CN101584079B - 非可逆电路元件及其中心导体组装体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非可逆电路元件用的中心导体组装体，构成第一电感元件的至少一个第一中心导体、及构成第二电感元件的第二中心导体，一体形成于由多个磁性体层构成的层叠体，所述第一中心导体通过借助过孔将形成在所述层叠体的第一主面的第一及第二线路、和形成在所述层叠体的内部的第三线路串联连接而成，所述第二中心导体按照在所述第一及第二线路之间与所述第三线路隔着磁性体层交叉的方式，形成在所述层叠体的第一主面。

Description

非可逆电路元件及其中心导体组装体
技术领域
本发明涉及移动电话等微波通信设备等中使用的被称为隔离器(isolator)的非可逆电路元件及其中心导体组装体。
背景技术
非可逆电路元件是一种在石榴石等磁性体(铁素体)中交叉配置多个中心导体，从磁铁向磁性体施加直流磁场，在磁性体内产生旋转共鸣磁场，从而不使输入到一个中心导体的信号衰减地将其向其他的中心导体传输的电路元件。
图12表示特开2004-15430号所公开的被称为双端口隔离器的非可逆电路元件的等效电路，图13表示该非可逆电路元件的构成。该双端口隔离器具有：第一输入输出端口P1；第二输入输出端口P2；连接在两个输入输出端口P1、P2之间，构成第一并联谐振电路的第一电感元件Lin及第二匹配电容器Ci；与第一并联谐振电路并联连接的电阻元件R；和电连接在第二输入输出端口P2与地之间，构成第二并联谐振电路的第二电感元件Lout及第二匹配电容器Cf。作为双端口隔离器的特征，在第一并联谐振电路中设定绝缘(反方向衰减)为最大的频率，在第二并联谐振电路中设定插入损失为最小的频率。
如图13所示，第一电感元件Lin及第二电感元件Lout由带状的第一中心导体Lin及第二中心导体Lout构成，在被永久磁铁30施加直流磁场的铁素体板5的主面或内部以绝缘状态交叉，构成中心导体组装体4。第一匹配电容器Ci及第二匹配电容器Cf由陶瓷多层基板10内的电极图案构成。在陶瓷多层基板10的主面上设置有电极焊盘15及连接焊盘17、18。电极焊盘15借助过孔电极及侧面电极，与形成在陶瓷多层基板10的侧面的第二中心导体Lout的端子电极P2连接。连接焊盘17借助过孔电极及侧面电极，与形成在陶瓷多层基板10的侧面的第一中心导体Lin的端子电极P1连接。连接焊盘18借助过孔电极及侧面电极，与接地电极GND连接。永久磁铁30、中心导体组装体4及陶瓷多层基板10被收容在由磁性金属构成的上下壳体22、25中。
伴随着移动电话的小型轻量化及多功能化带来的部件个数的增加，强烈要求移动电话中使用的隔离器的小型化。目前广泛采用外形尺寸为3.2mm×3.2mm×1.2mm或3.2mm×2.5mm×1.2mm的隔离器，但还被进一步要求小型的隔离器。伴随着这样的小型化，构成双端口隔离器的陶瓷多层基板、中心导体组装体等也必须小型化。
以往，将中心导体和铁素体一体化的中心导体组装体具有各种形态。例如公知有将铜箔卷绕到铁素体板的组装体；或如特开平7-212107号所公开那样，在以银膏对铁素体板印刷形成了成为中心导体的图案之后，层叠多张铁素体板，形成一体烧成的层叠体构造的组装体(图14)等。但是，伴随着中心导体组装体的外形尺寸小至1.5mm×1.5mm的程度，铜箔薄至0.15mm左右，容易发生断裂，难以在确保绝缘性的同时，以规定的交叉角度将中心导体高精度地卷绕到铁素体板上。另一方面，由于层叠型的中心导体组装体具有铁素体与中心导体一体的单片构造，所以，在使用铜箔的情况下没有问题，但由于难以得到大的品质因数Q值，电阻也大，所以插入损失等电特性较差。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供将磁性体及中心导体一体层叠的单片构造的中心导体组装体；及具备该中心导体组装体，并具有出色的插入损失的非可逆电路元件。
