9】
この計算結果より、ストリップラインでは長さをλ/4にすれば基本波に対しては電源ラインインピーダンス(Z2)がオープンとなりインピーダンスは無限大となるが、電源ラインを伝送する信号が短絡面(バイパスコンデンサ)で反射して戻り、はじめてオープンにみえるため伝送損失が発生し損失零にはならない。従って、電源ラインの設計においてDC損失とRF損失両面から検討し、損失の少なくなる条件が設計しなければならない。
ストリップラインのZ2と電源ライン損失の関係を第6図に示すが、RF損失とDC損失間には最適点が存在することが分かる。即ち、周波数fが900MHz、ライン幅Wが0.3mm、基板t(内層)が0.3mm、基板誘電率εrが8.1の場合、前記最適点はストリップラインの長さは12mmとなる。
しかし、ストリップラインを基板内層に配置した場合、伝送損失が約0.4dBと大きく電力効率が低下してしまう不具合点がある。
電源ラインにチップインダクタ及び空芯コイルを使用した場合の伝送損失を第7図及び第8図に示す。チップインダクタでは内層ストリップラインに比べ伝送損失を約1/4程度に低減でき、さらに空芯コイルではチップインダクタに比べDC損失を約1/2程度に低減することができる。空芯コイルとチップインダクタとのDC抵抗の比較を第9図に示す。空芯コイル適用による損失の低減は電力効率に換算すると内層ストリップラインに比べ約+5%の向上に相当する。
つぎに、高周波電力増幅装置1を組み込んだ携帯電話機(電子装置)について説明する。第10図は本実施形態1の高周波電力増幅装置1が組み込まれた携帯電話機(無線通信装置)のシステム構成を示すブロック図である。具体的には、携帯電話機(移動体通信端末)のシステム構成を示すものである。
第10図はデュアルバンド無線通信機の一部を示すブロック図であり、高周波信号処理IC(RFlinear)50からアンテナ(Antenna)51までの部分を示す。なお、第10図では、高周波電力増幅装置の増幅系はGSM用の増幅系と、DCS用の増幅系の二つを別けて示してあり、その増幅器をPA(パワーアンプ)58a,58bとして示してある。
アンテナ51はアンテナ送受信切替器52のアンテナ端子Antenaに接続されている。アンテナ送受信切替器52は、PA58a,58bの出力を入力する端子Pout1,Pout2と、受信端子RX1,RX2と、制御端子control1,control2とを有している。
高周波信号処理IC50からのGSM用の信号はPA58aに送られ、Pout1に出力される。PA58aの出力はカプラー54aによって検出され、この検出信号は自動出力制御回路(APC回路)53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作してPA58aを制御する。
また、同様に高周波信号処理IC50からのDCS用の信号はPA58bに送られ、Pout2に出力される。PA58bの出力はカプラー54bによって検出され、この検出信号はAPC回路53にフィードバックされる。APC回路53は上記検出信号を基に動作してPA58bを制御する。
アンテナ送受信切替器52はデュプレクサー55を有している。このデュプレクサー55は端子有し、1端子は上記アンテナ端子Antenaに接続され、他の2端子の内一方はGSM用の送信受信切替スイッチ56aに接続され、他方はDCS用の送信受信切替スイッチ56bに接続されている。
送信受信切替スイッチ56aのa接点はフィルター57aを介してPout1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aのb接点は容量C1を介して受信端子RX1に接続されている。送信受信切替スイッチ56aは制御端子contorol1に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切り替えが行われる。
また、送信受信切替スイッチ56bのa接点はフィルター57bを介してPout2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bのb接点は容量C2を介して受信端子RX2に接続されている。送信受信切替スイッチ56bは制御端子contorol2に入力される制御信号によってa接点またはb接点との電気的接続の切り替えが行われる。
受信端子RX1と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60aと低雑音アンプ(LNA)61aが順次接続されている。また、受信端子RX2と高周波信号処理IC50との間には、フィルター60bと低雑音アンプ(LNA)61bが順次接続されている。
この無線通信機によってGSM通信及びDCS通信が可能になる。
つぎに、高周波電力増幅装置1の製造における空芯コイル9の実装技術について説明する。空芯コイル9の実装においては、第11図に示すような半導体製造装置でもあるバルクフィーダ21が使用される。本実施形態1のバルクフィーダ21は、第34図に示すバルクフィーダを改良して空芯コイル9の安定供給ができるようにしたものである。
バルクフィーダ21は、バルク収納ケース10,ホッパー11,搬送レール13,バルク供給部12を有する点では従来品と同様であるが、空芯コイルを安定に供給するために、▲1▼ホッパー11部分では、供給シャフト18上での空芯コイル9の停止抑止、供給シャフト18と円錐台窪み15との間への空芯コイル9の巻き込み抑止、供給シャフト18のガイド孔17での空芯コイル9の詰まり抑止をそれぞれ達成するための改良を行った。
▲2▼また、搬送レール13では継ぎ目部分での空芯コイル9の引っ掛かりをなくすために単一部材でガイド孔17を形成した。
▲3▼また、バルク供給部12では、縦列状態で一列に並んで進む空芯コイル9の先頭の空芯コイル9と後続の2番目の空芯コイル9との端部分の絡まりを解消するために、コレット32で空芯コイル9を保持する前の段階で先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離す手段を導入した。
このようなバルクフィーダ21を用いる空芯コイル9の実装(半導体装置の製造方法)は、第11図に示すように、移動アーム33の先端に設けられたコレット32をバルク供給部12とモジュール基板5を載置するテーブル34との間を矢印に示すように移動させて空芯コイル9の実装を行う。この場合、後述する機構のもと、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離した後コレット32で空芯コイル9を真空吸着保持する。
また、この空芯コイル9の実装は、空芯コイル9よりも実装高さが低いチップ抵抗やチップコンデンサ等他の電子部品の搭載後に行う。これは、先に空芯コイル9の実装を行ってしまうと、空芯コイル9の実装高さよりも低い電子部品の実装時、コレットが実装された空芯コイル9に接触する場合もある。この接触によって、例えば、空芯コイル9の電極23と電極固定用パッド4bを接続するソルダー24部分にクラックが発生したり、あるいは分断が発生したりする。このようなことが起きないようにするためである。
第12図(a)〜(c)は空芯コイル9の実装状態を示す模式図である。バルクフィーダ21のバルク供給部12から供給される空芯コイル9を、コレット32の下端の吸着面に真空吸着保持した後、第12図(a)に示すようにモジュール基板5の空芯コイルの取り付け位置まで運ぶ。なお、コレット32の吸着面は円筒形状の空芯コイルの外周に対応するように円弧状断面をした吸着面となっている。
つぎに、第12図(b)に示すように、モジュール基板5の一対の電極固定用パッド4b上に空芯コイル9の一対の電極23がそれぞれ重なるように、位置決めして空芯コイル9をモジュール基板5上に載置する。
つぎに、リフローによって電極固定用パッド4b上にあらかじめ設けたソルダー24を一時的に溶かして電極23をソルダー24上に固定し、第12図(c)に示すように実装を完了する。
つぎに、第11図乃至第25図を参照しながらバルクフィーダ21について説明する。第11図及び他の図も一部を省略し、簡略化した図であり、以下においては従来のバルクフィーダの改良部分のみを主として説明することにする。
第11図に示すように、本実施形態1のバルクフィーダ21はバルクを収容するバルク収納ケース10と、このバルク収納ケース10の下部に設けられたホッパー11と、このホッパー11から取り込まれたバルクを先端のバルク供給部12まで案内する搬送レール13とを有する。
