JP4189920B2 - 非可逆回路素子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子及びその製造方法に関する。
例えば携帯電話等の移動体無線機器等に用いられるこの種の非可逆回路素子は、ヨークとして機能する磁性金属ケース内に、軟磁性基体と中心電極等で構成された磁気回転子や永久磁石等の磁性部品及び整合用コンデンサさらには終端抵抗器等の電気部品を収容して構成される。
軟磁性基体には中心電極が組み合わされ、永久磁石から直流磁界が印加される。中心電極は、複数本の中心導体を含み、一端が軟磁性基体の一面上に配置され、グランド部として金属ケースにアースされる。軟磁性基体の他面には、中心導体が互いに所定の角度をもって交差するように絶縁して配置される。中心導体の先端は、前記電気部品と接続されるとともに、金属ケースの外部に導出されて外部端子とされる。
ところで、この種の非可逆回路素子は、その市場性から限りなく小型化が要求されている。これに対処するため、非可逆回路素子に収容する部品の小型、薄型化が進展し、現状の大きさは、一辺が4mm以下にまとめられるようになってきている。また、低背化の要請も強く、厚みが2mm以下になるように要請される場合も多くなっている。
このような非可逆回路素子において、例えば、整合用コンデンサは、高誘電率材料を使用し、更に、薄型化することで必要な静電容量値を確保している。このため、整合用コンデンサは、その厚さが0.1〜0.3mm程度のものが多用されている。
これに対して、軟磁性基体は0.3〜0.5mm程度の厚さが必要であり、かつ、その主面上には中心電極が絶縁シートを介して複数積み重ねられるため、整合用コンデンサと比較してかなり厚くなる。このため、中心導体と整合用コンデンサとの接続位置には段差が生じる。
この段差による弊害を克服するため、中心導体と整合用コンデンサとの接続に際して、中心導体の弾性を利用したり、あるいは、中心導体の先端を段差に合わせてフォーミングした上で、押圧冶具や押圧部材を用いて中心導体の先端を整合用コンデンサの端子に押圧してはんだ接合する方法等が提案されている。
例えば、押圧冶具を用いる方法については、特許文献1の従来技術において、各中心電極の入出力ポート部にクリームはんだ(はんだペースト)を塗布し、これを樹脂ケースに配置するとともに、整合用コンデンサ、終端抵抗の各電極を当接配置し、これらの各部品を冶具により保持した状態で、上記クリームはんだを溶接、凝固させ、この後上記冶具を取り外してヨーク内に組み込む技術が開示されている。
また、押圧部材を用いる方法については、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5等に開示されている。
上述した従来技術において、押圧冶具を用いる方法は、はんだ接合工程において、押圧冶具の取り付け及び取り外し作業が必要となり、工程が煩雑となる欠点を有している。
また、押圧部材を用いる方法は、はんだ接合部にクリームはんだを塗布した後、押圧部材を含む全ての部品を組み込み、ケースを組み立てた上ではんだ接合すれば良いので、工程が簡略化できる利点があるが、押圧部材もケース内に組み込まれるため、押圧部材が小型化の阻害要因となり、部品コストが増加するという欠点を有している。すなわち、押圧部材は非可逆回路素子を構成する上で本質的に必要な部品ではなく、部品配置やはんだ接合部の位置精度の向上、信頼性の向上及び工程の簡略化等を実現するために補助的に用いられる部材であり、本来は不要な部品である。このため、押圧冶具や押圧部材を用いることなくはんだ接合を可能にする方法も提案されている。
特許文献6に開示された技術は、永久磁石で中心導体の先端を整合用コンデンサの端子に押圧するので、押圧冶具や押圧部材を不要とすることができる。しかし、この方法は、磁性体の表面にスペーサー部を形成したり、整合用コンデンサの取り付け位置が永久磁石に当接するように、整合用コンデンサが配置される金属ケースを立ち上げ加工する必要があり、コスト増加の要因になるという問題がある。
特開2002−208804号公報 特開平9−326604号公報 特開平11−220310号公報 特開2001−292007号公報 特開2002−118403号公報 特開2002−299911号公報
本発明の課題は、押圧冶具や押圧部材を用いることなく、信頼性の高いはんだ付けが可能で、部品コストの削減及び小型化が可能な非可逆回路素子及びその製造方法を提供することである。
上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路素子は、磁気回転子と、複数の整合用コンデンサと、永久磁石と、ケースとを含む。
