JP2009532889A - 電気部品 - Google Patents

Abstract

本発明は、セラミック基板（１）と、該セラミック基板（１）と電気的にかつ機械的に接続されている圧電トランス（３）とを備える電気部品に関する。
【選択図】図１

Description

米国特許出願公開公報 ２００１／００２８２０６ Ａ１では、本体内部に内部電極が備えられた圧電トランスが知られている。

１つの達成すべき課題は、低い損失を示す圧電トランスを有する電気部品を明示することである。

本発明の実施形態は、接触面を有するセラミック基板と、前記基板の接触面の少なくともいくつかと電気的に接続され、少なくとも一部分は前記セラミック基板上に配置されている圧電トランスとを有する電気部品を明示する。

以下では、明示された部品の有利な実施形態が記載される。

圧電トランスは、１つの本体を備える。トランス本体は、入力部分と、出力部分と、これらの部分の間に配置された絶縁領域とを備え、１つの有利な実施形態では、この領域は、セラミック基板の領域により形成される。

圧電トランスの絶縁領域として有利に備えられるその領域は、セラミック基板の他の領域よりも薄い構造を有する。このようにして、全体の高さが特に小さな部品を形成することができる。

部品は、圧電トランスと接触するための電気供給線を備え、これらの線は少なくとも部分的にセラミック基板内で有利に統合されている。電気供給線は、基板表面を垂直に走る少なくとも１つの電気的接続を備える。

部品は、電気的に圧電トランスと接続され、セラミック基板内で少なくとも部分的に統合されている少なくとも１つの電気回路を備えうる。この回路は、特に信号やデータ処理に適している。

部品は、電気的に圧電トランスと接続され、セラミック基板上に配置された少なくとも１つの電気部品から構成されうる。この部品は、チップとして有利に構成されている。この部品は、少なくとも１つのコンデンサ、少なくとも１つのインダクタ、または信号やデータ処理に適したチップから構成されうる。

セラミック基板は、トランス部の少なくとも１つを保持するための少なくとも１つの凹部を有しうる。各トランス部は、そのような凹部において皿穴が開けられた状態（countersunk）でありうる。セラミック基板は、圧電トランスの少なくとも一部を少なくとも部分的に収容しうる。

圧電トランスは、その表面に少なくとも１つのノード領域を有する本体を備えてもよく、そのノードは本体内で誘起された音波として現れる。本体は、ノード領域内でセラミック基板と有利に接続されており、他の領域内ではこの基板から離れて配置されている。

ノード領域は、１つの線に沿って本体のベース表面（base surface）上に広がり、波の伝搬方向と垂直に走っている。ノード領域は、トランス本体の幅方向に有利に広がっている。基本モード、すなわち音波の第１高調波におけるトランスの動作では、唯１つのノード領域が、本体のほぼ中央部に現れる。第２高調波におけるトランスの動作では、２つのノード領域が、端面から約４分の１波長分離れて配置された本体の中央部に現れる。

トランス部の電気接点は、セラミック基板の接触面と金属線により接続されうる。トランス部の電気接点とセラミック基板の電気接点はまた互いに反対方向に位置し、はんだ接続により互いに接続されうる。

部品はまたキャリア基板（carrier substrate）を備え、キャリア基板の上にセラミック基板が圧電トランスとともに取り付けられ、キャリア基板内またはキャリア基板上で実現される電気回路とセラミック基板とを接続するための電気供給線はキャリア基板内で統合される。

１つの実施形態では、本体はそのベース表面の領域内でセラミック基板と接触し、本体のベース表面の少なくとも９０パーセントは機械的にセラミック基板から分離されている。

少なくとも２つの結合領域が存在しえ、それらは互いに離れて位置し、その中ではトランス本体はセラミック基板と堅く接続されている。それらはノード領域内にノード線に沿って有利に配置されている。ノード線として、１つの線が指定され、そこでは本体のたわみ振幅は０である。有利には、各ノード領域において２つの結合領域が存在する。