本发明的中心导体组装体被用于非可逆电路元件中，该非可逆电路元件具备：构成第一输入输出端口与第二输入输出端口之间的第一并联谐振电路的第一电感元件及第一电容元件、和构成第二输入输出端口与地之间的第二并联谐振电路的第二电感元件及第二电容元件，其特征在于，
具备所述第一及第二电感元件，
构成所述第一电感元件的至少一个第一中心导体、及构成所述第二电感元件的第二中心导体，一体形成于由多个磁性体层构成的层叠体，
所述第一中心导体借助过孔将形成在所述层叠体的第一主面的第一及第二线路、和形成在所述层叠体内部的第三线路串联连接而构成，
所述第二中心导体按照在所述第一及第二线路之间与所述第三线路隔着磁性体层交叉的方式，形成在所述层叠体的第一主面。
优选第一电感元件通过并联连接多个第一中心导体而构成。根据该构成，不仅第一电感元件的电阻降低，而且电感的调整变得容易。
优选平行地配置有多个第一～第三线路，第二中心导体与第三线路隔着磁性体层正交。优选在层叠体的第二主面上形成有与第一中心导体连接的第一端子电极、及与第二中心导体连接的第二端子电极。优选多个第一线路的并联连接及多个第二线路的并联连接，分别通过设置在层叠体内的电极来进行。
本发明的非可逆电路元件具备：构成第一输入输出端口与第二输入输出端口之间的第一并联谐振电路的第一电感元件及第一电容元件、和构成第二输入输出端口与地之间的第二并联谐振电路的第二电感元件及第二电容元件，其特征在于，具备：
中心导体组装体，其具备所述第一及第二电感元件，构成所述第一电感元件的至少一个第一中心导体、及构成所述第二电感元件的第二中心导体，一体形成于由多个磁性体层构成的层叠体，所述第一中心导体通过借助过孔将形成在所述层叠体的第一主面上的第一及第二线路、和形成在所述层叠体内部的第三线路串联连接而成，所述第二中心导体，按照在所述第一及第二线路之间与所述第三线路隔着磁性体层交叉的方式，形成在所述层叠体的第一主面；
向所述中心导体组装体施加直流磁场的永久磁铁；和
内置有所述第一及第二电容元件的多层基板；
在所述多层基板的主面安装所述中心导体组装体。
发明效果
如果将第一中心导体的一部分和第二中心导体设置于层叠体的第一主面，则可得到通过将它们设置到层叠体的内部而使得品质因数(Q值)大的电感元件。并且，通过降低构成第一电感元件的第一中心导体的电阻，可改善插入损失特性。具备上述构成的中心导体组装体的本发明的非可逆电路元件，为小型且具有出色的插入损失特性，其频带很宽。因此，适合应用于移动电话机。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例涉及的非可逆电路元件的分解立体图。
图2是表示本发明的一个实施例涉及的非可逆电路元件的等效电路的图。
图3是表示本发明的一个实施例涉及的中心导体组装体的立体图。
图4是图3的A-A剖面图。
图5是表示本发明的一个实施例涉及的中心导体组装体的分解立体图。
图6是表示本发明的其他实施例涉及的中心导体组装体的剖面图。
图7是表示本发明的一个实施例涉及的非可逆电路元件中使用的多层基板(电容器层叠体)的分解立体图。
图8是表示以往的中心导体组装体的立体图。
图9是图8的B-B剖面图。
图10是表示以往的中心导体组装体的分解立体图。
图11(a)是表示实施例1及比较例1、2的非可逆电路元件的插入损失特性的图表。
图11(b)是表示实施例1及比较例1、2的非可逆电路元件的绝缘特性的图表。
图12是表示以往的非可逆电路元件的等效电路的图。
图13是表示以往的非可逆电路元件的分解立体图。
图14是表示以往的中心导体组装体的分解立体图。
具体实施方式
图1表示本发明的一个实施例涉及的非可逆电路元件的构造。非可逆电路元件由中心导体组装体4、安装中心导体组装体4的陶瓷多层基板(电容器层叠体)5、搭载于陶瓷多层基板5的电阻体R及电容元件Cin、对中心导体组装体4施加直流磁场的永久磁铁3、及兼做磁轭的上下金属壳体1、2构成。图2表示非可逆电路元件的等效电路。除了具备作为阻抗匹配电路的电容元件Cin、和用于信号通频带的宽带化的电感元件Lg以外，该非可逆电路元件的电路与先前说明的双端口隔离器相同。