前記磁気回転子は、平板状の軟磁性基体と、複数の中心導体とを含む。前記複数の中心導体は、前記軟磁性基体に巻き付けられ、前記軟磁性基体の板面の側端から突出する端子部を含んでいる。前記コンデンサは、前記軟磁性基体の厚さ以上の厚さ寸法を有し、その厚さ方向の両端面にそれぞれ外部電極が形成されて、前記軟磁性基体の側部に配置されている。
前記永久磁石は、前記軟磁性基体の板面より大きな板面を有する平板状に形成されて、前記磁気回転子及び前記コンデンサに重ねて配置されている。前記ケースは、上カバーと、下カバーとを含み、ヨークを構成しており、前記磁気回転子、前記コンデンサ及び前記永久磁石を収容する。
上述した非可逆回路素子において、複数の中心導体は、軟磁性基体に巻き付けられ、軟磁性基体板面の側端から突出する端子部を含んでいる。コンデンサは、軟磁性基体の厚さ以上の厚さ寸法を有し、その厚さ方向の両端面にそれぞれ外部電極が形成されて、軟磁性基体の側部に配置されている。この構造によれば、コンデンサの厚さ方向を軟磁性基体の厚さ方向に沿うよう配置することにより、コンデンサの外部電極位置を、軟磁性基体の板面と略同等か、それより高い位置に設定できる。
永久磁石は、軟磁性基体の板面より大きな板面を有する平板状に形成されて、磁気回転子及びコンデンサに重ねて配置されているから、中心導体の端子部を介してコンデンサを押圧することができる。
このため、磁気回転子、コンデンサ及び永久磁石は、ケースに収容されたとき、がたつくことなく所定の位置に押圧固定できる。従って、磁気回転子、コンデンサ、永久磁石及びケースのはんだ接合面にあらかじめクリームはんだを塗布してケースに収容し、全体を加熱すれば、簡単な工程で信頼性の高いはんだ接合部を得ることができる。
このように、本発明によれば信頼性の高いはんだ付けが可能で、しかも、押圧冶具や押圧部材を用いる必要がないので、部品コストの削減及び小型化が可能である。本発明は更に上述した非可逆回路素子の製造方法についても開示する。
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。
以上述べたように、本発明によれば信頼性の高いはんだ付けが可能で、部品コストの削減及び小型化が可能な非可逆回路素子及びその製造方法を提供することができる。
図1は本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図、図2は図1に図示した非可逆回路素子の斜視図、図3はケースの内部における、磁気回転子、整合用コンデンサ、及び、終端抵抗器の配置関係を示す図、図4は図2に図示した非可逆回路素子の内部を示す模式的展開断面図、図5は中心電極の展開図、図6はアイソレータの回路図である。
図示する非可逆回路素子は、アイソレータであって、磁気回転子2と、複数の整合用コンデンサC1〜C3と、終端抵抗器Rと、永久磁石8と、ケース9とを含む。
磁気回転子2は、中心電極3と、軟磁性基体4と、絶縁シート6とを含む。中心電極3は、図5に図示したように、グランド部30と、グランド部30から分岐した第1〜第3の中心導体31〜33とを含み、例えば、厚さ30μm程度の銅板を打ち抜いた導体板で構成される。絶縁シート6としては、粘着性を有するものを用いることができる。
グランド部30は、1辺が数mmの略四角形状であって、その3辺から第1〜第3の中心導体31〜33が分岐されている。第1〜第3の中心導体31〜33は、軟磁性基体4の面上で互いに所定の角度で交差するように、適切な角度をもってグランド部30の縁辺から引き出されている。第1〜第3の中心導体31〜33の先端は、整合用コンデンサC1〜C3及び終端抵抗器R等の電気部品、更に入出力電極等に対する接続用端子部311〜331となる。
軟磁性基体4は、イットリウム/鉄/ガーネット(YIG)等の軟磁性材料が好適である。軟磁性基体4は、図1〜図5に図示したように、グランド部30と同様の1辺が数mmの四角形状で、厚さ寸法Aが約0.3〜0.5mm程度の平板状に形成される。軟磁性基体4は、中心電極3のグランド部30上に、下面42を接して配置される。
中心電極3の第1〜第3の中心導体31〜33は、軟磁性基体4の上面41上に絶縁シート6を介して互いに絶縁されて順次折り曲げられ、互いに所定の角度、例えば120°の角度で交差する。最上部の第3の中心導体33上にも、絶縁シート6が重ねられる。第1〜第3の中心導体31〜33のそれぞれの先端に設けられた端子部311〜331は、軟磁性基体4の上面41の側端から突出して形成されている。
