JP4345691B2 - Non-reciprocal circuit device and communication device - Google Patents
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Description
本発明は、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やサーキュレータなどの非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置に関する。 The present invention relates to a nonreciprocal circuit element, and more particularly to a nonreciprocal circuit element such as an isolator or a circulator used in a microwave band, and a communication apparatus including the element.
従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。 Conventionally, nonreciprocal circuit elements such as isolators and circulators have a characteristic of transmitting a signal only in a predetermined specific direction and not transmitting in a reverse direction. Utilizing this characteristic, for example, an isolator is used in a transmission circuit unit of a mobile communication device such as a car phone or a mobile phone.
従来、非可逆回路素子として、特許文献1には、二つの永久磁石の間に、電極膜にて中心電極を形成したフェライトを挟み込んでフェライト・磁石組立体を形成し、この組立体を回路基板上に垂直方向に縦置き配置したものが開示されている。
Conventionally, as a non-reciprocal circuit element,
しかし、この非可逆回路素子では、中心電極から端子部材を延設して回路基板上の端子電極に接続する構成であり、フェライト及び永久磁石を回路基板上に安定かつ確実に実装することが困難であるという問題点を有していた。 However, in this nonreciprocal circuit element, the terminal member is extended from the center electrode and connected to the terminal electrode on the circuit board, and it is difficult to stably and reliably mount the ferrite and the permanent magnet on the circuit board. It had the problem of being.
一方、フェライトと永久磁石とを並置した場合、永久磁石から生じる磁界をフェライトに効率的かつ均一に印加して非可逆回路素子としての挿入損失の低下を防止するためには、永久磁石とフェライトの互いの中心を一致させることが好ましい。 On the other hand, when a ferrite and a permanent magnet are juxtaposed, a magnetic field generated from the permanent magnet is applied efficiently and uniformly to the ferrite to prevent a reduction in insertion loss as a nonreciprocal circuit element. It is preferable to match the centers of each other.
特許文献2には、回路基板上で、中心電極として銅線を引き回したフェライトの中心を永久磁石の中心と一致させた構成が開示されている。しかし、この構成では、回路基板上に支持台を設け、該支持台上にフェライトを載置しており、これでは部品点数が増加し、組立て性が悪化するという問題点を有していた。
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で組立て性を阻害することなく永久磁石の磁界をフェライトに効果的に印加でき、かつ、フェライトを安定性よく確実に回路基板上に実装することができる非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to apply a magnetic field of a permanent magnet to a ferrite effectively without impairing assemblability with a simple configuration, and to mount the ferrite on a circuit board stably and reliably. An object of the present invention is to provide a nonreciprocal circuit element and a communication apparatus including the element.
前記目的を達成するため、本発明に係る非可逆回路素子は、
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複数の中心電極と、表面に端子電極が形成された回路基板と、を備えた非可逆回路素子において、
前記フェライトの主面には複数の前記中心電極が互いに絶縁されて交差した状態で導体膜によって形成され、前記主面と直交する上面には中心電極に接続された中継用電極が導体膜によって形成され、前記主面と直交する下面には中心電極に接続された接続用電極が導体膜によって形成され、かつ、接続用電極は中継用電極よりも厚く形成されており、
前記フェライト及び前記永久磁石はともに直方体形状をなし、フェライトの主面は永久磁石の主面よりも小さく、かつ、前記回路基板上にそれぞれの主面が回路基板の表面と直交する方向にそれぞれの主面の中心を略一致させた状態で並置されており、
前記フェライトの下面に形成された接続用電極は前記回路基板の表面に形成された端子電極と電気的に接続されていること、
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a non-reciprocal circuit device according to the present invention comprises:
In a nonreciprocal circuit element comprising a permanent magnet, a ferrite to which a DC magnetic field is applied by the permanent magnet, a plurality of center electrodes arranged on the ferrite, and a circuit board on which a terminal electrode is formed on the surface,
A plurality of the central electrodes are formed on the main surface of the ferrite by a conductor film in a state where they are insulated from each other, and a relay electrode connected to the central electrode is formed by a conductive film on the upper surface orthogonal to the main surface. The connecting electrode connected to the center electrode is formed by a conductor film on the lower surface orthogonal to the main surface, and the connecting electrode is formed thicker than the relay electrode,
Both the ferrite and the permanent magnet have a rectangular parallelepiped shape, the main surface of the ferrite is smaller than the main surface of the permanent magnet, and each main surface on the circuit board is in a direction perpendicular to the surface of the circuit board. It is juxtaposed with the center of the main surface approximately aligned,
The connection electrode formed on the lower surface of the ferrite is electrically connected to the terminal electrode formed on the surface of the circuit board;
It is characterized by.
