JP3871269B2

JP3871269B2 - 非可逆回路素子

Info

Publication number: JP3871269B2
Application number: JP2003117109A
Authority: JP
Inventors: 伸二山本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP2003283215A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号に対して非可逆伝送特性を有する非可逆回路素子に関し、具体的には携帯電話などの移動体通信システムの中で使用され、一般にアイソレータやサーキュレータと呼ばれる非可逆回路素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯、ＵＨＦ帯で使用される携帯電話、自動車電話等の送受信回路部品の一つとしてアイソレータ，サーキュレータ等の非可逆回路素子がある。一般にアイソレータやサーキュレータは、アンプの破損を防止する目的で使用され、信号の伝送方向の挿入損失は小さいが、逆方向への逆方向損失は大きくなるような機能を持たせたものである。以下、本願明細書では非可逆回路素子のうちアイソレータを例にとって説明する。
【０００３】
図６にアイソレータの一例を分解斜視図で示す。このアイソレータは、上ケース１、磁石２、組立体２０、平板コンデンサ８、９、１０、ダミー抵抗１１、樹脂ケース７、下ケース１２から構成されている。組立体２０は、円板状のシールド板から放射状に３つの中心導体４、５、６が突出した構造の導電板を用意し、その導電板の円板状部にフェライト円板３を配置する。そして、３つの中心導体４、５、６を折り曲げて重ねる。このとき、各中心導体４、５、６は絶縁されて重ねられて構成される。
【０００４】
この樹脂ケース７は、中央に、組立体が配置される円形状の凹部１３ａを有し、その周囲に容量素子が配置される凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを有する。この容量素子用の凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの底部及び組立体用の凹部１３ａの底部には、０．１ｍｍ程度の導体板で構成された接続電極１４ａが露出し形成されている。また、前記接続電極１４ａを構成する導体板で、側面部の外部端子１５ａ、１５ｂ、１５ｄ、１５ｅも形成されている。なお、外部端子１５ｄ、１５ｅは、外部端子１５ａ、１５ｂの対向面に対称に形成されており図示していない。
また、樹脂ケース７には中心導体が接続される端子電極部１６ｂ、１６ｃが形成されている。この端子電極部１６ｂ、１６ｃは側面の外部端子１５ｆ、１５ｃに導通している。この１５ｆは、１５ｃの対向面に対称に形成されており、図示していない。
【０００５】
この樹脂ケース７の容量素子用の凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、それぞれ容量素子８、９、１０が挿入される。この容量素子は、その上下面に電極が形成された平板コンデンサであり、下面の電極と前記凹部の底部に形成された接続電極１４ａとが半田接続される。また、凹部１３ｂには抵抗素子１１も配置され、抵抗素子１１の一方の電極が、接続電極１４ａに半田接続される。
【０００６】
樹脂ケース７の組立体用の円形状凹部１３ａに、上記した組立体２０を配置する。このとき中心導体部分の円板状のシールド板は、接続電極１４ａと半田接続される。これにより中心導体の一端はアース接続される。中心導体４の一端は、容量素子８の上面の電極と抵抗素子１１の一方の端子電極に接続される。また、中心導体５の一端は、容量素子９の上面の電極と端子電極部１６ｂに接続される。また、中心導体６の一端は、容量素子１０の上面の電極と端子電極部１６ｃに接続される。樹脂ケース７に形成された外部端子１５ａ〜１５ｆにより、面実装を可能としている。また、上記コンデンサ、端子電極部と中心導体端部との接続は、例えば半田付けにより行われる。
【０００７】