バルク収納ケース10は薄型箱構造となりその内底は両側から中央に向かってバルクを集める傾斜体14となっている。この傾斜体14の中心には、その中心部分を上下に貫くようにホッパー11が配置されている。このホッパー11は傾斜体14の内底部分に集められたバルクを縦列状態で一列に並べてバルク収納ケース10から取り出す構造になっている。本実施形態1では空芯コイルをバルクとして供給する例について説明する。
ホッパー11は、第13図及び第14図に示すように、上端に円錐台窪み15を有するガイド16と、このガイド16を貫き中心軸に沿って空芯コイル9を縦列状態(先に進む空芯コイル9の後端である電極に後続の空芯コイル9の前端である電極が接触するようにして並ぶ状態)で一列にして案内するガイド孔17を有する供給シャフト18で構成されている。供給シャフト18は円筒体で形成され、中央に円形断面のガイド孔17を有している。空芯コイル9は最大外形が0.56mmとなり、長さが0.9mmとなっている。
そこで、本実施形態1では、ガイド孔17内で空芯コイルが横向きに入って詰まらないようにするため、ガイド孔17の直径は空芯コイル9の長さ0.9mmよりも直径が小さく、空芯コイル9の最大外形の0.56mmよりも大きい寸法になっている。例えば、ガイド孔17は0.68mmになっている。これによって、ガイド孔17に空芯コイル9が横向きで詰まることがなくなる。
また、第13図に示すように、ガイド16は、例えば、空芯コイル9の長さ(0.9mm)の3倍のストロークを上下に振動し、バルク収納ケース10内の空芯コイル9を円錐台窪み15の中心に案内する。この振動において、供給シャフト18の上端は供給シャフト18の円錐台窪み15内には突出しない構造になっている。図では、ガイド16が下死点にある状態で円錐台窪み15の底に供給シャフト18の上端が一致するようになっている。
これにより、従来のように供給シャフト18の外周面と円錐台窪み15の面との間に空芯コイル9を挟み込む現象が起きず、挟み込みによる扱きによる空芯コイル9の変形や装置の故障が起きなくなる。
第15図は搬送レール13の拡大模式図である。搬送レール13にも前記供給シャフト18のガイド孔17に連なるガイド孔17aが設けられている。このガイド孔17aは第15図では模式的に記載してあるが、所定の部材に溝を設けるとともに、この溝を塞ぐことでガイド孔17aを形成してある。また搬送レール13の先端はバルク供給部12となっている。そして供給シャフト18からバルク供給部12に至るガイド孔17aは、単一の部材で形成されている。搬送レール13は複数の部材を組み合わせて形成されている。これら部材についての説明は省略するが、例えば部材の組み合わせは第16図に示すようになっている。また第16図には真空吸引通路がパイプで形成されているが、これも省略してある。
本実施形態1のバルクフィーダ21によれば、搬送レール13の途中で空芯コイル9が引っ掛かるような継ぎ目がないことから、ガイド孔17aによって空芯コイル9は円滑にバルク供給部12に移送される。この移送は図示しない真空吸引機構によって行われる。搬送レール13の左端には真空吸引機構に繋がるパイプ35が取り付けられている。このパイプ35は搬送レール13を構成する搬送レール本体25の下部内部を通ってバルク供給部12に延在し、後述する真空吸引通路に連通するようになっている。そして、バルク供給部12側から真空吸引して空芯コイル9をバルク供給部12側に移送させる。従って、各空芯コイル9は真空吸引による移送のため、前後の空芯コイル9は強く接触し、相互の端が絡まる原因ともなる。
第15図乃至第17図には、ガイド孔17aの一部では通過する空芯コイル9を検出するため、発光素子36と、その発光素子36から発光される光37を受光する受光素子38が設けられている。このセンサ位置まで空芯コイル9が一杯になるとホッパーの昇降が停止し、コイルが供給シャフトに入らない状態となる。
バルク供給部12は、第18図に示すような構造となり、第18図乃至第25図で示すような動作をする。バルク供給部12は、第18図に示すように、搬送レール13の先端側では、搬送レール本体25の先端上面側は一段低い窪みを有する。そして、この窪みに摺動子26が空芯コイル9の移送方向に沿って往復動可能に取り付けられている。その往復動のストロークは、例えば空芯コイル9の長さの約半分(0.5st)となっている(第23図参照)。
空芯コイル9を案内するガイド孔17aは前記摺動子26の左端まで延在している。また、第19図に示すように、摺動子26の左端には、空芯コイル9が1個入る受け部40が設けられている。この受け部40の一端、即ちガイド孔17aの端から遠くなる右端にはストッパ部28が設けられ、ガイド孔17aの端に近い左端は突部41が設けられている。
ストッパ部28はガイド孔17a内を前進して来て受け部40内に落ち込んだ先頭の空芯コイル9の前端位置を決める基準面を有する。また、突部41は、前述のように摺動子26がガイド孔17aの端から離れる方向に移動(前進)する際、先頭の空芯コイル9を確実に前進させるような後押しをする役割となっている(突部41については第23図参照)。
摺動子26において、ストッパ部28は空芯コイル9の前端の上側に接触するようになり、その下部は部分的に開放される空間になっている。この空間部分は、空芯コイル9を真空吸着してストッパ部28に当接させるための真空吸引通路30aを形成する。
本実施形態1では、先頭の空芯コイル9を、進行方向に交差する方向に移動させることによって、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離して両者の絡みを絶つという思想から、ガイド孔17aを一段低くする構成を採用している。また、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離して両者の絡みを絶つという思想から、摺動子26を0.5st前端させる構成を採用している。
従って、先頭の空芯コイル9を後続の空芯コイル9から離して両者の絡みを絶つという思想からすれば、突部41を設けず、受け部40はガイド孔17aの延長線上にそのまま設け、かつストッパ部28だけを有する構成でもよい。即ち、ガイド孔17aの底面と受け部40の空芯コイル9を支える面は同一平面にある。これも本発明の他の構成である。
本実施形態1では、受け部40がガイド孔17aの高さより、一段低くなっていることから、受け部40まで真空吸引によって前進する先頭の空芯コイル9は、受け部40内に落下し、前端がストッパ部28に接触して位置決めがなされる。これにより、先頭の空芯コイル9は後続の空芯コイル9から離れる。
摺動子26は枠構造となっているが、この摺動子26の枠内及び上面に亘ってシャッター31が取り付けられている。摺動子26の枠内に入ったシャッター部分と、このシャッター部分との間にはバネ42が取り付けられ、常時シャッター31をガイド孔17aの端側にそのバネ42の弾力を利用して押しつけるようになっている。
シャッター31の左端の部分は、ガイド孔17aの先端上側を塞ぐようになっている。従って、シャッター31が右側に移動(前進)した場合、ガイド孔17aの先端側の数個の空芯コイル9は露出するようになるとともに、その前進長さによっては摺動子26の受け部40上の空芯コイル9(先頭の空芯コイル9)をも露出させるようになる。
シャッター31及び搬送レール本体25にも真空吸引通路30b,30c,30d,30eが設けられている。真空吸引通路30dは円形断面の孔となり、この孔には搬送レール本体25の窪み底を転がる球体43が入り、孔、即ち真空吸引通路30dを塞ぐことができるようになっている。第18図及び第19図に示すように、シャッター31が後退して左端に最も寄ったとき、シャッター31に設けられた球体制御面44で球体43を左側に移動(後退)させるため、球体43は孔から外れ、真空吸引状態となる。同図太線矢印は真空吸引のための空気の流れを示す。
第20図及び第21図に示すように、シャッター31が右側に0.5st移動(前進)したとき、前記球体制御面44は孔から右側に外れるため、真空吸引力で球体43は移動して一部は孔内に入り、真空吸引通路30dを塞ぎ、真空吸引動作を停止させることになる。真空吸引動作が停止すると、空芯コイル9相互の間の真空吸引による密着力は解消する。なお、真空吸引通路30eは真空吸引機構のパイプ35に繋がる。そして、真空吸引によって、後続の空芯コイル9もガイド孔17内に一列に並ぶことになる。
つぎに、このようなバルク供給部12での空芯コイル9の供給方法について説明する。空芯コイル9の供給開始状態では、第18図及びその拡大図である第19図に示すように、摺動子26もシャッター31も共に左側に移動した後退状態にある。この状態では、太線矢印でしめされるように真空吸引がなされ、ガイド孔17a内の空芯コイル9は先頭の空芯コイル9がストッパ部28に接触する状態で縦列状態で1列に並ぶ。図では以下の図でも同様であるが、空芯コイル9を先頭から3個示すものとする。先頭の空芯コイル9は受け部40内に入り、第19図に示すように、先頭の空芯コイル9と後続の空芯コイル9は絡まりが切り離された状態となる。