本発明に係る非可逆回路素子においては、フェライト及び永久磁石がそれぞれの主面の中心を略一致させた状態で回路基板上に並置されているため、永久磁石からフェライトに対して磁界が効率よく略均一に印加されることになり、挿入損失などの特性が向上する。そして、サイズの小さいフェライトは主面と直交する下面に接続用電極が厚く形成されているため、サイズの大きい永久磁石と回路基板上に並置する際、支持台を設けたり、回路基板の表面に凹凸を形成することなく、互いの主面の中心位置(高さ位置)を揃え、かつ、接続用電極を回路基板上の端子電極にはんだ付けなどで電気的に接続することができる。換言すれば、接続用電極の厚みで永久磁石とのサイズ差を吸収して磁界の効率的印加を確保できるとともに、フェライト及び永久磁石を回路基板上に安定かつ確実に実装することができる。 In the nonreciprocal circuit device according to the present invention, since the ferrite and the permanent magnet are juxtaposed on the circuit board in a state where the centers of the respective principal surfaces are substantially coincident, the magnetic field is efficiently generated from the permanent magnet to the ferrite. It is applied substantially uniformly, and characteristics such as insertion loss are improved. And since the small size ferrite has a thick connection electrode on the bottom surface orthogonal to the main surface, when placing the large size permanent magnet and the circuit board side by side, a support base is provided, or the circuit board surface is provided. Without forming irregularities, the center positions (height positions) of the principal surfaces of each other can be aligned, and the connection electrodes can be electrically connected to the terminal electrodes on the circuit board by soldering or the like. In other words, the thickness of the connection electrode can absorb the size difference from the permanent magnet to ensure efficient application of the magnetic field, and the ferrite and the permanent magnet can be stably and reliably mounted on the circuit board.
本発明に係る非可逆回路素子において、前記接続用電極はペーストからなる導体膜を印刷又は転写を複数回行うことにより厚く形成することができる。なお、中心電極や中継用電極の導体膜は、印刷、蒸着、スパッタ、貼り合わせ、めっきなど種々の手法で形成することができる。 In the nonreciprocal circuit device according to the present invention, the connection electrode can be formed thick by printing or transferring a conductive film made of paste a plurality of times. The conductor film of the center electrode and the relay electrode can be formed by various methods such as printing, vapor deposition, sputtering, bonding, and plating.
さらに、フェライトは二つの永久磁石によって挟み込まれていることが好ましい。フェライトに対して一層効率よくかつ均一に磁界を印加することができる。この場合、永久磁石は略同形状の一対のものがフェライトの対向する主面にそれぞれ接着されてフェライトと一体化されていることが好ましい。フェライト・磁石組立体の生産効率が向上し、しかも、回路基板へ効率よく実装することができる。 Furthermore, the ferrite is preferably sandwiched between two permanent magnets. A magnetic field can be applied to ferrite more efficiently and uniformly. In this case, it is preferable that a pair of permanent magnets having substantially the same shape are bonded to the opposing main surfaces of the ferrite and integrated with the ferrite. The production efficiency of the ferrite / magnet assembly is improved, and it can be efficiently mounted on the circuit board.
また、本発明に係る非可逆回路素子において、中心電極は、一端が第1入出力ポートに電気的に接続され、他端が第2入出力ポートに電気的に接続された第1中心電極と、該第1中心電極と電気的絶縁状態で交差して一端が第2入出力ポートに電気的に接続され、他端が接地用第3ポートに電気的に接続された第2中心電極とから構成されていることが好ましい。これにて、小型の集中定数型アイソレータを得ることができる。回路基板には整合用回路素子が内蔵されていてもよく、これにて非可逆回路素子をより小型化できる。 In the nonreciprocal circuit device according to the present invention, the center electrode includes a first center electrode having one end electrically connected to the first input / output port and the other end electrically connected to the second input / output port. A second center electrode that intersects the first center electrode in an electrically insulated state and has one end electrically connected to the second input / output port and the other end electrically connected to the grounding third port. It is preferable to be configured. Thus, a small lumped constant isolator can be obtained. The circuit board may include a matching circuit element, which can further reduce the size of the nonreciprocal circuit element.