そして、樹脂ケース７を下ケース１２上に配置する。下ケース１２は、樹脂ケース７の底部の凹部１８に合致する構造となっており、下ケース１２と、樹脂ケース７の接続電極１４ａの裏面とがはんだ接続される。そして、磁性体３に直流磁界を印加する永久磁石２を上ケース１に位置決めし、上ケース１と下ケース１２を嵌合させて、アイソレータを構成していた。尚、上記抵抗素子を無くし、他の中心導体と同様に外部端子を付けるとサーキュレータとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、アイソレータに限ることなく移動体通信の分野では、小型高性能化と低価格化の要求は高まるばかりで、いまや数百μｍ単位での小型化、コンマ数ｄＢ単位での高性能化と、更なる廉価化が課題とされるに至っている。前記したように従来の非可逆回路素子では、０．１ｍｍ程度の導体板を用いた樹脂ケースが必要であり、これを下ケースとはんだ付けなどの手段により接続することが必要であった。このため非可逆回路素子の小型化、低背化が困難であり、その部品コスト、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００９】
以上のことより本発明は、アイソレータやサーキュレータの特性を劣化させることなく小型、低背で安価な非可逆回路素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上ヨークと、下ヨークと、永久磁石と、コンデンサと、複数の中心導体を互いに電気的に絶縁状態で交差させて磁性体に配置した組立体と、前記組立体と前記コンデンサを収納し、かつ前記中心導体が接続する外部端子を有するとともに、前記外部端子と前記下ヨークとを射出成形により一体構造とした樹脂ケースとを備えた非可逆回路素子であって、
前記下ヨーク及び前記外部端子は磁性金属薄板から形成され、
前記樹脂ケースは、前記下ヨーク及び前記外部端子となる部位が形成された磁性金属薄板に、エンジニアリングプラスチックを射出成形してなり、
前記外部端子は前記磁性金属薄板を切断して形成され、前記下ヨークが延在してなり前記下ヨークと導通する外部端子と、前記下ヨークとは導通しない外部端子とからなり、前記樹脂ケースの側面側に形成されている非可逆回路素子である。
本発明の非可逆回路素子においては、樹脂ケース内側に、エンジニアリングプラスチックで形成された凹部を形成し、その底部に前記下ヨークが表れるようになし、前記エンジニアリングプラスチックとして、液晶ポリマー又はポリフェニレンサルファイドを用いるのが好ましい。また、前記下ヨーク、外部端子及び他の外部端子には、電気抵抗率が５．５μΩｃｍ以下で、厚さが０．５μｍ〜２５μｍの金属皮膜が形成され、前記コンデンサ及び前記組立体を、前記下ヨークに実装するのが好ましい。
【００１１】
第２の発明は、上ヨークと、下ヨークと、永久磁石と、コンデンサと、複数の中心導体を互いに電気的に絶縁状態で交差させて磁性体に配置した組立体と、前記組立体と前記コンデンサを収納し、かつ前記中心導体が接続する外部端子を有するとともに、前記外部端子と前記下ヨークとを射出成形により一体構造とした樹脂ケースとを備えた非可逆回路素子であって、
前記下ヨーク及び前記外部端子は一体の磁性金属薄板から形成され、
前記下ヨーク及び外部端子には、電気抵抗率が５．５μΩｃｍ以下で、厚さが０．５μｍ〜２５μｍの金属皮膜が形成されており、
前記樹脂ケースの内側に、前記コンデンサ、前記組立体を収容するようにエンジニアリングプラスチックで形成された凹部を備えた非可逆回路素子である。
第１、第２の発明においては、前記磁性金属薄板をＳＰＣＣ、４２アロイ、Ｆｅ−Ｃｏ合金のうちの１種を１００μｍ〜３００μｍの厚みに圧延してなるものとするのが好ましい。また、前記金属皮膜上に導電性保護皮膜層を形成するのも好ましい。
また、前記組立体及び前記コンデンサを、前記下ヨークとはんだ接続するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る非可逆回路素子及びその製造方法について、一実施例をもとに説明する。図１は、本発明に係るアイソレータの全体構成示す分解斜視図、図２は樹脂ケースと一体構造の下ヨークの斜視図、図３及び図４は図２のＡ−Ａ’、Ｂ―Ｂ’断面図であり、図５はフープ状の下ヨークの斜視図である。なお各図において、従来技術と同一の機能部には同じ符号を付与している。
