JP2001284910A - 非可逆回路素子および通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低背化を可能とし、且つ半田ボールによる短
絡を回避した非可逆回路素子およびそれを用いた通信装
置を提供する。 【解決手段】 フェライト５４とそれに対してそれぞれ
異なった向きに結合する中心導体５１，５２，５３を設
けた磁性組立体５を用い、各中心導体のポート部と金属
ケース８との間にチップコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３お
よびチップ抵抗Ｒを接続するが、金属ケース８の、ポー
ト部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が接続されるチップ部品の端子の
近傍に孔を形成することによって、半田ボールの発生を
防止し、また仮に半田ボールが生じても端子電極と金属
ケースとの短絡を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯な
どの高周波帯域で使用される、例えばアイソレータなど
の非可逆回路素子、およびそれを用いた通信装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、集中定数形サーキュレータは、フ
ェライト板に近接配置される互いに交差した複数の中心
導体と、フェライト板に直流磁界を印加する磁石とをケ
ース内に収納して構成されている。また、サーキュレー
タの３つのポートのうち所定のポートを抵抗終端させる
ことによってアイソレータが構成されている。

【０００３】図１２は従来のアイソレータの分解斜視図
である。ここで２は磁性体金属からなる箱状の上ヨー
ク、３は上ヨーク２の内面に配置する円板形状の永久磁
石である。また５は磁性組立体であり、円板形状のフェ
ライト５４の底面と同形状である中心導体の連結部にフ
ェライト５４を置き、上記連結部から延び出た３本の中
心導体を、互いに略１２０°の角度をなしてフェライト
５４を包むように折り曲げて配置し、中心導体の先端側
のポート部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を外方へ突出させた構造と
している。Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３はポート部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ
３と、樹脂ケース７内のアース電極との間に接続される
整合用のチップコンデンサである。Ｒはポート部Ｐ３に
導通する電極とアース電極との間に接続される終端用の
チップ抵抗である。７は樹脂ケースである。８は磁性体
金属からなる下ヨークであり、上ヨーク２に組み合わせ
ることによって、閉磁路を構成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１３の（Ａ）は図１
２に示した従来のアイソレータにおける主要部の断面図
である。チップ抵抗Ｒの一方の端子電極はアース端子７
３に接続している。このチップ抵抗Ｒの他方の端子電極
には中心電極のポート部Ｐ３を半田付けしている。また
チップコンデンサＣ３をポート部Ｐ３とアース端子７３
との間に接続している。

【０００５】このように終端抵抗として用いるチップ抵
抗Ｒの端子電極を金属ケース８から樹脂ケースの底部７
ｂで絶縁するようにした構造では、樹脂を射出成形する
際に、金型内での流動性を確保するために、樹脂ケース
の底部７ｂを通常は０．２ｍｍ以上の厚さにする必要が
あり、その分低背化には不利であった。

【０００６】そこで、図１３の（Ｂ）に示すように、チ
ップ抵抗Ｒの中心電極のポート部Ｐ３が接続される部分
の端子電極を金属ケース８とは反対側の面にのみ設けて
おき、このチップ抵抗Ｒのもう一方の端子電極を金属ケ
ース８に直接半田付けするようにした構造も採れる。さ
らに、図１３の（Ｃ）に示すように、チップコンデンサ
Ｃ３も金属ケース８に直接半田付けすることによって低
背化することもできる。

【０００７】ところが、このように金属ケース８の上に
チップ部品を直接半田付けするようにした構造では、端
子電極等に塗布した半田ペースト（クリーム半田）の溶
融時に、中心電極のポート部が接続される端子電極と金
属ケース８との間の狭い空間に、溶融した半田が閉じ込
められて、図中Ｂで示すようにボール状に残ってしまう
現象が稀に生じる。このような半田ボールＢが生じる
と、上記端子電極と金属ケース８との間がショートされ
たり、チップコンデンサＣ３のホット側の電極と金属ケ
ースとがショートするおそれが生じる。

【０００８】この発明の目的は、低背化を可能とし、且
つ半田ボールによる短絡などを回避できるようにした非
可逆回路素子およびそれを用いた通信装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、直流磁界が
印加される磁性体と、該磁性体に対してそれぞれ異なっ
た向きに結合する複数の中心導体と、各中心導体のポー
ト部と金属ケースとの間にチップ部品を接続してなる非
可逆回路素子において、前記金属ケースの、前記ポート
部が接続されるチップ部品の端子が近接する箇所に孔を
形成する。この構造により、チップ部品のポート部の接
続部分を孔によって開放し、半田ボールが残留する可能
性を極めて低くし、チップ部品の端子電極または中心導
体のポート部が金属ケースなどに半田ボールを介して短
絡する、という不良の発生を防止する。

