CN101593864B - 不可逆电路元件以及复合电子部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种排除铁氧体·磁铁元件的永久磁铁的磁力的影响，可实现小型化的不可逆电路元件的制造方法以及复合电子部件的制造方法。前述方法是：将铁氧体·磁铁元件(30)焊接在基板(20)的表面，前述铁氧体·磁铁元件(30)由具有以相互电绝缘状态交叉配置的第一以及第二中心电极的铁氧体(32)、和为了对该铁氧体(32)施加直流磁场而在铁氧体(32)的两主面所固定的一对永久磁铁(41)来构成。以将磁体板(50)配置在基板(20)的背面的状态，将铁氧体·磁铁元件(30)焊接到该基板(20)的表面。
Description
技术领域
本发明涉及不可逆电路元件，尤其涉及在微波段使用的隔离器(isolator)、循环器(circulator)等的不可逆电路元件的制造方法以及装备该不可逆电路元件的复合电子部件的制造方法。
背景技术
以往，隔离器或循环器等的不可逆电路元件具有只向预先设定的特定方向传送信号而不向相反方向传送的特性。利用这个特性，例如可以将隔离器使用于汽车电话、手机等的移动体通信设备的送信电路部。
一般，在这种不可逆电路元件中，具备规定的匹配电路元件，其由电阻或电容器(电容)、或铁氧体(ferrite)·磁铁元件构成，而前述铁氧体·磁铁元件又由形成中心电极的铁氧体和在其上施加直流磁场的永久磁铁构成。而且，将具备多个不可逆电路元件的复合电子部件，或将具备不可逆电路元件和功率放大器元件的复合电子部件等作为模块来提供。
然而，由于前述铁氧体·磁铁元件，是对永久磁铁的磁力进行测定、调整以后接合在基板的表面(例如回流焊接(reflow soldering))(参照专利文献1)，已经磁化的永久磁铁的漏磁通处于同时使接合于基板表面的具有磁性的其它元件吸引或者排斥的倾向，就需要将铁氧体·磁铁元件与其它元件的距离设定得较大。于是就产生了具备铁氧体·磁铁元件的不可逆电路元件或复合电子部件的尺寸大型化的问题。
【专利文献1】日本特开2002-299914号公报
【专利文献2】日本特开2005-117500号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种排除铁氧体·磁铁元件的永久磁铁的磁力的影响，可以使其小型化的不可逆电路元件的制造方法以及复合电子部件的制造方法。
为了达到前述目的，本发明的第一方式的不可逆电路元件的制造方法，是将铁氧体·磁铁元件接合到基板的表面的不可逆电路元件的制造方法，前述铁氧体·磁铁元件由具有以相互电绝缘状态交叉配置的多个中心电极的铁氧体、和为了对该铁氧体施加直流磁场而在铁氧体的主面所固定的永久磁铁来构成，其特征在于：以将磁性材料构成的板配置在前述基板的背面的状态，将前述铁氧体·磁铁元件接合到该基板的表面。
本发明的第二方式的复合电子部件的制造方法，是将铁氧体·磁铁元件与其它电子部件接合到基板的表面的复合电子部件的制造方法，前述铁氧体·磁铁元件由具有以相互电绝缘状态交叉配置的多个中心电极的铁氧体、和为了对该铁氧体施加直流磁场而在铁氧体的主面所固定的永久磁铁来构成，其特征在于：以将磁性材料构成的板配置在前述基板的背面的状态，将前述铁氧体·磁铁元件与前述其它电子部件接合到该基板的表面。
在前述的制造方法中，在进行将铁氧体·磁铁元件接合到基板表面的安装时，由于在该基板的背面配置了由磁性材料构成的板，因此已经被磁化的永久磁铁的漏磁通会集中到该板上。所以，对为了同时接合而在铁氧体·磁铁元件的周围所配置的其它元件的磁干扰变小，在接合时就不必担心其它的元件的配置会产生混乱。由此，在基板的表面，可以将其它元件更靠近铁氧体·磁铁元件地进行配置，从而可以实现不可逆电路元件或包含这种元件的复合电子部件的小型化。
另外，所谓前述其它元件是指：构成不可逆电路元件的电容器、或电阻等的匹配电路元件；在母基板上邻近配置的同类的铁氧体·磁铁元件；复合电子部件中的功率放大器等的电子元件等。
