JP2010010804A - Method of manufacturing ferrite magnet element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非可逆回路素子などに組み込まれるフェライト・磁石素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ferrite / magnet element incorporated in a non-reciprocal circuit element or the like.
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。 Conventionally, nonreciprocal circuit elements such as isolators and circulators have a characteristic of transmitting a signal only in a predetermined specific direction and not transmitting in a reverse direction. Utilizing this characteristic, for example, an isolator is used in a transmission circuit unit of a mobile communication device such as a car phone or a mobile phone.
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。 In general, in this type of nonreciprocal circuit element, a ferrite / magnet element composed of a ferrite having a central electrode formed thereon and a permanent magnet that applies a DC magnetic field thereto, or a predetermined matching circuit element composed of a resistor or a capacitor (capacitance). I have. In addition, a composite electronic component including a plurality of nonreciprocal circuit elements or a composite electronic component including a nonreciprocal circuit element and a power amplifier element is provided as a module.
従来では、特許文献1,2,3などで種々の非可逆回路素子が提案されている。特許文献1,2に記載の非可逆回路素子では、中心電極を設けたフェライトと永久磁石とが一体化されていないため、組立てが煩雑であるとともに、組立て誤差で特性にばらつきが生じるという問題点を有していた。特に、特許文献2に記載の非可逆回路素子では、中心電極を感光性導体ペーストで形成するために焼結後に収縮を生じ、収縮率のばらつきで高精度を保持できないという問題点を有していた。
Conventionally, various nonreciprocal circuit elements have been proposed in
また、特許文献3に記載の非可逆回路素子は、中心電極を設けたフェライトを一対の永久磁石で挟着して一体化したもので、取扱いが容易で組立て誤差を解消できるものの、中心電極を焼結する必要があるため、収縮率のばらつきという問題点は解消されていない。また、フェライトの両主面それぞれに別工程で中心電極を形成していくため、一方の主面と他方の主面ごとに中心電極を形成するための位置合わせを行う必要があり、煩雑であった。さらに、フェライトを基準として取り扱うと、フェライトは薄いために破損するおそれを有していた。
そこで、本発明の目的は、高精度にかつ容易に組立てることのできるフェライト・磁石素子の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ferrite / magnet element that can be easily assembled with high accuracy.
さらに、本発明の他の目的は、焼結による誤差を生じることのないフェライト・磁石素子の製造方法を提供することにある。 It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a ferrite magnet element that does not cause errors due to sintering.
前記目的を達成するため、本発明の一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ようにフェライトの主面に固着した永久磁石とからなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
永久磁石の主面に接着層を介して金属箔にて中心電極となる電極層を形成し、その上に絶縁層を介して金属箔にていま一つの中心電極となる電極層を形成し、その上に接着層を介してフェライトを貼着する第1の工程と、
前記フェライトの主面に接着層を介して金属箔にて中心電極となる電極層を形成し、その上に絶縁層を介して金属箔にていま一つの中心電極となる電極層を形成する第2の工程と、
前記フェライトにスルーホールを形成する第3の工程と、
前記スルーホールに電極を設ける第4の工程と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a ferrite magnet element according to one aspect of the present invention includes:
Manufacture of a ferrite-magnet element comprising a ferrite having a plurality of central electrodes arranged in an electrically insulated state from each other and a permanent magnet fixed to the main surface of the ferrite so as to apply a DC magnetic field to the ferrite In the method
An electrode layer to be a central electrode is formed on the main surface of the permanent magnet with a metal foil through an adhesive layer, and an electrode layer to be another central electrode is formed on the metal foil through an insulating layer thereon. A first step of attaching ferrite thereon via an adhesive layer;
An electrode layer serving as a central electrode is formed on the main surface of the ferrite with a metal foil through an adhesive layer, and an electrode layer serving as a central electrode is formed on the metal foil over the insulating layer. Two steps;
A third step of forming a through hole in the ferrite;
A fourth step of providing an electrode in the through hole;
It is provided with.