つぎに、第20図及びその拡大図である第21図に示すように、矢印で示すように右側に向かって真空吸引停止のために前進する。この真空吸引停止のための前進長さは、空芯コイル9の長さの約半分、即ち、0.5stとなる。シャッター31が前進することから、球体43は球体制御面44の制御から外れて自由になり、真空吸引力によって転動し、真空吸引通路30dを塞ぐ。この際、シャッター31の左端と、ガイド孔17aを被う搬送レール本体25部分の端、即ち開口端46との間の間隔は0.5stになり、隠れていた空芯コイル9の上面側が一部露出する状態になる。しかし、受け部40上の先頭の空芯コイル9はシャッター31によって塞がれている。
つぎに、第22図及びその拡大図である第23図に示すように、矢印で示すように右側に向かって摺動子26が前進する。この前進長さは、空芯コイル9の長さの半分、即ち、0.5stとなる。シャッター31は摺動子26に乗った状態であることから、シャッター31も0.5st移動し、シャッター31の左端と、ガイド孔17aを被う搬送レール本体25部分の端、即ち開口端46との間の間隔は1stになる。摺動子26が移動しても真空吸引が停止されていることから、先頭の空芯コイル9は独立搬送分前進し、後続(二番目)の空芯コイル9はそのままガイド孔17a内に残留する。これによって、先頭の空芯コイル9と後続の空芯コイル9は完全に引き離されることになる。この状態においても受け部40上の先頭の空芯コイル9はシャッター31によって塞がれている。
つぎに、第24図及びその拡大図である第25図に示すように、矢印で示すように右側に向かってシャッター31が前進する。この前進はシャッター31によって塞がれている受け部40上の先頭の空芯コイル9を露出させるための前進であって、特に限定はされないが、例えば、シャッター31の左端と前記開口端46との間の間隔が3stとなるように前進する。
このような状態になると、コレット32が移動して来て、受け部40上の空芯コイル9を真空吸着保持する。この場合、空芯コイル9は他の空芯コイル9と絡まっていないため、正確かつ確実にコレット32に保持されることになる。コレット32は、第11図及び第12図(a)〜(c)に示すように、モジュール基板5上に空芯コイル9を運んで供給することになる。
第26図及び第27図は本実施形態1のバルクフィーダを用いてモジュール基板5に搭載した他の構造の空芯コイル9を示すものである。そして、この搭載した空芯コイル9は、第28図乃至第30図に示すようになっている。第29図に示すように銅線47の一部の表面にポリエチレン等からなる絶縁膜48を被覆した線材を、各巻き線部分が相互に接触するように密に螺旋状に巻いたものである。第30図に示すように、銅線47の直径aは例えば0.1mmであり、コイルの内径dは例えば0.3mmである。この結果、コイルの最大直径Dは例えば0.56mmとなる。また、コイル端の捲線部分のコイルの最大直径Dから突出する部分の長さαは0〜30μm程度である。さらに、第29図に示すように、空芯コイル9の長さ(全長)Lは0.8mm程度である。
この空芯コイル9は3巻き部分でインダクタ部22を形成し、その両端の電極23は2巻程度となっている。インダクタンスを変えるあるいは、電極の接続長さを変えるには、それぞれの巻き数を変えればよい。第31図(a),(b)はインダクタ部22が2巻と1巻となる空芯コイル9の例を示す図である。
本実施形態1によれば以下の効果を有する。
(1)空芯コイル9はチップインダクタに比較して直流抵抗(DC抵抗)が小さい。従って、多段構成の増幅系の最終増幅段に接続するインダクタとして使用した場合、DC損失が低くなり、損失を少なくインピーダンスを高くすることができる。このため、最終増幅段からその前の増幅段への高周波信号の帰還の低減が達成でき、発振マージンの向上が図れる。発振マージンが改善される本実施形態1の高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機は通話性能が良くなる。本実施形態1のコイルを用いた場合、例えば、一例を挙げるならば、電源ラインの損失に対する特性への影響は損失0.1dBの改善に対し、出力は+0.1dB、電力効率は約+1%向上する。
(2)デュアルバンド構成において、二つの増幅系に供給される電源電圧はたすき掛け構成になっていることから、初段増幅段への後段増幅段(特に最終増幅段)からの漏れ信号の電源ラインを通しての帰還を抑止できるため発振マージンの改善ができる。これは、前記(1)のような空芯コイルの使用によってさらに発振マージンの向上が図れることになる。
(3)空芯コイル9は表面を絶縁膜48で被った銅線47を密に螺旋状に巻いた構成になっていることから、製造コストが従来のチップインダクタに比較した1/7〜1/2と安価である。従って、最終増幅段に接続されるコストの高いチップインダクタに比較してコストを1/7と小さくすることができる。他の部分に使用するチップインダクタに変えて本発明による空芯コイルを使用すれば、そのコストは1/2にすることができる。これにより、高周波電力増幅装置のコストの低減が図れる。従って、この高周波電力増幅装置を組み込んだ携帯電話機(無線通信装置)の製造コストの低減も可能になる。
(4)空芯コイル9は最大外径が0.56mm程度となり、長さが0.9mm程度となるため、従来の幅及び高さが0.5mm,長さ1mmのチップインダクタよりも実装長さが短くなる。
(5)高周波電力増幅装置の製造におけるバルクフィーダ21を用いた空芯コイル9の搭載においては、以下のような効果がある。
▲1▼モジュール基板5に搭載する電子部品の中で、空芯コイル9は最も高さが高いが、他の電子部品の搭載後に実装が行われる。従って、空芯コイル9を真空吸着保持するコレット32が、既にモジュール基板5に搭載された電子部品に接触することがなく、他の電子部品の搭載を損なうことがない。この結果、実装歩留りの向上を図ることができる。
▲2▼バルクフィーダ21のバルク供給部12に移送されて一列に並ぶ空芯コイル9の先頭の空芯コイル9をコレット32で真空吸着保持した後、モジュール基板5の所定位置に運び、その後一時的な加熱処理によってモジュール基板5や空芯コイル9にあらかじめ設けておいたソルダー24を溶かして固定するが、バルク供給部では、先頭の空芯コイル9は後続の空芯コイル9から離して供給されるため、後続の空芯コイル9が先頭の空芯コイル9に引っ掛かって発生するコレット32による真空吸着保持ミスがなくなり、実装が正確かつ確実に搭載が行えるとともに、搭載作業も能率的に行うことができる。従って、搭載不良や機械停止も起きにくくなり、搭載コストの低減が可能になる。
▲3▼ホッパー部分では、筒状の供給シャフト18の肉厚は薄くなっていることから、上端に空芯コイル9(バルク)が乗って停止しなくなり、バルク供給部への空芯コイル9の供給が確実になる。
▲4▼ホッパー部分では、ガイド16が最も下がった状態で供給シャフト18の外周面とガイド16の円錐台窪み15との間にバルクを挟む空間が発生しないような位置関係になっていることから、供給シャフト外周面とガイド16の円錐台窪み15との間に空芯コイル9が挟まれることもない。従って、空芯コイル9の変形が防止でき、変形した空芯コイル9の実装もなくなり、実装歩留りの向上が図れる。また、バルク供給部に安定して空芯コイル9を供給することできるようになる。
▲5▼供給シャフト18のガイド孔17は大きくかつ円形断面の孔になっていることから、空芯コイル9がガイド孔17に詰まらないようになり、バルク供給部に安定して空芯コイル9を供給することができるようになる。
▲6▼搬送レール13は継ぎ目のない1本の部材で形成されていることから、空芯コイル9がガイド孔17aの途中で引っ掛からなくなり、バルク供給部に安定して空芯コイル9を供給することができるようになる。
▲7▼バルクフィーダ21のバルク供給部12においては、ガイド孔17a内を移動する先頭の空芯コイル9は、摺動子26の受け部40内に入ることと、摺動子26が後続の空芯コイル9から先頭の空芯コイル9を引き離すように動作した後、シャッター31が開いて先頭の空芯コイル9を供給態勢にすることから、先頭の空芯コイル9は正確確実にコレット32に真空吸着保持される。従って、空芯コイル9の正確かつ確実な搭載(実装)が行えることになる。
▲8▼前記▲1▼乃至▲7▼により、本実施形態1のバルクフィーダ21の使用等によって空芯コイル9を始めとする電子部品の搭載が安定して行えることになる。