根据本发明，在安装时构成铁氧体·磁铁元件的永久磁铁的磁力影响变小，从而可以实现不可逆电路元件或复合电子部件的小型化。
附图说明
图1表示实施例1的不可逆电路元件(二端口型隔离器)的分解立体图。
图2是表示带中心电极铁氧体的立体图。
图3是表示前述铁氧体的元件的立体图。
图4是表示铁氧体·磁铁元件的分解立体图。
图5是表示二端口型隔离器的一电路例的等效电路图。
图6是表示制造工序的流程图。
图7是表示实际安装时的永久磁铁的漏磁通的说明图，(A)表示以往的例子，(B)表示本发明的例子。
图8是表示实际安装时的铁氧体·磁铁元件的配置关系的说明图。(A)表示以往的例子，(B)表示本发明的例子。
图9是表示实际安装时的铁氧体·磁铁元件与匹配电路元件的配置关系的说明图。(A)是以往的例子，(B)是本发明的例子。
图10是表示实施例2的不可逆电路元件(二端口型隔离器)的分解立体图。
图11是表示实施例3的复合电子部件的立体图。
图12是表示前述复合电子部件的电路构成的方块图。
图13是表示实施例4的复合电子部件的立体图。
图14是表示实施例5的复合电子部件的立体图。
图中：
1、2、2A、2B-隔离器，3、4、5-复合电子部件，20-基板，20’-母基板，30-铁氧体·磁铁元件，32-铁氧体，35-第一中心电极，36-第二中心电极，41-永久磁铁，50-磁体板，81、81A、81B-功率放大器
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的不可逆电路元件的制造方法以及复合电子部件的制造方法的实施例进行说明。另外，对各实施例中共同的部件、部分赋予同样的符号并省略重复的说明。
(实施例1(隔离器)，参照图1～图9)
图1表示实施例1的二端口型隔离器1的分解立体图。该二端口型隔离器1是集中常数型隔离器，大体上由：基板20、由铁氧体32、一对永久磁铁41组成的铁氧体·磁铁元件30、和作为匹配电路元件的一部分的电容器C1而构成。
在铁氧体32上，如图2所示，在表和背的主面32a、32b上形成相互电绝缘的第一中心电极35以及第二中心电极36。这里，铁氧体32成为具有相互对置的平行的第一主面32a以及第二主面32b的长方体形状。
而且，永久磁铁41为了沿与主面32a、32b基本垂直方向对铁氧体32施加直流磁场，例如通过环氧树脂系的粘结剂被粘结在主面32a、32b上(参照图4)而形成铁氧体·磁铁元件30。永久磁铁41的主面41a与前述铁氧体32的主面32a、32b为同样尺寸，为使相互的外形一致，将主面32a、41a、主面32b、41a彼此对置地配置。
第一中心电极35由导体膜形成。即如图2所示，这个第一中心电极35在铁氧体32的第一主面32a中从右下方立起以分成两根的状态，对长边以比较小的角度向左上倾斜而形成，并朝左上方立起，通过上面32c上的中继用电极35a绕入第二主面32b，在第二主面32b上为了与第一主面32a以透视的状态重叠，而以分成两根的状态形成，且其一端与形成于下面32d的连接用电极35b连接。此外，第一中心电极35的另一端与形成于下面32d的连接用电极35c连接。这样，第一中心电极35围着铁氧体32绕了一圈。而且，第一中心电极35与以下说明的第二中心电极36之间形成绝缘膜，以相互绝缘的状态交叉着。中心电极35、36的交叉角度根据需要而设定，以调整输入阻抗或插入损失。
第二中心电极36由导体膜形成。这个第二中心电极36，首先第0.5圈36a在第一主面32a上从右下向左上以对长边以比较大的角度倾斜地与第一中心电极35交叉的状态而形成，并通过上面32c上的中继用电极36b绕入第二主面32b，该第一圈36c在第二主面32b上以与第一中心电极35基本垂直地交叉的状态形成。第一圈36c的下端部通过下面32d的中继用电极36d绕入第一主面32a，该第1.5圈36e在第一主面32a中以与第0.5圈36a平行地与第一中心电极35交叉的状态而形成，并通过上面32c上的中继用电极36f绕入第二主面32b。以下同样，在铁氧体32的表面分别形成第二圈36g、中继用电极36h，第2.5圈36i、中继用电极36j、第3圈36k、中继用电极361、第3.5圈36m、中继用电极36n、第4圈36o。而且，第二中心电极36的两端分别与形成于铁氧体32的下面32d的连接用电极35c、36p连接。另外，连接用电极35c被用作为第一中心电极35以及第二中心电极36的各自的端部的连接用电极。
