JP2006109382A - 非可逆回路素子用磁気回転子及び非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波特性の優れた磁気回転子及び非可逆回路素子を提供する。
【解決手段】フェライト基体１２と、中心電極１１とを含む。フェライト基体１２は、少なくとも、一部が絶縁膜１１４によって覆われている。中心電極１１を構成する第２の中心導体１１２は、絶縁膜１２の表面に付着されている。非可逆回路素子は、この磁気回転子を組み込んで構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アイソレータ、サーキュレータ等の非可逆回路素子を構成する磁気回転子及び非可逆回路素子に関する。

アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、例えば携帯電話等の移動体無線機器等に使用されている。この種の非可逆回路素子は、例えば、特許文献１、２などで代表されるように、ヨークとして機能する磁性金属ケース内に、フェライト基体と中心電極等で構成された磁気回転子や永久磁石等の磁性部品及び整合用コンデンサさらには終端抵抗等の電気部品を収容して構成される。

フェライト基体には、中心電極が組み合わされ、永久磁石から直流磁界が印加される。中心電極は、複数本の中心導体を含み、一端がフェライト基体の一面上に配置され、グランド部として金属ケースにアースされ、中心導体が、フェライト基体の他面上で互いに所定の角度をもって交差するように絶縁して配置され、先端が外部端子とされる。

フェライト基体に対する中心電極の組み合わせ構造としては、中心電極材料として、金属薄板を用い、金属薄板をフェライト基体に折り曲げて装着するタイプと、フェライト基体に印刷により中心電極を形成したタイプが知られている。

これらの２つのタイプの中心電極構造のうち、後者の方が、小型化、高周波化及び量産化の点で前者に優れていると一般に見られている。

ところが、軟磁性体に印刷による中心電極膜を形成したタイプものは、高周波化が進展するにつれて、十分な特性が出なくなるということが分かった。その原因の一つは、次のように考えられる。即ち、フェライト基体がフェライトで構成されているため、電極形成面にフェライト粒界による凹凸が現れ、電極の幅方向の端縁が上記凹凸に追従して凹凸縁となる。このような状態の電極に高周波電流が流れた場合、高周波電流が高周波化されるほどに表皮効果が顕著になり、そのために、高周波特性が劣化するというものである。
特開平１１−２０５０１１号公報 特開平１１−９７９１０号公報

本発明の課題は、高周波特性の優れた磁気回転子及び非可逆回路素子を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路素子用磁気回転子は、フェライト基体が、少なくとも、一部が絶縁膜によって覆われており、中心電極は、前記絶縁膜の表面に付着されている。

上記構成によると、フェライト粒界による凹凸が現れている電極形成面が、絶縁膜により平坦化される。このようにして平坦化された絶縁膜の表面に中心電極を形成することになるので、電極の幅方向の端縁が凹凸の少ない直線状の端縁となる。このため、中心電極に高周波電流が流れた場合でも、表皮効果が低減され、高周波特性が維持されることになる。

絶縁膜は、好ましくは、合成樹脂膜又はガラス膜によって構成される。絶縁膜は、電極形成面の全面に設けてもよいし、中心電極直下の限られた領域にパターン化して設けてもよい。中心電極は，好ましくは，銀を主成分とする導電材料を用いて構成する。

本発明に係る磁気回転子は、永久磁石と、ヨークと組み合わされて、非可逆回路素子を構成する。前記永久磁石は、少なくとも前記磁気回転子の一面側に備えられ、前記磁気回転子に直流磁界を印加する。前記ヨークは、前記永久磁石の生じる磁界に対する磁路を構成する。

この非可逆回路素子は、本発明に係る磁気回転子を備えるから、高周波特性に優れたものとなる。

以上述べたように、本発明によれば、高周波特性の優れた磁気回転子及び非可逆回路素子を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。

１．磁気回転子
図1は本発明に係る磁気回転子の外観斜視図、図2は図1の２−２線上断面図である。図2は中心電極部分の構造を示すことに主眼が置かれ、この部分を誇張して示してあるから、3次元的寸法比は図1と一致していない。