図１に示すように本発明に係るアイソレータは、外部端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えた樹脂ケース７と下ヨーク１２とを射出成形により一体化している。なお、外部端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃが現れる側面の対向面にも、同様に外部端子が形成されているが、符号の付与はしていない。前記樹脂ケース７は凹部１３ａ，１３ｂ，１３c,１３ｄを有し、その所定の部位にクリームはんだを塗布して、磁性体３に３本の中心導体４，５，６を相互に絶縁して重ねた組立体２０と、コンデンサ８，９，１０、及び抵抗素子１１を搭載し、更に永久磁石を配置した上ヨークと下ヨークを嵌合させた構造としている。
前記樹脂ケースと一体構造の下ヨークと外部端子を構成する金属材料は、ＳＰＣＣ，４２アロイ，Ｆｅ−Ｃｏ合金から選ばれる１種であって、１００〜３００μｍ程度に冷間圧延又は熱間圧延された薄板となっている。さらに、その表面に、電気抵抗率が５．５μΩｃｍ以下、好ましくは３．０μΩｃｍ、更に好ましくは１．８μΩｃｍ以下である導電性の高い金属皮膜を形成している。このときの皮膜厚さは０．５〜２５μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、更に好ましくは１〜８μｍとする。前記導電性の高い金属皮膜として、銀、銅、金、アルミニウムのうち少なくとも一つを含む金属または合金がある。
本発明においては、前記組立体２０、コンデンサ８，９，１０、抵抗素子１１を、それぞれ下ヨークに実装することで、前記金属皮膜によって信号伝送効率を高めて外部との相互干渉を抑制して損失を低減しているので、従来のアイソレータのように導体板を用いて樹脂ケースを構成しなくても電気的特性が劣化することがない。
上下ヨークは磁気回路の一部として用いられるので、磁気特性に優れた、ＳＰＣＣやＦｅ−Ｃｏ合金を使用するのが望ましく、４２アロイを用いれば耐酸化性に優れるので好ましい。前記Ｆｅ−Ｃｏ合金の組成としては、具体的には質量％でそれぞれ、Ｃｏ：４９、Ｖ：２、Ｃ：≦０．０１５、Ｓｉ：≦０．１０、Ｍｎ：≦０．１５、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金である。この合金の板材は１００μｍ程度の極薄板の製造が可能であり、通常最大透磁率は１５０００で飽和磁束密度は２．２５テスラの特性を保持することが出来るものである。ここで、Ｃｏは周波数帯と磁気特性との相関から４０〜６０％で選定するが５０％前後が望ましく、Ｖは冷間加工性を改善するために添加するが、反面磁気特性に影響を与えるので５％以下とし、加工性確保のために２％が望ましい。このＦｅ−Ｃｏ合金をヨークに用いればヨークの厚さを薄くしても磁気回路における磁束漏れが必要十分に抑制されるので、更にアイソレータを薄型化、小型化することが出来る。
【００１３】
下ヨークは、前記磁性金属材料からなるシート状材をプレス加工機で所定の形状に打ち抜き、折り曲げ加工して、図５に示すフープ状にて供給するのが好ましい。下ヨーク１２と樹脂ケース７を一体化する手段として、前記フープ状の下ヨークを金型内に配置し、さらに液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド等の高耐熱の熱可塑性エンジニアリングプラスチックを用いて射出成形するのが望ましい。このよう構成すれば従来の非可逆回路素子ように、下ヨークと樹脂ケースとを導体板を介してはんだ付けして一体化する必要が無く、製造工程を削減できる。
さらに射出成形後、フレーム１０１と下ヨーク１２とを接続するリード部１０２と、端部が折り曲げられたリード部１０２（図面手前側）を金型で切断、折り曲げ加工して、前記リード部１０２は図３、図４に示すように外部端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃとして形成され、外部端子の一部は下ヨークが延在して形成された状態となっている。
前記リード部１０２を金型で切断する際に金属材の表面が露出するが、金属材としてＳＰＣＣを用いる場合には、該露出部の酸化防止のため、さらにめっき処理を数μｍ程度の皮膜厚さで行うのが好ましい。また、導電性皮膜の上には耐磨耗、耐酸化及び美観的な要素から０．２〜２μｍ程度のニッケルやクロムめっき等の導電性保護皮膜層を形成しても良い。
【００１４】
また、図４に示すように下ヨークの底面部は外部端子よりも僅かにへこませ、前記外部端子と実装基板との電気的接続の信頼性を向上している。
【００１５】
【発明の効果】