前記フェライト・磁石素子の製造方法においては、永久磁石の主面上に接着層、金属箔、絶縁層、金属箔、接着層、フェライト、接着層、金属箔、絶縁層、金属箔を順次積層して製造することができ、積層する際の位置決め基準は一つで済むため、精度が向上する。また、中心電極は金属箔にて形成するため、焼結することはないので、焼結による収縮誤差が生じることはない。さらに、比較的厚い永久磁石を基準として積層していくので、薄いフェライトが破損するおそれを解消できる。 In the method for manufacturing a ferrite / magnet element, an adhesive layer, a metal foil, an insulating layer, a metal foil, an adhesive layer, a ferrite, an adhesive layer, a metal foil, an insulating layer, and a metal foil are sequentially laminated on the main surface of the permanent magnet. Since only one positioning reference is required for stacking, accuracy is improved. Further, since the center electrode is formed of a metal foil, it is not sintered, so that shrinkage error due to sintering does not occur. Furthermore, since the lamination is performed using a relatively thick permanent magnet as a reference, the possibility of damaging the thin ferrite can be eliminated.
本発明によれば、永久磁石上に材料を順次積層していく手法で精度よくかつ容易にフェライト・磁石素子を製造することができ、薄いフェライトが破損するおそれが解消される。さらに、スルーホールにめっきによって電極を設ければ、フェライト・磁石素子の製造に焼結工程を必要としないので収縮誤差による精度の悪化を生じることがない。 According to the present invention, a ferrite / magnet element can be accurately and easily manufactured by a method of sequentially laminating materials on a permanent magnet, and the possibility of damaging a thin ferrite is eliminated. Furthermore, if an electrode is provided in the through hole by plating, the sintering process is not required for manufacturing the ferrite / magnet element, so that the accuracy is not deteriorated due to the shrinkage error.
以下、本発明に係るフェライト・磁石素子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。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。 Embodiments of a method for manufacturing a ferrite magnet element according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part and part which are common in each Example, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(アイソレータの第1例、図1〜図5参照)
第1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(コンデンサC1は回路基板20上に実装され、他の素子は回路基板20に内蔵されている)とで構成されている。
(First example of isolator, see FIGS. 1 to 5)
FIG. 1 shows an exploded perspective view of a two-
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。
As shown in FIG. 2, the
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、エポキシ系の接着層42(図4参照)を介して接着され、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どうしを対向させて配置されている。なお、フェライト・磁石素子30の製造方法については、以下に図6〜図8を参照して詳述する。
Further, the
第1中心電極35は以下に説明するように金属箔(例えば、Cu箔)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、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形成され、その一端は下面32dに形成された電極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、間に絶縁層43(図4参照)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。
The
第2中心電極36は金属箔(例えば、Cu箔)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、電極36h、2.5ターン目36i、電極36j、3ターン目36k、電極36l、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に形成された電極35c,36lに接続されている。なお、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。
The
また、電極35a,35b,35c,36b,36d,36f,36h,36j,36l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Ag,Cuなどをめっきにて形成されている。また、上下面32c,32dには凹部37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スルーホールを形成し、このスルーホールに電極材料をめっきした後、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。
The
図4は、フェライト32の主面32a上に各材料が積層される状態を示しており、主面32a上には接着層44を介して第2中心電極36が形成され、さらに、絶縁層43を介して第1中心電極35が形成され、さらに、接着層42を介して永久磁石41が貼着されている。フェライト32の主面32b側にも、図4では示していないが、同様に各材料が積層されている。なお、製造方法については以下に図6〜図8を参照して説明する。
FIG. 4 shows a state in which the respective materials are laminated on the