【００１０】また、この発明は、上記孔に絶縁体を充填
または挿入する。これにより、チップ部品の端子部が孔
部分で浮くのを防止し、底部の全面を、孔に充填された
絶縁体および金属ケースに当接させて安定化を図る。ま
た金属ケース内を密閉状態として信頼性を向上させる。

【００１１】また、この発明は、上記絶縁体を、チップ
部品などを収容する樹脂ケースの一部とする。これによ
り、全体の部品点数を削減し低コスト化を図る。

【００１２】また、この発明は、上記金属ケースの外面
側開口を内面側開口より狭くする。この構造により、チ
ップ部品の端子電極近傍の、金属ケースに対して絶縁状
態を保つべき空間を広げ、且つ金属ケースの外部に対す
る開口面積を小さくして、耐環境性を高める。

【００１３】また、この発明は、上記チップ部品とし
て、ほぼ直方体形状を成し、縦方向または横方向の対向
する辺に端子電極を形成し、一方の端子電極を金属ケー
スに導通させ、他方の端子電極を金属ケース側とは反対
側にのみ形成する。この構造により、チップ部品の金属
ケース側（アース側）に接続される側とは反対側の端子
電極、すなわちホット側の端子電極と金属ケースとの距
離を稼いで、半田ボールによる短絡の危険性をより回避
し、信頼性を高める。

【００１４】さらに、この発明は、上記のいずれかの構
成を備えた非可逆回路素子を用いて通信装置を構成す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係るアイソレー
タの構成を図１〜図４を参照して説明する。図１はアイ
ソレータの分解斜視図、図２は上ヨーク２を取り除いた
状態での上面図および側断面図である。ここで２は磁性
体金属からなる箱状の上ヨーク、３は上ヨーク２の内面
に配置する円板形状の永久磁石である。また５は磁性組
立体であり、このフェライト５４の底面と略同形状であ
る中心導体の連結部にフェライト５４を置き、上記連結
部から延び出た３本の中心導体５１，５２，５３を、絶
縁シート（不図示）を介在させて互いに略１２０°の角
度をなしてフェライト５４を包むように折り曲げて配置
し、中心導体５１，５２，５３の先端側のポート部Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３を外方へ突出させた構造としている。７
は上記磁性体組立体と下記チップ部品を収容する樹脂ケ
ースであり、この樹脂ケース７には、ケース内の上面に
一部が露出するアース電極、底面から側面にかけて露出
する入出力端子７２およびアース端子７３などをインサ
ートモールド成形している。整合用のチップコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３はポート部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と樹脂ケ
ース７内のアース電極との間に接続される。また終端用
のチップ抵抗Ｒはポート部Ｐ３に導通する電極とアース
電極との間に接続される。８は磁性体金属からなる下ヨ
ークであり、上ヨーク２に組み合わせることによって、
閉磁路を構成する。これにより、永久磁石３による磁界
がフェライト５４に対してその厚み方向に印加される。

【００１６】図１では金属ケース８を樹脂ケース７から
分離して描いたが、この金属ケース８は樹脂ケース７と
別体であってもよいし、樹脂ケースにインサートモール
ドして一体成型してもよい。

【００１７】図３は上記アイソレータの等価回路図であ
る。この図では、直流磁界をＨで表し、中心導体５１，
５２，５３を等価的なインダクタＬとして表している。
このような回路構成により、順方向の入力端子である入
出力端子７１から入力された信号は、順方向の出力端子
である入出力端子７２から低挿入損失で出力され、入出
力端子７２に入射した信号は抵抗Ｒで消費され、入出力
端子７１からはほとんど出力されない。

【００１８】図４は上記アイソレータのチップ抵抗Ｒお
よびチップコンデンサＣ３部分を通る部分断面図であ
る。図４においてＨは金属ケース８の一部に設けた孔で
あり、チップ抵抗Ｒのホット側の端子電極の位置に設け
ている。また、７３で示す部分は樹脂ケースの底部に一
体成形している。チップコンデンサＣ３の下面のアース
側の電極はこのアース端子７３に半田付けしている。ま
た中心導体のポート部Ｐ３はチップ抵抗Ｒのホット側の
端子電極およびチップコンデンサＣ３のホット側の端子
電極にそれぞれ半田付けしている。また、チップ抵抗Ｒ
のアース側の端子電極は金属ケース８に直接半田付けし
ている。

