JP2009253831A - フェライト・磁石素子の製造方法、非可逆回路素子の製造方法及び複合電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】整合回路素子やパワーアンプなどの搭載部品の無駄を省くことのできるフェライト・磁石素子の製造方法、非可逆回路素子の製造方法及び複合電子部品の製造方法を得る。
【解決手段】互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された第１及び第２中心電極を有するフェライト３２と、該フェライト３２に直流磁界を印加する永久磁石４１とからなるフェライト・磁石素子３０の製造方法、及び、フェライト・磁石素子３０を含むアイソレータ１又は複合電子部品の製造方法。フェライト３２の主面に永久磁石４１を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて永久磁石４１の磁力を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト・磁石素子の製造方法、該フェライト・磁石素子を備えた非可逆回路素子の製造方法、及び、該非可逆回路素子を備えた複合電子部品の製造方法に関する。

従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

一般に、この種の非可逆回路素子では、中心電極が形成されたフェライトとそれに直流磁界を印加する永久磁石とからなるフェライト・磁石素子や、抵抗やコンデンサ(容量)からなる所定の整合回路素子を備えている。また、複数の非可逆回路素子を備えた複合電子部品、あるいは、非可逆回路素子とパワーアンプ素子とを備えた複合電子部品などがモジュールとして提供されている。

ところで、前記非可逆回路素子や複合電子部品にあっては、その電気的特性を測定して調整する必要がある。特許文献１では、容量や抵抗については中心電極に接続される前に所定の容量値、抵抗値に選別するか、トリミングなどによって所定値に調整し、中心電極については、非可逆回路素子として組み立てた後に磁力調整を行うことを開示している。また、特許文献２では、非可逆回路素子とパワーアンプとを一体品に組み立てた後に永久磁石の磁束密度を調整することを開示している。

しかしながら、非可逆回路素子やそれを含む複合回路素子においては、中心電極を設けたフェライトや永久磁石の特性のばらつき、特に、永久磁石の磁力のばらつきによる特性変動が大きい。そして、この要因によって中心電極のインダクタンスが所定値から大きくずれてしまい、調整不能品も生じうる。従って、整合回路素子を組み込んだ、あるいは、パワーアンプを組み合わせた段階で磁力調整を行う従来の製造方法では、調整不能品が見出されると該不能品は廃棄せざるを得ず、整合回路素子やパワーアンプなどが無駄になってしまうという問題点を有していた。
特開２００２−２９９９１４号公報 特開２００５−１１７５００号公報

そこで、本発明の目的は、整合回路素子やパワーアンプなどの搭載部品の無駄を省くことのできるフェライト・磁石素子の製造方法、非可逆回路素子の製造方法及び複合電子部品の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の形態であるフェライト・磁石素子の製造方法は、
互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の製造方法であって、
前記フェライトの主面に前記永久磁石を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて該永久磁石の磁力を調整すること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態である非可逆回路素子の製造方法は、
互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子を含む非可逆回路素子の製造方法であって、
前記フェライトの主面に前記永久磁石を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて該永久磁石の磁力を調整し、
前記調整の後、フェライト・磁石素子と他の素子とを組み立てること、
を特徴とする。

本発明の第３の形態である複合電子部品の製造方法は、
互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子を含む複合電子部品の製造方法であって、
前記フェライトの主面に前記永久磁石を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて該永久磁石の磁力を調整し、
前記調整の後、フェライト・磁石素子と他の素子とを組み立てること、
を特徴とする。

本発明によれば、電気的特性の変動要因であるフェライト・磁石素子の段階で、永久磁石の磁力を調整するようにしたため、調整不能なフェライト・磁石素子を事前に排除することができ、それ以後に組み込まれる整合回路素子やパワーアンプなどの搭載部品の無駄を省くことができる。

以下、本発明に係るフェライト・磁石素子の製造方法、非可逆回路素子の製造方法及び複合電子部品の製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。

（フェライト・磁石素子及びアイソレータ、図１〜図５参照）
非可逆回路素子の一実施例である２ポート型アイソレータ１の分解斜視図を図１に示す。この２ポート型アイソレータ１は、集中定数型アイソレータであり、概略、基板２０と、フェライト３２と一対の永久磁石４１とからなるフェライト・磁石素子３０とで構成されている。

フェライト３２には、図２に示すように、表裏の主面３２ａ，３２ｂに互いに電気的に絶縁された第１中心電極３５及び第２中心電極３６が形成されている。ここで、フェライト３２は互いに対向する平行な第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する直方体形状をなしている。