また、本発明に係る通信装置は前記非可逆回路素子を備えたものであり、好ましい電気特性が得られ、装置の小型化、低背化が達成される。 In addition, the communication device according to the present invention includes the nonreciprocal circuit element, so that preferable electrical characteristics can be obtained and the device can be reduced in size and height.
本発明によれば、永久磁石からフェライトに対して磁界が効率よく略均一に印加されることになり、挿入損失などの特性が向上するとともに、容易に互いの主面の中心位置(高さ位置)を揃えることができ、フェライト及び永久磁石を回路基板上に安定かつ確実に実装することができる。 According to the present invention, a magnetic field is efficiently and substantially uniformly applied to the ferrite from the permanent magnet, characteristics such as insertion loss are improved, and the center position (height position) of each other's main surface can be easily obtained. ), And ferrite and permanent magnets can be stably and reliably mounted on the circuit board.
以下、本発明に係る非可逆回路素子及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 nonreciprocal circuit device and a communication device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(本発明の要部、図10〜図12参照)
まず、本発明に係る非可逆回路素子の要部に関して説明する。本発明に係る非可逆回路素子の要部は、図10に示すように、回路基板20上にフェライト32及び永久磁石41を縦置きし(それぞれの主面32a,32b,41aを回路基板20の表面と直交する方向に並置し)、フェライト32の下面に形成した接続用電極32xを上面に形成した中継用電極32yよりも厚くし、フェライト32の中心C1を永久磁石41の中心C2と一致させた点にある。接続用電極32xは回路基板20上に形成されている端子電極(図示せず)とはんだ23などにて接続され、永久磁石41の下面は回路基板20上に接着剤などで接合される。また、フェライト32及び永久磁石41はともに直方体形状をなし、フェライト32の主面32a,32bは永久磁石41の主面41aよりも小さい。
(See the main part of the present invention, FIGS. 10 to 12)
First, the main part of the non-reciprocal circuit device according to the present invention will be described. As shown in FIG. 10, the non-reciprocal circuit device according to the present invention has a
図11は、比較例として、フェライト32の上下面にそれぞれ中継用電極32y及び接続用電極32xを同じ厚さの導体膜として形成した場合を示す。この場合、サイズの小さいフェライト32の中心C1は永久磁石41の中心C2よりもどうしても低くなり、両者の間にずれ量ΔXが生じる。
FIG. 11 shows, as a comparative example, a case where the
前記ずれ量ΔXによって非可逆回路素子の挿入損失が低下する。図12は本発明者によって実測されたずれ量ΔXと挿入損失との関係を示す。このグラフから明らかなように、中心C1,C2が略一致したときに最も低損失となる。実用的な挿入損失を確保するには、ずれ量ΔXが±20%以内に収まることが望ましい。 The insertion loss of the nonreciprocal circuit element is reduced by the shift amount ΔX. FIG. 12 shows the relationship between the deviation ΔX actually measured by the inventor and the insertion loss. As is apparent from this graph, the lowest loss is obtained when the centers C1 and C2 substantially coincide. In order to ensure a practical insertion loss, it is desirable that the shift amount ΔX be within ± 20%.
