JP2021052223A - 非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気回転子及び永久磁石がケース状の上部ヨークに収容された構造を有する非可逆回路素子において、仮着磁工程を省略することによって製造コストを抑える。【解決手段】非可逆回路素子１０は、磁気回転子Ｍと、磁気回転子Ｍに磁界を印加する永久磁石４０と、下部ヨーク１４７と、下部ヨーク１４７に固定され、磁気回転子Ｍ及び永久磁石４０を収容する上部ヨーク３００とを備える。上部ヨーク３００は、磁気回転子Ｍ及び永久磁石４０を上面側から覆う天板部３０５と、これらを側面側から覆い、互いに向かい合う側板部３０３，３０４を含む。側板部３０３，３０４はそれぞれ板バネ部３１１，３１２を有し、永久磁石４０は板バネ部３１１，３１２に挟まれるよう付勢されている。これにより、上部ヨーク３００内に着磁前の永久磁石４０を保持することができることから、着磁されていない永久磁石４０の脱落を防止するための仮着磁工程が不要となる。【選択図】図１３

Description

本発明は非可逆回路素子に関し、特に、磁気回転子及び永久磁石がケース状の上部ヨークに収容された構造を有する非可逆回路素子に関する。

磁気装置の一種であ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、ヨークとして機能する磁性金属容器内に磁気回転子等の必要な部品を内蔵した構造を有している。この磁性金属容器はアース部材としても機能し、アース用の外部端子として使用することができる。一方、信号入出力端子を別途形成する必要があり、磁性金属容器の外側へ電気信号を導出させる構成が必要となる。すなわち、信号入出力端子は、製品の底部を構成する磁性金属容器を貫通して外側に引き出される必要がある。

外部端子を形成する方法として、特許文献１には、絶縁樹脂に導電性磁性体をインサートモールド成型することにより、磁性金属容器の底面をその厚さ方向に跨ぐ外部端子を形成することが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載された従来の非可逆回路素子は、外部端子を含む樹脂ケースをインサートモールド成型することにより複雑な構造になる。

これに対し、特許文献２に記載された非可逆回路素子は、磁気回転子が搭載された基板を上部ヨークと下部ヨークによって挟み込む構造を有し、基板の下面の一部を下部ヨークから露出させ、この部分に端子電極を形成している。これにより、樹脂ケースなどを用いることなく、端子電極を簡単に磁性金属容器の外側に引き出すことができる。

特開２００２−１４１７０９号公報 特開２０１５−５０６８９号公報

特許文献２に記載された非可逆回路素子の組み立て工程においては、上部ヨークの天板部が下側（重力方向）を向いた状態で、上部ヨークの内部に未着磁の永久磁石を収容し、その後、上部ヨークを上下反転させて回路基板部に装着する。そして、最後に永久磁石を着磁することにより、非可逆回路素子が完成する。

しかしながら、特許文献２に記載された非可逆回路素子は、上部ヨークが単なる蓋状体であることから、上部ヨークを上下反転させる際に、着磁されていない永久磁石が重力によって上部ヨークから脱落してしまう。これを防止するためには、永久磁石が重力によって脱落しない程度に仮着磁を行う必要があり、工程数が増加するという問題があった。

したがって、本発明は、磁気回転子及び永久磁石がケース状の上部ヨークに収容された構造を有する非可逆回路素子において、仮着磁工程を省略することによって製造コストを抑えることを目的とする。

本発明による非可逆回路素子は、磁気回転子と、磁気回転子に磁界を印加する永久磁石と、下部ヨークと、下部ヨークに固定され、磁気回転子及び永久磁石を収容する上部ヨークとを備え、上部ヨークは、磁気回転子及び永久磁石を上面側から覆う天板部と、磁気回転子及び永久磁石を側面側から覆い、互いに向かい合う第１及び第２の側板部を含み、第１及び第２の側板部はそれぞれ第１及び第２の板バネ部を有し、永久磁石は第１及び第２の板バネ部に挟まれるよう付勢されていることを特徴とする。

本発明によれば、上部ヨーク内に着磁前の永久磁石を保持することができることから、着磁されていない永久磁石の脱落を防止するための仮着磁工程が不要となる。これにより、製造コストを低減することが可能となる。

本発明において、上部ヨークは、磁気回転子及び永久磁石を側面側から覆い、互いに向かい合う第３及び第４の側板部をさらに含み、第３の側板部の端部は下部ヨークの一端に固定され、第４の側板部の端部は下部ヨークの他端に固定されていても構わない。これによれば、上部ヨーク及び下部ヨークによって磁気回路を形成することが可能となる。

