JP4192883B2 - Two-port nonreciprocal circuit device and communication device - Google Patents
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Description
本発明は、2ポート型非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータなどの2ポート型非可逆回路素子および通信装置に関する。 The present invention relates to a two-port nonreciprocal circuit device, and more particularly to a two-port nonreciprocal circuit device such as an isolator used in a microwave band and a communication device.
例えば、この種の2ポート型非可逆回路素子として、特許文献1には、中心電極組立体を水平方向に横置き配置した2ポート型アイソレータが開示されている。この中心電極組立体は、フェライトの一方の主面に中心電極および絶縁膜が印刷により形成され、中心電極の端部にはフェライトの側面を経由して他方の主面に接続電極が形成されている。
For example, as this type of two-port nonreciprocal circuit device,
このアイソレータの組立において、中心電極組立体はフェライトの他方の主面に形成された接続電極を他の部品にはんだ付けして接合する。また、フェライトの一方の主面に形成された中心電極は、挿入損失を小さくするため、Agの比率を高くした導電率の高い組成の材料からなることが好ましい。 In assembling this isolator, the center electrode assembly solders and connects the connection electrode formed on the other main surface of the ferrite to other components. In addition, the center electrode formed on one main surface of the ferrite is preferably made of a material having a high conductivity and a high Ag ratio in order to reduce insertion loss.
ところで、近年、非可逆回路素子の小型化のために中心電極組立体を垂直方向に縦置きした構造のものが考えられている。しかし、中心電極組立体を垂直方向に縦置き配置すると、フェライトの一方の主面に形成された中心電極にはんだが接触してしまう。そのため、Agの比率が高い中心電極は、はんだ付けの際にAg喰われが生じ、挿入損失増加や電極切断などの不具合が発生してしまうという問題があった。 By the way, in recent years, in order to reduce the size of the nonreciprocal circuit element, a structure in which the center electrode assembly is vertically arranged in the vertical direction has been considered. However, when the center electrode assembly is vertically arranged in the vertical direction, the solder comes into contact with the center electrode formed on one main surface of the ferrite. For this reason, the central electrode having a high Ag ratio has a problem that Ag erosion occurs during soldering, causing problems such as increased insertion loss and electrode cutting.
なお、特許文献2には、中心電極組立体を積層基板上に垂直方向に縦置き配置した2ポート型アイソレータが開示されている。しかし、特許文献2の中心電極は印刷により形成されたものではなく、絶縁被覆導線をフェライトに巻回したものであり、上記不具合は発生しない。
そこで、本発明の目的は、中心電極組立体を垂直方向に縦置き配置した構造の2ポート型非可逆回路素子において、フェライトの主面に形成された中心電極のAg喰われが生じない2ポート型非可逆回路素子および通信装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a 2-port non-reciprocal circuit element having a structure in which a center electrode assembly is vertically arranged in a vertical direction, and a 2-port which does not cause Ag erosion of the center electrode formed on the main surface of ferrite. An object of the present invention is to provide a type nonreciprocal circuit device and a communication device.
前記目的を達成するため、本発明に係る2ポート型非可逆回路素子は、永久磁石と、該永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、該フェライトに配置された導体膜からなる二つの中心電極と、表面に端子電極が形成された回路基板と、を備えた2ポート型非可逆回路素子であって、
フェライトは直方体形状をなし、Agを主成分とした二つの中心電極が絶縁膜によって互いに絶縁された状態で交差してフェライトの両主面に形成され、
両主面と直交する一側面に中心電極に接続された接続用電極が形成され、
中心電極の全面を覆うようにフェライトの両主面に絶縁膜が形成されており、
フェライトは両主面と直交する一側面にて回路基板上に載置されていること、
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a two-port nonreciprocal circuit device according to the present invention comprises a permanent magnet, a ferrite to which a DC magnetic field is applied by the permanent magnet, and two centers comprising a conductor film disposed on the ferrite. A two-port nonreciprocal circuit device comprising: an electrode; and a circuit board having a terminal electrode formed on a surface thereof,
The ferrite has a rectangular parallelepiped shape, and the two central electrodes mainly composed of Ag intersect with each other while being insulated from each other by the insulating film, and are formed on both main surfaces of the ferrite.