複数の整合用コンデンサC1〜C3はそれぞれ直方体状に形成され、軟磁性基体4の厚さ寸法A以上の厚さ寸法Bを有し、厚さ方向の両端面にそれぞれ外部電極C11〜C32を有する。コンデンサC1〜C3の厚さ寸法Bは、具体的には、軟磁性基体4の厚さ寸法Aに対して、軟磁性基体4に重なる中心電極3及び絶縁シート6の厚さを考慮して設定される。本実施例では、コンデンサC1〜C3の厚さ寸法Bは、軟磁性基体4の厚さ寸法Aに対して、更に中心電極3のグランド部30、第1〜第3の中心導体31〜33及び3枚の絶縁シート6のそれぞれの厚さを加算した寸法から、接続用端子部311〜331の厚さを差し引いた寸法に設定されている。コンデンサC1〜C3は、それぞれその厚さ方向が軟磁性基体4の厚さ方向に沿うように軟磁性基体4の側部に配置される。
終端抵抗器Rは、一般的なチップ抵抗器で、チップ状の長手方向両側に電極R1、R2を備えている。終端抵抗器Rも、軟磁性基体4の側部に配置される。終端抵抗器Rの厚さはコンデンサC1〜C3と同様に構成してもよいが、電極R2をグランドから絶縁する必要があり、ケース底面に直接配置しないため、薄くともよい。なお、終端抵抗器Rを接続せずに端子を引き出せばサーキュレータが構成できる。
永久磁石8は、軟磁性基体4の板面より大きな板面を有する平板状に形成され、磁気回転子2及びコンデンサC1〜C3に重ねて配置される。本実施例では、永久磁石8は、軟磁性基体4の板面より大きな板面を有し、ケース9底面よりわずかに小さい四角形状に形成されている。永久磁石8は、磁気回転子2、コンデンサC1〜C3、終端抵抗器R及び入出力電極の全体に重ねて配置され、磁気回転子2に直流磁界を印加するとともに、コンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rを押圧する。永久磁石8は、必ずしもコンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rの全体に重ねる必要はなく、押圧によりそれらが位置決めできればよい。
ケース9は、上カバー91と、下カバー92とを含む。下カバー92は、導電性を有する磁性金属材料と、電気絶縁性樹脂材料とを含み、上部が開口した箱形に形成され、コンデンサC1〜C3や抵抗R等の電気部品、磁気回転子2や永久磁石8等の磁性部品を収容する。下カバー92の底面の電気絶縁性樹脂材料部分には、入出力電極配置用の高段部95と終端抵抗器配置用の高段部98とが形成される。
入出力電極96は、高段部95の上面に配置され、下カバー92の外面側の電気絶縁性樹脂材料部分に引き出されて入出力外部端子97となる。下カバー92の磁性金属材料部分はグランドGとされる。終端抵抗器配置用の高段部98の上面には、終端抵抗器Rの一方の電極R1をグランドGに接続するためのグランド接続電極99が配置される。入出力電極配置用の高段部95の高さは、入出力電極96の上面がコンデンサC1〜C3の上面と同一になるよう設定されている。終端抵抗器配置用の高段部98の高さは、終端抵抗器Rの上面がコンデンサC1〜C3の上面と同一になるよう設定されている。
上カバー91は導電性を有する磁性金属材料で構成され、永久磁石8に重なり、下カバー92の開口を閉塞するとともに、永久磁石8が確実にコンデンサC1〜C3を押圧するように下カバー92と組み合わされる。上カバー91及び下カバー92は、磁気的に結合してヨークを構成する。組立体の全体としての高さは、2mm以下、たとえば1.5mm前後に抑え、低背化の要請に応えることができる。
上述した非可逆回路素子において、アイソレータとしての電気的接続は、はんだ接合等により図6に示す如く接続される。
すなわち、コンデンサC1〜C3の下側外部電極C11〜C31は、下カバー92の底面にはんだ付けされ、グランドGに導通する。終端抵抗器Rは、終端抵抗器配置用の高段部98に配置され、グランド接続電極99に終端抵抗器Rの一方の電極R1がはんだ付けされてグランドGに導通する。このとき、コンデンサC1〜C3の上側電極C12〜C32、終端抵抗器Rの他方の電極R2及び入出力電極96の上面は同一の高さに保持される。
磁気回転子2は、中心電極3のグランド部30が下カバー92の底面にはんだ付けされてグランドGに導通し、それぞれの中心導体31〜33の端子部311〜331が、コンデンサC1〜C3の上側電極C12〜C32に当接する。コンデンサC1〜C3の厚さ寸法Bは、軟磁性基体4の厚さ寸法A以上の厚さ寸法を有し、軟磁性基体4に重なる中心電極3及び絶縁シート6の厚さを考慮して設定されているので、それぞれの中心導体31〜33の端子部311〜331は、コンデンサC1〜C3の上側電極C12〜C32に当接できる。第1、第2の中心導体31、32の端子部311、321は、更に入出力電極96にも当接する。第3の中心導体33の端子部331は更に終端抵抗器Rの他方の電極R2にも当接する。
