CN101663793B - 非可逆电路元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非可逆电路元件，其在一对金属壳体内从下顺次设有：具有多个外侧突起的接地板；具有露出接地板的孔部的树脂部件；配置在树脂部件的孔部内的石榴石板；配置在石榴石板的主面上的微波带状线部件；配置在微波带状线部件上的分隔部件；以及配置在分隔部件上的永久磁铁，其中，接地板的外侧突起的至少一部分通过树脂部件的孔部延伸至分隔部件的上表面，被折曲成包围石榴石板、微波带状线部件以及分隔部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种作为车载电话、手提电话等微波带的高频器件使用的非可逆电路元件(例如隔离器、循环器)。
背景技术
一般，隔离器、循环器等非可逆电路元件具有使信号仅在传输方向通过、阻止其向反方向传输的功能。非可逆电路元件具有分布定数类型和集中定数类型。图16表示分布定数类型的非可逆电路元件的内部结构，图17表示其剖面。该非可逆电路元件在上下的金属壳体10a、10b上设有：具有从圆形中心部以辐射状延伸出的三条线路的微波带状线部件(也称作中心导体)35；配置在微波带状线部件35的圆形中心部的两表面上的一对石榴石板30、30；配置在石榴石板30、30两侧以对该石榴石板30、30给予直流磁场的永久磁铁20、20。另外，永久磁铁20也可以为一张。在设于金属壳体10b的侧壁上的各连接器120a～120c的端子150a～150c上连接有微波带状线部件35的线路。
图18表示特开2003-124711号公开的分布定数类型的非可逆电路元件的外观，图19表示其内部结构。该非可逆电路元件1在金属壳体10和盖体12之间从上顺次收纳有上铁板13、永久磁铁20、下铁板15、接地板16、两张铁素体石榴石板30、由两张铁素体板30夹持的微波带状线部件35以及接地板16。微波带状线部件35通常由0.1～0.25mm的薄铜板形成，通过在TM 110模式下共振的共振部(三角形的中央部)、从共振部以辐射状延伸的三条线路35a～35c、设于各线路35a～35c的途中的阻抗匹配用的λ/4长的阻抗变换器、设于各线路35a～35c的前端部上的输入输出连接用电极36a～36c构成。输入输出连接用电极36a～36c从金属壳体10的周围突出，软钎焊在电路基板上。
当电流流过微波带状线部件35时，在石榴石板30上产生高频磁场。由该永久磁铁20在石榴石板30中产生旋转磁场，从而被输入线路35a～35c的任一条线路中的高频磁场的极化面旋转，仅向规定的线路输出。
对于分布定数类型的非可逆电路元件，至此已经研讨过各种各样的小型化方案，但是由于石榴石板的尺寸由非可逆电路元件的工作频率决定，所以其小型化是困难的。另外，也提出有提高永久磁铁的性能或采用一张永久磁铁的方案，但是存在局限。
而且，还存在当构成部件的位置偏移时，则非可逆电路元件的电气特性降低的问题。从永久磁铁20给予石榴石板30的直流磁场需是均匀的，但是若石榴石板30、微波带状线部件35、接地板40、树脂部件60等部件的位置偏移，则磁场变得不均匀，输入输出端子36a～36c的阻抗会从设计值偏离，不能得到所希望的电气特性。部件的位置偏移不仅在组装时产生，而且也会由于使用中的撞击等引起。因此，提出有在石榴石板30的外周缘粘接输入输出端子36a～36c的方案，但是不仅需要多个粘连工序，而且出现粘接剂环绕进石榴石板30的主面侧，因粘接剂导致在输入输出端子和接地板40之间形成寄生电容等问题。
发明内容
因此，本发明目的在于提供一种不会使电气特性劣化而能够简单地实现薄型化、且配置在金属壳体间的部件不会位置偏移的非可逆电路元件。
本发明的非可逆电路元件，其在一对金属壳体内从下顺次设有：具有多个外侧突起的接地板；具有露出所述接地板的孔部的树脂部件；配置在所述树脂部件的孔部内的一个石榴石板；配置在所述石榴石板的主面上的微波带状线部件；配置在所述微波带状线部件上的由耐热性树脂构成的分隔部件；以及配置在所述分隔部件上的永久磁铁，在所述石榴石板和所述分隔部件之间不具有其他的石榴石板，所述石榴石板的厚度是0.15～0.5mm，其中，所述接地板的所述外侧突起的至少一部分通过所述树脂部件的孔部延伸至所述分隔部件的上表面，并被折曲成包围所述石榴石板、所述微波带状线部件以及所述分隔部件。