(6)高周波特性が優れ、出力及び効率の向上が図れ、かつ製造コストの低減が達成できる高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)及びその高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)を組み込んだ携帯電話機(電子装置)を提供することができる。また、高周波電力増幅装置は発振マージンが改善されるため、携帯電話機の通話性能が良好となる。
(7)直流抵抗が小さい空芯コイルを実装した高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)及びその高周波電力増幅装置(混成集積回路装置)を組み込んだ携帯電話機(電子装置)を提供することができる。
(8)空芯コイル9等のバルクを配線基板に正確かつ確実に実装するバルクフィーダ21を提供することができる。
なお、本発明によるバルクフィーダは、空芯コイル以外に空芯コイルと同様に移送中前後の物品が絡まるような構成のものの供給が可能である。また、当然にしてチップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品等も供給することができる。
(実施形態2)
第32図は本発明の他の実施形態(実施形態2)であるバルクフィーダ21部分を示す模式図である。同図に示すように、パイプ35に連通するエアー供給路49を設ける。このエアー供給路49は供給シャフト18のガイド孔17に連通する。そして、第32図に示すように、エアーガイド孔17内に送り込む。これによって、ガイド孔17内に空芯コイル9が詰まった場合、容易にその詰まりを解消することができる。
(実施形態3)
第45図乃至第54図は本発明の他の実施形態(実施形態3)である高周波電力増幅モジュールの製造に係わる図である。
本実施形態3は、モジュール基板にコイル(空芯コイル)を位置ずれ(ズレ)を起こすことなく搭載できる技術に係わるものである。
空芯コイルの搭載においては、空芯コイルの両端の電極をモジュール基板の電極固定用パッド上にそれぞれ重ね、その後電極固定用パッドの表面にあらかじめ塗布したソルダーをリフローして電極部分を電極固定用パッドに固定するが、この固定時、第52図(c)に示すように空芯コイル9が位置ずれを起こす不良現象が発生することが分かった。モジュール基板5の表面に設けられた電極固定用パッド4bに対して、空芯コイル9の電極23を正しく重ねても、その後のリフローにおいてずれが発生し、第52図(c)に示すように、電極23が電極固定用パッド4bからずれてしまう。ずれ量がコイル径の1/3以上にも及ぶものは7%にも及ぶ。この空芯コイル9は両端の2巻が電極23となり、その間の巻き部分は表面を絶縁体で被われたインダクタ部22となっている。
半田等からなるソルダー24(点々で示す部分)のリフローは、第53図及び第54図に示すリフロー炉を使用して行われる。このリフロー炉は、被処理物を載置する5個の加熱テーブル(ヒートブロック)70a〜70eが一列に並んで配置される構造になっている。
ヒートブロック列の一側には、一部を図示するように移送機構の連結アーム72が配設されている。この連結アーム72は、第53図の矢印群に示すように、下降、右方向への前進、上昇、左方向への後退と続く矩形運動するようになっている。
また、第54図に示すように、連結アーム72の内側からはそれぞれ各ヒートブロックに対応してアーム73が突出配置されるとともに、これら各アーム73からは2本の移送爪74が下方に向けて突出するように配設されている。
従って、連結アーム72の矩形運動によって、各ヒートブロック70a〜70e上の被処理物、即ちモジュール基板5は1ピッチずつ移送されるようになっている。最初のヒートブロック70aへのモジュール基板5の供給は、図示しないローダで行われる。また、最後のヒートブロック70eからは前記移送爪74によってアンローダ部に払い出される。
ヒートブロック70a〜70eにおいて、最初乃至3番目のヒートブロック70a〜70cは予備加熱用のヒートブロックであり、例えば、70℃,130℃,195℃と順次加熱温度が高くなっている。また、4番目のヒートブロック70dは本加熱用ヒートブロックであり、例えば、融点が238℃のソルダー24(PdSnSb)を溶融させるべく275℃に維持される。また、最後のヒートブロック70eは後加熱用のヒートブロックであり、例えば、150℃となり、セラミック配線板からなるモジュール基板5を徐々に冷却させるようになっている。
従って、移送爪74によって順次ヒートブロックによって構成される各ゾーンを移動するモジュール基板5は順次温度が高められ、4ゾーン目の本加熱用のヒートブロック70d上で半田リフローが行われる。
しかし、このようなリフローでは、空芯コイル9の銅線で形成されている電極23が加熱によって酸化し、半田の濡れ性が悪化し、半田の表面張力によってコイルが弾かれて位置ずれが発生してしまうことが判明した。即ち、第52図(a)に示すように、モジュール基板5の電極固定用パッド(ランド)4b上に空芯コイル9の電極23を重ねて載置し、ついでリフローすると、第52図(b)に示すように、溶けて盛り上がった半田に対して、表面が酸化された電極23は、半田に濡れ難くなり、半田に弾かれることになり、坂を転がるようにして空芯コイル9は回転落下し、第52図(c)に示すように位置ずれが発生する。
そこで、本発明者は、第45図に示すように、モジュール基板5の表面に設ける電極固定用パッド4bをコの字状パターンとして、円筒状の空芯コイル9が転動しないようにした。
本実施形態3の高周波電力増幅モジュールは、実施形態1の高周波電力増幅モジュールにおいて、空芯コイル9の電極23を固定する電極固定用パッド4bのパターンが異なるだけであり、他の部分は実施形態1と同じである。第46図に本実施形態3の高周波電力増幅モジュールの一部を平面図として示してある。
また、第47図に本実施形態3におけるコイルの搭載状態を示す。第47図(a)はコの字状のパターンをした電極固定用パッド4bを対向配置させ、このコの字状の電極固定用パッド4b上に空芯コイル9の両端の電極23をソルダー24(図の点々部分)で固定した模式的平面図である。第47図(b)は側面図、第47図(c)は断面図である。
ここで、インダクタである空芯コイルの搭載構造について説明する。モジュール基板5の主面には複数の配線が形成されている。また、モジュール基板5には前記配線に接続され、かつ空芯コイル9の電極23に電気的に接続される電極固定用パッド4bを有している。電極固定用パッド4bは二つあることから、一方を第1電極と呼称し、他方を第2電極とも呼称する。
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第47図(a)に示すように、第1方向に延びる第1部分4xと、前記第1部分4xの一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分4y1と、前記第1部分4xの他端部から前記第2方向に延びる第3部分4y2とを有するパターンになっている。単一の空芯コイル9を固定する一対の電極固定用パッド4bにおいて、第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置されている。
インダクタ、即ち空芯コイル9は、その表面を絶縁膜で被われた線材を螺旋状に複数巻いたコイル形状を有している。線材は、その両端部において前記絶縁膜から露出する部分を有し電極23が形成されている。表面を絶縁膜で被われた螺旋状の線材部分はインダクタ部22となり、その両端部分が電極23となる。一方の電極23が第1電極に半田材で接合され、他方の電極23が第2電極に半田材で接合される。
第1及び第2電極のそれぞれの第2部分4y1及び第3部分4y2は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びている。これによって電極23が確実にソルダー24で電極固定用パッド4bに固定されるようになる。
また、第1及び第2電極のそれぞれの第2部分4y1及び第3部分4y2は、第1方向において離間状態となり、空芯コイル9の転動が起きないように配慮されている。
また、第2部分4y1と第3部分4y2は、平行あるいは相互に所定のなす角を有する関係で延在する構造であっても、空芯コイル9の転動を良く防止できる。また、空芯コイル9が転動して位置ずれを起こすことのないようにするために、電極固定用パッド4bを第1部分4xを有しない第2部分4y1と第3部分4y2で構成してもよい。