また、永久磁石４１はフェライト３２に対して直流磁界を主面３２ａ，３２ｂに略垂直方向に印加するように主面３２ａ，３２ｂに対して、例えば、エポキシ系の接着剤４２を介して接着され（図４参照）、フェライト・磁石素子３０を形成している。永久磁石４１の主面４１ａは前記フェライト３２の主面３２ａ，３２ｂと同一寸法であり、互いの外形が一致するように主面３２ａ，４１ａ、主面３２ｂ，４１ａどうしを対向させて配置されている。

第１中心電極３５は導体膜にて形成されている。即ち、図２に示すように、この第１中心電極３５は、フェライト３２の第１主面３２ａにおいて右下から立ち上がって２本に分岐した状態で左上に長辺に対して比較的小さな角度で傾斜して形成され、左上方に立ち上がり、上面３２ｃ上の中継用電極３５ａを介して第２主面３２ｂに回り込み、第２主面３２ｂにおいて第１主面３２ａと透視状態で重なるように２本に分岐した状態で形成され、その一端は下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｂに接続されている。また、第１中心電極３５の他端は下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃに接続されている。このように、第１中心電極３５はフェライト３２に１ターン巻回されている。そして、第１中心電極３５と以下に説明する第２中心電極３６とは、間に絶縁膜が形成されて互いに絶縁された状態で交差している。中心電極３５，３６の交差角は必要に応じて設定され、入力インピーダンスや挿入損失が調整されることになる。

第２中心電極３６は導体膜にて形成されている。この第２中心電極３６は、まず、０．５ターン目３６ａが第１主面３２ａにおいて右下から左上に長辺に対して比較的大きな角度で傾斜して第１中心電極３５と交差した状態で形成され、上面３２ｃ上の中継用電極３６ｂを介して第２主面３２ｂに回り込み、この１ターン目３６ｃが第２主面３２ｂにおいてほぼ垂直に第１中心電極３５と交差した状態で形成されている。１ターン目３６ｃの下端部は下面３２ｄの中継用電極３６ｄを介して第１主面３２ａに回り込み、この１．５ターン目３６ｅが第１主面３２ａにおいて０．５ターン目３６ａと平行に第１中心電極３５と交差した状態で形成され、上面３２ｃ上の中継用電極３６ｆを介して第２主面３２ｂに回り込んでいる。以下同様に、２ターン目３６ｇ、中継用電極３６ｈ、２．５ターン目３６ｉ、中継用電極３６ｊ、３ターン目３６ｋ、中継用電極３６ｌ、３．５ターン目３６ｍ、中継用電極３６ｎ、４ターン目３６ｏ、がフェライト３２の表面にそれぞれ形成されている。また、第２中心電極３６の両端は、それぞれフェライト３２の下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃ，３６ｐに接続されている。なお、接続用電極３５ｃは第１中心電極３５及び第２中心電極３６のそれぞれの端部の接続用電極として共用されている。

また、接続用電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐや中継用電極３５ａ，３６ｂ，３６ｄ，３６ｆ，３６ｈ，３６ｊ，３６ｌ，３６ｎはフェライト３２の上下面３２ｃ，３２ｄに形成された凹部３７（図３参照）に銀、銀合金、銅、銅合金などの電極用導体を塗布又は充填して形成されている。また、上下面３２ｃ，３２ｄには各種電極と平行にダミー凹部３８も形成され、かつ、ダミー電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃが形成されている。この種の電極は、マザーフェライト基板に予めスルーホールを形成し、このスルーホールを電極用導体で充填した後、スルーホールを分断する位置でカットすることによって形成される。なお、各種電極は凹部３７，３８に導体膜として形成したものであってもよい。

フェライト３２としてはＹＩＧフェライトなどが用いられている。第１及び第２中心電極３５，３６や各種電極は銀や銀合金の厚膜又は薄膜として印刷、転写、フォトリソグラフなどの工法で形成することができる。中心電極３５，３６の絶縁膜としてはガラスやアルミナなどの誘電体厚膜、ポリイミドなどの樹脂膜などを用いることができる。これらも印刷、転写、フォトリソグラフなどの工法で形成することができる。

なお、フェライト３２を絶縁膜及び各種電極を含めて磁性体材料にて一体的に焼成することが可能である。この場合、各種電極を高温焼成に耐えるＰｄ，Ａｇ又はＰｄ／Ａｇを用いることになる。