本名発明によれば、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子において、磁気回路をなす上下ヨークの内、下ヨークを樹脂ケースと一体的に形成することにより非可逆回路を小型化でき、前記ヨークの表面に導電性に優れた金属皮膜を形成しているので、従来のものと比較し電気的特性を劣化させることがない。さらには、下ヨークと樹脂ケースをはんだ付けにより接続する必要がなくなり、部品コスト、製造コストを削減した安価な非可逆回路素子を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアイソレータの全体構成示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係るアイソレータの樹脂ケースと一体構造の下ヨークの斜視図である。
【図３】本発明に用いる樹脂ケースと一体構造の下ヨークのＡ−Ａ’断面図である。
【図４】本発明に用いる樹脂ケースと一体構造の下ヨークのＢ―Ｂ’断面図である。
【図５】本発明に用いるフープ状の下ヨークの斜視図である。
【図６】従来のアイソレータの全体構成示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１上ケース
２磁石
３磁性体
４，５，６中心導体
７樹脂ケース
８，９，１０コンデンサ
１１抵抗素子
１２下ケース（下ヨーク）
１０１フレーム部
１０２リード部

Claims

上ヨークと、下ヨークと、永久磁石と、コンデンサと、複数の中心導体を互いに電気的に絶縁状態で交差させて磁性体に配置した組立体と、前記組立体と前記コンデンサを収納し、かつ前記中心導体が接続する外部端子を有するとともに、前記外部端子と前記下ヨークとを射出成形により一体構造とした樹脂ケースとを備えた非可逆回路素子であって、
前記下ヨーク及び前記外部端子は磁性金属薄板から形成され、
前記樹脂ケースは、前記下ヨーク及び前記外部端子となる部位が形成された磁性金属薄板に、エンジニアリングプラスチックを射出成形してなり、
前記外部端子は前記磁性金属薄板を切断して形成され、前記下ヨークが延在してなり前記下ヨークと導通する外部端子と、前記下ヨークとは導通しない外部端子とからなり、前記樹脂ケースの側面側に形成されていることを特徴とする非可逆回路素子。
樹脂ケース内側には、エンジニアリングプラスチックで形成された凹部が形成され、その底部には前記下ヨークが表れており、
前記エンジニアリングプラスチックが、液晶ポリマー又はポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
前記下ヨーク、外部端子及び他の外部端子には、電気抵抗率が５．５μΩｃｍ以下で、厚さが０．５μｍ〜２５μｍの金属皮膜が形成され、
前記コンデンサ及び前記組立体は、前記下ヨークに実装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の非可逆回路素子。
上ヨークと、下ヨークと、永久磁石と、コンデンサと、複数の中心導体を互いに電気的に絶縁状態で交差させて磁性体に配置した組立体と、前記組立体と前記コンデンサを収納し、かつ前記中心導体が接続する外部端子を有するとともに、前記外部端子と前記下ヨークとを射出成形により一体構造とした樹脂ケースとを備えた非可逆回路素子であって、
前記下ヨーク及び前記外部端子は一体の磁性金属薄板から形成され、
前記下ヨーク及び外部端子には、電気抵抗率が５．５μΩｃｍ以下で、厚さが０．５μｍ〜２５μｍの金属皮膜が形成されており、
前記樹脂ケースの内側に、前記コンデンサ、前記組立体を収容するようにエンジニアリングプラスチックで形成された凹部を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
前記磁性金属薄板がＳＰＣＣ、４２アロイ、Ｆｅ−Ｃｏ合金のうちの１種を１００μｍ〜３００μｍの厚みに圧延してなるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
前記金属皮膜上に導電性保護皮膜層を形成したことを特徴とする請求項３または４に記載の非可逆回路素子。
前記組立体及び前記コンデンサは、前記下ヨークとはんだ接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の非可逆回路素子。