一方、本発明者はコの字状の電極固定用パッド4bの寸法依存性について検討した。第48図及び第49図のグラフはその結果である。第47図(a)に示すように、第1電極及び第2電極の第2部分4y1の長さをA、第1電極と第2電極との間隔をB、第1部分4xから突出する第2部分4y1の長さをC、第2部分4y1の第1方向の長さをE、第2部分4y1と第3部分4y2との間隔をDとする。
第48図のグラフは、D寸法を0.30mm、E寸法を0.15mmに設定したときの、A寸法及びB寸法とズレ不良率の相関を示すものである。各グラフはC寸法を0.05mm(◇で表示する線)、0.10mm(□で表示する線)、0.15mm(△で表示する線)、0.20mm(×で表示する線)の場合である。0.10mmのグラフと0.20mmのグラフは一致している。
このグラフからは、C寸法を変えても、B寸法が0.40mm程度、A寸法が0.45mm程度で最も不良率が低いことが分かる。また、C寸法が0.05mmまたは0.15mmの場合、B寸法を0.40mm程度、A寸法を0.45mm程度とした場合ズレ不良率を0%とすることができることも分かる。
第49図のグラフは、D寸法を0.20mm、E寸法を0.20mmに設定した場合の前記同様なグラフである。
第50図はモジュール基板上の対向する第1電極と第2電極(コの字状電極)に塗布した半田を再溶融した状態を測定し、かつ三次元表示図としたものである。また、第51図は第50図における1110μmの位置(P)での断面図である。空芯コイル9の電極23の外径にソルダー24の表面変化が追従していることがよく分かる。
このような双子山状のソルダー24間にコイルの中心が位置することによって、電極23が半田の表面張力によって弾かれようとしても、電極23の両側に位置するそれぞれの山状のソルダーで止められるため空芯コイル9は転動しなくなり、空芯コイル9の搭載位置ずれが防止できる。本実施形態3による空芯コイル9の搭載による不良率は1%以下に抑えることができる。
本実施形態3では、第53図及び第54図に示すリフロー炉を使用してモジュール基板5への空芯コイル9の搭載が行われる。なお、リフロー炉では空芯コイル9は省略してある。
リフロー炉ではモジュール基板5はヒートブロック70a〜70e上を移送機構によって間欠的に送られて、予備加熱と本加熱によって空芯コイル9のリフロー搭載が行われる。例えば、移送タイムは3秒で、各ヒートブロック上でのモジュール基板5の停止時間は50秒である。第1ゾーンから第3ゾーンでは順次加熱温度が上がり、第4ゾーンで本加熱によるソルダー24の再溶融が行われる。また、第5ゾーンでは徐々に温度低下が図られ、セラミック配線板からなるモジュール基板5の破壊損傷が防止できるようになっている。
これにより、第46図及び第47図(a)に示すように電極固定用パッド4bから電極23が外れることがない良好な空芯コイル9の搭載が行えることになる。
(実施形態4)
第55図乃至第58図は本発明の他の実施形態(実施形態4)である高周波電力増幅モジュールの製造に係わる図である。第55図はリフロー炉の概略を示す模式的正面図、第56図は前記リフロー炉の窒素雰囲気でリフローを行う状態を示す模式的正面図、第57図は前記窒素雰囲気でリフローが行われる状態を示す模式的断面図である。
本実施形態4では、空芯コイル9の電極23を搭載する電極固定用パッド4bは、第58図に示すように、コの字状ではなく矩形状である。しかし、空芯コイル9の電極23が加熱によってその表面が酸化しないようにするため、リフローを不活性ガスの雰囲気で行うものである。例えば、不活性ガスとして窒素(N2)ガスを使用する。
このため、リフロー炉は、第55図に示すように、モジュール基板5の移送のときを除くリフロー時には、モジュール基板5を窒素ガス雰囲気に置くことができるように、モジュール基板5を上方から被うことができる箱型の不活性ガス供給箱75を有している。この不活性ガス供給箱75は、各ゾーンに対応した数用意されているとともに、昇降アーム76に支持されている。また、この昇降アーム76はその中が中空になり、各不活性ガス供給箱75の天井部分から窒素ガスを噴射できる構成になっている。なお、機械強度を向上させるために昇降アーム76とは別個に窒素ガスを供給するパイプを用意する構成でもよい。
昇降アーム76はモジュール基板5が移送爪74で移送されるときは相互に干渉しないように上方に位置し、移送爪74が左端に位置して静止しているときは、第56図及び第57図に示すように下降する。そして、昇降アーム76の中空部分から吹き出される窒素ガスをモジュール基板5の主面に吹きつける。モジュール基板5の主面に載置された空芯コイル9の両端の電極23は、モジュール基板5の電極固定用パッド4bの表面に塗布されたソルダー24で窒素ガス雰囲気下で固定される。例えば、モジュール基板5の移送時間は3秒、窒素ガス雰囲気下での加熱時間は50秒である。
この結果、空芯コイル9の銅からなる電極23の表面は酸化され難くなる。従って、電極23は溶けた半田に弾かれることなく濡れるため、位置ずれを発生させることなく空芯コイル9は電極固定用パッド4bに固定される。第58図では、空芯コイル9の電極23がソルダー24によって電極固定用パッド4bに固定される状態を示してある。空芯コイル9は、特に限定されるものではないが、10巻構成になっていて、6巻がインダクタ部22で、両端の2巻が電極23である。
なお、不活性ガス供給箱75の下縁は、ヒートブロックの上面に直接接触する構造、またはモジュール基板5の主面に直接接触するいずれの構造でもよいが、一部は窒素ガスが外に漏れだすための所定の隙間77を必要とするものである(第57図参照)。
本実施形態4による空芯コイル9の搭載による不良率は1%以下に抑えることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
また、上記実施形態では3段構成の高周波電力増幅装置に本発明を適用したが、他の構成の高周波電力増幅装置にも同様に適用できる。例えば、初段半導体増幅素子と、最終段半導体増幅素子とからなる2段構成の高周波電力増幅モジュールの例についても適用でき、同様な効果を得ることができる。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である携帯電話機に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、他の電子装置や他の半導体装置(混成集積回路装置)にも同様に適用できる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る高周波電力増幅装置は、移動体通信端末等の携帯電話機を始めとする各種の無線通信装置の電力増幅器として使用することができる。また、安定した通話が達成できる無線通信装置を提供することができる。さらに、高周波電力増幅モジュールや無線通信装置の製造歩留り向上により高周波電力増幅装置や無線通信装置の製造コストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施形態(実施形態1)である高周波電力増幅装置におけるモジュール基板に搭載された電子部品のレイアウトを示す平面図である。
第2図は本実施形態1の高周波電力増幅装置の外観を示す斜視図である。
第3図は前記モジュール基板に搭載されたコイルを示す模式図である。
第4図は本実施形態1の高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。
第5図は本実施形態1の高周波電力増幅装置におけるモジュール基板に形成される電源ラインの等価回路図である。
第6図はストリップラインの損失を示すグラフである。
第7図はチップインダクタの損失を示すグラフである。
第8図はコイルの損失を示すグラフである。
第9図はコイルとチップコイルのDC抵抗とインダクタンスとの相関を示すグラフである。
第10図は本実施形態1の高周波電力増幅装置が組み込まれた携帯電話機の一部の構成を示すブロック図である。
第11図は本実施形態1の高周波電力増幅装置の製造において、本発明に係わるバルクフィーダやコレット等を用いてモジュール基板にコイルを実装する状態を示す模式図である。
第12図は前記コイルの実装状態を示す模式図である。
第13図は前記バルクフィーダにおけるホッパー部分を示す模式的断面図である。
第14図は前記ホッパーの平面図である。
第15図は前記ホッパーに連なりコイルを搬送するコイル搬送レールを示す模式的正面図である。
第16図は前記ホッパーにおけるコイルの検出部分を示す断面図である。
第17図は第16図の一部を示す拡大断面図である。
第18図は前記コイル搬送レールの先端のバルク供給部の真空吸引状態での拡大断面図である。