本発明による非可逆回路素子は、上面及び下面を有する基板をさらに備え、磁気回転子は基板の上面に設けられ、下部ヨークは基板の下面に設けられ、下部ヨークの一端及び他端は、基板から突出していても構わない。これによれば、上部ヨークと下部ヨークの固定が容易となる。

このように、本発明によれば、磁気回転子及び永久磁石がケース状の上部ヨークに収容された構造を有する非可逆回路素子において、仮着磁工程を省略できることから、製造コストを抑えることが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態による非可逆回路素子１０を上面側から見た略斜視図である。 図２は、非可逆回路素子１０を下面側から見た略斜視図である。 図３は、非可逆回路素子１０の構成を説明するための略分解斜視図である。 図４は、回路基板部１００の構造を説明するための略斜視図である。 図５は、回路基板部１００を下側から見た略平面図である。 図６は、回路基板部１００から磁性金属層１４０を省略した状態を示す略平面図である。 図７は、集合基板１００Ａの構成を示す略平面図である。 図８は、積層構造体２００を構造を説明するための透視平面図である。 図９は、積層構造体２００を構造を説明するための平面図である。 図１０は、積層構造体２００から中心導体２１０及び絶縁層２０２を削除した状態を示す平面図である。 図１１は、積層構造体２００から中心導体２１０，２２０及び絶縁層２０１，２０２を削除した状態を示す平面図である。 図１２は、上部ヨーク３００の構造を説明するための略斜視図である。 図１３は、非可逆回路素子１０のｘｚ断面である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の好ましい実施形態による非可逆回路素子１０の外観を示す略斜視図であり、図１は上側から見た図、図２は下側から見た図である。また、図３は、本実施形態による非可逆回路素子１０の構成を説明するための略分解斜視図である。

本実施形態による非可逆回路素子１０は表面実装型の非可逆回路素子であり、図１〜図３に示すように、回路基板部１００と、積層構造体２００と、フェライトコア２０，３０と、永久磁石４０と、ケース状の上部ヨーク３００とを備える。図３に示すように、積層構造体２００は絶縁層２０１，２０２を介して中心導体２１０，２２０，２３０が積層された構造を有しており、上下方向からフェライトコア２０，３０で挟まれることによって磁気回転子Ｍを構成する。フェライトコア３０の上部には永久磁石４０が配置される。そして、磁気回転子Ｍ及び永久磁石４０を回路基板部１００に搭載した後、上部ヨーク３００を回路基板部１００に固定することによって、回路基板部１００及び上部ヨーク３００からなる空間に磁気回転子Ｍ及び永久磁石４０が収容される。

図３に示すように、上部に位置するフェライトコア３０のｘｙ平面サイズは、積層構造体２００のｘｙ平面サイズと同じである。これに対し、下部に位置するフェライトコア２０のｘｙ平面サイズは、積層構造体２００のｘｙ平面サイズよりも小さく、回路基板部１００に設けられた貫通孔１１０ａに挿入される。フェライトコア２０の厚み（ｚ方向における大きさ）は、貫通孔１１０ａの深さ（ｚ方向における大きさ）とほぼ同じであり、したがって、フェライトコア２０を貫通孔１１０ａに挿入しても、フェライトコア２０は回路基板部１００から突出しない。一方、積層構造体２００のｘｙ平面サイズは、貫通孔１１０ａのｘｙ平面サイズよりも大きいため、積層構造体２００を回路基板部１００に表面実装することができる。

但し、本発明において、磁気回転子Ｍがフェライトコア２０，３０の両方を備えることは必須でなく、フェライトコア２０，３０の一方を省略しても構わない。また、フェライトコア２０を貫通孔１１０ａに収容することも必須でなく、フェライトコア２０を回路基板部１００上に載置しても構わない。但し、この場合、積層構造体２００の接続パターンを回路基板部１００に接続するために、例えば、積層構造体２００の接続パターンをｚ方向に延在させる必要がある。これに対し、本実施形態のようにフェライトコア２０を貫通孔１１０ａに収容すれば、積層構造体２００を回路基板部１００に表面実装できることから、製造コストを低減することができるだけでなく、積層構造体２００の構造を単純化することも可能となる。

図４は、回路基板部１００の構造を説明するための略斜視図であり、上側から見た図である。また、図５は、回路基板部１００を下側から見た略平面図である。尚、図４には、貫通孔１１０ａに挿入されたフェライトコア２０も示されている。