A connection electrode connected to the center electrode is formed on one side surface orthogonal to both main surfaces,
An insulating film is formed on both main surfaces of the ferrite so as to cover the entire surface of the center electrode,
Ferrite is placed on the circuit board on one side perpendicular to both main surfaces,
It is characterized by.
以上の構成により、フェライトの両主面に形成されている中心電極は絶縁膜にて覆われ、露出していない。従って、はんだによってフェライトを回路基板上に接合する際、はんだがフェライトの両主面に回り込んでも、フェライトの両主面に形成されている中心電極にはんだが接触することがなく、中心電極のAg喰われが発生しない。 With the above configuration, the center electrode formed on both main surfaces of the ferrite is covered with the insulating film and is not exposed. Therefore, when the ferrite is joined to the circuit board by the solder, the solder does not come into contact with the central electrodes formed on the two main surfaces of the ferrite even if the solder wraps around the two main surfaces of the ferrite. Ag erosion does not occur.
本発明に係る2ポート型非可逆回路素子において、絶縁膜はフェライトの両主面の全面に形成されていてもよい。また、接続用電極を絶縁膜上またはフェライトの絶縁膜が形成されていない主面部分に回り込むように形成することにより、フェライトと回路基板の間に、はんだフィレットを形成させて両者の接合強度を高め、かつ、中心電極のAg喰われが発生しない構造が得られる。 In the two-port nonreciprocal circuit device according to the present invention, the insulating film may be formed on the entire surface of both main surfaces of the ferrite. In addition, by forming the connection electrode on the insulating film or around the main surface where the ferrite insulating film is not formed, a solder fillet is formed between the ferrite and the circuit board to increase the bonding strength between the two. And a structure in which Ag erosion of the center electrode does not occur is obtained.
また、本発明に係る通信装置は前記2ポート型非可逆回路素子を備えたものであり、電気特性に優れた信頼性の高いものとなる。 Further, the communication device according to the present invention includes the two-port nonreciprocal circuit element, and has excellent electrical characteristics and high reliability.
本発明によれば、フェライトの両主面に形成されている中心電極は絶縁膜にて覆われ、露出していないので、はんだによってフェライトを回路基板上に接合する際、はんだがフェライトの両主面に回り込んでも、フェライトの両主面に形成されている中心電極にはんだが接触することがなく、中心電極のAg喰われが発生しない。この結果、Ag喰われによる挿入損失増加や電極切断などの不具合が発生しない、特性の安定した非可逆回路素子が得られる。 According to the present invention, the center electrode formed on both main surfaces of the ferrite is covered with the insulating film and is not exposed. Therefore, when the ferrite is joined to the circuit board by the solder, the solder is the two main electrodes of the ferrite. Even if it goes around the surface, the solder does not come into contact with the center electrode formed on both main surfaces of the ferrite, and Ag biting of the center electrode does not occur. As a result, a non-reciprocal circuit element having stable characteristics can be obtained in which problems such as increased insertion loss due to Ag erosion and electrode disconnection do not occur.