第19図は第18図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第20図は前記バルク供給部の真空吸引を停止させた状態での拡大断面図である。
第21図は第20図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第22図は前記バルク供給部の先頭のコイルを他のコイルから引き離した状態での拡大断面図である。
第23図は第22図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第24図は前記バルク供給部の先頭のコイルをコレットで保持した状態での拡大断面図である。
第25図は第24図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第26図は他の構造のコイルをモジュール基板に搭載した状態を示す拡大模式図である。
第27図は第26図のコイル等を側方から見た拡大模式図である。
第28図は第26図に示すコイルの拡大平面図である。
第29図は第26図に示すコイルの拡大断面図である。
第30図は第26図に示すコイルの拡大側面図である。
第31図は他の構造のコイルを示す拡大平面図である。
第32図は本発明の他の実施形態(実施形態2)であるバルクフィーダの一部を示す模式図である。
第33図は本発明者等が本発明に先立って検討した高周波電力増幅装置の回路構成を示すブロック図である。
第34図は従来のバルクフィーダを示す模式図である。
第35図は従来のバルクフィーダにおけるホッパー部分を示す模式的断面図である。
第36図は従来のホッパー部分の平面図である。
第37図は従来のバルクフィーダにおけるバルク供給部の真空吸引状態での拡大断面図である。
第38図は第37図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第39図は従来の前記バルク供給部のシャッターが開いた状態での拡大断面図である。
第40図は第39図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第41図は従来のバルクフィーダにおける前記バルク供給部からコイルをコレットで保持する状態の拡大断面図である。
第42図は第41図の一部を示す更に拡大した拡大断面図である。
第43図はバルク供給部において相互に引っ掛かりを発生することなく並ぶコイルを示す模式図である。
第44図はバルク供給部に並ぶ先頭コイルとその後方のコイルとが相互に引っ掛かった状態を示す模式図である。
第45図は本発明の他の実施形態(実施形態3)である高周波電力増幅モジュールにおけるコイルと、コイルを固定する電極との相関を示す模式的斜視図である。
第46図は本実施形態3の高周波電力増幅モジュールの一部を示す平面図である。
第47図は本実施形態3におけるコイルの搭載状態を示す各図である。
第48図は電極各部の寸法変化に対するコイルの搭載ズレを示すグラフである。
第49図は電極各部の寸法変化に対するコイルの搭載ズレを示す他のグラフである。
第50図はモジュール基板上の電極に塗布された半田を再溶融した状態を示す三次元表示図である。
第51図はモジュール基板上の電極に塗布された半田を再溶融した状態での断面図である。
第52図は矩形電極にコイルをリフロー固定した場合の不良例を示す図である。
第53図は本実施形態3で使用するリフロー炉の概略を示す模式的正面図である。
第54図は前記リフロー炉の概略を示す模式的平面図である。
第55図は本発明の他の実施形態(実施形態4)である高周波電力増幅モジュールにおけるコイルの搭載を行うリフロー炉の概略を示す模式的正面図である。
第56図は前記リフロー炉において窒素雰囲気でリフローを行う状態を示す模式的正面図である。
第57図は前記窒素雰囲気でリフローが行われる状態を示す模式的断面図である。
第58図は窒素雰囲気によるリフローで適正に搭載されたコイルを示す模式的平面図である。
Claims (52)
- その主面に複数の配線を有するモジュール基板と、
前記モジュール基板上に搭載されたインダクタを含む複数の電子部品とを含み、
前記インダクタは、その表面を絶縁膜で被われた線材を螺旋状に複数巻いたコイル形状を有し、
前記線材は、その両端部において前記絶縁膜から露出する部分を有し、
前記線材の前記絶縁膜から露出する部分において前記モジュール基板の複数の配線が電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の半導体装置。
- 入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
前記増幅段に電気的に接続されるインダクタのうち1乃至全部は表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルで構成されていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第3項記載の高周波電力増幅装置。
- 入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
最終増幅段と前記電源電圧端子との間に、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルが直列に接続されていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第5項記載の高周波電力増幅装置
- 増幅系を複数有し、
各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
各増幅系の最終増幅段と電源電圧端子との間に、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルが直列に接続されていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第7項記載の高周波電力増幅装置
- 二つの増幅系と、
前記各増幅系の入力端子と、
前記各増幅系の出力端子と、
二つの電源電圧端子とを有し、
前記各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
前記一方の電源電圧端子は前記一方の増幅系の初段増幅段と前記他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記他方の電源電圧端子は前記他方の増幅系の初段増幅段と前記一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記各増幅系の最終増幅段と前記電源電圧端子間には、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルが直列に接続されていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第9項記載の高周波電力増幅装置
- 請求の範囲第1項記載の半導体装置が組み込まれてなることを特徴とする電子装置。
- 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
前記増幅段に電気的に接続されるインダクタのうち1乃至全部は表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルで構成されていることを特徴とする無線通信装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第12項記載の無線通信装置。
- 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
最終増幅段と前記電源電圧端子との間に、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルが直列に接続されていることを特徴とする無線通信装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第14項記載の無線通信装置。
- 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
増幅系を複数有し、
各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
各増幅系の最終増幅段と電源電圧端子との間に、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルが直列に接続されていることを特徴とする無線通信装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第16項記載の無線通信装置。