このデータ測定において、フェライト32のサイズは長辺長さ2.0mm、短辺長さ0.8mm、厚さ0.3mmであり、永久磁石41のサイズは長辺長さ2.1mm、短辺長さ1.0mm、厚さ0.45mmであり、フェライト32を二つの磁石41で挟み込んだ構造とした。なお、フェライト32に磁界を印加するには、フェライト32の一方の主面にのみ永久磁石を対向配置することでも可能である。しかし、一対の永久磁石41をフェライト32の両方の主面32a,32bに対向配置するほうが、磁界の効率的、均一的な印加に有利である。
In this data measurement, the
(非可逆回路素子、図1〜図6参照)
以下に、本発明に係る非可逆回路素子の実施例について説明する。図1は本発明の一実施例である2ポート型アイソレータ1の分解斜視図である。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32を含む中心電極組立体31と、フェライト32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。
(Non-reciprocal circuit device, see FIGS. 1 to 6)
Examples of the non-reciprocal circuit device according to the present invention will be described below. FIG. 1 is an exploded perspective view of a 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31と永久磁石41,41を囲む枠体形状とされている。
The
フェライト32と永久磁石41,41の上面には絶縁体(例えば、樹脂、セラミック)からなるキャップ15が接着される。
A
中心電極組立体31は、図2に示すように、マイクロ波フェライト32の主面32a,32b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32は互いに平行な第1主面32a及び第2主面32bを有する直方体形状をなし、回路基板20上に第1主面32a及び第2主面32bが略垂直方向に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
また、永久磁石41,41はフェライト32の主面32a,32bに対して磁界を該主面32a,32bに略垂直方向に印加するように主面32a,32bに接着され、フェライト・磁石組立体30を形成している。なお、このフェライト・磁石組立体30の構成及び製作工程は以下に詳述する。
The
図2に示すように、第1中心電極35はフェライト32の第1主面32aにおいて右下から立ち上がって左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、左上方に立ち上がり、上面32c上の中継用電極35aを介して第2主面32bに回り込み、第2主面32bにおいて第1主面32aと透視状態で重なるように形成され、下面32dに形成された接続用電極35bに接続されている。
As shown in FIG. 2, the
第2中心電極36は、まず、0.5ターン目36aが第1主面32aにおいて下辺略中央部から左上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、上面32c上の中継用電極36bを介して第2主面32bに回り込み、この1ターン目36cが第2主面32bにおいて左方に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の下端部は下面32dの接続用電極36dを介して第1主面32aに回り込み、この1.5ターン目36eが第1主面32a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、上面32c上の中継用電極36fを介して第2主面32bに回り込んでいる。この2ターン目36gも第2主面32b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、下面32dの接続用電極36hに接続されている。
In the
即ち、第2中心電極36はフェライト32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32a,32b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3に示すように、整合用コンデンサC1,C2,Cs1,Cs2,Cp1,Cp2、終端抵抗Rが内蔵されている。また、上面には端子電極25a〜25g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3及び図4、図5の等価回路を参照して説明する。なお、図4の等価回路は本発明に係る非可逆回路素子(2ポート型アイソレータ1)における基本的な第1回路例を示し、図5の等価回路は第2回路例を示す。図3には第2回路例の構成が示されている。
The connection relationship between these matching circuit elements and the first and
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Cs1を介して整合用コンデンサ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25aを介して第1中心電極35の一端に接続されている。
That is, the external
第1中心電極35の他端はフェライト32の下面32d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25bを介して終端抵抗R及びコンデンサC1,C2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は整合用コンデンサCs2を介してコンデンサC2,C1の接続点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32の下面32d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25cを介して前記接続点21bに接続されている。第2中心電極36の他端接続用電極36hは回路基板20の上面に形成された端子電極25dを介して回路基板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。この外部接続用端子電極28は接地ポートP3として機能するものである。また、この外部接続用端子電極28は、回路基板20の上面に形成された端子電極25e,25fを介して前記ヨーク10にも接続されている。
One end connection electrode 36 i (formed on the
また、入力ポートP1とコンデンサCs1の接続点には接地されたインピーダンス調整用のコンデンサCp1が接続されている。同様に、出力ポートP2とコンデンサCs2との接続点にも接地されたインピーダンス調整用のコンデンサCp2が接続されている。 A grounded impedance adjusting capacitor Cp1 is connected to a connection point between the input port P1 and the capacitor Cs1. Similarly, a grounded impedance adjusting capacitor Cp2 is also connected to a connection point between the output port P2 and the capacitor Cs2.