图3表示中心导体组装体4的外观，图4表示中心导体组装体4的A-A剖面，图5表示中心导体组装体4的内部构造。中心导体组装体4具备：构成第一电感元件Lin的形成第一中心导体的第一线路165a～165c、第二线路167a～167c及第三线路160a～160c、和构成第二电感元件Lout的第二中心导体150。如图5所示，在层S3上，第一线路165a～165c及第二线路167a～167c被对称配置在第二中心导体150的两侧。形成在层S2上的第三线路160a～160c借助设置于层S3的过孔，与第一线路165a～165c的一端及第二线路167a～167c的一端连接。结果，第三线路160a～160c隔着第二中心导体150和磁性体层交叉。在该实例中，第一～第三线路165a～165c、167a～167c及160a～160c平行，且与第二中心导体150正交，但当然不限定于此。
层S1上形成有公共连接电极170。第一线路165a～165c的另一端借助设置于层S1～S3的过孔(图中用黑圆圈表示)与公共的端子电极200c连接，第二线路167a～167c的另一端借助设置于层S2、S3的过孔与层S1的公共连接电极170连接，进而，借助设置于公共连接电极170的过孔与端子电极200d连接。第二中心导体150的两端借助设置于层S1～S3的过孔与端子电极200a、200b连接。
为了形成中心导体组装体4，首先通过刮刀法制作磁性铁素体等磁性陶瓷粉末的生片。磁性陶瓷粉末的组成例如是(Y1.45Bi0.85Ca0.7)(Fe3.95In0.3A0.4V0.35)O12(原子比)。为了制作该组成的生片，例如以球磨机对Y2O3、Bi2O3、CaCO3、Fe2O3、In2O3、Al2O3及V2O5构成的初始原料进行湿式混合，在使得到的料浆干燥之后，以850℃进行预烧，利用球磨机进行湿式粉碎，通过球磨机对得到的多晶磁性陶瓷粉末混合有机粘合剂(例如聚乙烯醇缩丁醛)、可塑剂(例如邻苯二甲酸酯)及有机溶剂(乙醇或丁醇)，并在调整了粘度之后，通过刮刀法形成为板状。生片的厚度在烧结之后例如为40μm及80μm。在各生片上，将Ag、Cu等导电性膏印刷成规定图案，形成包含第一及第二中心导体的电极图案，并且，向通孔中填充导电性膏，形成过孔。将形成了电极图案的生片层叠并对其进行热压接，在利用切割机或钢刀以规定的尺寸设置了狭缝之后对其实施烧成，制成具有多个中心导体组装体的集成基板。将集成基板按狭缝分割、作为各个中心导体组装体，对过孔的露出部、显现于表面的线路及端子电极进行镀覆。其中，集成基板的分割可以在烧结前进行，也可以在烧结后形成狭缝，进而可以不进行镀覆。
如此得到的中心导体组装体例如具有1.6mm×1.3mm×0.2mm的外形尺寸，各线路的宽度为0.1mm、厚度为20μm，第一线路～第三线路的中心间距离(间距)为0.3mm，第三线路160与第二中心导体150的间隔为40μm。过孔具有直径为0.12mm的圆形截面，但也可以是其他的截面形状。
如果为了降低电阻而增厚第三线路160a～160c，则由于生片S2与S3的间隔扩大，所以，有可能发生层叠错移或压接后的层间剥离(层离)。为了防止该状况，只要对生片S2中除了第三线路160a～160c之外的区域，印刷与第三线路160a～160c相同厚度的磁性陶瓷粉末膏即可(图6所示的层S2’)。磁性陶瓷粉末膏可以通过在与生片相同的磁性陶瓷粉末中配合乙基纤维素等粘合剂及溶剂来调制。另外，如果取代磁性陶瓷粉末膏，而使用硼硅酸玻璃或能够低温烧结的电介质膏，则由于层S2’作为磁隙发挥功能，所以，可以提高电感元件的品质因数Q。
图7表示陶瓷多层基板5的层构成。陶瓷多层基板5也由一体烧结成的层叠体构成，在其内部具有形成电容元件Ci、Cf的电容电极65a～65d、及形成电感元件Lg的行式电极80。在层叠体的上面，形成有与中心导体组装体4的端子电极200a～200d连接的电极60a～60c，在背面设置有与在一体具有金属制下壳体2的树脂壳体7上形成的安装端子IN、OUT、GND连接的输入输出端口70a(In)、70b(Out)及接地端子GND。在该实例中，电容元件Cin被搭载于陶瓷多层基板5，但也可以由陶瓷多层基板5内的电容电极形成。