図示の磁気回転子１は、中心電極１１と、フェライト基体１２とを含んでいる。中心電極１１は、第１〜第３の中心導体１１１〜１１３を含む。第１〜第３の中心導体１１１〜１１３は、フェライト基体１２の主面上で互いに所定の角度で交差するように、互いに絶縁膜１１５、１１６によって絶縁して設けられている。第１〜第３の中心導体１１１〜１１３は、印刷によって形成できるほか、スパッタ又は蒸着などの手段によって形成できる。

フェライト基体１２の側面には、その下面に設けられた略四角形状のグランド部１１０から分岐された側面電極があり、第１〜第３の中心導体１１１〜１１３は、この側面電極に接続されている。なお、中心電極１１とは、フェライト基体１２の主面上に存在する部分をいうものとする。第１〜第３の中心導体１１１〜１１３も同様である。従って、側面電極や、グランド電極等は中心電極１１、第１〜第３の中心導体１１１〜１１３に含まれない。

第１〜第３の中心導体１１１〜１１３のうち、最下側に位置する第２の中心導体１１２は、フェライト基体１２の上に付着させた絶縁膜１１４の上に形成されている。

フェライト基体１２としては、イットリウム／鉄／ガーネット（ＹＩＧ）等の軟磁性材料（フェライト）が好適である。フェライト基体の形状は、限定するものではないが、４角形であることが好ましい。

フェライト基体１２は、焼結体であり、図3に示すように、表面にフェライト粒界による凹凸が現れる。このため、もし、フェライト基体１２の表面に、第１〜第３の中心導体１１１〜１１３を直接に付着させたとすれば、図４に示すように、その幅方向の端縁Ａ，Ｂが上記凹凸に追従して凹凸縁となる。このような現象は、第１〜第３の中心導体１１１〜１１３を印刷法によって形成した場合のみならず、スパッタ、蒸着などによって形成した場合も生じる。フェライト基体１２の表面の凹凸は、フェライト粒界によるものであるから、フェライト基体１２の表面を研磨したとしても、消し去ることはできない。

従来は、図３に示したように、フェライト基体１２の表面に、第１〜第３の中心導体１１１〜１１３を直接に付着させていたので、図４に示したように、本来予定した電極面積Ｓ１に対し、幅方向の端縁Ａ，Ｂが波を打つ凹凸縁となる。このため、凹凸縁Ａ，Ｂの部分において、表皮効果が、高周波化されるほどに顕著になり、そのために、高周波特性が劣化するという問題を抱えていたのである。

本発明では、フェライト基体１２の上に絶縁膜１１４を付着させ、その上に、第２の中心導体１１２を形成してある。このような構造であると、図５に模式的に示すように、フェライト粒界による凹凸が現れている電極形成面が、絶縁膜１１４により平坦化される。このようにして平坦化された絶縁膜１１４の表面に第２の中心導体１１２を形成することになるので、図６に示すように、第２の中心導体１１２の幅方向の端縁Ａ，Ｂが凹凸のない直線状の端縁となる。このため、第２の中心導体１１２に高周波電流が流れた場合でも、表皮効果が低減され、高周波特性が維持されることになる。

図１及び図２に図示した実施例では、第２の中心導体１１２及び絶縁膜１１４を被覆する絶縁膜１１５を設け、その上に第３の中心導体１１３を設け、更に、第３の中心導体１１３及び絶縁膜１１５を被覆する絶縁膜１１６を設け、この絶縁膜１１６の上に第１の中心導体１１１を設けてある。絶縁膜１１５、１１６は、有機絶縁膜であってもよいが、好ましくは、絶縁膜で構成する。こうすることにより、先に述べた絶縁膜による平坦化作用が得られる。

図７は、本発明に係る磁気回転子の別の実施例を示す平面図である。図示の実施例では、絶縁膜１１５、１１６を、中心導体１１１〜１１３の交差部分にのみ限定して設けてある。第１の中心導体１１１は、その全長にわたって、絶縁膜１１４の表面に付着されているが、第２の中心導体１１２及び第３の中心導体１１３は、交差部を超えた部分が、絶縁膜１１４の表面に延長されている。この場合も、第１の中心導体１１１のみならず、第２の中心導体１１２及び第３の中心導体１１３の全長の大部分について、絶縁膜１１４による平坦化作用が得られる。