回路基板20とヨーク10とは端子電極25e,25fを介してはんだ付けされて一体化され、フェライト・磁石組立体30はフェライト32の下面32dの各種接続用電極35b,35c,36d,36h,36iが回路基板20上の端子電極25a〜25d,25gとはんだ付けされて一体化されるとともに、永久磁石41,41の下面41d,41dが回路基板20上に接着剤24にて一体化される(図6参照)。接続用電極36dが接続される端子電極25gはダミー電極である。なお、図6は図1の矢印A−A部分で断面としたものである。
The
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、同形状の一対の永久磁石41,41を対面させて第1及び第2中心電極35,36を形成したフェライト32を挟み込み、かつ、フェライト32の主面32a,32bは永久磁石41の主面41aよりも小さく(図6参照)、かつ、図10で説明したように、接続用電極32x(35b,35c,36d,36h,36i)を厚く形成して、フェライト32の中心C1と永久磁石41の中心C2とを略一致させるように配置したため、永久磁石41は平行度の良好な直流磁束を発生して均一な磁界がフェライト32に印加され、アイソレータ1の挿入損失などの電気特性が向上する(図12参照)。
In the two-
また、フェライト32は回路基板20上に主面32a,32b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32の主面32a,32b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ため、換言すれば、フェライト32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、低背化が達成される。
The
さらに、第2回路例(図5参照)に示したように、第1中心電極35とコンデンサC1との接続点21aと入力ポートP1との間、及び、中心電極35,36の接続点21bと出力ポートP2との間にいま一つの整合用コンデンサCs1,Cs2を挿入したため、中心電極35,36のインダクタンスを大きく設定して広帯域での電気特性を向上させた際でもアイソレータに接続される機器とのインピーダンス(50Ω)を合わせることが可能である。なお、この効果は整合用コンデンサCs1又はCs2のいずれか一方を挿入するだけでも達成することができる。
Furthermore, as shown in the second circuit example (see FIG. 5), the
なお、第2中心電極36とコンデンサC2との接続点と接地ポートP3との間に整合用インダクタを挿入すれば、2倍波又は3倍波など所望の高周波を抑制することができる。また、入力ポートP1と接地との間、出力ポートP2と接地との間に、インダクタとコンデンサとからなるLC直列回路を挿入してもよい。このようなLC直列回路を設けることによっても、2倍波又は3倍波など所望の高周波を抑制することができる。
If a matching inductor is inserted between the connection point of the
ここで、フェライト・磁石組立体30について説明する。図6に示すように、フェライト32の主面32a,32b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32の上面32cには中継用電極35a,36b,36fが導体膜によって形成され、下面32dには接続用電極35b,35c,36d,36h,36iが導体膜によって形成されている。
Here, the ferrite /
中心電極35,36は、フェライト32の主面32a,32bに銀、銅、金やその合金からなる電極膜材料、金や銀などの導体粉とエポキシ樹脂などからなる導体複合材料(ペースト又は接着剤)などの電極膜材料にて、印刷や転写により薄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
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
中継用電極35a,36b,36fは、銀、銅、金やその合金からなる電極膜材料、金や銀などの導体粉とエポキシ樹脂などからなる導体複合材料(ペースト又は接着剤)などの電極膜材料にて、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
接続用電極35b,35c,36d,36h,36iは、銀、銅、金やその合金からなる電極膜材料、金や銀などの導体粉とエポキシ樹脂などからなる導体複合材料(ペースト又は接着剤)などの電極膜材料にて、印刷や転写を複数回繰り返すことにより、前記中継用電極35a,36b,36fよりも厚く形成されている。
The
また、中継用電極35a,36b,36fを薄膜形成技術であるドライめっきなどで形成し、接続用電極35b,35c,36d,36h,36iを厚膜形成技術である印刷焼付けで形成してもよい。
Further, the
フェライト32の主面32a,32bには永久磁石41,41が接着剤層42を介して接着される。この接着剤層42に代えて両面粘着シートを用いてもよい。
フェライト32の下面32dに形成した接続用電極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25a〜25d,25gに接合材23(例えば、はんだ)によって接合される。また、永久磁石41の下面41dは接着剤24にて回路基板20上に接合される。接着剤24としては、熱硬化性の1液性又は2液性のエポキシ系接着剤が適している。
As shown in FIG. 6, the
このアイソレータ1においては、直方体形状のフェライト32を用いることによって、回路基板20との接合面が平面状となり、この下面32dに各種接続用電極が形成されているため、該接続用電極と回路基板20上に形成された端子電極25a〜25d,25gとの接続が確実かつ容易になる。また、各種接続用電極は一つの面に形成するだけでよく、製造工程が簡略化される。