此外，连接用电极35b、35c、36p或中继用电极35a、36b、36d、36f、36h、36j、36l、36n，通过在形成于铁氧体32的上下面32c、32d的凹部37(参照图3)涂敷或填充银、银合金、铜、铜合金等的电极用导体而形成。而且，在上下面32c、32d上，与各电极平行地形成虚设(dummy)凹部38，并形成虚设电极39a、39b、39c。这种电极在母铁氧体基板上预先形成通孔(through hole)，并用电极用导体填充此通孔后，通过以分断通孔的位置进行切割(cut)而形成。另外，也可以将各种电极作为导体膜形成在凹部37、38上。
作为铁氧体32采用YIG铁氧体等。第一以及第二中心电极35、36或各种电极可以作为银、银合金的厚膜或者薄膜以印刷、复制、光刻等工艺来形成。作为中心电极35、36的绝缘膜可以采用玻璃、氧化铝等的电介质厚膜、聚酰亚胺等的树脂膜等。它们也可以由印刷、复制、光刻等工艺来形成。
另外，将铁氧体32包含绝缘膜以及各种电极由磁性材料烧制成一体是可行的。此时，可采用耐高温烧成的Pd、Ag或者Pd/Ag来形成各种电极。
永久磁铁41通常采用锶系、钡系、镧钴系的铁氧体磁铁。作为粘结永久磁铁41与铁氧体32的粘结剂42，优选采用单液性热固化型环氧树脂粘结剂。
基板20是LTCC陶瓷基板，在其表面形成有：前述铁氧体·磁铁元件30；或用于对作为匹配电路元件一部分的芯片式的电容器C1进行安装的端子电极25a、25b、25c、25d、25e；或输入输出用电极26、27；和接地电极28。此外，参照图5进行以下说明的匹配电路元件(电容器C2、CS1、CS2、电阻R)作为内部电极形成在基板20上，并通过通孔(via hole)导体等构成规定的电路。
前述铁氧体·磁铁元件30装载在基板20上，铁氧体32的下面32d的电极35b、35c、36p与基板20上的端子电极25a、25b、25c通过回流焊接而一体化，并且永久磁铁41的下面通过粘结剂与基板20一体化。此外，通过回流焊接将电容器C1与基板20上的端子电极25d、25e焊接在一起。
(电路构成，参照图5)
这里，图5的等效电路表示前述隔离器1的一电路例。输入端口P1通过匹配用电容器CS 1将匹配用电容器C1与终端电阻R连接，匹配用电容器CS 1连接到第一中心电极35的一端。第一中心电极35的另一端以及第二中心电极36的一端连接到终端电阻R以及电容器C1、C2上，并且通过电容器CS2连接到输出端口P2。第二中心电极36的另一端以及电容器C2被连接到接地端口P3。
在以上的等效电路构成的二端口型隔离器1中，由于第一中心电极35的一端连接于输入端口P1，另一端连接于输出端口P2，第二中心电极36的一端连接于输出端口P2，另一端连接于接地端口P3，因此可以做成插入损失小的二端口型的集中常数型隔离器。进而，在动作时，第二中心电极36上流过大的高频电流，在第一中心电极35上几乎没有高频电流流过。
另外，由于铁氧体·磁铁元件30，其铁氧体32与一对永久磁铁41被粘结剂42一体化，所以成为机械性稳定，且不会由振动、冲击造成变形·破损的坚固的隔离器。
(制造工序，参照图6)
参照图6对于前述隔离器1的制造工序进行说明。首先，制作铁氧体·磁铁元件30(步骤S1)，对制作成的铁氧体·磁铁元件30进行永久磁铁41的磁力调整·挑选(步骤S2)。磁力调整是以铁氧体·磁铁元件30单体进行的，并在此对无法调整的缺陷品进行排除。
接着，在基板20的背面一侧设置磁体板50(参照图7(B))(步骤S3)。作为磁体板50的原材料，采用铁、镍、不锈钢、磁铁等的磁性材料。然后，将铁氧体·磁铁元件30和电容器C1配置在基板20的表面(步骤S4)，在回流炉中进行焊接(步骤S5)。