図４及び図５に示すように、回路基板部１００は、樹脂などの絶縁材料からなる基板１１０と、基板１１０の上面１１１に形成された配線層１２０と、基板１１０の下面１１２に形成された磁性金属層１４０とを備えている。図６には、磁性金属層１４０を省略した状態が示されている。図６に示すように、基板１１０の下面１１２には、磁性金属層１４０の下層に位置する別の配線層１３０が設けられている。

図４に示すように、配線層１２０は複数の配線パターン１２１〜１２８を有している。また、図６に示すように、配線層１３０は複数の配線パターン１３１〜１３３，１３７を有している。配線パターン１２１〜１２８は、基板１１０の上面１１１に形成された銅（Ｃｕ）などからなる金属箔をパターニングすることによって形成される。同様に、配線パターン１３１〜１３３，１３７は、基板１１０の下面１１２に形成された銅（Ｃｕ）などからなる金属箔をパターニングすることによって形成される。

図５に示すように、磁性金属層１４０は、端子電極１４１〜１４６及び下部ヨーク１４７を有している。端子電極１４１〜１４６及び下部ヨーク１４７は、例えば鉄を主成分とする磁性金属材料からなり、配線層１３０の表面に例えば接着される。磁性金属層１４０には下部ヨーク１４７が含まれていることから、十分な厚さを確保する必要があり、少なくとも、配線層１２０，１３０よりも厚く設計される。磁性金属層１４０が鉄を主成分とする磁性金属材料からなる場合、腐食などを防止するため、その表面をニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）のメッキ膜で覆うことが好ましい。この場合、ニッケルメッキ膜は、磁性金属材料と銅メッキ膜の間に位置し、両者の密着性を高めるとともにバリアメタルとして機能する。また、メッキ膜の最表層が銅（Ｃｕ）であれば、表皮効果によって磁性金属層１４０の高周波抵抗を低減することも可能となる。

また、回路基板部１００は、基板１１０を貫通して設けられたビア導体１５１〜１５８を備えている。図４及び図６に示すように、ビア導体１５１は配線パターン１２１と配線パターン１３１を接続し、ビア導体１５２は配線パターン１２２と配線パターン１３２を接続し、ビア導体１５３は配線パターン１２３と配線パターン１３３を接続する。また、ビア導体１５４〜１５８は、それぞれ配線パターン１２４〜１２８と配線パターン１３７を接続する。

図５に示すように、端子電極１４１〜１４３は、それぞれ配線パターン１３１〜１３３と重なるように設けられる。また、端子電極１４４〜１４６及び下部ヨーク１４７は、いずれも配線パターン１３７と重なるように設けられる。したがって、端子電極１４４〜１４６及び下部ヨーク１４７は、互いに同電位となり、実使用時においてはグランド電位が与えられる。ここで、下部ヨーク１４７は、貫通孔１１０ａを覆うように設けられるとともに、ｙ方向における両端が基板１１０から突出する。

回路基板部１００は、個々に作製しても構わないが、図７に示す集合基板１００Ａを作製した後、ｘ方向に延在するダイシングラインＤｘ及びｙ方向に延在するダイシングラインＤｙに沿って集合基板１００Ａを切断することにより多数個取りすることが好ましい。

図８及び図９は、それぞれ積層構造体２００を構造を説明するための透視平面図及び平面図である。

図８に示すように、積層構造体２００は、樹脂材料などからなる絶縁層２０１，２０２を介して中心導体２１０，２２０，２３０が積層された構造を有している。図９に示すように、中心導体２１０は絶縁層２０２の上面に設けられた２本のストリップパターン２１０Ａ，２１０Ｂからなり、時計の６時の位置から１２時の位置に亘って延在する。中心導体２１０の一端は接続パターン２１１に接続され、中心導体２１０の他端は接続パターン２１２に接続される。

図１０は、積層構造体２００から中心導体２１０及び絶縁層２０２を削除した状態を示す平面図である。図１０に示すように、中心導体２２０は、絶縁層２０１の上面に設けられた２本のストリップパターン２２０Ａ，２２０Ｂからなり、時計の１０時の位置から４時の位置に亘って延在する。中心導体２２０の一端は接続パターン２２１に接続され、中心導体２２０の他端は接続パターン２２２に接続される。

図１１は、積層構造体２００から中心導体２１０，２２０及び絶縁層２０１，２０２を削除した状態を示す平面図である。図１１に示すように、中心導体２３０は絶縁層２０１の下面に設けられた２本のストリップパターン２３０Ａ，２３０Ｂからなり、時計の２時の位置から８時の位置に亘って延在する。中心導体２３０の一端は接続パターン２３１に接続され、中心導体２３０の他端は接続パターン２３２に接続される。