In this
また、フェライト32はその下面32dに形成された各種接続用電極が回路基板20上に形成された端子電極25a〜25d,25gとはんだ付けされ、永久磁石41,41はその下面41dが回路基板20の表面に直接あるいは端子電極を介して接着剤24にて接着されているため、即ち、フェライト・磁石組立体30と回路基板20との接合にはんだ付けと接着とを併用することにより、接合が確実なものとなる。
The
はんだ付けだけであると、アイソレータ1を通信機器の基板上にリフローはんだで実装する際などにこの部分でのはんだが溶融してフェライト・磁石組立体30の位置ずれが生じ、故障や特性劣化の原因となる。熱硬化性の接着剤24が併用されていれば、このよう
な故障や特性劣化を未然に防止することができる。また、永久磁石41とフェライト32との接着が外れた場合でも、永久磁石41は回路基板20上に接着されているため、所定の電気定数が保たれ、信頼性の高い非可逆回路素子を得ることができる。
If only the soldering is performed, when the
フェライト32の下面32dに形成した各種接続用電極を回路基板20の上面に形成した端子電極25a〜25d,25gとの接合には前述したはんだ付け以外に、厚膜電極材料で焼結接合する方法、はんだや金などのバンプを超音波などを用いて温度上昇させて融着させる方法、あるいは、金や銀などの導体粉とエポキシ樹脂などからなる導電複合材料(ペースト又は接着剤)を硬化させて接合する方法などを採用することができる。
In addition to soldering as described above, various connection electrodes formed on the
ここで、前記フェライト・磁石組立体30において、フェライト32の下面32dと永久磁石41の下面41dとの間には寸法差αが設けられている(図6参照)。この寸法差αの存在によって、各種接続用電極の厚みと該接続用電極に接合されたはんだなどの接合材23の厚みと回路基板20上に形成された端子電極25a〜25d,25gの厚みと、永久磁石41の接着剤24の厚みとが回路基板20の表面で略面一になる。これにて、フェライト・磁石組立体30を傾くことなく精度よく、かつ、確実に安定した状態で回路基板20上に実装することが可能になる。
Here, in the ferrite-
また、中心電極35,36を形成したフェライト32が永久磁石41の所定箇所に接着にて精度よく固定されているため、磁気損失のほとんどない安定したアイソレータを製作することができる。特に、永久磁石41とフェライト32との接着に接着シートを用いた場合は、接着層の厚みの安定性により、フェライト32と永久磁石41との位置関係を好ましい平行度で一体化することができる。
In addition, since the
一対の永久磁石41,41の対向面どうしの距離も、接着剤層42の厚みとフェライト32の厚みによって決まり、磁気回路を目的どおりの定数でかつ安定的に(ばらつきが少なく)形成することができる。その結果、アイソレータの安定的な大量生産が可能であり、安価に付く。
The distance between the opposing surfaces of the pair of
また、中心電極組立体31と一対の永久磁石41,41が接着剤層42で一体化されていることで、機械的に安定となり、振動や衝撃で変形・破損しない堅牢なアイソレータとなる。このようなアイソレータは携帯型の通信機器に最適である。
In addition, since the
さらに、中心電極35,36はフェライト32の主面32a,32bに導体膜にて形成しているため、形状的に高精度に安定して形成され、均一な電気特性を有するアイソレータを量産することができる。これに加えて、絶縁体膜37,38もガラス粉を焼結した膜などとすることで、金属板からなる中心電極を用いた場合と比べて、フェライト32の主面32a,32bを平坦度の良好な形状とすることができる。その結果、フェライト32と一対の永久磁石41,41それぞれの位置関係を平行度よく一体化できる。
Further, since the
また、フェライト32の上面32c及び下面32dに各種中継用及び接続用電極が設けられ、フェライト32の主面32a,32b上の電極膜は中継及び接続用電極に接続されており、下面32dに形成された接続用電極が回路基板20の上面に形成された端子電極25a〜25d,25gと対向して接合される。その結果、フェライト32に配置されている中心電極35,36をはんだ付けなどの方法で容易にかつ信頼性よく回路基板20内の整合用回路素子や入出力外部接続用端子電極26,27,28に接続することができる。
Also, various relay and connection electrodes are provided on the
このような接続において、中心電極35,36のうちフェライト32の主面32a,32b上の導体膜部分ははんだ付けされることはないので、はんだ喰われのおそれがない。そこで、この導体膜部分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(1
0%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。
In such a connection, the conductor film portions on the
(0% or less) Silver powder or the like can be used. Since such a material has an electrical conductivity close to that of pure silver, an isolator with extremely low input loss can be obtained.