然后，从基板20的背面取下前述磁体板50(步骤S6)，对隔离器1进行特性测定(步骤S7)，并在此对缺陷品进行排除。
这里，作为回流焊接的前期工序，对将磁体板50配置到基板20的背面的作用效果进行说明。如图7(A)所示，一旦以在基板20的表面配置了铁氧体·磁铁元件30和电容器C1的状态进行回流焊接，则已经被磁化的永久磁铁41的漏磁通Φ就会吸引相邻的电容器C1，可能会引起电容器位置的偏移。因此，需要将电容器C1离开Z1的距离进行配置，从而造成隔离器1的大型化。
因此，如图7(B)所示，如果在基板20的背面配置磁体板50，则来自永久磁铁41的漏磁通Φ就会集中到磁体板50上，即使将电容器C1配置到距离Z2附近，也不会产生电容器C1的位置偏移。即，由于可以将包含配置于铁氧体·磁铁元件30的周围的磁性成分的元件配置到距离Z2的附近，因此使隔离器1小型化。
根据实验，虽然以往需要将距离Z1设定为0.15mm，但是通过配置了磁体板50，就可以将距离Z2缩小到0.05mm。由于磁体板50在元件安装后不用从基板20取下，因此不必追加多余的部件。
但是，这种隔离器1能以多种方法制作。即，将多个铁氧体·磁铁元件30或多个电容器C1以矩阵状配置在母基板的表面，并以将对应于母基板面积的磁体板50配置于母基板的背面的状态接合(焊接)铁氧体·磁铁元件30或电容器C1，当取下该板50后，按规定的单位截断母基板。
在将铁氧体·磁铁元件30接合到母基板表面时，相邻的铁氧体·磁铁元件30间也会受到永久磁铁41的漏磁通的影响。如图8(A)、(B)所示，当将铁氧体·磁铁元件30以矩阵状配置于母基板的表面时，以实验的方式确认了相邻的铁氧体·磁铁元件30不发生吸附或排斥且能焊接的最小距离。如图8(A)所示，当不配置磁体板50时，最小距离X1是1.1mm，最小距离Y1是0.8mm。另一方面，当焊接时配置了磁体板50的情况下，如图8(B)所示，最小距离X2缩小为0.6mm，最小距离Y2缩小为0.3mm。
如果对焊接安装时将磁体板50配置在母基板背面的作用效果作出总结，则如图9(A)所示，在不使用磁体板50的以往的制造方法中，1单位的隔离器的纵横尺寸为X、Y。如图9(B)所示，根据采用了磁体板50的本实施例，1单位的隔离器的纵横尺寸可缩小到X’、Y’。另外，在图9(A)、(B)中，符号20’表示母基板，点线表示在截取1单位的隔离器时的截取线。
(实施例2(隔离器)，参照图10)
图10表示实施例2的二端口型隔离器2的分解立体图。这个二端口型隔离器2基本上具备与前述实施例1同样的构成，不同的地方在于，将所有的匹配电路元件C1、C2、CS1、CS2、R作为芯片类型，焊接在印刷布线电路基板20A的表面。在印刷布线电路基板20A的表面，形成用于连接第一以及第二中心电极35、36的两端的端子电极25a、25b、25c，另外还形成用于连接各匹配电路元件的端子电极25d、25e。而且，虽然未图示，还形成了输入输出用电极、接地电极。
即使在制造此隔离器2之际，当以回流方式将铁氧体·磁铁元件30和各种匹配电路元件焊接在基板20A的表面时，也是在基板20A的背面配置磁体板50(参照图7(B))来进行的。其作用效果与前述实施例1所说明的一样。
(实施例3(复合电子部件)，参照图11以及图12)
图11表示实施例3的复合电子部件3。该复合电子部件3是将前述隔离器2与功率放大器81安装在印刷布线电路基板82的表面作为模块而构成的。在功率放大器81的周围安装了芯片类型的必要的电路元件83a～83f。
图12表示复合电子部件3的电路构成。阻抗匹配电路86的输出被输入到高频功率放大器电路81，其输出通过阻抗匹配电路85又被输入到隔离器2。
即使在前述复合电子部件3的制造工序中，当将铁氧体·磁铁元件30、功率放大器81或各种电路元件以回流方式焊接到基板82的表面时，也是在基板82的背面配置磁体板50(参照图7(B))来进行的。其作用效果与实施例1说明的一样。
(实施例4(复合电子部件)，参照图13)