永久磁石8は、軟磁性基体4の板面より大きな板面を有し、ケース9の底面よりわずかに小さい四角形状に形成されており、磁気回転子2、コンデンサC1〜C3、終端抵抗器R及び入出力電極96に重ねて配置される。このため、永久磁石8は、それぞれの中心導体31〜33の端子部311〜331を介してコンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rを押圧する。永久磁石8による押圧は、上カバー91と下カバー92とが組み合わされることにより、より確実となる。
従って、第1〜第3の中心導体31〜33の端子部311〜331と、コンデンサC1〜C3、終端抵抗器R及び入出力電極96との接合面のいずれか一方にあらかじめクリームはんだを塗布しておき、永久磁石8で押圧しながら加熱すれば、押圧冶具や押圧部材を用いることなく、位置精度及び信頼性の高いはんだ接合を得ることができる。また、本発明によれば押圧冶具や押圧部材を用いる必要がないので、部品コストの削減及び小型化が可能である。
次に、本発明の非可逆回路素子の製造方法について説明する。図7は、本発明の非可逆回路素子の製造方法を示す工程図である。本発明の非可逆回路素子の製造方法は、クリームはんだ塗布工程と、部品組み付け工程と、はんだ接合工程とをふくんでいる。
クリームはんだ塗布工程は、ケース9、磁気回転子2、コンデンサC1〜C3、終端抵抗器R、入出力電極96及びグランド接続電極99のはんだ接合面における少なくとも一方の面にクリームはんだを塗布する工程である。
本実施例において、下カバー92に対する磁気回転子2、コンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rの接合においては、下カバー92の磁性金属材料底面、高段部95、98に配置された入出力電極96及びグランド接続電極99にクリームはんだが塗布される。コンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rに対する中心電極3の接合においては、コンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rの他方の電極R2の上側にクリームはんだが塗布される。上カバー91と、下カバー92との接合においては、その接合面の上カバー91側にクリームはんだが塗布される。
部品組み付け工程は、クリームはんだ塗布工程に続いて行われる。部品組み付け工程では、ケース9に収容される全ての部品が組み付けられ、更に上カバー91が下カバー92に組み付けられる。
具体的には、コンデンサC1〜C3は、下カバー92底面の周辺部のクリームはんだ塗布部分に、外部電極C21〜C31を接して組み付けられる。終端抵抗器Rは、終端抵抗器配置用の高段部98に組み付けられる。このとき、コンデンサC1〜C3の上面及び終端抵抗器Rの上面は同一平面上にあり、更に、入出力電極96の上面も同一平面となる。
磁気回転子2は、下カバー92の底面中央部のクリームはんだ塗布部分に、中心電極3のグランド部30を接して組み付けられる。中心導体31〜33の端子部311〜331は、軟磁性基体4の側面から突出しており、コンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rが軟磁性基体4の側部に位置する。コンデンサC1〜C3の厚さ寸法Bは、軟磁性基体4の厚さ寸法A以上の厚さ寸法を有し、軟磁性基体4に重なる中心電極3及び絶縁シート6の厚さを考慮して設定されている。このため、中心導体31〜33の端子部311〜331は、コンデンサC1〜C3の上側電極C12〜C32に当接して組み付けられる。コンデンサC1〜C3の上面は、終端抵抗器Rの上面及び入出力電極96の上面と同一平面である。このため、第1、第2の中心導体31、32の端子部311、321は、更に入出力電極96にも当接にもして組み付けられる。第3の中心導体33の端子部331は更に終端抵抗器Rの他方の電極R2にも当接して組み付けられる。
永久磁石8は、磁気回転子2、コンデンサC1〜C3、終端抵抗器R及び入出力電極96に重ねて配置される。このため、永久磁石8は、中心導体31〜33の端子部311〜331を介してコンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rを押圧できる。
上カバー91は、永久磁石8に重なり、下カバー92の開口を閉塞するとともに、永久磁石8が中心導体31〜33の端子部311〜331を介して確実にコンデンサC1〜C3及び終端抵抗器Rを押圧するように下カバー92と組み合わされる。
部品組み付け工程では、上述したように、組み付けられた部品が確実に押圧されて所定の位置に仮固定される。