フェライト32の下面32dの各種接続用電極を回路基板20上の端子電極25a〜25d,25gに接合する材料・手段としてははんだ付けが最も容易であり、接合部の電気導電性が良好で、信頼性が高い。フェライト・磁石組立体30の内部に予め熱硬化性の接着剤層42を用いている場合は、はんだのリフローで接着剤層42の硬化(キュア)を完全にさせることができる。
As the material and means for joining the various connection electrodes on the
本実施例において、回路基板20は多層誘電体基板である。これにて、内部にコンデンサやインダクタなどの回路網を内蔵することができ、アイソレータの小型化、薄型化が達成でき、回路素子間の接続が基板内で行われるために信頼性の向上が期待できる。勿論、回路基板20は必ずしも多層である必要はなく、単層であってもよく、整合用コンデンサなどをチップタイプとして外付けしてもよい。
In this embodiment, the
また、回路基板20の下面には、通信機器のプリント基板に本アイソレータ1を実装するための外部接続用端子電極26,27,28が設けられている。これにて、電気接合箇所が減少するため、低損失で高信頼性を得ることができる。加えて、別の端子部品を設ける必要がなく、回路基板20の下面位置が端子面になるので低背化でき、低価格化も可能となる。
Further, on the lower surface of the
(フェライト・磁石組立体の製造方法、図7及び図8参照)
次に、前記フェライト・磁石組立体30の製作方法について説明する。フェライト・磁石組立体30を製作するにあたっては、まず、前記中心電極組立体31を製作し、図7に示すように、ほぼ全面に接着シート42を設けた(接着剤層であってもよい)広い面積のマザー磁石基板411,412の間に、多数(最小2列×2行)の中心電極組立体31をマトリクス状に挟み込み、マザー基板413(図8参照)を製作する。その後、マザー基板413を所定の寸法に切り分け、一対の永久磁石41,41で一単位の中心電極組立体31を挟着したフェライト・磁石組立体30を得る。
(Refer to FIG. 7 and FIG. 8 for a method of manufacturing a ferrite / magnet assembly)
Next, a manufacturing method of the ferrite /
図8にその工程を示す。まず、工程1では、マザー磁石基板411にセパレータ415を付けた接着シート42を当て、工程2では、接着シート42をマザー磁石基板411上に固定する。このとき、接着シート42とマザー磁石基板411との間に空気が入らないようにすることが必要となる。スキージやローラなどで接着シート42をマザー磁石基板411に密着させることが好ましい。また、この密着時に、接着シート42及び/又はマザー磁石基板411を60〜150℃程度まで昇温しておくと、接着シート42の粘着性が増し、マザー磁石基板411への密着性が高まる。但し、温度と加熱時間を接着シート42の熱硬化が進行しないように適切に管理する必要がある。
FIG. 8 shows the process. First, in
次に、工程3で、セパレータ415を剥離し、接着シート42のみをマザー磁石基板411上に残す。さらに、工程4では、接着シート42付きのマザー磁石基板411上に中心電極組立体31をマトリクス状に貼り付ける。中心電極組立体31は個々に貼り付けてもよいが、中心電極組立体31を予め別の粘着テープや台紙などにマトリクス状に貼り付けておき、一挙にマザー磁石基板411の接着シート42上に貼り付けてもよい。
Next, in
次に、工程5で、いま一つのマザー磁石基板412に接着シート42を貼り付け、工程6では、このマザー磁石基板412を接着シート42を介して前記マザー磁石基板411上の中心電極組立体31上に貼り付ける。その後、工程7では、マザー磁石基板411,412の上下から圧力を加えて加熱し、接着シート42を硬化させてマザー基板413を得る。
Next, in
次に、工程8では、前記マザー基板413をダイシングテープ416上に貼り付ける。加熱により粘着性を失う発泡テープや粘着テープ、溶剤による洗浄で剥がれるテープ、昇温で軟化したワックスを用いてカット用土台板に仮に貼り付ける方法を採用してもよい。この種のテープや土台板は、ダイサーのダイシングテーブル上にマザー基板413をチャッキング(固定)するためのものである。
Next, in
次に、工程9で、ダイサーによりマザー基板413をカットすることにより、一単位のフェライト・磁石組立体30が得られる。
Next, in
以上の工程を経ることにより、サイズが同じ永久磁石41,41で直方体形状のフェライト32を含む中心電極組立体31を挟着したフェライト・磁石組立体30を高精度に生産効率よく製作することができ、コストダウンの効果も大きい。このようなフェライト・磁石組立体30の作用効果は前述した。
By passing through the above process, the
特に、広い面積のマザー磁石基板411,412を使用するため、個々の永久磁石41とフェライト32を接着する場合と比較して磁石41の傾きがなくなり、永久磁石41とフェライト32との平行度が高まる。これにて、フェライト32に印加されるバイアス磁界の平行性、均一性が保証され、挿入損失などの電気特性が劣化することがなくなる。そして、フェライト32の位置ずれのおそれもないため、個体差がなくなるだけでなく、経時・経年変化の少ない信頼性の高いアイソレータを得ることができる。
In particular, since the
(他の組立方法)
なお、前記フェライト32と永久磁石41とは一体に組み立てられたものではなく、別体として回路基板20上に実装してもよい。即ち、回路基板20上の所定位置にはんだペースト及び接着剤を塗布したのち、フェライト32(中心電極組立体31)及び永久磁石41を自動マウンタで配置する。自動マウンタによれば、フェライト32及び永久磁石41を水平方向に精度よく位置決めして配置することができる。また、垂直方向(高さ方向)には、実装面側の接続用電極の厚みにより、フェライト32と永久磁石41との中心が略同一となるように実装される。