图13表示实施例4的复合电子部件4。该复合电子部件4是将隔离器2A、2B安装到印刷布线电路基板91的表面作为模块而构成的。隔离器2A、2B与前述隔离器2的构成相同，隔离器2A例如使用800MHz带宽，隔离器2B例如使用2GHz带宽。
即使在前述复合电子部件4的制造工序中，当将铁氧体·磁铁元件30、匹配电路元件以回流方式焊接到基板91的表面时，也是在基板91的背面配置磁体板50(参照图7(B))来进行的。其作用效果与实施例1说明的一样。
(实施例5(复合电子部件)，参照图14)
图14表示实施例5的复合电子部件5。该复合电子部件5，是将隔离器2A与功率放大器81A的组，以及隔离器2B与功率放大器81B的组分别安装到印刷布线电路基板96的表面作为模块而构成的。
即使在前述复合电子部件5的制造工序中，当将铁氧体·磁铁元件30、功率放大器81A、81B或各种电路元件以回流方式焊接到基板96的表面时，也是在基板96的背面配置磁体板50(参照图7(B))来进行的。其作用效果与实施例1说明的一样。
(其它实施例)
另外，本发明的不可逆电路元件的制造方法以及复合电子部件的制造方法并不限于前述实施例，在其宗旨的范围内可以进行各种各样的变更。
特别是，匹配电路的构成是任意的。而且，在铁氧体·磁铁元件中，也可以将铁氧体与永久磁铁烧制成一体。而且，作为将铁氧体·磁铁元件或匹配电路元件接合在基板表面的方法，除了前述实施例表示的焊接之外，也可以采用基于导电性粘结剂的接合、基于超声波的接合、基于桥式焊接(bridge bonding)的接合等。
另外，铁氧体·永久磁铁也可以将永久磁铁仅固定在铁氧体的一侧的主面上，至于与基板的关系，铁氧体的主面也可以相对于基板平行地配置。
Claims (7)
1.一种不可逆电路元件的制造方法，将铁氧体·磁铁元件接合到基板的表面，前述铁氧体·磁铁元件由具有以相互电绝缘状态交叉配置的多个中心电极的铁氧体、和为了对该铁氧体施加直流磁场而在铁氧体的主面所固定的永久磁铁来构成，其特征在于：
以将磁性材料构成的板已配置在前述基板的背面的状态，将前述铁氧体·磁铁元件接合到该基板的表面，
将多个前述铁氧体·磁铁元件按矩阵状配置在母基板的表面，以将前述板已配置在该母基板的背面的状态接合该铁氧体·磁铁元件，并在取下该板后，按规定的单位截断该母基板。
2.根据权利要求1所述的不可逆电路元件的制造方法，其特征在于：
前述接合是基于回流的焊接接合、基于导电性粘结剂的接合、基于超声波的接合、基于桥式焊接的接合中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的不可逆电路元件的制造方法，其特征在于：在与前述铁氧体的主面正交的面形成前述中心电极的端部电极，并将该端部电极与在前述基板的表面所形成的端子电极进行接合。
4.根据权利要求1或2所述的不可逆电路元件的制造方法，其特征在于：
当以前述板已配置在前述基板的背面的状态将前述铁氧体·磁铁元件接合到该基板的表面时，同时将匹配电路元件接合到该基板的表面。
5.根据权利要求3所述的不可逆电路元件的制造方法，其特征在于：
当以前述板已配置在前述基板的背面的状态将前述铁氧体·磁铁元件接合到该基板的表面时，同时将匹配电路元件接合到该基板的表面。
6.一种复合电子部件的制造方法，将铁氧体·磁铁元件与其它电子部件接合到基板的表面，前述铁氧体·磁铁元件由具有以相互电绝缘状态交叉配置的多个中心电极的铁氧体、和为了对该铁氧体施加直流磁场而在铁氧体的主面所固定的永久磁铁来构成，其特征在于：
以将磁性材料构成的板已配置在前述基板的背面的状态，将前述铁氧体·磁铁元件与前述其它电子部件接合到该基板的表面，
将多个前述铁氧体·磁铁元件按矩阵状配置在母基板的表面，以将前述板已配置在该母基板的背面的状态接合该铁氧体·磁铁元件，并在取下该板后，按规定的单位截断该母基板。
7.根据权利要求6所述的复合电子部件的制造方法，其特征在于：前述接合是基于回流的焊接接合、基于导电性粘结剂的接合、基于超声波的接合、基于桥式焊接的接合中的任意一种。
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