はんだ接合工程は、部品が組み付けられた非可逆回路素子をケース9ごと加熱し、クリームはんだを溶融、固化してはんだ接合する工程である。はんだ接合工程において、非可逆回路素子は、ケース9ごと加熱された後冷却される。クリームはんだは、溶融、固化してケース9及びケース9内に収容されて組み付けられた部品をはんだ接合する。組み付けられた部品は確実に押圧されて所定の位置に仮固定されているので、高い位置精度で確実に接合固定できる。
このように本発明の非可逆回路素子の製造方法は、信頼性の高いはんだ接合が可能で、しかも、押圧冶具や押圧部材を用いる必要がないので、部品コストや製造コストの削減及び小型化が可能である。また、本発明は、四角形以外の多角形や円形の非可逆回路素子にも適用が可能である。永久磁石8や磁気回転子2も同様である。
図8は、本発明の非可逆回路素子に用いて好適なコンデンサの一実施例を示す断面図である。非可逆回路素子に用いるコンデンサは、その特性面から、一般的な積層タイプのチップコンデンサより単板型コンデンサが望ましい。しかし単板型コンデンサは厚みが薄いため、本発明の非可逆回路素子にそのまま用いるには困難がともなう。
本実施例のコンデンサCは、外観形状において、上述したコンデンサC1〜C3と同様であるが、コンデンサCを構成する対向電極の内の少なくとも一方が誘電体C0内に内蔵された内部電極C03で構成される。内部電極C03は、誘電体内に設けられたスルーホールやビアホールその他の導電部材C05を介して外部電極C01に接続されている。従って、コンデンサCの外部電極C01、C02間の厚み寸法を容易に厚くできる。このため、本実施例のコンデンサCは、本本発明の非可逆回路素子に用いて好適であり、しかも機械的強度の高いコンデンサを得ることができるという利点も合わせ持っている。
以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図である。 図1に図示した非可逆回路素子の斜視図である。 図1に図示した非可逆回路素子のケースの内部における、部品の配置関係を示す平面図である。 図2に図示した非可逆回路素子の内部を示す模式的展開断面図である。 図1に図示した非可逆回路素子に用いる中心電極の展開図である。 アイソレータの回路図である。 本発明の非可逆回路素子の製造方法を示す工程図である。 本発明の非可逆回路素子に用いて好適なコンデンサの一実施例を示す断面図である。
符号の説明
2 磁気回転子
31 中心導体
4 軟磁性基体
8 永久磁石
9 ケース
91 上カバー
92 下カバー
C1〜C3 コンデンサ
C11〜C32 外部電極

Claims (3)

  1. 磁気回転子と、複数の整合用コンデンサと、永久磁石と、ケースとを含む非可逆回路素子であって、
    前記磁気回転子は、平板状の軟磁性基体と、複数の中心導体とを含み、
    前記複数の中心導体は、前記軟磁性基体に巻き付けられ、前記軟磁性基体の板面の側端から突出する端子部を含んでおり、
    前記コンデンサは、
    前記軟磁性基体の厚さ以上の厚さ寸法を有し、その厚さ方向の少なくとも一端面に外部電極が形成され、前記厚さ方向が前記軟磁性基体の厚さ方向に沿って前記軟磁性基体の側部に配置され、前記外部電極の表面位置が、前記軟磁性基体の板面より高くなっており、
    前記軟磁性基体の前記板面は、平坦であり、
    前記外部電極の一方が前記端子部に接続されており、
    前記永久磁石は、
    前記軟磁性基体の板面より大きな板面を有する平板状に形成され、前記磁気回転子及び前記コンデンサに重ねて配置され、前記端子部を介して前記コンデンサを直接押圧しており、
    前記ケースは、上カバーと、下カバーとを含み、ヨークを構成しており、前記磁気回転子、前記コンデンサ及び前記永久磁石を収容する、
    非可逆回路素子。
  2. 請求項1に記載された非可逆回路素子であって、
    前記コンデンサは、互いに対向するコンデンサ電極の内の少なくとも一方が内部電極で構成されており、前記内部電極は、導電部材を介して前記外部電極に接続されている、
    非可逆回路素子。
  3. 請求項1または2に記載された非可逆回路素子の製造方法であって、
    前記磁気回転子、前記コンデンサ及び前記ケースのはんだ接合面における少なくとも一方の面にクリームはんだを塗布する工程と、
    前記クリームはんだを塗布した後、前記磁気回転子、前記コンデンサ及び前記永久磁石を前記ケース内に収容し、前記上カバーと、下カバーとを組み付ける工程と、
    前記磁気回転子、前記コンデンサ及び前記永久磁石を収容した前記ケースを加熱し、はんだ接合する工程とを含む、
    非可逆回路素子の製造方法。
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