上述した接続パターン２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２は、絶縁層２０１，２０２を貫通して設けられたビア導体２４１〜２４６、並びに、絶縁層２０１，２０２の側面に設けられた側面導体２５１〜２５６にそれぞれ接続され、これにより、いずれも絶縁層２０１の下面に引き出されている。絶縁層２０１の下面は、積層構造体２００の一方の表面を構成する。

このような構造を有する積層構造体２００は、回路基板部１００に表面実装することができる。積層構造体２００が回路基板部１００に実装されると、接続パターン２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２がそれぞれ配線パターン１２１〜１２６に接続される。これにより、中心導体２１０，２２０，２３０の一端は、それぞれ配線パターン１２１〜１２３を介して端子電極１４１〜１４３に接続される。また、中心導体２１０，２２０，２３０の他端は、それぞれ配線パターン１２４〜１２６を介して端子電極１４４〜１４６及び下部ヨーク１４７に共通に接続される。

また、図３に示すように、配線パターン１２１と配線パターン１２７の間にはチップ型のコンデンサ１６１が接続され、配線パターン１２２と配線パターン１２７の間にはチップ型のコンデンサ１６２が接続され、配線パターン１２３と配線パターン１２８の間にはチップ型のコンデンサ１６３が接続される。これにより、中心導体２１０，２２０，２３０の一端は、それぞれコンデンサ１６１〜１６３を介してグランドに接続されることになる。コンデンサ１６１〜１６３の高さが積層構造体２００及びフェライトコア３０の合計厚さよりも低い場合には、図１３に示すように、コンデンサ１６１〜１６３を基板１１０と永久磁石４０の間に配置することができる。

図１２は、上部ヨーク３００の構造を説明するための略斜視図である。

図１２に示すように、上部ヨーク３００は、磁気回転子Ｍ及び永久磁石４０を上面側から覆う天板部３０５と、磁気回転子Ｍ及び永久磁石４０を側面側から覆う側板部３０１〜３０４を有している。天板部３０５はｘｙ平面を構成し、側板部３０１，３０２はｘｚ平面を構成し且つ互いに向かい合い、側板部３０３，３０４はｙｚ平面を構成し且つ互いに向かい合う。そして、図１及び図２に示すように、上部ヨーク３００の側板部３０１，３０２の端部は、下部ヨーク１４７のｙ方向における一端及び他端にそれぞれ固定される。上部ヨーク３００と下部ヨーク１４７の固定は、溶接によって行うことが可能である。これにより、上部ヨーク３００及び下部ヨーク１４７によって磁気回路が構成されるとともに、磁気回転子Ｍと永久磁石４０が回路基板部１００と上部ヨーク３００の間に固定収容される。

さらに、上部ヨーク３００の側板部３０３，３０４は、板バネ部３１１，３１２を有している。板バネ部３１１，３１２は、それぞれ側板部３０３，３０４の本体から僅かに内側に折り曲げられており、板バネ部３１１の内壁と板バネ部３１２の内壁のｘ方向における間隔は、永久磁石４０のｘ方向における幅よりも僅かに狭くなるよう設計される。このため、上部ヨーク３００に永久磁石４０を収容すると、非可逆回路素子１０のｘｚ断面である図１３に示すように、永久磁石４０は、板バネ部３１１，３１２によって挟まれるよう付勢される。これにより、非可逆回路素子１０の組み立て工程において、着磁前の永久磁石４０を上部ヨーク３００に収容した場合、板バネ部３１１，３１２の付勢により永久磁石４０が上部ヨーク３００の内部に保持されることから、永久磁石４０を重力方向に向けても、上部ヨーク３００から脱落することがない。その結果、永久磁石４０の脱落を防止するための永久磁石４０に対する仮着磁工程が不要となり、製造コストをより削減することが可能となる。

非可逆回路素子１０の製造工程においては、磁気回転子Ｍを回路基板部１００に搭載するとともに、上部ヨーク３００の天板部３０５が下側（重力方向）を向いた状態で上部ヨーク３００の内部に未着磁の永久磁石４０を収容する。そして、上部ヨーク３００を上下反転させて回路基板部１００に装着し、溶接などを行うことによって、側板部３０１，３０２の端部を下部ヨーク１４７に固定する。そして、最後に永久磁石４０を着磁すれば、非可逆回路素子１０が完成する。ここで、仮に上部ヨーク３００に板バネ部３１１，３１２が設けられておらず、単なる蓋状体である場合には、上部ヨーク３００を上下反転させる際に、着磁されていない永久磁石４０が重力によって上部ヨーク３００から脱落してしまう。これを防止するためには、永久磁石４０が重力によって脱落しない程度に仮着磁を行う必要があるが、この場合には、仮着磁工程を追加する必要が生じる。