特に、第１次高調波における動作では、互いに離れて位置し、セラミック基板上に取り付けられ、本体に接触する少なくとも２つの接触領域を、ノード領域内に配置された２つの結合領域の隣に配置することは有利なことである。接触領域は、振動減衰特性を有利に有している。

接触領域は、波の伝搬方向に沿って、例えば本体の長手軸に沿って、有利に配置されている。結合領域は、波の伝搬方向及び本体の長手軸に対し垂直方向に延びる線に沿って有利に配置されている。

以下に、有利な実施形態が実際どおりの尺度ではない略図を参照して説明される。

図１は、セラミック基板１と圧電トランス３を有する電気部品１２を示し、電気部品１２は、セラミック基板１の領域２内に配置されている。圧電トランス３は、電極４１，４２を有する第１部分４と、電極５１，５２を有する第２部分とを備える。

電圧が第１部分４の電極４１，４２に加えられると、周期的な信号、すなわち音波による機械的な応力が発生し、第２部分５へ伝えられる。トランスの出力電圧は、第２部分５の電極５１，５２で引き出されうる。各トランス部分の電極の間の分極方向は、矢印Ｐで特徴付けられる。

トランス３は、電気部品や回路に電流や電圧を供給する電源部の有利な部品であり、有利に基板１上に配置されるか、または有利にこの基板内に統合される。

トランス本体は、セラミック含有材料から有利に作られる。電極４１，４２，５１，５３は、図１の実施形態において基板１の主表面と平行に配置される。しかし、それら電極は図２Ａ、図２Ｂにおいて表される実施形態のように、これらの主表面と垂直にも広がりうる。トランス本体内に配置される内部電極の図１で見られない配置は、各電極４１，４２，５１，５３と接続されうる。内部電極は、有利には基板１の主表面と平行に配向されているため、音波は垂直方向に誘起される。内部電極の接続の順序は、以下に説明される。

接触面４３，４４，５３，５４は、セラミック基板１の上側に配置され、接触面５６は下側に配置される。第１部分４の第１電極４１は、ボンディングワイヤ４５により接触面４３と接続されている。基板と対向する第１部分４の第２電極４２は、基板１の上側に配置された供給線４６により接触面４４と接続されている。供給線は、接触面４４と、電極４２にはんだ付けされた基板１の接触面とを接続する。

第２部分５の第１電極５１は、ボンディングワイヤ５５により接触面５６と接続されている。接触面５６は、ビアコンタクト（via contact）５７により接触面５３と電気的に接続されている。基板と対向する第２部分５の第２電極５２は、部分的に露出し部分的に基板１内に埋め込まれている供給線５８とビアコンタクト５９により、接触面５４と接続されている。この供給線は、接触面５４と、電極５２にはんだ付けされた基板１の接触面とを接続する。

接触面４３，４４，５３，５４は図１に示された部品の外部電極として備えられる。それら全ては、基板１の主表面の１つと接触している。しかし、部品の外部電極を、基板の両主表面、すなわち上側と下側の両方に配置することもまた可能である。

接触面４３，４４と接触面５３，５４は、基板１の主表面の反対側で、かつできるだけ互いに離れた位置に有利に配置される。第１部分と第２部分とに接続された接触面間の大きな距離は、明示された部品の破壊強度を増加させる。全ての接触面４３，４４と５３，５４を基板１の同じ主表面に配置することも可能である。

第１部分４の接触面４３，４４と第２部分の接触面５３，５４との間にトランス３を配置することは、特に有利であり、トランス部の良い電磁デカプリングがこれにより可能となる。ここで、もし、ボンディングワイヤ４５，５５が様々なトランス部と接触するために基板１の異なる主表面と向き合って外側へ導かれているならば有利である。しかし、基板の接触面、供給線、及びボンディングワイヤの配置は、原則として任意でありうる。例えば、ボンディングワイヤ４５が接触する接触面４３は、第１部分の第１電極４１と接触するための外部電極として備えられた別の接触面と、例えば供給線を介して、電気的に接続されることができる。

基板１はトランス領域２を有し、これはトランス部４，５と機械的に結合されている。トランス領域２には、図１の第２部分５におけるトランス部を保持するための凹部１１がある。基板の領域２において、他のトランス部を保持するために別の凹部が備えられ得る。