【００１９】上記各部の半田付けは、それぞれの半田付
けすべき箇所に半田ペースト（クリーム半田）を予め塗
布し、金属ケース８の所定箇所にチップ抵抗Ｒを、アー
ス端子７３の所定位置にチップコンデンサＣ３を、さら
に中心導体のポート部Ｐ３を所定位置にそれぞれ仮固定
した状態で全体を加熱し、上記半田ペーストを溶融させ
て半田付けする。この時、チップ抵抗Ｒのホット側の端
子電極部分の空間は、孔Ｈで開口させているので、狭い
空間に溶融半田が閉じ込められることがなく、半田ボー
ルの発生が抑制される。また、チップ抵抗Ｒのホット側
の端子電極と金属ケース８とは孔Ｈで電気的に絶縁され
ているので、仮に半田ボールが生じて、チップ抵抗Ｒの
ホット側の端子電極に半田ボールが取りついても、チッ
プ抵抗Ｒのホット側の端子電極または中心導体のポート
部Ｐ３と金属ケース８とが半田ボールを介して短絡する
ことはない。

【００２０】図４および図１３において、各部の厚み寸
法を、樹脂ケースが０．２ｍｍ、アース端子（電極）７
３が０．１ｍｍ、チップコンデンサＣ３が０．２ｍｍ、
チップ抵抗Ｒが所謂１００５サイズで０．３５ｍｍとす
れば、図１３の（Ａ）に示した従来構造では、金属ケー
スの樹脂ケースが接する面からチップ抵抗Ｒの上面まで
は０．６５ｍｍである。これに対して、図４に示した例
では、チップ抵抗Ｒの上面がチップコンデンサＣ３の上
面より低くなり、金属ケースの樹脂ケースが接する面か
らチップコンデンサＣ３の上面までが０．５ｍｍとな
り、低背化できる。

【００２１】次に、第２の実施形態に係るアイソレータ
の主要部の部分断面図を図５に示す。（Ａ）に示す例で
は、図４に示した孔Ｈ部分を絶縁性の樹脂９で充填して
いる。また（Ｂ）に示す例では、上記孔Ｈ部分に絶縁性
の樹脂９を挿入している。（Ａ）に示した構造によれ
ば、チップ抵抗Ｒの底面の全面が平面上に搭載されるこ
とになり、その取り付け状態が安定化し、信頼性が高ま
る。また（Ａ），（Ｂ）のいずれの例でも、金属ケース
８に孔が開口したままではないので、孔から塵埃がアイ
ソレータ内に入り込んだりせず、高い耐環境性を実現で
きる。

【００２２】次に、第３の実施形態に係るアイソレータ
の主要部の部分断面図を図６に示す。（Ａ）に示す例で
は、金属ケース８と樹脂ケースとをインサートモールド
成形により一体化するとともに、金属ケース８に設けた
孔部分に樹脂ケースの底部７ｂの樹脂を充填した構造と
している。また（Ｂ）に示す例では、孔部分を完全に充
填せずに、樹脂ケースの底部７ｂで塞いだ構造としてい
る。いずれの場合でも、チップ抵抗Ｒの取り付け状態の
安定性を高め、且つそのホット側の端子電極に半田ボー
ルが付着しても、その半田ボールと金属ケース８との導
通を防いで、金属ケース８に対するチップ抵抗Ｒのホッ
ト側の端子電極の短絡を防止することができる。

【００２３】なお、上記孔Ｈ部分に挿入または充填する
部材としては、樹脂に限らず、他の電気的絶縁体を用い
てもよい。

【００２４】次に、第４の実施形態に係るアイソレータ
の主要部の部分断面図を図７に示す。この例では、金属
ケース８に設けた孔Ｈの金属ケース外面側の開口を内面
側の開口より狭く形成している。この構造により、チッ
プ抵抗Ｒのホット側の端子電極と金属ケース８との絶縁
を確実に行ない、且つ磁路の有効断面積の減少を最低限
にして、磁気抵抗の増大を防止し、磁気回路の劣化を最
低限のものにすることができる。また、金属ケース８に
設けた孔Ｈの外部に対する開口面積が縮小化されるの
で、金属ケース８の電磁シールド効果を損なうことな
く、また塵埃等に対する耐環境性を高めることができ
る。

【００２５】なお、金属ケース８に設けた孔Ｈの金属ケ
ース外面側の開口を内面側の開口より単に狭くするだけ
でなく、両者の形状を異なったものとしてもよい。例え
ば金属ケース外面側の開口を正方形、内面側の開口を長
方形にしてもよい。

