JP3883071B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents

Description

本発明は、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し、特には、これに用いる樹脂ケースに関する。

従来、携帯電話等に用いられる高周波部品の一つとして、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。一般に非可逆回路素子は、電力増幅器など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。

図９は、特許文献１に記載された非可逆回路素子の構造を示す分解斜視図である。この非可逆回路素子は、互いに電気的絶縁状態で、所定の角度間隔で重ねられた３つの中心導体４，５，６をフェライト３上に配置した中心導体部２０と、フェライト３に直流磁界を印加するための永久磁石２と、容量素子８、９，１０と終端抵抗１１を有し、これらを、磁気ヨークを兼ねた上ケース１と下ケース１２とで構成する金属ケース内に配置して構成されている。上ケース１および下ケース１２間には、絶縁体に金属材料をインサートした樹脂ケース７が設けられており、樹脂ケース７内には、容量素子８，９，１０、終端抵抗１１、中心導体部２０が収納されている。

この樹脂ケース７は、例えば銅、あるいは銅合金のような電気良導体の薄板を用い、前記薄板を、プレス成形などにより必要な形に打ち抜き、折曲げ成形して、図８に示すような、リードフレーム２５０に繋がった状態のベース部２２と、入出力端子部とし、これを液晶ポリマーなどの耐熱性樹脂とともに射出成形し、再度打ち抜き加工を行い、薄板の不必要な部分を取り去って形成される。
樹脂ケース７は、前記耐熱性樹脂で形成された外壁及び内部の仕切り壁を有し、この外壁と仕切り壁によって、中心導体部２０と容量素子８，９，１０を受け入れるための空洞（凹部）を形成している。また、樹脂ケース７の対向する外壁の２側面には、実装基板との接続を行う外部端子が形成されている。前記外部端子の内、外部端子１５ｂ、１５ｃ、１５ｅ、１５ｆは、実装基板のグランドと接続されるグランド端子であり、前記ベース部２２と繋がっている。また、外部端子１５ａ，１５ｂは高周波信号を扱う入出力端子であり、樹脂ケース７内に形成された端子電極１６ａ，１６ｄと繋がっている。
中央に形成された凹部１３ａには中心導体部２０が配置され、その３方を囲むように形成された凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、容量素子８，９，１０、チップ抵抗１１の構成部品が配置され、前記凹部の底部から露出しているベース部２２とはんだ接続される。また、中心導体４，５，６の端部は帯状に形成されおり、前記端子電極１６ａ，１６ｄ、容量素子８，９，１０の一方の電極、チップ抵抗１１の一方の電極とはんだ接続される。

図７は、一般的な非可逆回路素子の等価回路である。この等価回路は、入力ポートＰ１、出力ポートＰ２，終端ポートＰ３を有し、所望の周波数（中心周波数）で動作するアイソレータを示している。図９に示した非可逆回路素子と対比すると、インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、中心導体４，５，６が巻回されたフェライト３部分で形成され、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、抵抗Ｒは、容量素子８，９，１０、終端抵抗１１と対応し、入力ポートＰ１、出力ポートＰ２は入出力端子１５ａ，１５ｂと対応する。

ここで、入出力端子１５ａ，１５ｂのうち、どちらを入力ポートＰ１、あるいは出力ポートＰ２として用いるかは、ユーザーが求める仕様により決定される。同じ端子配置で高周波信号の入出力の関係を逆にする場合には、フェライトに印加する直流磁界の極性を反転させ、入出力の非可逆特性を反転させるのが一般的であるが、より簡便な方法として、特許文献２には、入出力端子を点対称に配置して、入力と出力の関係を容易に逆転できるようにした非可逆回路素子が提案されている。
たとえば、図９に示した非可逆回路素子において、一側面に並んで形成された３つの外部端子の内、中央の外部端子１５ｂ、１５ｅを入出力端子とし、外部端子１５ａ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｆをグランド端子とすれば、入出力端子１５ｂ、１５ｅの配置は点対称となり、実装方向を反転するだけで、入力と出力の関係を逆転することが出来る。
特開平１１―２０５０１１号 特開２００１―２９２００６号