永久磁石４１は、通常、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン−コバルト系のフェライトマグネットが用いられる。永久磁石４１とフェライト３２とを接着する接着剤４２としては、一液性の熱硬化型エポキシ接着剤を用いることが最適である。

基板２０は、通常のプリント配線回路基板と同種の材料からなり、その表面には、前記フェライト・磁石素子３０やチップタイプの整合回路素子Ｃ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，Ｒを実装するための端子電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ〜２２ｊや入出力用電極、グランド電極（図示せず）が形成されている。

前記フェライト・磁石素子３０は、基板２０上に載置され、フェライト３２の下面３２ｄの電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐが基板２０上の端子電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃとリフローはんだ付けされて一体化されるとともに、永久磁石４１の下面が基板２０上に接着剤にて一体化される。また、整合回路素子Ｃ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，Ｒが基板２０上の端子電極２２ａ〜２２ｊとリフローはんだ付けされる。

（回路構成、図５参照）
ここで、前記アイソレータ１の一回路例を図５の等価回路に示す。入力ポートＰ１は整合用コンデンサＣＳ１を介して整合用コンデンサＣ１と終端抵抗Ｒとに接続され、整合用コンデンサＣＳ１は第１中心電極３５の一端に接続されている。第１中心電極３５の他端及び第２中心電極３６の一端は、終端抵抗Ｒ及びコンデンサＣ１，Ｃ２に接続され、かつ、コンデンサＣＳ２を介して出力ポートＰ２に接続されている。第２中心電極３６の他端及びコンデンサＣ２はグランドポートＰ３に接続されている。

以上の等価回路からなる２ポート型アイソレータ１においては、第１中心電極３５の一端が入力ポートＰ１に接続され他端が出力ポートＰ２に接続され、第２中心電極３６の一端が出力ポートＰ２に接続され他端がグランドポートＰ３に接続されているため、挿入損失の小さな２ポート型の集中定数型アイソレータとすることができる。さらに、動作時において、第２中心電極３６に大きな高周波電流が流れ、第１中心電極３５にはほとんど高周波電流が流れない。

また、フェライト・磁石素子３０は、フェライト３２と一対の永久磁石４１が接着剤４２で一体化されていることで、機械的に安定となり、振動や衝撃で変形・破損しない堅牢なアイソレータとなる。

（製造工程、図６参照）
次に、前記アイソレータ１の製造工程についてその概略を図６を参照して説明する。まず、フェライト・磁石素子３０を作製し（ステップＳ１）、作製されたフェライト・磁石素子３０について永久磁石４１の磁力調整・選別を行う（ステップＳ２）。磁力調整については以下に説明する。調整不能な欠陥品についてはここで排除する。

整合回路素子については、この段階までに所定の特性値を有するものを選別しておき、前記フェライト・磁石素子３０と整合回路素子を基板２０上に配置する（ステップＳ３）。そして、リフロー炉にてはんだ付けを行い（ステップＳ４）、作製されたアイソレータ１について特性を測定し、欠陥品についてはここで排除する。

（磁力調整、図７及び図８参照）
フェライト・磁石素子３０に対する磁力調整は、図７に示す磁力調整装置６０を用いて行う。磁力調整装置６０は、ネットワーク・アナライザー６１に接続された測定治具６２と、コイルからなる磁束発生装置６３と、その電源装置６４とを備えている。

測定治具６２は、図８に示すパターンからなる測定用電極７１，７２，７３，７４，７５，７６を備え、測定用電極７１，７２間に整合用コンデンサＣＳ１が配置され、測定用電極７２，７３間に整合用コンデンサＣ１と終端抵抗Ｒが配置され、測定用電極７３，７４間に整合用コンデンサＣ２が配置され、測定用電極７３，７５間に整合用コンデンサＣＳ２が配置されている。なお、測定治具６２に配置されているこれらの整合回路素子は所定の特性値に設計された測定専用の素子である。

フェライト・磁石素子３０は、測定治具６２のパターン上に、第１中心電極３５の一端である電極３５ｂが測定用電極７２のＡ部に、第１中心電極３５の他端であるとともに第２中心電極３６の一端である電極３５ｃが測定用電極７３のＢ部に、第２中心電極３６の他端である電極３６ｐが測定用電極７６のＣ部に、それぞれ電気的に接続される。接触部Ａ，Ｂ，Ｃは図５の等価回路上にも示されており、フェライト・磁石素子３０が測定治具６２上に設置されることで、アイソレータ１の回路が構成される。この状態で入出力ポートＰ１，Ｐ２が接続されたネットワーク・アナライザー６１にて特性が測定され、測定値に基づいて、磁束発生装置６３が駆動され、必要な磁束を作用させて永久磁石４１の磁力を調整する。

