JP2009296051A - フェライト・磁石素子、非可逆回路素子及び複合電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に対して充分な強度で実装することができるフェライト・磁石素子、非可逆回路素子及び複合電子部品を得る。
【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ようにフェライト３２の両主面に接着剤４２を介して固着した一対の永久磁石４１とからなるフェライト・磁石素子。フェライト３２の下面（実装面）に設けた接続用電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐは回路基板２０上の端子電極２５ａなどにはんだ４４で接合される。同時に、永久磁石４１の下面に設けたダミー電極４３ａは回路基板２０上に設けたダミー端子電極２５ｙにはんだ４４で接合される。
【選択図】図６

Description

本発明は、フェライト・磁石素子、該素子を備えたアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子及び複合電子部品に関する。

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、前記フェライト・磁石素子は、特許文献１などに記載されているように、フェライトの下面（実装面）に中心電極の端部と電気的に接続された接続用電極を有し、この接続用電極を回路基板の表面に設けた端子電極とはんだ付けにより接合していた。この場合、フェライトの主面が垂直に位置するように回路基板の表面に実装される。

しかしながら、前記フェライトは比較的薄いためにフェライトの実装幅が狭く、この実装面に設けた接続用電極だけでは、回路基板との充分な接合強度を得ることは困難であった。また、フェライト・磁石素子が傾いて実装されるおそれを有し、ショートや断線などの接続不良が発生しやすいという問題点も有していた。
国際公開第２００７−０４６２２９号パンフレット

そこで、本発明の目的は、回路基板に対して充分な強度で実装することができるフェライト・磁石素子、該素子を備えた非可逆回路素子及び複合電子部品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ようにフェライトの互いに平行に位置する二つの主面に固着した永久磁石とからなり、回路基板の表面に、前記フェライトの主面が垂直に位置するように取り付けられるフェライト・磁石素子において、
前記フェライトの主面と直交する下面を前記回路基板に対する実装面とし、該実装面に前記中心電極の端部に電気的に接続されかつ回路基板に設けた端子電極に電気的に接続される接続用電極を有し、
前記永久磁石の下部に前記回路基板に設けたダミー端子電極に接合されるダミー電極を有すること、
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は、前記フェライト・磁石素子を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第３の形態である複合電子部品は、前記フェライト・磁石素子をプリント配線回路基板の表面に取り付けたことを特徴とする。

前記フェライト・磁石素子においては、フェライト・磁石素子を回路基板の表面に実装する場合、フェライトの実装面に設けた接続用電極と回路基板に設けた端子電極とが電気的に接続されるとともに、永久磁石の下部に設けたダミー電極と回路基板に設けたダミー端子電極とが接合される。即ち、フェライトと回路基板との電気的接続が、永久磁石と回路基板との接合によって補強される。

本発明によれば、フェライトと回路基板との電気的接続が、永久磁石と回路基板との接合によって補強されるため、フェライト・磁石素子を回路基板に対して十分な強度で実装することができる。

以下、本発明に係るフェライト・磁石素子、非可逆回路素子及び複合電子部品の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各実施例において共通する部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例（アイソレータ）、図１〜図８参照）
第１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、回路基板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、整合回路素子としてチップタイプのコンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，Ｒ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。また、各永久磁石４１の下面両端部には、図６に示すように、ダミー電極４３ａが設けられている。

回路基板２０は、その表面に、前記フェライト・磁石素子３０や各種整合回路素子を実装するための端子電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅや図示しない入出力用電極、グランド電極が形成されている。さらに、回路基板２０の表面には、前記永久磁石４１のダミー電極４３ａを接合するためのダミー端子電極２５ｙが形成されている。

前記フェライト・磁石素子３０は、回路基板２０上に載置され、フェライト３２の下面３２ｄの電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐが回路基板２０上の端子電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃとリフローにてはんだ４４（図６（Ａ）参照）で接合一体化されるとともに、永久磁石４１の下面のダミー電極４３ａが回路基板２０上にダミー端子電極２５ｙとリフローにてはんだ４４で接合一体化される。また、チップタイプの整合回路素子Ｃ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，Ｒが回路基板２０上の端子電極２５ｄ，２５ｅ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。

さらに、フェライト・磁石素子３０を回路基板２０の表面に実装する場合、フェライト３２の下面（実装面）３２ｄに設けた接続用電極３５ｂ，３５ｃ，３５ｐと回路基板２０に設けた端子電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃとがはんだ付けされるとともに、永久磁石４１の下面に設けたダミー電極４３ａと回路基板２０に設けたダミー端子電極２５ｙとが接合される。即ち、フェライト３２と回路基板２０との電気的接続が、永久磁石４１と回路基板２０との接合によって補強される。それゆえ、フェライト・磁石素子３０を回路基板２０に対して充分な強度で実装することができる。また、フェライト・磁石素子３０が傾いて実装されることもなく、ショートや断線などの接続不良のおそれもなくなる。