以下、本発明に係る2ポート型非可逆回路素子および通信装置の実施例について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a two-port nonreciprocal circuit device and a communication device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1実施例、図1〜図7]
本発明に係る2ポート型非可逆回路素子の一実施例の外観図を図1に示し、平面図を図2に示し、分解斜視図を図3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、金属製ヨーク10と、回路基板20と、フェライト31を含む中心電極組立体30と、フェライト31に直流磁界を印加するための永久磁石41,41とで形成されている。図1はこのアイソレータ1が基板50上に実装されている状態を示している。
[First embodiment, FIGS. 1 to 7]
FIG. 1 is an external view of an embodiment of a two-port nonreciprocal circuit device according to the present invention, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is an exploded perspective view. This two-
ヨーク10は軟鉄などの強磁性体材料からなり、銀めっきが施され、回路基板20上で中心電極組立体30と永久磁石41,41を囲む枠体形状とされている。
The
中心電極組立体30は、図4に示すように、マイクロ波フェライト31の主面31a,31b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を形成したものである。ここで、フェライト31は互いに平行な第1主面31a及び第2主面31bを有する直方体形状をなし、第1主面31a及び第2主面31bはその短辺寸法と長辺寸法との比(以下、形状比と称する)が1:1.5〜5であり、かつ、回路基板20上に第1主面31a及び第2主面31bが略垂直方向に配置されている。本明細書では、主面31a,31bの長辺と接する面を側面31c,31d、短辺と接する面を端面31e,31fと称する。
As shown in FIG. 4, the
また、永久磁石41,41はフェライト31の主面31a,31bに対して磁界を略垂直方向に印加するように回路基板20上に配置されている。
The
図4に示すように、第1中心電極35はフェライト31の第1主面31aにおいて2本に分岐した状態で左下から右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、側面31c上の接続用電極35aを介して第2主面31bに回り込み、第2主面31bにおいて2本に分岐した状態で左下に長辺に対して比較的小さな角度で傾斜して形成されている。
As shown in FIG. 4, the
第2中心電極36は、まず、0.5ターン目36aが第1主面31aにおいて右下から左上方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、側面31c上の接続用電極36bを介して第2主面31bに回り込み、この1ターン目36cが第2主面31bにおいて左方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ている。1ターン目36cの下端部は側面31dの接続用電極36dを介して第1主面31aに回り込み、この1.5ターン目36eが第1主面31a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、側面31c上の接続用電極36fを介して第2主面31bに回り込んでいる。この2ターン目36gも第2主面31bにおいて1ターン目36cと平行に第1中心電極35と交差した状態で形成され、側面31dの接続用電極36hに接続されている。
First, the
また、第2中心電極36の2ターン目36gは第2主面31bにおいて第1中心電極35の他端と接続されている。
The
即ち、第2中心電極36はフェライト31に螺旋状に2ターン巻回されていることになる。ここで、ターン数とは、中心電極36が第1又は第2主面31a,31bをそれぞれ1回横断した状態を0.5ターンとして計算している。そして、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。
That is, the
回路基板20は、複数枚の誘電体シート上に所定の電極を形成して積層し、焼結した積層型基板であり、その内部には、図4に示すように、整合用コンデンサC1,C2、終端抵抗Rが内蔵されている。また、上面には端子電極25a〜25fが、下面には外部接続用端子電極26,27,28がそれぞれ形成されている。
The
これらの整合用回路素子と前記第1及び第2中心電極35,36との接続関係を図4及び図5の等価回路を参照して説明する。即ち、回路基板20の下面に形成された外部接続用端子電極26が入力ポートP1として機能し、この電極26は整合用コンデンサC1と終端抵抗Rとの接続点21aに接続されている。また、この接続点21aは回路基板20の上面に形成された端子電極25b及びフェライト31の側面31dに形成された接続用電極35bを介して第1中心電極35の一端に接続されている。
The connection relationship between these matching circuit elements and the first and
第1中心電極35の他端はフェライト31の側面31dに形成された接続用電極35c及び回路基板20の上面に形成された端子電極25cを介して終端抵抗Rに接続されている。また、第1中心電極35の他端35dはフェライト31の側面31dに形成された接続用電極36h及び回路基板20の上面に形成された端子電極25dを介して整合用コンデンサC1,C2の接続点21bに接続されている。
The other end of the
一方、回路基板20の下面に形成された外部接続用端子電極27が出力ポートP2として機能し、この電極27は前記接続点21bに接続されている。
On the other hand, the external
第2中心電極36の一端接続用電極36i(フェライト31の側面31dに形成されている)は回路基板20の上面に形成された端子電極25eを介して整合用コンデンサC2の接続点21cに接続されている。接続点21cは回路基板20の下面に形成された外部接続用端子電極28と接続されている。この外部接続用電極28は接地ポートP3として機能するものである。また、この外部接続用電極28は、回路基板20の上面に形成された端子電極25a,25fを介して前記ヨーク10にも接続されている。
The one end connection electrode 36i (formed on the