优选地，在所述下金属壳体的下表面配置有端子部件，所述微波带状线部件被向下表面侧折曲成与所述端子部件的高频端子连接。优选地，设于所述接地板的突起中不通过所述孔部的另一部分被向下表面侧折曲并与所述端子部件的接地端子连接。根据这样的结构，能够防止部件间的位 置偏移，并且即使在微波带状线部件上施加外力，也能够防止其变形。
优选地，所述微波带状线部件通过粘接性树脂薄膜粘贴在所述石榴石板上。优选地，所述粘接性树脂薄膜在两表面上具有粘接层，并也粘贴在所述分隔部件上。这样的结构，能够进一步防止部件间的位置偏移。作为粘接性树脂薄膜若使用具有硅类粘接剂层的聚酰亚胺薄膜，则即使当非可逆电路元件组装或软钎焊时被暴露于260℃程度的热之中也能够维持粘接性。
优选地，所述微波带状线部件包括中央部、从所述中央部延伸出的带状电极和所述带状电极的分支线路，所述分支线路起到作为微波带状线路的作用。优选地，所述分支线路在直到所述石榴石板的外缘部的位置配置低阻抗线路，所述低阻抗线路和所述接地板形成接地电容。
〔发明效果〕
本发明的非可逆电路元件使用一张石榴石板，在树脂部件的孔部内配置接地板、石榴石板以及微波带状线部件，并且通过接地板和分隔部件包围石榴石板以及微波带状线部件的结构，从而能够防止部件的位置偏移，并且也没用工作频带的狭窄化以及电气特性的劣化，能够简单地实现薄型化。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的非可逆电路元件的外观的立体图。
图2是表示本发明的一实施方式的非可逆电路元件的内部结构的分解立体图。
图3是表示本发明的一实施方式的非可逆电路元件中上金属壳体以及除去永久磁铁的部分的内部结构的俯视图。
图4是图3的A-A剖面图。
图5是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的微波带状线部件的俯视图。
图6(a)是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的树脂基板的俯视图。
图6(b)是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的树脂基 板的仰视图。
图7是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的接地板的俯视图。
图8是表示本发明的另一实施方式的非可逆电路元件的外观的立体图。
图9是表示本发明的另一实施方式的非可逆电路元件的内部结构的分解立体图。
图10是表示本发明的另一实施方式的非可逆电路元件中上金属壳体以及除去永久磁铁的部分的内部结构的俯视图。
图11是图10的B-B剖面图。
图12是表示用于本发明的另一实施方式的非可逆电路元件的微波带状线部件的俯视图。
图13是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的接地板的俯视图。
图14(a)是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的端子基板的俯视图。
图14(b)是表示用于本发明的一实施方式的非可逆电路元件的端子基板的仰视图。
图15是表示本发明的另一实施方式的非可逆电路元件的仰视图。
图16是表示以往的非可逆电路元件的内部结构的俯视图。
图17是表示以往的非可逆电路元件的内部结构的剖面图。
图18是表示以往的其他非可逆电路元件的外观的立体图。
图19是表示以往的其他非可逆电路元件的内部结构的分解立体图。
具体实施方式
〔1〕第一实施方式
图1～7表示作为循环器使用的本发明的第一实施方式的非可逆电路元件。该非可逆电路元件从下顺次设有下金属壳体10b、具有多个突起45a～45c并配置在下金属壳体10b内的接地板40、在大致中央部具有露出接地板40的孔部67的树脂部件60、配置在树脂部件60的孔部67中的 石榴石板30、配置在石榴石板30的主面上的微波带状线部件35、经由分隔部件55配置在微波带状线部件35上的永久磁铁20、具有嵌入下金属壳体10b的接承部的突部并以内设有上述部件的状态与下金属壳体10b一体卡合的上金属壳体10a。微波带状线部件35从上下金属壳体10a、10b的间隙延伸出，并与外部电路连接。