（変形例１，２、図７及び図８参照）
なお、フェライト・磁石素子３０の回路基板２０に対する実装を補強するため、永久磁石４１の下部にダミー電極を設けて回路基板２０上のダミー端子電極と接合するには、以下の構成であってもよい。

図７に示す変形例１は、永久磁石４１の側面の下半分部分にダミー電極４３ｂを設けたものであり、該ダミー電極４３ｂは回路基板２０上のダミー端子電極２５ｙとはんだ４４にて接合される。

図８に示す変形例２は、永久磁石４１の下面から側面にわたってダミー電極４３ｃを設けたものであり、該ダミー電極４３ｃは回路基板２０上のダミー端子電極２５ｙをはんだ４４にて接合される。

（第２実施例（複合電子部品）、図９及び図１０参照）
図９に第２実施例である複合電子部品２を示す。この複合電子部品２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の表面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。

図１０に複合電子部品２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。

（第３実施例（複合電子部品）、図１１参照）
図１１に第３実施例である複合電子部品３を示す。この複合電子部品３は、アイソレータ１Ａ，１Ｂをプリント配線回路基板９１の表面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。

（第４実施例（複合電子部品）、図１２参照）
図１２に第４実施例である複合電子部品４を示す。この複合電子部品４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の表面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、非可逆回路素子及び複合電子部品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る。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い。さらに、フェライト・磁石素子や整合回路素子を基板の表面に接合する方法としては、前記実施例に示したはんだ接合以外に、導電性接着剤による接合、超音波による接合、ブリッジボンディングによる接合などを用いてもよい。

また、整合回路素子は全てがチップタイプではなく、回路基板を多層基板にて構成し、該多層基板の内部電極として、整合回路素子の一部ないし全てを内蔵してもよい。

第１実施例である非可逆回路素子（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。 （Ａ）は回路基板上に実装されたフェライト・磁石素子を示す一部を断面とした立面図、（Ｂ）はフェライト・磁石素子の底面図である。 フェライト・磁石素子の変形例１を示す一部を断面とした立面図である。 フェライト・磁石素子の変形例２を示す一部を断面とした立面図である。 第２実施例である複合電子部品を示す斜視図である。 前記複合電子部品の回路構成を示すブロック図である。 第３実施例である複合電子部品を示す斜視図である。 第４実施例である複合電子部品を示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…アイソレータ
２，３，４…複合電子部品
２０…回路基板
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…端子電極
２５ｙ…ダミー端子電極
３０…フェライト・磁石素子
３２…フェライト
３５…第１中心電極
３６…第２中心電極
３５ｂ，３５ｃ，３６ｐ…接続用電極
４１…永久磁石
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…ダミー電極
４４…はんだ
Ｐ１…入力ポート
Ｐ２…出力ポート
Ｐ３…グランドポート

Claims (8)

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ようにフェライトの互いに平行に位置する二つの主面に固着した永久磁石とからなり、回路基板の表面に、前記フェライトの主面が垂直に位置するように取り付けられるフェライト・磁石素子において、
   前記フェライトの主面と直交する下面を前記回路基板に対する実装面とし、該実装面に前記中心電極の端部に電気的に接続されかつ回路基板に設けた端子電極に電気的に接続される接続用電極を有し、
   前記永久磁石の下部に前記回路基板に設けたダミー端子電極に接合されるダミー電極を有すること、
   を特徴とするフェライト・磁石素子。
2. 前記ダミー電極は前記永久磁石の下面に設けられてい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。
3. 前記ダミー電極は前記永久磁石の側面に設けられてい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。
4. 前記ダミー電極は前記永久磁石の下面から側面にわたって設けられてい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。
5. 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・磁石素子を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
6. 前記フェライトの実装面に設けた接続用電極と前記回路基板に設けた端子電極とが、及び、前記永久磁石に設けたダミー電極と前記回路基板に設けたダミー端子電極とが、それぞれはんだ接合されていること、を特徴とする請求項５に記載の非可逆回路素子。
7. 前記中心電極は第１中心電極と第２中心電極とからなり、
   前記第１中心電極はその一端が入力ポートに電気的に接続され、他端が出力ポートに電気的に接続され、前記第２中心電極はその一端が出力ポートに電気的に接続され、他端がグランドポートに電気的に接続されていること、
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の非可逆回路素子。
8. 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・磁石素子をプリント配線回路基板の表面に取り付けたことを特徴とする複合電子部品。

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