【００２６】また、金属ケースの外面側と内面側とで、
開口の形状を異ならせた構造は、図５および図６に示し
たように、孔に絶縁体を設けたものに適用してもよい。

【００２７】次に、第５の実施形態に係るアイソレータ
の主要部の部分断面図を図８に示す。この例では、整合
用のチップコンデンサＣ３を金属ケース８の内面に直接
半田付けしている。このような構造においても、チップ
抵抗Ｒのホット側の端子電極を金属ケース８から絶縁す
る孔Ｈを設けることにより、半田ボールの発生を抑制
し、仮に半田ボールが生じても、チップ抵抗Ｒのホット
側の端子電極と金属ケース８との短絡を確実に防止する
ことができる。

【００２８】このように整合用のチップコンデンサＣ３
を金属ケース８の内面に直接半田付けする構造において
も、図５および図６に示したような、孔に絶縁体を設け
た構造を適用してもよい。同様に、図７に示したような
金属ケースの外面側と内面側とで、開口の形状を異なら
せた構造を適用してもよい。

【００２９】次に、第６の実施形態に係るアイソレータ
の主要部の部分断面図を図９に示す。この例では、チッ
プ抵抗Ｒのホット側の端子電極を金属ケース８から絶縁
する孔Ｈを設けるとともに、この孔Ｈを中心導体のポー
ト部Ｐ３とチップコンデンサＣ３の接続部付近にまで広
げている。この構造により、チップコンデンサＣ３のホ
ット側の端子電極（上面の電極）と金属ケース８との間
に半田ボールが生じることをも抑制し、仮に半田ボール
が生じても、チップ抵抗Ｒのホット側の端子電極または
ポート部Ｐ３と金属ケース８との半田ボールによる短絡
を防止する。

【００３０】なお、このように孔Ｈを中心導体のポート
部Ｐ３とチップコンデンサＣ３の接続部付近にまで広げ
た構造において、図５および図６に示したように、孔に
絶縁体を設けてもよい。

【００３１】次に、第７の実施形態に係るアイソレータ
の主要部の断面図を図１０に示す。この例では、チップ
抵抗Ｒのホット側の端子電極およびチップコンデンサＣ
３のホット側の端子電極に対する中心導体のポート部Ｐ
３の接続部の全体にわたって開口した孔Ｈを金属ケース
８に設け、且つ孔Ｈの外面側の開口面積を縮小化してい
る。この構造により、チップ抵抗Ｒのホット側の端子電
極と金属ケース８との絶縁を確実に行ない、且つ磁路の
有効断面積の減少を最低限にして、磁気抵抗の増大を防
止し、磁気回路の劣化を最低限なものとする。また、金
属ケース８に設けた孔Ｈの外部に対する開口面積を縮小
化して、金属ケース８の電磁シールド効果を損なうこと
なく、また塵埃等に対する耐環境性を高める。

【００３２】以上に示した各実施形態では、上面から端
面を経由して下面にかけて端子電極を形成したチップ抵
抗を用いたが、図１３の（Ｂ），（Ｃ）に示したよう
に、端子電極が上面にのみ形成されていてもよい。この
構造によれば、チップ部品の金属ケース側（アース側）
に接続される側とは反対側の端子電極、すなわちホット
側の端子電極と金属ケースとの距離を稼いで、半田ボー
ルによる短絡の危険性をより確実に回避し、信頼性をさ
らに高めることができる。

【００３３】以上に示した各実施形態では、チップ部品
としてチップ抵抗と単板のチップコンデンサを例に挙げ
たが、チップ部品の上下面に端子電極が形成されたチッ
プ部品であれば、同様に適用できる。例えば、チップイ
ンダクタ（チップコイル）や積層型のチップコンデンサ
を用いる場合にも同様に適用できる。

【００３４】また、各実施形態では、３ポートタイプの
アイソレータを例に挙げたが、磁性体に２つの中心導体
を結合させた２ポートタイプの非可逆回路素子にも同様
に適用できる。