由于永久磁铁的介电损失有石榴石板之介电损失的100倍之大，所以若将微波带状线部件接近配置，则不免会使电气特性劣化。另外，作为永久磁铁使用钐钴磁铁或钕磁铁等比电阻小的金属磁铁的情况下，因涡电流损耗会导致电气特性劣化。因此，需要隔开间隔来配置微波带状线部件和永久磁铁。因此，在本发明中，相对于图17所示的以往的微波带状线部件由两张石榴石板夹持的结构(三层板结构)，石榴石板选用一张，并且在微波带状线部件和永久磁铁之间配置分隔部件。大家知道，在这样的结构中，由于对非可逆性没有帮助的空气区域的磁能增加，所以会使非可逆电路元件频带窄化，但是本发明人等进行研究后得知：通过减薄石榴石板，降低阻抗，并采用电容大的结构，能够防止频带窄化。通过这样的结构还能够实现非可逆电路元件的低背化。
起到作为磁轭的作用的上下金属壳体10a、10b例如通过冲切SPCC、42Ni-Fe合金、45Ni-Fe合金、Fe-Co合金等磁气特性优越的厚度为100～300μm程度的金属板并进行折弯加工而成。优选磁轭的最大磁导率为5000以上、饱和磁通密度为1.4特斯拉以上。优选在还起到作为接地端的作用的上下金属壳体10a、10b的表面上形成电阻率5.5μΩcm以下、优选3.0μΩcm以下，更优选1.8μΩcm以下的导电性金属(银、铜、金或铝)的皮膜。导电性金属皮膜的厚度为0.5～25μm，优选0.5～10μm、更优选1～8μm。导电性金属皮膜构成高频电流流向接地端子的路径，提高高频信号的传送效率，并抑制与外部的相互干涉，降级损耗。另外，导电性金属中，银在软钎焊性、接触阻抗以及成本方面是有利的，但与空气中的氧、水分等反应而容易变色，软钎焊性降低，接触阻抗增大，所以优选在表面上形成有机螯合物皮膜等保护膜。
配置在下金属壳体10b的内侧底面上的树脂部件60由玻璃纤维强化环氧树脂、特氟隆(注册商标)等印制电路板构成。在树脂部件60的上 表面，如图6(a)所示形成有用于软钎焊连接微波带状线部件35的电极62a～62c，在底面整体上，如图6(b)所示形成有接地电极66。对各电极实施焊料镀敷。接地电极66与下金属壳体10b软钎焊连接。由电极62a～62c和接地电极66形成的接地电容的阻抗能够通过电极62a～62c的面积调整。若使树脂部件60的厚度与石榴石板30大致相同，则与电极62a～62c连接的微波带状线部件35，与在石榴石板30的上表面折曲的接地板40的突起45a～45c之间没有台阶差。
在树脂部件60的孔部67中软钎焊配置由薄铜板构成的接地板40。接地板40的突起45a～45c被向上方折曲，通过孔部67而从树脂部件60的上表面延伸出。接地板40的厚度优选0.05～0.2mm，更优选0.08～0.15mm。为了防止表面氧化，优选对接地板40实施Ag、Au等保护镀敷。保护镀敷的电阻率优选1.0×10-7Ω·m以下。
在由配置于树脂部件60的孔部中的接地板40的突起45a～45c包围的区域上配置石榴石板30。优选石榴石板的厚度为0.15～0.5mm。当石榴石板30的厚度不足0.15mm，则不仅强度过低，而且不能够得到必要的阻抗，产生输入输出阻抗的偏差，插入损耗大，通过频带窄。另外，当超过0.5mm，则不能实现非可逆电路元件的低背化。
在石榴石板30上配置微波带状线部件35，以从接地板40的突起45a～45c之间延伸出分支线路。图5表示微波带状线部件35的平面形状。微波带状线部件35能够通过蚀刻而由厚度30～250μm的金属薄板形成。微波带状线部件35由中央的接合部35a、从接合部35a以等间隔延伸至石榴石圆板30的外周附近的三根带状电极39a～39c、从带状电极39a～39c之间延伸出的三条分支线路36a～36c构成。该分支线路36a～36c具有一个以上的通孔。使分支线路36a～36c沿着石榴石圆板30的侧面折曲，通过在通孔中涂敷膏状焊料并加热而与树脂部件60的固定电极62a～62c软钎焊连接，使末端部从上下金属壳体10a、10b之间延伸出。延伸出的末端部起到作为其他电路元件或与电路元件连接的连接端子的作用。分支线路36a～36c和接地板40构成补偿工作频率的偏差和频带宽度的狭窄化的接地电容。
在循环器中，将接合部35a以及分支线路36a～36c设置在旋转对象 上，但是隔离器中，对其中一个分支线路添加终端阻抗R。若终端阻抗R在工作频率下含有大量电抗成分，则产生阻抗的偏差，导致电气特性劣化，所以为了对此进行补偿，优选使与终端阻抗R连接的分支线路的宽度与其他分支线路不同。