トランス領域２は、副領域３０を有し、これはトランス３の一要素である。従って、基板１とトランス３は互いに統合し、分離することができないため、信号伝達のためのトランスの電気的機能は実現される。基板の他の領域は電気回路の統合のため、または電気部品のためのキャリアとして備えられ得る。

トランス領域２とは異なる基板領域は、副領域３０よりも有利に厚い。先に述べた基板領域の境界で厚さ方向のジャンプに起因して、これらの領域の音響インピーダンスは互いに異なる。従って、薄いトランス領域２で誘起される音波は、残りのもっと厚い領域への境界で反射する。従って、トランス領域２におけるほとんどの部分での音波の機械的エネルギーの広がりを抑えることが可能である。

基板１の副領域３０は、他の基板領域よりも厚さが薄く、第１部分４と第２部分５との間に配置されたトランス３の絶縁領域として備えられている。この領域は、トランス部４，５の間の機械的な接続を作り出す。この領域は原則として任意の薄さでありうる。薄い絶縁領域は、厚い絶縁領域を有するトランスと比較して圧電トランスの能率を増加させる。そのため、副領域３０内の基板１の厚さが、例えば外部キャリアへ取り付けるためまたは追加の電気部品のためのキャリアとして備えられる基板領域内の基板１の厚さよりも著しく小さいために、基板の厚い壁の残り部分とトランス３の機械的な結合は比較的小さく、トランス３は基板の厚い領域から基本的に機械的に分離している。

図１に示す圧電トランス３において、音響振動が垂直方向に、すなわちセラミック基板１の主表面と垂直方向に、誘起される。対照的に、図２Ａ、図２Ｂに示す圧電トランス３においては、音響振動は長手方向、すなわちセラミック基板１の主表面と平行に誘起される。

図２Ａ、図２Ｂにおいて、別の部品の様々な断面Ａ−ＡとＢ−Ｂが、セラミック基板１とこの基板に取り付けられた圧電トランス３と共に示されている。トランス本体は、トランス部４，５の間に配置された絶縁領域１０を備える。本体は、ブロック形状であり、長方形断面を有するセラミック板として有利に構成されている。図２Ａ、図２Ｂに見られるトランス３は、長手方向の音響基本モードの第２高調波において有利に動作し、トランス内の本体の長手方向と一致する波の伝搬方向には、２つのノード領域６，７がある。基板１とトランス本体との間の電気的及び機械的結合は、有利にこれらの領域内で基本的に限定されるが、これは、音響損失が基板１とトランス３との間の機械的結合により特別に低いままである理由である。トランス３の電極表面４１，４２，５１，５２は、これらの領域を過ぎて延びている。

この実施形態では、基板１の領域２内に、トランス本体全部を保持する凹部１１がある。音波は本体の長手方向に伝搬する。定常波の最小値ひいては本体の最小のたわみは、ノード領域６，７で起こる。そのため、トランス本体のベース表面と基板１との間の機械的な結合は基本的にノード領域６，７に限定される。この機械的結合は、どちらも比較的小さい表面積を有する２つの接触領域８，９内で有利に実現される。図２Ｂでは、トランス本体の大きな中央領域がセラミック基板１から機械的に分離していることがわかる。この結合は、本体の角か端の領域にのみ限定される。結合領域の表面は、トランス本体のベース表面の１０パーセント未満に有利に等しい。

接触領域８，９は、凹部１１の側壁の段によりそれぞれ形成される。接触領域８，９は、代替的に凹部１１内に配置された突起として構成されることができ、各トランス部分で２つの突起、すなわち、全部で４つの突起が有利に備えられている。そのような突起の高さは、凹部１１の最大の深さよりも有利に小さい。

入力部分４の電極４１，４２は、トランス本体の反対側表面上に配置されている。出力部分５の電極５１，５２もまたこれらの側の表面上に配置されているが、入力部分４の電極４１，４２からは少し離れている。