【００３５】また、図１〜図３等で示した例では、円板
形状のフェライトを用いたが、四角形板形状やその他の
多角形板形状であってもよい。

【００３６】次に、上記アイソレータを用いた通信装置
の例を図１１を参照して説明する。同図においてＡＮＴ
は送受信アンテナ、ＤＰＸはデュプレクサ、ＢＰＦａ，
ＢＰＦｂはそれぞれ帯域通過フィルタ、ＡＭＰａ，ＡＭ
Ｐｂはそれぞれ増幅回路、ＭＩＸａ，ＭＩＸｂはそれぞ
れミキサ、ＯＳＣはオシレータ、ＳＹＮは周波数シンセ
サイザである。ＭＩＸａはＳＹＮから出力される周波数
信号を変調信号で変調し、ＢＰＦａは送信周波数の帯域
のみを通過させ、ＡＭＰａはこれを電力増幅して、アイ
ソレータＩＳＯおよびＤＰＸを介しＡＮＴより送信す
る。ＢＰＦｂはＤＰＸから出力される信号のうち受信周
波数帯域のみを通過させ、ＡＭＰｂはそれを増幅する。
ＭＩＸｂはＳＹＮより出力される周波数信号と受信信号
とをミキシングして中間周波信号ＩＦを出力する。この
ような構成の通信装置において、上記アイソレータＩＳ
Ｏとして、図１〜図１０に示したいずれかの素子を用い
る。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、チップ
部品のポート部の接続部分が孔によって開放されるた
め、半田ボールが残留し難く、また半田ボールが生じて
もチップ部品の端子電極または中心導体のポート部が金
属ケースなどに半田ボールを介して短絡する、という不
良の発生が確実に防止できる。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、チップ部
品の端子部が孔部分で浮くこともなく、底部の全面が、
孔に充填された絶縁体および金属ケースに当接するた
め、また、金属ケース内が密閉状態となるため、電子部
品としての信頼性が向上する。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、全体の部
品点数を削減して低コスト化を図ることができる。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、チップ部
品の端子電極近傍の、金属ケースに対して絶縁状態を保
つべき空間が広くなり、且つ金属ケースの外部に対する
開口面積が小さくなるため、半田ボールによる短絡を確
実に防止するとともに、耐環境性を高めることができ
る。

【００４１】請求項５に記載の発明によれば、チップ部
品の金属ケース側に接続される側とは反対側の端子電極
と金属ケースとの距離を稼いで、半田ボールによる短絡
の危険性を更に低下させ信頼性を高めることができる。

【００４２】請求項６に記載の発明によれば、低背化さ
れた低コストの非可逆回路素子を用いて、小型で低コス
トな通信装置を容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るアイソレータの分解斜視
図

【図２】同アイソレータの上ヨークを取り除いた状態で
の上面図および側断面図

【図３】同アイソレータの等価回路図

【図４】同アイソレータの主要部の部分断面図

【図５】第２の実施形態に係るアイソレータの主要部の
部分断面図

【図６】第３の実施形態に係るアイソレータの主要部の
部分断面図

【図７】第４の実施形態に係るアイソレータの主要部の
部分断面図

【図８】第５の実施形態に係るアイソレータの主要部の
部分断面図

【図９】第６の実施形態に係るアイソレータの主要部の
部分断面図

【図１０】第７の実施形態に係るアイソレータの主要部
の部分断面図

【図１１】第８の実施形態に係る通信装置の構成を示す
ブロック図

【図１２】従来のアイソレータの構成を示す分解斜視図

【図１３】従来の３つのタイプのアイソレータの部分断
面図

【符号の説明】

２−上ヨーク ３−永久磁石 ５−磁性組立体 ５１，５２，５３−中心導体 ５４−フェライト ７−樹脂ケース ７ｂ−樹脂ケース底部 ７１，７２−入出力端子 ７３−アース端子 ８−金属ケース ９−樹脂（絶縁体） Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３−ポート部 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３−チップコンデンサ Ｒ−チップ抵抗 Ｂ−半田ボール Ｈ−孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流磁界が印加される磁性体と、該磁性
   体に対してそれぞれ異なった向きに結合する複数の中心
   導体と、各中心導体のポート部と金属ケースとの間に接
   続されるチップ部品とを備えてなる非可逆回路素子にお
   いて、 前記金属ケースの、前記ポート部が接続される前記チッ
   プ部品の端子が近接する箇所に孔を形成した非可逆回路
   素子。
2. 【請求項２】 前記孔に絶縁体を充填または挿入した請
   求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 【請求項３】 前記絶縁体は、前記チップ部品等を収容
   する樹脂ケースの一部である請求項２に記載の非可逆回
   路素子。
4. 【請求項４】 前記孔は、前記金属ケースの外面側開口
   を内面側開口より狭くした請求項１、２または３に記載
   の非可逆回路素子。
5. 【請求項５】 前記チップ部品は、略直方体形状をな
   し、縦方向または横方向の対向する辺に端子電極が形成
   されていて、一方の端子電極が前記金属ケースに導通
   し、他方の端子電極が金属ケース側とは反対側にのみ形
   成されている請求項１〜４のうちいずれかに記載の非可
   逆回路素子。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれかに記載の非
   可逆回路素子を用いた通信装置。