回路基板20とヨーク10とは端子電極25a,25fを介してはんだ付けされて一体化され、中心電極組立体30はフェライト31の側面31dの各種接続用電極が回路基板20上の端子電極25b〜25eとはんだ付けされて一体化される。また、永久磁石41,41はヨーク10の内壁に接着剤にて一体化される。
The
より詳細に中心電極組立体30と回路基板20の接合について説明する。図6に示すように、フェライト31の主面31a,31b上には、導体膜からなる第1中心電極35、絶縁体膜37、導体膜からなる第2中心電極36、絶縁体膜38が成膜されている。また、フェライト31の上側面31c及び下側面31dには各種接続用電極が導体厚膜によって形成されている。
The joining of the
中心電極35,36は、フェライト31の主面31a,31bに、主成分であるAgの比率が高い電極膜材料にて、印刷や転写により厚膜として形成されている。あるいは、これらの電極膜材料と感光物質とを混合してフォトリソグラフ、エッチングなどの加工技術を用いて、所定の形状に形成してもよい。
The
絶縁体膜37,38は、ガラス粉を焼結したもの、エポキシ樹脂などの有機物質膜、ガラス布とエポキシ樹脂などの有機物質膜を組み合わせたものなどを、印刷や転写によりフェライト31の主面31a,31bの全面に厚膜として形成されている。あるいは、これらの材料と感光物質とを混合してフォトリソグラフ、エッチングなどの加工技術を用いて、フェライト31の主面31a,31bの全面に厚膜として形成してもよい。
The
中心電極35,36の導体膜と絶縁体膜37,38は必要に応じて、それぞれ1層以上設け、場合によっては絶縁体膜37,38に形成した孔(ビアホール)を経由して異なる層の導体膜どうしを接続してもよい。
One or more conductor films and
各種接続用電極は、Agを主成分とする電極膜材料にガラスを添加した材料にて、印刷や転写により厚膜として形成されている。あるいは、これらの電極膜材料と感光物質とを混合してフォトリソグラフ、エッチングなどの加工技術を用いて、所定の形状に形成してもよい。 The various connection electrodes are formed as a thick film by printing or transfer using a material in which glass is added to an electrode film material containing Ag as a main component. Alternatively, the electrode film material and the photosensitive material may be mixed and formed into a predetermined shape using a processing technique such as photolithography or etching.
なお、中心電極組立体30を量産する際には、フェライト母基板の主面上に導体膜からなる第1中心電極35、絶縁体膜37、導体膜からなる第2中心電極36、絶縁体膜38を厚膜印刷などの工法で積層する。この後、前記厚膜付きフェライト母基板をダイシングなどの工法により所望のサイズのフェライトチップに切断する。この後、フェライトチップの側面に各種接続用電極を厚膜印刷などの工法で形成する。
When mass production of the
フェライト31の下側面31dに形成した各種接続用電極35b,35c,36d,36h,36iは、図6に示すように、回路基板20の上面に形成した端子電極25b〜25eに、例えば、はんだ23によって接合される。
As shown in FIG. 6,
以上の構成からなる2ポート型アイソレータ1において、フェライト31は回路基板20上に主面31a,31bが略垂直方向に配置され、かつ、永久磁石41,41はフェライト31の主面31a,31bに対して磁界を該主面31a,31bに略垂直方向に印加するように回路基板20上に配置されているため、換言すれば、フェライト31と永久磁石41,41は回路基板20上に垂直方向に縦置き配置されているため、大きな磁界を得るために永久磁石41,41を厚くしても該厚みに拘わらず背が高くなることはなく、小型化が達成される。
In the two-
そして、フェライト31の両主面31a,31bに形成されている中心電極35,36は絶縁体膜38にて覆われ、露出していないので、はんだ23によってフェライト31を回路基板20上に接合する際、はんだ23がフェライト31の両主面31a,31bに回り込んでも、中心電極35,36にはんだ23が接触することがなく、中心電極35,36のAg喰われが発生しない。この結果、Ag喰われによる挿入損失増加や電極切断などの不具合が発生しない、特性の安定した2ポート型アイソレータ1が得られる。
Since the
さらに、Ag喰われのおそれがないので、中心電極35,36に用いる材料としてはガラスフリット含有量の極めて少ない(10%以下)銀粉などを用いることができる。このような材料は電気伝導性が純銀に近いので、極めて入力損失の少ないアイソレータを得ることができる。
Furthermore, since there is no possibility of Ag erosion, silver powder or the like having an extremely low glass frit content (10% or less) can be used as the material used for the
また、この2ポート型アイソレータ1にあっては、図7に示すように、フェライト31の回路基板20に対する実装面側に設けた各種接続用電極35b,35c,36d,36h,36iをフェライト31の主面31a,31b側の絶縁体膜38上に回り込むように形成することにより、中心電極組立体30と回路基板20の間に、はんだフィレット23aを形成させて両者の接合強度を高め、かつ、中心電極35,36のAg喰われが発生しない構造が得られる。
In the two-
以上説明した第1実施例において、絶縁体膜37,38はフェライト31の主面31a,31bの全面に形成されている。しかし、必ずしも主面31a,31bの全面に形成する必要はなく、少なくとも中心電極35,36の全面を覆うように形成されていればよい。この場合、図7に示した接続用電極35b,35c,36d,36h,36iの一部は、絶縁体膜37,38が形成されていないフェライト31の主面部分に回り込むように形成されていてもよい。
In the first embodiment described above, the
[第2実施例、図8]
次に、本発明に係る通信装置として、携帯電話を例にして説明する。
[Second Embodiment, FIG. 8]
Next, a mobile phone will be described as an example of the communication device according to the present invention.