携帯電話の小型化、多機能化に伴い、非可逆回路素子も小型化が強く求められている。前記特許文献１の実施例には、外形寸法が５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍといった非可逆回路素子が開示されているが、現在では外形寸法が４ｍｍ×４ｍｍ×１．７ｍｍといった小型の非可逆回路素子が広く用いられるようになり、さらに３．２ｍｍ×３．２ｍｍ×１．６ｍｍといった外形寸法の非可逆回路素子も提案されている。
このような非可逆回路素子の小型化に伴い、樹脂ケース、中心導体部他の構成部品も小型化されるが、構造自体大きな変化は無く、各構成部品間の接続は、従来同様、小型化された各構成部品を樹脂ケースに配置し、はんだ接続していた。

しかしながら、従来のような構造の樹脂ケースを単に小型化したのでは、中心導体の端部が接続される端子電極も小面積化し、中心導体とのはんだ接続面積が減少して、振動や衝撃に対する接続信頼性が乏しくなるといった問題があった。

また、入出力端子の配置を点対称とした樹脂ケースを用いる場合には、前記はんだ接続の問題に加えて以下の問題があった。
図１１は、入出力端子の配置を点対称とした樹脂ケースの一例を示す平面図である。この樹脂ケースでは、その側面に並んで形成された、それぞれ３つの外部端子の内、中央の外部端子を入出力端子１５ａ，１５ｄとしている。このような樹脂ケースにおいては、端子電極１６ａ，１６ｄの形成位置や寸法は、中心導体部、容量素子等を配置する凹部により限定され、端子電極２１ａは凹部１３ａ，１３ｂ，１３ｄに囲まれた領域に、端子電極２１ｂは凹部１３ａ，１３ｃ，１３ｄに囲まれた領域に形成せざるを得なかった。また中心導体は、前記端子電極との接続のため、その端部を端子電極２１ａ，２１ｂまで及ぶような帯状に形成していた。

図１０は、中心導体部２０の組立て途中の状態を示す平面図である。中心導体部２０の組立てする場合には、導電板のシールド板にフェライト３を配置して、中心導体をフェライト３に折りたたむ様に巻き回すが、中心導体４を巻き回すと、その帯状端部１００が他の中心導体５と近接する、あるいは重なってしまう。このため、前記帯状端部１００が中心導体５をフェライト３に巻き回す際の妨げになり、前記端部１００と中心導体５が接触して中心導体が変形したり、中心導体の交差角度が所望の角度からずれたりして、電気的特性にばらつきを生じさせる場合があった。

そこで本発明の目的は、中心導体の端部を特別な形状としなくても、樹脂ケースに形成された端子電極との接続が可能であり、小型の非可逆回路素子であっても、端子電極と中心導体、容量素子の接続が容易かつ強固に出来る、信頼性の高い新規な接続構造を備えた非可逆回路素子を提供することである。

本発明は、 フェライト及び中心導体からなる中心導体部と、容量素子と、前記中心導体部、前記容量素子を収容する樹脂ケースを有し、
前記樹脂ケースには、前記中心導体及び前記容量素子と接続される端子電極と、前記容量素子をグランドと導通するグランド電極と、前記端子電極と導通する入出力端子と、前記グランド電極と導通するグランド端子と、前記容量素子を配置する樹脂で囲まれた凹部を備え、前記端子電極は、前記入出力端子と一体の導体薄板からなる部材をインサート成形して、前記凹部の内側に向かって現れるとともに屈曲されて形成されており、
前記凹部に容量素子を収容した後、前記端子電極を折り曲げて前記中心導体及び前記容量素子と接続する非可逆回路素子である。
本発明においては、前記容量素子を、板状誘電体基板片の２つの主面に電極を形成した板状コンデンサとし、前記端子電極を前記板状コンデンサの電極の一方と接続するのが好ましい。