- 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
二つの増幅系と、
前記各増幅系の入力端子と、
前記各増幅系の出力端子と、
二つの電源電圧端子とを、
前記各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
前記一方の電源電圧端子は前記一方の増幅系の初段増幅段と前記他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記他方の電源電圧端子は前記他方の増幅系の初段増幅段と前記一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記各増幅系の最終増幅段と前記電源電圧端子間には、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルが直列に接続されていることを特徴とする無線通信装置。 - 前記コイルは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第18項記載の無線通信装置。
- バルクフィーダのバルク供給部に縦列状態で一列に並んで供給される電子部品の先頭の電子部品をコレットで真空吸着保持してモジュール基板上に移送し、その後リフローによって前記モジュール基板等にあらかじめ被着させておいたソルダーを溶かして前記電子部品をモジュール基板に固定する半導体装置の製造方法であって、縦列状態で供給される前記電子部品の先頭の電子部品を後続の電子部品から所定間隔離し、その後前記電子部品を前記コレットで真空吸着保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記先頭の電子部品をその縦列方向に沿って所定間隔前進させて後続の電子部品から離すことを特徴とする請求の範囲第20項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記先頭の電子部品をその縦列方向に交差させる方向に所定間隔移動させて後続の電子部品から離すことを特徴とする請求の範囲第20項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記先頭の電子部品をその縦列方向に交差させる方向に所定間隔移動させた後、前記縦列方向に沿って所定間隔前進させて後続の電子部品から離すことを特徴とする請求の範囲第20項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記電子部品として、表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に密に巻くとともに両端を電極としたコイルを前記バルク供給部に供給することを特徴とする請求の範囲第20項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コイルを前記モジュール基板に固定する前に前記コイルの実装高さよりも低い他の電子部品を前記モジュール基板に固定しておくことを特徴とする請求の範囲第20項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記モジュール基板に半導体増幅素子が組み込まれた半導体チップを1乃至複数固定して高周波電力増幅装置を製造することを特徴とする請求の範囲第20項記載の半導体装置の製造方法。
- バルクを収容するバルク収納ケースと、前記バルク収納ケースの下部に設けるホッパーと、前記ホッパーから取り込まれるバルクを案内する搬送レールと、前記搬送レールの先端部分に形成されるバルク供給部とを有する半導体製造装置であって、
前記ホッパーは前記バルク収納ケースに収容される前記バルクを集める円錐台窪みを上端に有する筒状のガイドと、前記ガイドを貫き中心軸に沿ってバルクを1個案内するガイド孔を有する供給シャフトで構成されるとともに、前記ガイドは前記供給シャフトに対して相対的に上下に振動制御される構成になり、
前記供給シャフトはその上端に前記バルクが安定に乗ることがないように肉厚が薄い筒体になっていることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記バルクとして、表面を絶縁膜で被った電気抵抗が小さい線材を螺旋状に密に巻くとともに両端を電極としたコイルを供給することができるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第27項記載の半導体製造装置。
- バルクを収容するバルク収納ケースと、前記バルク収納ケースの下部に設けられるホッパーと、前記ホッパーから取り込まれるバルクを案内する搬送レールと、前記搬送レールの先端部分に形成されるバルク供給部とを有する半導体製造装置であって、
前記ホッパーは前記バルク収納ケースに収容される前記バルクを集める円錐台窪みを上端に有する筒状のガイドと、前記ガイドを貫き中心軸に沿ってバルクを1個案内するガイド孔を有する供給シャフトで構成されるとともに、前記ガイドは前記供給シャフトに対して相対的に上下に振動制御される構成になり、
前記ガイドの相対的な上下動は、前記ガイドが最も下がった状態で前記供給シャフトの外周面と前記ガイドの円錐台窪み面との間に前記バルクを挟む隙間が発生しないような位置関係で上下動するようになっていることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記バルクとして、表面を絶縁膜で被った電気抵抗が小さい線材を螺旋状に密に巻くとともに両端を電極としたコイルを供給することができるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第29項記載の半導体製造装置。
- バルクを収容するバルク収納ケースと、前記バルク収納ケースの下部に設けられるホッパーと、前記ホッパーから取り込まれるバルクを案内する搬送レールと、前記搬送レールの先端部分に形成されるバルク供給部とを有する半導体製造装置であって、
前記ホッパーは前記バルク収納ケースに収容される前記バルクを集める円錐台窪みを上端に有する筒状のガイドと、前記ガイドを貫き中心軸に沿ってバルクを1個案内するガイド孔を有する供給シャフトで構成されるとともに、前記ガイドは前記供給シャフトに対して相対的に上下に振動制御される構成になり、
前記供給シャフトのガイド孔内に前記バルクが詰まらないようにガイド孔は前記バルクよりも大きい円形断面の孔になっていることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記バルクとして、表面を絶縁膜で被った電気抵抗が小さい線材を螺旋状に密に巻くとともに両端を電極としたコイルを供給することができるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第31項記載の半導体製造装置。
- バルクを収容するバルク収納ケースと、前記バルク収納ケースの下部に設けられるホッパーと、前記ホッパーから取り込まれるバルクを案内する搬送レールと、前記搬送レールの先端部分に形成されるバルク供給部とを有する半導体製造装置であって、
前記バルクを案内するガイド孔を形成する搬送レール部材は前記ガイド孔に沿って移動するバルクが引っ掛からないように継ぎ目のない1本の部材で形成されていることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記バルクとして、表面を絶縁膜で被った電気抵抗が小さい線材を螺旋状に密に巻くとともに両端を電極としたコイルを供給することができるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第33項記載の半導体製造装置。
- バルクを収容するバルク収納ケースと、前記バルク収納ケースの下部に設けられるホッパーと、前記ホッパーから取り込まれるバルクを案内する搬送レールと、前記搬送レールの先端部分に形成されたバルク供給部と、前記バルクをガイド孔を通して前記バルク供給部まで移送させる真空吸引機構とを有する半導体製造装置であって、
前記バルク供給部は、前記搬送レールの前記ガイド孔内を縦列状態で一列に並んで移動して来る先頭のバルクを位置決め停止させるストッパ部と前記先頭のバルクを入れる受け部を有するとともにバルク移送方向に沿って往復動自在に前記搬送レールに取り付けられる摺動子と、
前記摺動子に対してバルク移送方向に沿って往復動自在に取り付けられかつ前記ガイド孔の上面を開閉させるシャッターとを有し、