在由接地板40的突起45a～45c划分的区域内以与微波带状线部件35的带状电极39a～39c重合的方式配置分隔部件55。分隔部件55优选在焊料回流的高温下不软化的液晶聚合物、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚醚酮、环氧树脂、酚醛树脂、特氟隆(注册商标)等耐热性树脂形成。可以将铜箔等导电体粘附在分隔部件55的一部分上，与接地板40的突起45a～45c连接。决定微波带状线部件35和永久磁铁20的间隔的分隔部件55的厚度优选为石榴石板30的厚度的1～2倍。当其比率超过2倍，则不能够实现非可逆电路元件的低背化，会使从永久磁铁20施加给石榴石板30的直流磁场的分布不均匀。
在组装工具上、要配置连接下金属壳体10b、接地板40、树脂部件60、石榴石板30、微波带状线部件35以及分隔部件55的部位上涂敷焊料膏后，将接地板40的突起45a～45c折曲成与分隔部件55的上表面相接，当通过回流炉，则不仅完成必要的软钎焊，而且石榴石板30和微波带状线部件35被固定。
若在微波带状线部件35之上粘附粘接性树脂薄膜(例如具有耐热性优良的硅类粘接剂层的聚酰亚胺薄膜)，则能够进一步可靠地防止部件的位置偏移。树脂薄膜的粘接层可以是单面的，也可以是双面的。在双面粘接薄膜的情况下，微波带状线部件35以及分隔部件55两者能够同时固定。由于粘接性树脂薄膜的处理容易，所以能够降低基于操作者技能的组装偏差。硅类粘接剂即使在非可逆电路元件组装或软钎焊时暴露于260℃程度的热之中也能够维持粘接性。
在分隔部件55之上配置粘贴有永久磁铁20的上金属壳体10a，将上金属壳体10a的侧壁的突起嵌入下金属壳体10b的侧壁的凹陷中，则得到具有图1所示的外观的非可逆电路元件。
实施例1
图1～图7所示的结构的非可逆电路元件如以下制造。上下金属壳体 10a、10b由厚度0.5mm的SPCC板通过冲切制作。在下金属壳体10a上分别顺次形成5μm厚度的Cu镀敷、5μm厚度的Ni镀敷以及0.05μm厚度的Au镀敷。
在下金属壳体10b的内侧底面上配置由厚度0.6mm的液晶聚合物构成的树脂部件60，在树脂部件60的孔部67中配置接地板40。在孔部67内的接地板40上配置直径10mm以及厚度0.5mm的石榴石板30(由介电常数εr为11、饱和磁化4πMs为115mT、以及介电损失tanδε为2×10-4的铁素体石榴石构成)。
在石榴石圆板30之上配置通过蚀刻而由厚度100μm的金属薄板形成的微波带状线部件35。在微波带状线部件35上配置由厚度0.5mm的硅树脂构成的分隔部件55。配置在分隔部件55上的永久磁铁20为直径13mm以及厚度6.0mm的La-Co置换型铁素体磁铁(日立金属株式会社制YBM-9BE、残留磁通密度Br：430～450mT、固有矫顽力iHc：382～414kA/m)。微波带状线部件35和永久磁铁20的间隔通过分隔部件55调整为0.5mm。
将配置在永久磁铁20上的上金属壳体10a与下金属壳体10b嵌合，得到具有15mm×15mm×6.5mm的外尺寸(除突起部11a、11b)的非可逆电路元件。该非可逆电路元件比以往的产品降低大约0.5mm高度。使用网络分析器对电气特性评估结果是，该非可逆电路元件在2.5GHz下显示0.25dB的插入损耗、25dB的反射损耗以及30dB的隔离度，较以往产品逊色。
〔2〕第二实施方式
图8～图15表示第二实施方式的非可逆电路元件。该非可逆电路元件在微波带状线部件35的形状、在下金属壳体10b之下配置由印制电路板构成的电子部件70并使接地板40的突起42a～42c以及微波带状线部件35的分支线路36a～36c与电子部件70软钎焊这两点上与第一实施方式的非可逆电路元件不同。因此，关于与第一实施方式的非可逆电路元件相同的部分，省略其说明。
如图12所示，微波带状线部件35具有中央部(接合部)35a、从接合部35a以等间隔延伸至石榴石圆板30的外周附近的三根带状电极39a～ 39c、从带状电极39a～39c之间延伸出的三条分支线路36a～36c。在各分支线路36a～36c上、直到石榴石圆板30的外周缘为止的部分设置有起到作为匹配电路的作用的低阻抗线路38a～38c。
为了确保分支线路36a～36c的λ/4线路长，即使接合部35a的面积与石榴石圆板30的面积相比非常小，通过低阻抗线路38a～38c也能够补偿工作频率的偏差和频带宽度的狭窄化。
在微波带状线部件35的上表面粘贴粘接性树脂薄膜50。粘接性树脂薄膜50优选比微波带状线部件35的接合部35a大、且为石榴石板30以下。