本発明によれば、小型の非可逆回路素子であっても、中心導体と端子の接続が確実かつ強固に出来る、信頼性の高い、中心導体と端子の新規な接続構造を有する非可逆回路素子を提供することが出来る。

本発明に係る非可逆回路素子と、図９に示した従来の非可逆回路素子との相違点は、樹脂ケース７における端子電極の構造にある。従って、永久磁石、上下ケース等の構成部品は、従来の非可逆回路素子と実質的に同じ構造として構成することが出来る。

本発明に係る非可逆回路素子に用いる樹脂ケース７について、図面を参照して詳述する。
図１は、（ａ）本発明に係る非可逆回路素子に用いる樹脂ケース７の一実施例を示す平面図であり、（ｂ）正面図であり、（ｃ）側面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ‘断面図であり、図３は図１におけるＤ−Ｄ’断面図であり、図４は樹脂ケースを構成するベース部、端子電極部の斜視図である。
樹脂ケース７は、０．１ｍｍ程度の銅板などの導体薄板からなる帯状のシート状材を、プレス加工機で所定の形状に打ち抜き、折り曲げ加工したフープ状のベース部２２を金型内に配置し、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して形成する。さらに射出成形後、フレーム（図示せず）とベース部２２を連係するリード部（図示せず）を金型で切断、折り曲げ加工して、前記リード部を外部端子１５ａ〜１５ｆとした。外部端子１５ｂ，１５ｃ，１５ｅ，１５ｆはグランド端子であって、前記ベース部２２と一体に形成されている。外部端子１５ａ，１５ｄは入出力端子であって、前記ベース部２２とは電気的に切り離して形成されている。

図５は入出力端子部の拡大図である。入出力端子部６０ａ，６０ｂは、前記フレームから切断された金属片からなり、金属片の一端が入出力端子となる外部端子１５ａ，１５ｂ、他端が中心導体と接続する端子電極２１ａ，２１ｂとして形成されている。そして端子電極２１ａ，２１ｂを除く部分が樹脂材料により前記ベース部とともに支持されている。
前記端子電極２１ａ，２１ｂは、前記ベース部２２に対して垂直な方向に伸張するように根元部でＬ字状に屈曲形成されている。また、後でベース部２２と平行となるように伸ばすのが容易なように、前記根元部を端子電極部よりもその幅を狭く形成し、切り欠いている。

樹脂ケース７のほぼ中央部には、中心導体部を配置する円形状の凹部１３ａを有し、その周囲に容量素子を配置する凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを有する。本実施例においては、比較的高いＱが得られる、板状誘電体基板片の２つの主面に電極を形成した板状コンデンサを容量素子として用いた。
前記凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの底部は、平板コンデンサの外形寸法よりも若干大きく、かつ相似形に矩形状に開口している。この平板コンデンサ用の凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの底部には、グランド端子と接続するベース部（図中ハッチングで示す）が露出している。また、中心導体部を配置する円形状の凹部１３ａの底部は、前記ベース部が打ち抜かれた透孔５０となっている。このように構成する理由は、非可逆回路素子としての高さを積極的に低背化させたい場合に、前記凹部１３ａに中心導体部を配置した時の高さを、導体薄板分だけ減少させることが出来、もって全体の高さを減じることが出来るという理由による。従って、低背化を積極的に行う必要がない場合には、前記凹部１３ａの底部も、他の凹部１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの底部と同様に、グランド端子と接続するベース部が露出するように構成しても良い。

図２、図３の断面図に示すように、平板コンデンサ用の矩形状凹部１３ｂ、１３ｃの短辺側の内側面から、前記端子電極部２１ａ，２１ｂが前記ベース部と所定の間隔をもって、前記凹部に引き出されている。また凹部１３ｂ、１３ｃの端子電極部２１ａ，２１ｂが形成された側面は、段差状、あるいは傾斜状になっており、Ｌ字状に屈曲された端子電極部２１ａ，２１ｂが平板コンデンサの配置領域と平面視で重ならないようにし、平板コンデンサを収容する際の干渉を防いでいる。