外部電極として備えられている接触面４３，４４は、供給線４６と４６’を介して入力部分４の電極４１，４２と導電的に接続されている。外部電極として備えられた接触面５３，５４は、供給線５８と５８’を介して出力部分５の電極５１，５２と導電的に接続されている。各電極４１，４２，５１，５２は、割り当てられた供給線４６，５８，４６’，５８’に有利にはんだ付けされている。

各電極４１，４２，５１，５２は、トランス本体内に配置され、図２Ａ及び図２Ｂでは示されない内部電極の配置と有利に接続されている。互いに導電的に接続されている内部電極の各配置は、電極４１，４２，５１，５２のうちの１つにのみ有利に接続され、他の電極から電気的に絶縁されている。内部電極は、それらが接続されているトランス部の特定の電極と垂直な方向に有利に配置されている。内部電極は、各トランス部の第１及び第２の電極と接続され、交互構成で有利に配置されている。すなわち、それらは互いに連結している。

図３では、キャリア板の形状をしたキャリア１３とともに１つの部品がしめされている。そのキャリア板はプリント回路基板や別のセラミック基板であり得る。この部品は、図１で説明される部品のように基本的に構成されている電気部品１２を備える。図１とは対照的に、トランス３の出力部５は、凹部１１に皿穴が開けられていないが、代わりに下向きで凹部の外に突起がある。

キャリア１３には、部品１２を保持するための開口部１４または凹部がある。この開口部または凹部の反対側表面の少なくとも２つそれぞれが、有利には１つの段１５，１６を有し、部品１２の基板１のための接触面として形成されている。段１５，１６の高さは、トランス３の出力部５が開口部１４内に完全に皿穴が開けられ、キャリア１３から突出しないように選ばれている。セラミック基板１の上側表面は、キャリア１３の上側表面と同じ高さに配置されるが、もっと低くまたは高く位置することもある。

キャリア１３の上面は接触面６１，６２，６３，６４である。ボンディングワイヤにより、キャリア１３の接触面６１はセラミック基板１の接触面４４と接続され、接触面６２は接触面４３と接続され、接触面６３は接触面５３と接続され、接触面６４は接触面５４と接続されている。ボンディングワイヤの代わりに、電気供給線が別の方法として考えられ得る。

開口部１４の外側のキャリア１３の領域では、別の電気部品が備え付けられ、電気的にトランス３と接続され、このトランスにより有利に電圧を供給されている。キャリア１３内では、別の回路もまた統合され、電気的にトランス３と接続され、このトランスにより有利に電圧を供給されている。

図４では、第２高調波で動作するトランス３の結合領域の配置例が示されている。トランス本体は、互いに離れて位置する４つの結合領域１０１，１０２，１０３，１０４内でセラミック基板１と堅く接続されている。２つの結合領域１０１，１０２は、第１ノード領域６内で互いに少し離れて配置され、他の２つの結合領域１０３，１０４は、第２ノード領域７内で互いに少し離れて配置されている。

図５では、第１高調波で動作する圧電トランスの結合領域の配置例が示されている。トランス本体は、互いに離れて位置する２つの結合領域１０１，１０２内でセラミック基板１と堅く接続している。加えて、互いに離れて位置し、セラミック基板１上に備え付けられ、本体と接触している２つの接触領域２０１，２０２がある。接触領域２０１，２０２は、波の伝搬方向及びトランス本体の長手軸Ｌに沿って配置されている。接触領域は、例えば比較的堅いゴムから作られる。

結合領域と接触領域の位置は、図４と図５に示された例と異なりうる。接触領域は原則としてベース表面の終端領域に配置されうる。

明示された部品は、示された要素の幾何学的な形状に関して、及びセラミック基板とトランス本体の間の機械的な結合の型に関してもまた、図１から図３で示された例に限られない。トランスは、原則として任意の構造を有しうる。

セラミック基板と、統合された圧電トランスを伴う電気部品を示す。 セラミック基板とこの基板上に配置された圧電トランスを伴う電機部品の側面図である。 図２Ａの電気部品の断面図である。 図１の電気部品が統合されているモジュール部品を示す。 第２高調波において動作するトランスのベース表面（下側）の平面図である。 第１高調波において動作するトランスのベース表面（下側）の平面図である。