如图13所示，接地板40具有六个突起42a～42c、45a～45c。突起42a～42c被向上方折曲。设于接地板40的角部上的孔作为显示与下金属壳体10b的连接位置的标记使用，在此涂敷焊料膏。
端子部件70由玻璃纤维强化环氧树脂、特氟隆(注册商标)等印制电路板等构成。如图14(a)所示，在端子部件70的整个上表面形成有与下金属壳体10b软钎焊连接的接地电极71。另外，如图14(b)所示，在端子部件70的底面上、在中央部形成有接地电极72，在周边部形成有与接地电极72连续的接地端子73a～73c以及输入输出用电极75a～75c。上下表面的接地电极71、72通过贯通孔(图中黑圆所示)连接。对各电极实施焊料镀敷。
除在下金属壳体10b之下配置端子部件70外，与第一实施方式相同地，在要配置连接部件的部位上涂敷焊料膏后，将接地板40的突起45a～45c折曲成与分隔部件55的上表面相接，当通过回流炉，则不但完成必要的软钎焊，而且石榴石板30以及微波带状线部件35被固定。在回流后，如图11所示，将接地板40的突起42a～42c向下方弯折，沿着下金属壳体10b以及端子部件70折曲，如图12所示，与端子部件70的接地端子73a～73c连接。另外，微波带状线部件35的分支线路36a～36c也向下方折曲成包围树脂部件60、下金属壳体10b以及端子部件70，并如图15所示与端子部件70的高频端子75a～75c连接。
[0061当通过激光或烙铁等对突起45a～45c以及分支线路36a～36c进行局部加热，则实施给端子部件70的电极的镀敷层熔化，突起45a～45c以及 分支线路36a～36c与端子部件70的电极连接。
回流后，由于折曲接地板40的突起45a～45c以及微波带状线部件35的分支线路36a～36c，所以这些部件不会偏移，而能够进行可靠的软钎焊。结果，能够将配置在金属壳体间的部件稳固地保持在接地板40以及微波带状线部件35上，即使组装后作用外力，也不会引起位置偏移，不会导致特性劣化。
以上参照附图详细说明了本发明，但是不限定于此，在技术构思的范围内能够进行各种变更。例如，作为部件的接合手段，除软钎焊外，也可以使用钎料、导电性粘接剂、点焊等。另外，在以上从接地板40到分隔部件55顺次进行组装，但是也可以预先组装这些部件而形成一体部件，将其收纳在树脂部件60的孔部67中。
Claims (7)
1.一种非可逆电路元件，其特征在于，
在一对金属壳体内从下顺次设有：
具有多个外侧突起的接地板；
具有露出所述接地板的孔部的树脂部件；
配置在所述树脂部件的孔部内的一个石榴石板；
配置在所述石榴石板的主面上的微波带状线部件；
配置在所述微波带状线部件上的由耐热性树脂构成的分隔部件；以及
配置在所述分隔部件上的永久磁铁，
在所述石榴石板和所述分隔部件之间不具有其他的石榴石板，
所述石榴石板的厚度是0.15～0.5mm，
其中，所述接地板的所述外侧突起的至少一部分通过所述树脂部件的孔部延伸至所述分隔部件的上表面，并被折曲成包围所述石榴石板、所述微波带状线部件以及所述分隔部件。
2.如权利要求1所述的非可逆电路元件，其特征在于，
在下侧的所述金属壳体的下表面配置有端子部件，所述微波带状线部件被向下表面侧折曲成与所述端子部件的高频端子连接。
3.如权利要求2所述的非可逆电路元件，其特征在于，
设于所述接地板的突起中不通过所述孔部的另一部分被向下表面侧折曲并与所述端子部件的接地端子连接。
4.如权利要求1～3中任一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，
所述微波带状线部件通过粘接性树脂薄膜粘贴在所述石榴石板上。
5.如权利要求4所述的非可逆电路元件，其特征在于，
所述粘接性树脂薄膜在两表面具有粘接层，并也粘贴在所述分隔部件上。
6.如权利要求1～3中任一项所述的非可逆电路元件，其特征在于，
所述微波带状线部件包括中央部、从所述中央部延伸出的带状电极和所述带状电极间的分支线路，
所述分支线路起到作为微波带状线路的作用。
7.如权利要求6所述的非可逆电路元件，其特征在于，
所述分支线路在直到所述石榴石板的外缘部为止的位置配置低阻抗线路，所述低阻抗线路和所述接地板形成接地电容。
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