即ち、フェライト・磁石素子３０を測定治具６２にセットした状態での電気特性（入出力インピーダンス）を調整する。より具体的には、永久磁石４１のバイアス磁界（磁束密度）を調整する。永久磁石４１の磁束密度を調整するのは、永久磁石４１に外部から磁束を印加する電気的な方法である。

第１の方法としては、磁束発生装置６３にて直流磁界を発生させて永久磁石４１に印加し、この直流磁界の強さを必要に応じて高めては取り除き、その際に永久磁石４１の残留磁束密度を必要な程度に高めていく。第２の方法としては、磁束発生装置６３にて十分に高い直流磁界を発生させ、この直流磁界を永久磁石４１に印加して取り除き、永久磁石４１の残留磁束密度を必要な値より十分に高い値（飽和する程度）にまでいったん高くする。その後、磁束発生装置６３に逆方向の直流磁界を発生させて永久磁石４１に印加し、永久磁石４１の残留磁束密度を必要な値まで低下させていく。

フェライト・磁石素子３０は、前述のごとく、中心電極３５，３６を設けたフェライト３２の主面３２ａ，３２ｂに永久磁石４１を接着した状態で、ユーザーに供給されることもある。ユーザーは供給されたフェライト・磁石素子３０に対して必要な整合回路を組み込み、非可逆回路素子を作製する。あるいは、この非可逆回路素子とパワーアンプとを組み合わせたモジュール（複合電子部品８０、図９参照）を作製する。あるいは、二つの非可逆回路素子を組み合わせたモジュール（複合電子部品９０、図１１参照）を作製する。あるいは、非可逆回路素子とパワーアンプの一対ずつを組み合わせたモジュール（複合電子部品９５、図１２参照）を作製する。

このようにフェライト・磁石素子３０は、フェライト３２の主面３２ａ，３２ｂに永久磁石４１を固着した状態で前記測定治具６２及び磁力調整装置６０を用いて永久磁石４１の磁力を調整するため、各種モジュールに組み込まれたとき、電気的特性の変動要因である永久磁石４１の磁力は既に調整済みであり、かつ、調整不能なフェライト・磁石素子３０は既に排除されているため、モジュールに組み込まれる整合回路素子やパワーアンプなどの搭載部品の無駄を省くことができる。

そして、測定治具６２として、中心電極３５，３６の端部に対する電気的接触部Ａ，Ｂ，Ｃを有する測定用電極７１〜７６と所定の整合回路素子とを備えているものを使用するため、極めて簡便に特性を測定することができる。また、フェライト３２の主面３２ａ，３２ｂと直交する面３２ｄには中心電極３５，３６の端部電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐが形成されているため、前記測定用電極７１〜７６への接続が極めて容易である。

（複合電子部品の第１例、図９及び図１０参照）
図９に複合電子部品の第１例を示す。この複合電子部品８０は、前記アイソレータ１とパワーアンプ８１とをプリント配線回路基板８２上に実装してモジュールとして構成したものである。パワーアンプ８１の周囲にもチップタイプの必要な回路素子８３ａ〜８３ｆが実装されている。複合電子部品８０の製造工程においても、フェライト・磁石素子３０が作製された段階で、前記磁力調整装置６０を用いて永久磁石４１の磁力が調整される。この点は以下に説明する第２例及び第３例においても同様である。

図１０に複合電子部品８０の回路構成を示す。インピーダンス整合回路８６の出力は高周波パワーアンプ回路８１に入力され、その出力はインピーダンス整合回路８５を介してアイソレータ１に入力される。

（複合電子部品の第２例、図１１参照）
図１１に複合電子部品の第２例を示す。この複合電子部品９０は、アイソレータ１Ａ，１Ｂをプリント配線回路基板９１上に実装してモジュールとして構成したものである。アイソレータ１Ａ，１Ｂは前記アイソレータ１と同様の構成からなり、アイソレータ１Ａは例えば８００ＭＨｚ帯に使用され、アイソレータ１Ｂは例えば２ＧＨz帯に使用される。