２．非可逆回路素子
図８は本発明に係る磁気回転子を用いた非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図、図９は図８に図示した非可逆回路素子の組立状態における斜視図である。図はアイソレータの例を示している。

図示の非可逆回路素子は、その不可欠な構成部分として、磁気回転子１と、永久磁石２と、第１のヨーク３１と、第２のヨーク３２とを有する。実施例では、更に、支持基板４、キャパシタ５１、５２及び終端抵抗器５３、及び、入出力端子及びグランド端子となる複数の金属ボール６１〜６４とを有している。

磁気回転子１は、図１、図２に示した本発明に係る磁気回転子である。永久磁石２は、磁気回転子１に直流磁界を印加するものであって、実施例では、磁気回転子１の一面側に備えられている。但し、永久磁石は、磁気回転子１の両面に備えられていてもよい。

第１のヨーク３１及び第２のヨーク３２は、永久磁石２の生じる磁界に対する磁路を構成する。当然のことであるが、第１のヨーク３１及び第２のヨーク３２は磁性材料でなる。実施例の第１のヨーク３１及び第２のヨーク３２は、磁性金属板を折り曲げ加工したものである。

実施例において、非可逆回路素子の相対する両側面間の全幅寸法が、永久磁石２の幅寸法Ｗ１によって定まる。つまり、永久磁石２の相対する両側面が、非可逆回路素子の相対する両側面に露出し、非可逆回路素子全体としての幅寸法Ｗ０を定める。従来必須と考えられていたケースは持たない。この構成によれば、ケースによる制限を受けることなく、小型化が可能になる。

しかも、相対する両側面間の全幅寸法Ｗ０が、永久磁石２の幅寸法Ｗ１によって定まること、換言すれば、永久磁石２の相対する両側面が、非可逆回路素子の相対する両側面に露出する構成となるから、例えば、多数の非可逆回路要素を格子状に配列した集合体を製造し、非可逆回路要素の製造プロセスを高効率化するとともに、更に、この集合体に切断加工を施して、非可逆回路要素を個別的に取り出すというプロセスを採用することが可能になるので、量産性が著しく向上し、小型で安価な非可逆回路素子を提供できることになる。

第１のヨーク３１は、永久磁石２の側面が露出する両側面とは異なる側面、つまり長さ方向の側面を通って導かれる。長さ方向では、ヨークの厚みによる寸法増大を考慮しなければならないが、第１のヨーク３１は板状部材で構成できるから、第１のヨーク３１による厚み増加はそれほど問題となるものではない。第１のヨーク３１は、底面板の両側を立ち上げた形状を持っているが、必ずしも、このような形状には限定されない。

第２のヨーク３２は永久磁石２に重ねられる。そして、両端が第１のヨーク３１と結合され、永久磁石２の生じる磁界に対する磁路を構成する。第１のヨーク３１及び第２のヨーク３２の固定的な結合は、機械的な結合のほか、はんだなどを用いた接合によっても実現できる。

図示の非可逆回路素子は、更に、支持基板４を含み、磁気回転子１及び永久磁石２を、支持基板４の一面上に搭載し、全体を、第１のヨーク３１及び第２のヨーク３２によって拘束する。この構成によれば、ケースを持たない構造において、永久磁石２、磁気回転子１及び支持基板４を、所定の位置関係で確実に拘束し、所定の特性を得ることができる。

実施例に示す磁気回転子１は、外形が永久磁石２よりも小さくなっている。この構造によれば、先に述べた製造プロセス及び切断加工プロセスを採用した場合、プロセス実行時、特に切断加工プロセスを実行する際に磁気回転子１にダメージを与えるのを回避し得る。

磁気回転子１の外形が永久磁石２よりも小さくなっている場合、磁気回転子１と、永久磁石２との外形差に起因する空間が生じる。この空間は、絶縁樹脂８によって埋めることが好ましい。こうすることにより、信頼性が向上する。