前記先頭のバルクが前記受け部に入った後、前記真空吸引を停止させ、次に前記摺動子を前記先頭のバルクが後続のバルクから引き離されるように所定距離移動させ、次いで前記シャッターを移動させて前記受け部上にある先頭のバルクを露出させて供給可能にする構成になっていることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記受け部はガイド孔の延長上に設けられることを特徴とする請求の範囲第35項記載の半導体製造装置。
- 前記受け部は前記バルクが移送されるガイド孔の底面よりも一段低くなっていることを特徴とする請求の範囲第35項記載の半導体製造装置。
- 前記受け部の後端には前記受け部に収容した前記バルクの端側に突出する突部を有することを特徴とする請求の範囲第32項記載の半導体製造装置。
- 前記バルクの真空吸引の設定と解除は、搬送レール本体に設けた真空吸引通路を前記シャッターの移動によって動いて解放または塞ぐ球体によって行うように構成されていることを特徴とする請求の範囲第35項記載の半導体製造装置。
- 前記ホッパーは前記バルク収納ケースに収容される前記バルクを集める円錐台窪みを上端に有する筒状のガイドと、前記ガイドを貫き中心軸に沿ってバルクを縦列状態で一列に案内するガイド孔を有する供給シャフトで構成され、前記ガイド孔に連通するエアー供給路が設けられ、前記エアー供給路には空気が吹き込まれるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第35項記載の半導体製造装置。
- その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板と、
前記モジュール基板の主面上に搭載されたインダクタを含む複数の電子部品とを含み、
前記インダクタは、その表面を絶縁膜で被われた線材を螺旋状に複数巻いたコイル形状を有し、
前記線材は、その両端部において前記絶縁膜から露出する部分を有し、前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1及び第2電極のそれぞれの第2部分と第3部分は、前記第1方向において、離間されていることを特徴とする請求の範囲第41項記載の半導体装置。
- 前記インダクタは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第41項記載の半導体装置。
- 入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
前記増幅段に電気的に接続されるインダクタのうち1乃至全部は表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルで構成され、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 前記インダクタは0.1mm程度の直径の銅線を内径が0.3mm直径程度となるように螺旋状に密に巻き、両端は前記絶縁膜が存在しない1乃至複数巻きの銅線部分を電極とした構成になっていることを特徴とする請求の範囲第44項記載の高周波電力増幅装置。
- 入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
最終増幅段と前記電源電圧端子との間にインダクタが直列に接続され、
前記インダクタは表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルからなり、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 増幅系を複数有し、
各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
各増幅系の最終増幅段と電源電圧端子との間にインダクタが直列に接続され、
前記インダクタは表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルからなり、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 二つの増幅系と、
前記各増幅系の入力端子と、
前記各増幅系の出力端子と、
二つの電源電圧端子とを有し、
前記各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
前記一方の電源電圧端子は前記一方の増幅系の初段増幅段と前記他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記他方の電源電圧端子は前記他方の増幅系の初段増幅段と前記一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記各増幅系の最終増幅段と前記電源電圧端子間にはインダクタが直列に接続され、
前記インダクタは表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルからなり、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
前記増幅段に電気的に接続されるインダクタのうち1乃至全部は表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルで構成され、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする無線通信装置。 - 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
入力端子と、
出力端子と、
電源電圧端子と、
前記入力端子と前記出力端子間に従続接続されるとともに、上記電源電圧端子から電源電圧を供給される複数の増幅段とを有し、
最終増幅段と前記電源電圧端子との間にインダクタが直列に接続され、
前記インダクタは表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルからなり、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする無線通信装置。 - 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
増幅系を複数有し、
各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
各増幅系の最終増幅段と電源電圧端子との間にインダクタが直列に接続され、
前記インダクタは表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルからなり、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする無線通信装置。 - 送信部に高周波電力増幅装置を有し、前記高周波電力増幅装置の出力をアンテナに出力する無線通信装置であって、
前記高周波電力増幅装置は、
二つの増幅系と、
前記各増幅系の入力端子と、
前記各増幅系の出力端子と、
二つの電源電圧端子とを有し、
前記各増幅系は複数の増幅段を従続接続した多段構成となり、
前記一方の電源電圧端子は前記一方の増幅系の初段増幅段と前記他方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記他方の電源電圧端子は前記他方の増幅系の初段増幅段と前記一方の増幅系の残りの増幅段にそれぞれ接続され、
前記各増幅系の最終増幅段と前記電源電圧端子間にはインダクタが直列に接続され、
前記インダクタは表面を絶縁膜で被った線材を螺旋状に巻き両端を電極としたコイルからなり、
前記インダクタは、その主面に、複数の配線と、前記複数の配線に電気的に接続された第1電極及び第2電極とを有するモジュール基板に接続され、
前記第1及び第2電極のそれぞれは、平面的に見て、第1方向に延びる第1部分と、前記第1部分の一端部から前記第1方向と略垂直方向に延びる第2部分と、前記第1部分の他端部から前記第2方向に延びる第3部分とを有し、
前記第1及び第2電極は、各々の第2及び第3部分が向かい合うように配置され、
前記インダクタは、前記絶縁膜から露出する部分が前記第1電極及び第2電極の上部に位置するように配置され、
前記インダクタは、前記第1及び第2電極に半田材で接合され、
前記第1及び第2電極のそれぞれの第2及び第3部分は、前記インダクタの絶縁膜で被われた線材部分まで延びていることを特徴とする無線通信装置。
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