(Other assembly methods)
The
(通信装置、図9参照)
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。図9は携帯電話220のRF部分の電気回路ブロック図であり、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。
(Communication device, see FIG. 9)
Next, a mobile phone will be described as an example of the communication device according to the present invention. 9 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、好ましい電気特性が得られ、携帯電話の小型化、低背化に寄与する。
Here, the two-
(他の実施例)
なお、本発明に係る非可逆回路素子及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 examples)
The 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。また、中心電極の形状も任意であり、少なくとも一方の中心電極が2本に分岐していてもよい。
For example, if the N pole and S pole of the
1…2ポート型アイソレータ
20…回路基板
25a〜25g…端子電極
30…フェライト・磁石組立体
31…中心電極組立体
32…フェライト
32a,32b…主面
32c…上面
32d…下面
35…第1中心電極
36…第2中心電極
35a.36b,36f…中継用電極
35b,35c,36d,36h,36i…接続用電極
41…永久磁石
220…携帯電話
P1…入力ポート
P2…出力ポート
P3…接地ポート
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記フェライトの主面には複数の前記中心電極が互いに絶縁されて交差した状態で導体膜によって形成され、前記主面と直交する上面には中心電極に接続された中継用電極が導体膜によって形成され、前記主面と直交する下面には中心電極に接続された接続用電極が導体膜によって形成され、かつ、接続用電極は中継用電極よりも厚く形成されており、
前記フェライト及び前記永久磁石はともに直方体形状をなし、フェライトの主面は永久磁石の主面よりも小さく、かつ、前記回路基板上にそれぞれの主面が回路基板の表面と直交する方向にそれぞれの主面の中心を略一致させた状態で並置されており、
前記フェライトの下面に形成された接続用電極は前記回路基板の表面に形成された端子電極と電気的に接続されていること、
を特徴とする非可逆回路素子。 In a nonreciprocal circuit element comprising a permanent magnet, a ferrite to which a DC magnetic field is applied by the permanent magnet, a plurality of center electrodes arranged on the ferrite, and a circuit board on which a terminal electrode is formed on the surface,
A plurality of the central electrodes are formed on the main surface of the ferrite by a conductor film in a state where they are insulated from each other, and a relay electrode connected to the central electrode is formed by a conductive film on the upper surface orthogonal to the main surface. The connecting electrode connected to the center electrode is formed by a conductor film on the lower surface orthogonal to the main surface, and the connecting electrode is formed thicker than the relay electrode,
Both the ferrite and the permanent magnet have a rectangular parallelepiped shape, the main surface of the ferrite is smaller than the main surface of the permanent magnet, and each main surface on the circuit board is in a direction perpendicular to the surface of the circuit board. It is juxtaposed with the center of the main surface approximately aligned,
The connection electrode formed on the lower surface of the ferrite is electrically connected to the terminal electrode formed on the surface of the circuit board;
A nonreciprocal circuit device characterized by the above.
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