更に実施例では、支持基板４の外形を、永久磁石２に合わせてある。支持基板４は、その外形が、永久磁石２とほぼ同じであり、磁気回転子１を、支持基板４の上方に配置した場合、磁気回転子１の外周と、支持基板４の外周との間に両者の外形差に応じたスペースが生じる。キャパシタ５１、５２及び終端抵抗器５３は、上述したスペース内に配置され、支持基板４に形成された導体パターンにはんだなどによって固着されるとともに、周知の回路構成となるように、中心導体１１１〜１１３のうちの所定のものに、はんだ付けなどの手段によって固着される。そして、周りが、絶縁樹脂８によって埋められる。図８に示すように、空間全てを埋める必要はなく、露出している面のみを絶縁樹脂８で埋めてもよい。

支持基板４には、更に、適当な電極が形成されており、電極及び導体パターンを利用して、入出力端子及びグランド端子となる金属ボール６１〜６４が取り付けられる。金属ボール６１〜６４には、中心導体１１１〜１１３、キャパシタ５１、５２及び終端抵抗器５３が、所定の電気回路となるように接続される。

図１０は本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図、図１１は図１０に図示した非可逆回路素子の組立状態における斜視図、図１２は部品配置を示す斜視図である。この実施例もアイソレータの例を示している。図において、図８、図９に現れた構成部分に相当する部分については同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。

図１０〜図１２に示した実施例において、支持基板４は、一面にキャパシタ５１、５２、終端抵抗器５３、５３及び中心導体１１１〜１１３を接続するための導体パターン４０が、所定のパターンで形成されている。また、支持基板４の側面には、凹溝４１〜４６等が設けられており、凹溝４１〜４６の内部には導体パターン４０に連続する導体膜が付与されている。凹溝４１〜４６のうち、例えば、凹溝４１、４２は入力端子として用いられ、凹溝４３、４４はグランド端子として用いられ、凹溝４５、４６は出力端子として用いられる。

図１３は本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図である。図において、図８〜図１２に現れた構成部分に相当する部分については同一の参照符号を付し、重複説明は省略する。磁気回転子１は、フェライト基体１２の一面に、絶縁膜１１４を付着させるとともに、この絶縁膜１１４の上に、中心電極１１を導体膜として形成してある。中心電極１１を構成する中心導体１１１〜１１３は相互に絶縁して、フェライト基体１２の上に付着された絶縁膜１１４の上に形成されている。中心導体１１１〜１１３の導出に当たっては、スルーホール技術などが適用できる。

磁気回転子１は、その外形が永久磁石２の外形とほぼ同じである。また、支持基板４も、その平面外形が磁気回転子１及び永久磁石２とほぼ同じである。このような構造であると、多数の非可逆回路要素を格子状に配列した集合体を製造し、この集合体に切断加工を施して、非可逆回路要素を個別的に取り出すというプロセスにおいて、支持基板４のための集合体、磁気回転子１のための集合体及び永久磁石２のための集合体を重ね合わせた後、切断して、支持基板４、磁気回転子１及び永久磁石２の組立体を個別に取り出すことができる。

磁気回転子１は、回路構成に必要なキャパシタ、終端抵抗器を含む機能性基板８２を介して支持基板４に接合される。その際前述したように、空間は絶縁樹脂8で埋めるとよい。空間全てを埋める必要はなく、露出している面のみを絶縁樹脂８で、埋めてもよい。また前述した絶縁樹脂8には、接着機能を持たせてもよい。この場合、永久磁石２、支持基板４、磁気回転子１などの構成部品間の固着強度をあげることができる。

上述した何れの実施例においても、磁気回転子１は、フェライト基体１２の少なくとも一部を絶縁膜１１４によって覆い、絶縁膜１１４の表面に中心電極１１を付着させた構造となっているから、高周波特性に優れた非可逆回路素子を得ることができる。

図１４及び図１５は、本発明に係る磁気回転子を用いた非可逆回路素子の製造方法を示している。まず、図１４に示すように、多数の支持基板要素Ｑ１１〜Ｑｎｍを格子状に配列した支持基板集合体４００を製造し、支持基板要素Ｑ１１〜Ｑｎｍのそれぞれに、予め、製造した本発明に係る磁気回転子１を接合する。磁気回転子１とともに、キャパシタ５１、５２、及び、終端抵抗器５３（５４）（図１３参照）を取り付ける。支持基板集合体４００の外周縁には、注入樹脂漏れ止めのための枠部８３を設けておくとよい。