図8は携帯電話220のRF部分の電気回路ブロック図である。図8において、222はアンテナ素子、223はデュプレクサ、231は送信側アイソレータ、232は送信側増幅器、233は送信側段間用帯域通過フィルタ、234は送信側ミキサ、235は受信側増幅器、236は受信側段間用帯域通過フィルタ、237は受信側ミキサ、238は電圧制御発振器(VCO)、239はローカル用帯域通過フィルタである。
FIG. 8 is an electric circuit block diagram of the RF portion of the
ここに、送信側アイソレータ231として、前記第1実施例の2ポート型アイソレータ1を使用することができる。アイソレータ1を実装することにより、電気特性に優れた信頼性の高い携帯電話を実現することができる。
Here, the two-
[他の実施例]
なお、本発明に係る2ポート型非可逆回路素子および通信装置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 embodiments]
The two-port nonreciprocal circuit device and the communication device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the gist.
例えば、永久磁石41,41のN極とS極を反転させれば、入力ポートP1と出力ポートP2が入れ替わる。また、前記実施例では、整合用回路素子の全てを回路基板に内蔵したものを示したが、チップタイプのインダクタやコンデンサを回路基板に外付けしてもよい。
For example, if the N pole and S pole of the
また、フェライトは直方体形状のものを示したが、角部をバレル研磨などで研磨したものであってもよい。 Further, although the ferrite has a rectangular parallelepiped shape, the corner may be polished by barrel polishing or the like.
1…2ポート型アイソレータ
20…回路基板
30…中心電極組立体
31…フェライト
31a,31b…主面
31c,31d…側面
35…第1中心電極
36…第2中心電極
37,38…絶縁体膜
220…携帯電話
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記フェライトは直方体形状をなし、Agを主成分とした二つの前記中心電極が絶縁膜によって互いに絶縁された状態で交差して前記フェライトの両主面に形成され、
前記両主面と直交する一側面に前記中心電極に接続された接続用電極が形成され、
前記中心電極の全面を覆うように前記フェライトの両主面に絶縁膜が形成されており、
前記フェライトは両主面と直交する一側面にて前記回路基板上に載置されていること、
を特徴とする2ポート型非可逆回路素子。 A 2-port comprising a permanent magnet, a ferrite to which a DC magnetic field is applied by the permanent magnet, two central electrodes made of a conductor film disposed on the ferrite, and a circuit board having terminal electrodes formed on the surface Type non-reciprocal circuit element,
The ferrite has a rectangular parallelepiped shape, and the two center electrodes mainly composed of Ag intersect with each other while being insulated from each other by an insulating film, and are formed on both main surfaces of the ferrite.
A connection electrode connected to the center electrode is formed on one side surface orthogonal to the two main surfaces,
Insulating films are formed on both main surfaces of the ferrite so as to cover the entire surface of the center electrode,
The ferrite is placed on the circuit board on one side surface orthogonal to both main surfaces;
A two-port nonreciprocal circuit device characterized by the above.
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