しかしながら、本実施形態による非可逆回路素子１０は、上部ヨーク３００に板バネ部３１１，３１２が設けられており、板バネ部３１１，３１２の付勢によって永久磁石４０が上部ヨーク３００内に保持されることから、仮着磁を行う必要がなくなり、工程数を削減することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態による非可逆回路素子１０は、回路基板部１００を構成する基板１１０の下面１１２に磁性金属層１４０が設けられており、磁性金属層１４０の一部が端子電極１４１〜１４６として用いられ、他の部分が下部ヨーク１４７として用いられることから、基板の側面から下面にヨークが回り込む構造を採る必要がなくなる。これにより、基板の厚みを局所的に薄くするなどの高度な加工が不要となることから、製造コストを抑えることが可能となる。しかも、端子電極１４１〜１４６と下部ヨーク１４７は同一平面を構成することから、マザーボードに非可逆回路素子１０を実装した場合に、下部ヨーク１４７とマザーボードの干渉も生じない。

また、本実施形態においては、回路基板部１００に貫通孔１１０ａが設けられており、貫通孔１１０ａの内部にフェライトコア２０が収容されることから、磁気回転子Ｍを構成する積層構造体２００を回路基板部１００に表面実装することが可能となり、製造コストをより抑えることが可能となる。しかも、積層構造体２００は、中心導体を折りたたむことによって作製される従来の構造とは異なり、絶縁層２０１，２０２の表面に中心導体２１０，２２０，２３０を構成する導体パターンが形成された構造を有していることから、作製が容易であるとともに、一般的な多層基板のように集合基板を用いて多数個取りすることも可能となる。

さらに、本実施形態においては、上部ヨーク３００に板バネ部３１１，３１２が設けられており、板バネ部３１１，３１２の付勢によって永久磁石４０が上部ヨーク３００内に保持されることから、組み立て工程において仮着磁を行う必要もない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０ 非可逆回路素子
２０，３０ フェライトコア
４０ 永久磁石
１００ 回路基板部
１００Ａ 集合基板
１１０ 基板
１１０ａ 貫通孔
１１１ 基板の上面
１１２ 基板の下面
１２０，１３０ 配線層
１２１〜１２８，１３１〜１３３，１３７ 配線パターン
１４０ 磁性金属層
１４１〜１４６ 端子電極
１４７ 下部ヨーク
１５１〜１５８ ビア導体
１６１〜１６３ コンデンサ
２００ 積層構造体
２０１，２０２ 絶縁層
２１０，２２０，２３０ 中心導体
２１０Ａ，２１０Ｂ，２２０Ａ，２２０Ｂ，２３０Ａ，２３０Ｂ ストリップパターン
２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２ 接続パターン
２４１〜２４６ ビア導体
２５１〜２５６ 側面導体
３００ 上部ヨーク
３０１〜３０４ 側板部
３０５ 天板部
３１１，３１２ 板バネ部
Ｄｘ，Ｄｙ ダイシングライン
Ｍ 磁気回転子

Claims (3)

1. 磁気回転子と、
   前記磁気回転子に磁界を印加する永久磁石と、
   下部ヨークと、
   前記下部ヨークに固定され、前記磁気回転子及び前記永久磁石を収容する上部ヨークと、を備え、
   前記上部ヨークは、前記磁気回転子及び前記永久磁石を上面側から覆う天板部と、前記磁気回転子及び前記永久磁石を側面側から覆い、互いに向かい合う第１及び第２の側板部を含み、
   前記第１及び第２の側板部は、それぞれ第１及び第２の板バネ部を有し、
   前記永久磁石は、前記第１及び第２の板バネ部に挟まれるよう付勢されていることを特徴とする非可逆回路素子。
2. 前記上部ヨークは、前記磁気回転子及び前記永久磁石を側面側から覆い、互いに向かい合う第３及び第４の側板部をさらに含み、
   前記第３の側板部の端部は前記下部ヨークの一端に固定され、
   前記第４の側板部の端部は前記下部ヨークの他端に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 上面及び下面を有する基板をさらに備え、
   前記磁気回転子は、前記基板の前記上面に設けられ、
   前記下部ヨークは、前記基板の前記下面に設けられ、
   前記下部ヨークの前記一端及び他端は、前記基板から突出していることを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子。

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