次に、支持基板集合体４００の上の磁気回転子１の周りに絶縁樹脂８を注入し、絶縁接着層８４を用いて、永久磁石板２００を接着する。永久磁石板２００は、磁気回転子１の全てをカバーする平面積を有している。絶縁樹脂８に接着機能を持たせた場合には、絶縁接着層８４を用いずに永久磁石２００を接着できる。絶縁樹脂８を用いない場合は、磁気回転子１と永久磁石板２００とが接する面に接着層を設けて接着し、切断後、組立体を得た後、露出面を絶縁樹脂８で埋めてもよい。

次に、図１５に示すように、磁気回転子１の個々毎に、切断線Ｘ１−Ｘ１、Ｙ１−Ｙ１に沿って切断する。これにより、支持基板４、磁気回転子１及び永久磁石２を含む組立体が一挙に得られる。この後、第１のヨーク３１及び第２のヨーク３２を取り付けることによって、非可逆回路素子が得られる。

図１３に示した非可逆回路素子を製造するには、図１４において、支持基板集合体４００の上に、本発明に係る磁気回転子を格子状に配置した集合体を重ね合わせて接着し、更に、その上に永久磁石板を重ね合わせて接着し、その後、図１５に示す切断工程に付する。
絶縁樹脂８を用いない場合は、機能性基板８２と磁気回転子集合体１００とが接する面に接着層を設けて接着し、組立体を得た後、露出面を絶縁樹脂８で埋めてもよい。

上述したように、本発明に係る磁気回転子を用いた非可逆回路素子は、多数の非可逆回路要素を格子状に配列した集合体を製造し、非可逆回路要素の製造プロセスを高効率化するとともに、更に、この集合体に切断加工を施して、非可逆回路要素を個別的に取り出すというプロセスを採用することが可能になるので、量産性が著しく向上し、小型で安価なものとになる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。

本発明に係る磁気回転子の外観斜視図である。 図1に示した磁気回転子の２−２線上断面図である。 従来の問題点を示す図である。 従来の問題点を示す図である。 本発明に係る磁気回転子の作用効果を、模式的に説明する図である。 本発明に係る磁気回転子の作用効果を、模式的に説明する図である。 本発明に係る磁気回転子の別の実施例を示す平面図である。 本発明に係る磁気回転子を組み込んだ非可逆回路素子の分解斜視図である。 図８に図示した非可逆回路素子の組立状態における斜視図である。 本発明に係る磁気回転子を組み込んだ非可逆回路素子の別の実施例を示す分解斜視図である。 図１０に図示した非可逆回路素子の組立状態における斜視図である。 部品配置を示す斜視図である。 本発明に係る磁気回転子を組み込んだ非可逆回路素子の別の実施例を示す分解斜視図である。 本発明に係る非可逆回路素子の製造方法を示している。 図１４に示した工程の後の工程を示す図である。

符号の説明

１ 磁気回転子
１１ 中心電極
１１１〜１１３ 中心導体
１２ フェライト基体
２ 永久磁石
１１４ 絶縁膜
１１５ 絶縁膜
１１６ 絶縁膜

Claims (2)

1. フェライト基体と、中心電極とを含む非可逆回路素子用磁気回転子であって、
   前記フェライト基体は、少なくとも、一部が絶縁膜によって覆われており、
   前記中心電極の少なくとも一部は、前記絶縁膜の表面に付着されている
   磁気回転子。
2. 磁気回転子と、永久磁石と、ヨークとを含む非可逆回路素子であって、
   前記磁気回転子は、請求項１に記載されたものでなり、
   前記永久磁石は、少なくとも前記磁気回転子の一面側に備えられ、前記磁気回転子に直流磁界を印加するものであり、
   前記ヨークは、前記永久磁石の生じる磁界に対する磁路を構成する、
   非可逆回路素子。

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