实施例1
在树脂壳体7内，依次配置图7所示的陶瓷多层基板5及图5所示的中心导体组装体4，并进行电连接，进而如图1那样配置永久磁铁3及金属制的上壳体1，构成了例如2.8mm×2.5mm×1.1mm的非可逆电路元件。
比较例1、2
图8～图10表示比较例1的中心导体组装体。该中心导体组装体与本发明的中心导体组装体不同之处在于，将第一中心导体用线路160a～160c配置在层叠体的内部。比较例2的中心导体组装体与比较例1的中心导体组装体相反，在层叠体的表面具有第一中心导体用线路160a～160c，在层叠体的内部具有第二中心导体150。利用比较例1及2的中心导体组装体，与上述同样地制作了非可逆电路元件。
图11(a)及图11(b)分别表示实施例1及比较例1、2的非可逆电路元件的插入损失及绝缘的测定结果。实施例1的非可逆电路元件具有为0.4dB的出色插入损失，而比较例1的非可逆电路元件具有约0.8dB的插入损失，比较例2的非可逆电路元件具有大于比较例1约0.1dB的插入损失。对于绝缘而言，实施例1及比较例1、2的非可逆电路元件大致相同。根据上述情况可知，中心导体组装体中的第一及第二中心导体的配置对插入损失特性影响很大；并且如果在层叠体的第一主面形成第一中心导体的第一及第二线路，且在层叠体的内部形成第三线路，第二中心导体按照在第一及第二线路之间与第三线路隔着磁性体层交叉的方式形成在第一主面，则可得到具有出色的插入损失特性及绝缘特性的非可逆电路元件。

Claims (5)

1.一种中心导体组装体，被用于非可逆电路元件中，该非可逆电路元件具备：构成第一输入输出端口与第二输入输出端口之间的第一并联谐振电路的第一电感元件及第一电容元件、和构成第二输入输出端口与地之间的第二并联谐振电路的第二电感元件及第二电容元件，其特征在于，
所述中心导体组装体具备：由多个磁性体层构成的层叠体；构成所述第一电感元件的至少一个第一中心导体；及构成所述第二电感元件的第二中心导体，
所述第一中心导体借助过孔将形成在所述层叠体的第一主面上的第一及第二线路、和形成在所述层叠体内部的第三线路串联连接而构成，并且所述第一中心导体一体形成于所述层叠体的第一主面及内部，
所述第二中心导体按照在所述第一及第二线路之间与所述第三线路隔着磁性体层交叉的方式，一体形成在所述层叠体的第一主面。
2.根据权利要求1所述的中心导体组装体，其特征在于，
所述第一电感元件通过并联连接多个所述第一中心导体而构成。
3.根据权利要求1或2所述的中心导体组装体，其特征在于，
平行地配置有多个所述第一～第三线路，所述第二中心导体与所述第三线路隔着磁性体层正交。
4.根据权利要求1或2所述的中心导体组装体，其特征在于，
在所述层叠体的第二主面上形成有与所述第一中心导体连接的第一端子电极、及与所述第二中心导体连接的第二端子电极。
5.一种非可逆电路元件，具备：构成第一输入输出端口与第二输入输出端口之间的第一并联谐振电路的第一电感元件及第一电容元件、和构成第二输入输出端口与地之间的第二并联谐振电路的第二电感元件及第二电容元件，其特征在于，所述非可逆电路元件具备：
中心导体组装体，其具备由多个磁性体层构成的层叠体、构成所述第一电感元件的至少一个第一中心导体、及构成所述第二电感元件的第二中心导体，所述第一中心导体通过借助过孔将形成在所述层叠体的第一主面上的第一及第二线路、和形成在所述层叠体内部的第三线路串联连接而成，并且所述第一中心导体一体形成于所述层叠体的第一主面及内部，所述第二中心导体按照在所述第一及第二线路之间与所述第三线路隔着磁性体层交叉的方式，一体形成在所述层叠体的第一主面；
向所述中心导体组装体施加直流磁场的永久磁铁；和
内置有所述第一及第二电容元件的多层基板；在所述多层基板的主面安装所述中心导体组装体。
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