符号の説明

１ セラミック基板
２ 圧電トランスが配置されたセラミック基板の領域
３ 圧電トランス
３０ 基板１の厚さが小さい領域
４ トランスの第１部分
４１，４２ 第１部分の電極
４３，４４ セラミック基板の接触面
４５ ボンディングワイヤ
４６，４６’ 供給線
５ トランスの第２部分
５１，５２ 第２部分の電極
５３，５４，５６ セラミック基板の接触面
５５ ボンディングワイヤ
５７，５９ ビアコンタクト
５８，５８’ 供給線
６，７ ノード領域
６１，６２ キャリア１３の接触面
６３，６４ キャリア１３の接触面
８，９ 接触領域
１０ 絶縁領域
１１ 凹部
１２ 圧電トランスとセラミック基板を備える電気部品
１３ キャリア
１４ 開口部
Ｐ 分極

Claims (14)

1. セラミック基板（１）と、
   前記セラミック基板（１）と電気的に、かつ機械的に接続された圧電トランス（３）と、
   を備えることを特徴とする電気部品。
2. 前記圧電トランス（３）は、入力部分（４）と、出力部分（５）と、該入力部分と該出力部分との間に配置された絶縁領域（１０，３０）とを備え、
   前記絶縁領域（１０，３０）は、前記セラミック基板（１）の１つの領域（３０）により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気部品。
3. 前記絶縁領域（３０）は、前記セラミック基板（１）の他の領域よりも薄い構造を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気部品。
4. 前記圧電トランス（３）と接触するための電気供給線（５７，５８，５９）をさらに備え、前記電気供給線は、前記セラミック基板（１）内で少なくとも部分的に統合されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電気部品。
5. 前記電気供給線（５７，５８，５９）は少なくとも１つのビアコンタクト（５７，５９）を備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電気部品。
6. 電気的に前記圧電トランス（３）と接続され、前記セラミック基板（１）内で少なくとも部分的に統合された少なくとも１つの電気回路をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の電気部品。
7. 電気的に前記圧電トランス（３）と接続され、前記セラミック基板（１）上に配置された少なくとも１つの電気回路をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の電気部品。
8. 前記セラミック基板（１）は、前記圧電トランスの少なくとも１つの部分（４，５）を保持するための少なくとも１つの凹部（１１）を備える、
   ことを特徴とする請求項２乃至７のうちいずれか１項に記載の電気部品。
9. 前記セラミック基板（１）は、前記圧電トランスの少なくとも１つの部分（４，５）を少なくとも部分的に収容している、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の電気部品。
10. 前記圧電トランス（３）は、１または２以上のノード領域（６，７）をその表面に有し、音波のノードが該１または２以上のノード領域内に現れる１つの本体を備え、
    前記本体は、前記１または２以上のノード領域（６，７）内でのみ前記セラミック基板（１）と堅く接続され、他の領域内では前記セラミック基板（１）と離れて位置する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の電気部品。
11. キャリア基板（１３）をさらに備え、前記セラミック基板（１）は、前記圧電トランス（３）とともに前記キャリア基板上に取り付けられており、
    前記セラミック基板（１）と、前記キャリア基板内または前記キャリア基板上に形成された電気回路とを接続するために、前記キャリア基板（１３）内で統合された電気供給線をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の電気部品。
12. 前記本体は、互いに離れて位置する少なくとも２つの結合領域（１０１，１０２，１０３，１０４）で前記セラミック基板（１）と堅く接続されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電気部品。
13. 前記少なくとも２つの結合領域（１０１，１０２，１０３，１０４）は、前記１または２以上のノード領域（６，７）内に配置されていること、
    を特徴とする請求項１２に記載の電気部品。
14. 互いに離れて位置し、前記セラミック基板（１）上に取り付けられ、前記本体と接触する少なくとも２つの接触領域（２０１，２０２）をさらに備え、
    前記接触領域（２０１，２０２）は、振動減衰特性を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか１項の記載の電気部品。

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