このような樹脂ケース７を用いて、３．２ｍｍ角アイソレータを作製した。その平面図を図６に示す。なおここでは、永久磁石、上ケース、下ケース等の構成部品を省略して示している。
凹部１３ｂ〜１３ｅに平板コンデンサ８，９，１０、チップ抵抗１１を配置した後、端子電極２１ａ，２１ｂを、板状コンデンサの電極面に向かって曲げている。そして、凹部１３ａに中心導体部２０を配置して、中心導体４，５，６の端部と平板コンデンサ８，９，１０、チップ抵抗１１とをはんだ接続した。
図１１で示した従来構造の場合には、小さな端子電極に中心導体の細い帯状端部を接続していたが、本実施例においては、比較的広い板状コンデンサの電極面で、端子電極２１ａ，２１ｂのはんだ接続を行っているため、はんだ接続が容易であり、接続を確実かつ強固にすることが出来た。
また、入出力端子と接続するために中心導体の端部に帯状電極部を形成する必要がなく、端子電極２１ａ，２１ｂと接続する中心導体４，５の端部は、中心電極６の端部のような帯状部を有していない。このため、フェライト３に中心導体を巻き回す際に、中心導体間の干渉がないので、中心導体の交差角度にずれが生じる事がない。
そして、得られた非可逆回路素子について、挿入損失特性の周波数特性を測定したところ、挿入損失のピーク値は従来のものと同等以上のものが得られた。

本発明の非可逆回路素子は、小型の非可逆回路素子であっても、中心導体と端子の接続が確実かつ強固に出来る、信頼性の高い、中心導体と端子の新規な接続構造を有する非可逆回路素子を得ることが出来る。

（ａ）本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる樹脂ケースの平面図であり、（ｂ）その正面図であり、（ｃ）その側面図である。 図１に示した樹脂ケースのＡ−Ａ‘断面図である。 図１に示した樹脂ケースのＤ−Ｄ‘断面図である。 図１に示した樹脂ケースを構成するベース部、端子電極部の斜視図である。 図１に示した樹脂ケースの入出力端子部の拡大図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子の平面図である。 一般的な非可逆回路素子の等価回路図である。 従来の非可逆回路素子に用いられる樹脂ケースを構成するベース部、端子電極部の斜視図である。 従来の非可逆回路素子の分解斜視図である。 中心導体部の組み立てを説明するための平面図である。 従来の非可逆回路素子に用いられる樹脂ケースの平面図である。

符号の説明

１ 上ケース
２ 永久磁石
３ フェライト
４、５、６ 中心導体
７ 樹脂ケース
８、９、１０ 容量素子（平板コンデンサ）
１１ 抵抗
１２ 下ケース
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ 凹部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ 外部端子
１６ａ、１６ｄ、２１ａ、２１ｂ 端子電極
２０ 中心導体部

Claims (2)

1. フェライト及び中心導体からなる中心導体部と、容量素子と、前記中心導体部、前記容量素子を収容する樹脂ケースを有し、
   前記樹脂ケースには、前記中心導体及び前記容量素子と接続される端子電極と、前記容量素子をグランドと導通するグランド電極と、前記端子電極と導通する入出力端子と、前記グランド電極と導通するグランド端子と、前記容量素子を配置する樹脂で囲まれた凹部を備え、前記端子電極は、前記入出力端子と一体の導体薄板からなる部材をインサート成形して、前記凹部の内側に向かって現れるとともに屈曲されて形成されており、
   前記凹部に容量素子を収容した後、前記端子電極を折り曲げて前記中心導体及び前記容量素子と接続することを特徴とする非可逆回路素子。
2. 前記容量素子を、板状誘電体基板片の２つの主面に電極を形成した板状コンデンサとし、前記端子電極を前記板状コンデンサの電極の一方と接続したことを特長とする請求項１に記載の非可逆回路素子。

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