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はCuなどの金属箔をエッチングして形成される。中心電極35,36の絶縁層43としては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で形成することができる。
As the
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とを接着する接着層42としては、例えば、一液性の熱硬化型エポキシ接着剤を用いる。
As the
基板20は、LTCCセラミック基板であり、その表面には、前記フェライト・磁石素子30や整合回路素子の一部であるチップタイプのコンデンサC1を実装するための端子電極25a,25b,25c,25d,25eや入出力用電極26,27、グランド電極28が形成されている。また、図5を参照して以下に説明する整合回路素子(コンデンサC2,CS1,CS2、抵抗R)が基板20に内部電極として形成され、ビアホール導体などを介して所定の回路が構成されている。
The
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,36lが基板20上の端子電極25a,25b,25cとリフローはんだ付けされて一体化される。また、コンデンサC1が基板20上の端子電極25d,25eとリフローはんだ付けされる。
The
(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。
(Circuit configuration, see FIG. 5)
Here, one circuit example of the
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。
In the two-
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。
Further, the ferrite /
(製造工程、図6〜図8参照)
前記フェライト・磁石素子30の製造工程について図6〜図8を参照して説明する。なお、図6〜図8ではフェライト・磁石素子30の一部分を断面として示している。
(Manufacturing process, see FIGS. 6 to 8)
The manufacturing process of the
また、フェライト32は以下のようにして製作したものを用いている。即ち、酸化イットリウム及び酸化鉄を主成分とするマイクロ波用磁性体粉末と、ポリビニールアルコール系有機バインダとを有機溶剤中に分散し、スラリーを得た。次に、前記マイクロ波用磁性体粉末を乾式プレスなどで成形し、1300〜1400℃程度の温度で焼成した。なお、前記主成分に代えて、マンガンマグネシウムフェライト、ニッケル亜鉛フェライト、カルシウムバナジウムガーネットなどの磁性体粉末を用いてもよい。
The
また、第1中心電極35と第2中心電極36の配置順序はいずれが先であってもよい。図2及び図4では第2中心電極36を内側に配置し、第1中心電極35を外側に配置した例を示したが、この製造工程では第1中心電極35を内側に配置し、第2中心電極36を外側に配置した例で説明する。
Further, the arrangement order of the
まず、工程1では、永久磁石41の主面に接着層42を形成する。工程2では、接着層42上に金属箔を貼着し、フォトリソグラフィにより中心電極36となる電極層を形成するとともに、積層の基準となるマーカーを設ける。工程3では、絶縁層43を形成する。工程4では、絶縁層43上に金属箔を貼着し、フォトリソグラフィにより中心電極35となる電極層を形成する。工程5では、接着層44を形成する。工程6では、接着層44上にフェライト32を貼着する。
First, in
次に、工程7では、フェライト32にスルーホール33(上下面の凹部37,38に相当する)を形成する。スルーホール33はレーザ法により加工されるが、サンドブラスト法などで加工してもよい。工程8では、スルーホール33に電極34をめっきにて形成する。この電極34は、接着層44や絶縁層43の非形成部分にも形成され、フェライト32の上下面32c,32dで中心電極35,36をそれぞれ接続する。工程9ではフェライト32の主面に接着層45を形成する。工程10では、接着層45上に金属箔を貼着し、フォトリソグラフィにより中心電極35となる電極層を形成する。工程11では、絶縁層46を形成する。なお、前記工程9及び工程11では、フォトリソグラフィにより電極34上を開口部として形成する。
Next, in step 7, through holes 33 (corresponding to the upper and lower
次に、工程12では、絶縁層46上に金属箔を貼着し、フォトリソグラフィにより中心電極36となる電極層を形成する。工程13では、電極34をめっきにて形成する。ここで形成される電極34は、中心電極35,36とそれぞれ接続し、前記工程8で形成した電極34とも接続する。工程14では、接着層47を形成する。工程15では、接着層47上にいま一つの永久磁石41を貼着する。
Next, in step 12, a metal foil is stuck on the insulating
以上の製造工程は、いわゆる多数個取りの手法で行われる。即ち、永久磁石41及びフェライト32はマザー磁石及びマザーフェライトを用い、それらの表面に所定の材料を1単位の素子30を構成するように積層して形状を加工し、前記工程15を完了した後に所定のサイズに分割する。
The above manufacturing process is performed by a so-called multi-cavity method. That is, the
なお、前記製造工程において、工程8での電極34の形成を省略し、工程13にて電極34を一体的に形成してもよい。また、工程7でのスルーホール33の形成を省略し(この場合、工程8も省略される)、工程9〜工程13のいずれかの工程間でスルーホール33を形成し、工程13にて電極34を一体的に形成してもよい。さらに、工程2及び工程15の後に、永久磁石41の下面(回路基板20に対する永久磁石41の実装面である)にもスルーホールを形成し、該スルーホールにめっきにて電極34を形成してもよい。このようにして形成したフェライト・磁石素子30の底面を図9に示す。永久磁石41の下面にも電極34を形成することにより、フェライト・磁石素子30を基板20上に実装する際のはんだ付け強度が向上する。
In the manufacturing process, the formation of the
前記製造工程においては、永久磁石41の主面上に接着層42、金属箔(電極36)、絶縁層43、金属箔(電極35)、接着層44、フェライト32、接着層45、金属箔(電極35)、絶縁層46、金属箔(電極36)、接着層47、永久磁石41を順次積層して製造することができ、積層する際の位置決め基準は一つで済むため、精度が向上する。また、中心電極35,36は金属箔にて形成するとともに、電極34(35a,35b,35c,36b,36d,36f,36h,36j,36l)をめっきにて形成するため、焼結することはないので、焼結による収縮誤差が生じることはない。
In the manufacturing process, the
(アイソレータの第2例、図10参照)
第2例である2ポート型アイソレータ2の分解斜視図を図10に示す。この2ポート型アイソレータ2は、基本的には前記第1例と同様の構成を備え、異なるのは、整合回路素子C1,C2,CS1,CS2,Rの全てをチップタイプとしてプリント配線回路基板20Aの表面にはんだ付けした点にある。プリント配線回路基板20Aの表面には第1及び第2中心電極35,36の両端を接続するための端子電極25a,25b,25c以外にも各整合回路素子を接続するための端子電極25d,25eが形成されている。また、図示しないが、入出力用電極、グランド電極も形成されている。
(See second example of isolator, FIG. 10)