一般的に、８００ＭＨｚや２ＧＨｚのアイソレータは最適動作磁界が異なり、磁力調整量が異なる。動作帯域の異なるアイソレータ１Ａ，１Ｂが搭載されていると、組み立てられた複合電子部品の段階でアイソレータ１Ａ，１Ｂを個別に磁力調整することは困難である。これに対して、本実施例では、フェライト・磁石素子３０が作製された状態で個別に磁力調整を行うため、調整が容易であるとともに、最適な特性を得ることができる。このような効果は以下に説明する第３例においても同様である。

（複合電子部品の第３例、図１２参照）
図１２に複合電子部品の第３例を示す。この複合電子部品９５は、アイソレータ１Ａとパワーアンプ８１Ａの組、及び、アイソレータ１Ｂとパワーアンプ８１Ｂの組をそれぞれプリント配線回路基板９６上に実装してモジュールとして構成したものである。

（他の実施例）
なお、本発明に係るフェライト・磁石素子の製造方法、非可逆回路素子の製造方法及び複合電子部品の製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、整合回路の構成は任意であり、少なくとも一つの整合回路素子が基板に内蔵されていてもよい。また、フェライト・磁石素子において、フェライトと永久磁石は一体に焼成されたものであってもよく、永久磁石はフェライトの一方の主面にのみ固着されていてもよい。また、フェライト・磁石素子の上面に平板状のヨークが配置されていてもよい。

本発明にて製造されたフェライト・磁石素子を含む非可逆回路素子（２ポート型アイソレータ）を示す分解斜視図である。 中心電極付きフェライトを示す斜視図である。 前記フェライトの素体を示す斜視図である。 フェライト・磁石素子を示す分解斜視図である。 ２ポート型アイソレータの一回路例を示す等価回路図である。 製造工程を示すフローチャート図である。 磁力調整装置を示す概略構成図である。 測定治具上に設けた測定用電極を示す平面図である。 本発明にて製造された複合電子部品の第１例を示す斜視図である。 前記第１例の回路構成を示すブロック図である。 本発明にて製造された複合電子部品の第２例を示す斜視図である。 本発明にて製造された複合電子部品の第３例を示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…アイソレータ
２０…基板
３０…フェライト・磁石素子
３２…フェライト
３５…第１中心電極
３５ｂ，３５ｃ，３６ｐ…端部電極
３６…第２中心電極
４１…永久磁石
６０…磁力調整装置
６２…測定治具
７１〜７６…測定用電極
８０，９０，９５…複合電子部品
８１，８１Ａ，８１Ｂ…パワーアンプ
Ｐ１…入力ポート
Ｐ２…出力ポート
Ｐ３…グランドポート
Ａ，Ｂ，Ｃ…電気的接触部

Claims (11)

1. 互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の製造方法であって、
   前記フェライトの主面に前記永久磁石を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて該永久磁石の磁力を調整すること、
   を特徴とするフェライト・磁石素子の製造方法。
2. 前記測定治具として、前記中心電極の端部に対する電気的接触部と所定の整合回路素子とを備えているものを使用することを特徴とする請求項１に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。
3. 前記永久磁石は前記フェライトの両主面に固着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。
4. 前記永久磁石は前記フェライトの主面に接着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のフェライト・磁石素子の製造方法。
5. 前記フェライトの前記主面と直交する面には前記中心電極の端部電極が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のフェライト・磁石素子の製造方法。
6. 互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子を含む非可逆回路素子の製造方法であって、
   前記フェライトの主面に前記永久磁石を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて該永久磁石の磁力を調整し、
   前記調整の後、フェライト・磁石素子と他の素子とを組み立てること、
   を特徴とする非可逆回路素子の製造方法。
7. 前記測定治具として、前記中心電極の端部に対する電気的接触部と所定の整合回路素子とを備えているものを使用することを特徴とする請求項６に記載の非可逆回路素子の製造方法。
8. 前記フェライトの前記主面と直交する面には前記中心電極の端部電極が形成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の非可逆回路素子の製造方法。
9. 互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子を含む複合電子部品の製造方法であって、
   前記フェライトの主面に前記永久磁石を固着した状態で測定治具及び磁力調整装置を用いて該永久磁石の磁力を調整し、
   前記調整の後、フェライト・磁石素子と他の素子とを組み立てること、
   を特徴とする複合電子部品の製造方法。
10. 前記測定治具として、前記中心電極の端部に対する電気的接触部と所定の整合回路素子とを備えているものを使用することを特徴とする請求項９に記載の複合電子部品の製造方法。
11. 前記フェライトの前記主面と直交する面には前記中心電極の端部電極が形成されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の複合電子部品の製造方法。

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