FIG. 10 is an exploded perspective view of the 2-
(複合電子部品の第1例、図11及び図12参照)
図11に第1例である複合電子部品3を示す。この複合電子部品3は、前記アイソレータ2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。
(Refer to the first example of the composite electronic component, FIG. 11 and FIG. 12)
FIG. 11 shows a composite
図12に複合電子部品3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2に入力される。
FIG. 12 shows a circuit configuration of the composite
(複合電子部品の第2例、図13参照)
図13に第2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2A,2B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2A,2Bは前記アイソレータ2と同様の構成からなり、アイソレータ2Aは例えば800MHz帯に使用され、アイソレータ2Bは例えば2GHz帯に使用される。
(Refer to the second example of the composite electronic component, FIG. 13)
FIG. 13 shows a composite electronic component 4 as a second example. This composite electronic component 4 is configured as a module by mounting
(複合電子部品の第3例、図14参照)
図14に第3例である複合電子部品5を示す。この複合電子部品5は、アイソレータ2Aとパワーアンプ81Aの組、及び、アイソレータ2B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。
(Refer to FIG. 14 for the third example of the composite electronic component)
FIG. 14 shows a composite
(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。
(Other examples)
In addition, the manufacturing method of the ferrite magnet element which concerns on this invention is not limited to the said Example, It can change variously within the range of the summary.
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。さらに、フェライト・磁石素子は、永久磁石がフェライトの片方の主面にのみ固着されているものであってもよい。 In particular, the configuration of the matching circuit is arbitrary. Also, as a method of joining the ferrite / magnet element and the matching circuit element to the surface of the substrate, in addition to the solder joining shown in the above embodiment, joining by a conductive adhesive, joining by ultrasonic waves, joining by bridge bonding, etc. It may be used. Further, the ferrite-magnet element may have a permanent magnet fixed only to one main surface of the ferrite.
1,2,2A,2B…アイソレータ
3,4,5…複合電子部品
30…フェライト・磁石素子
32…フェライト
33…スルーホール
34…電極
35…第1中心電極
36…第2中心電極
41…永久磁石
42,44,45,47…接着層
43,46…絶縁層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
永久磁石の主面に接着層を介して金属箔にて中心電極となる電極層を形成し、その上に絶縁層を介して金属箔にていま一つの中心電極となる電極層を形成し、その上に接着層を介してフェライトを貼着する第1の工程と、
前記フェライトの主面に接着層を介して金属箔にて中心電極となる電極層を形成し、その上に絶縁層を介して金属箔にていま一つの中心電極となる電極層を形成する第2の工程と、
前記フェライトにスルーホールを形成する第3の工程と、
前記スルーホールに電極を設ける第4の工程と、
を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子の製造方法。 Manufacture of a ferrite-magnet element comprising a ferrite having a plurality of central electrodes arranged in an electrically insulated state from each other and a permanent magnet fixed to the main surface of the ferrite so as to apply a DC magnetic field to the ferrite In the method
An electrode layer to be a central electrode is formed on the main surface of the permanent magnet with a metal foil through an adhesive layer, and an electrode layer to be another central electrode is formed on the metal foil through an insulating layer thereon. A first step of attaching ferrite thereon via an adhesive layer;
An electrode layer serving as a central electrode is formed on the main surface of the ferrite with a metal foil through an adhesive layer, and an electrode layer serving as a central electrode is formed on the metal foil over the insulating layer. Two steps;
A third step of forming a through hole in the ferrite;
A fourth step of providing an electrode in the through hole;
A method for producing a ferrite / magnet element, comprising:
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