JP4465659B2 - 非可逆回路素子 - Google Patents

Description

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、特には複数のキャパシタンス素子を内蔵した積層基板を収容する下ケースの改良に関する。

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く、かつ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。

図８に従来の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、磁気ヨークとして機能する金属ケース（上ケース１、下ケース３０）、永久磁石２、中心導体組立体２０、複数のキャパシタンス素子を内蔵し上面、下面に電極パターンが形成された積層基板１５、抵抗素子１１を備えるものである。この従来例において前記中心導体組立体２０は、中心導体を電極パターンでガーネットフェライト（フェリ磁性体）に積層形成した構造のものであるが、この他にも所定形状に打ち抜いたり、エッチングしたりして形成された銅薄板をガーネットフェライトに巻き回した構成のものもある。

図９は、従来のアイソレータを構成する下ケースの平面図である。この下ケースは、アース電極や外部端子、立設する壁部となる部分を構成する下ケース３０と、耐熱性を備えたエンジニアリングプラスチック（図中斜線で表示）等の樹脂でインサート成形して構成され、実装基板との接続のための外部端子IN、OUT、GNDを有するものであり、四方を前記樹脂３５，３６で形成された壁部で囲まれた構成となっている。
積層基板１５の下面には、下ケース３０との接続のための電極パターンが形成されており、半田ペーストが塗布された下ケース３０の内底面に表れたアース電極上に前記積層基板を載置して、積層基板１５と下ケース３０とが半田リプローにより半田付けされる。また、積層基板１５の上面に形成された電極パターン１７と中心導体組立体２０の中心導体（図示せず）が、適宜はんだ接続される。

特開２００３−２０４２０７

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、上下ケース、中心導体組立体、積層基板といった構成部品も小型化される。

構成部品の小型化に伴い、積層基板の上下面に形成される電極パターンも小面積化せざるを得ないが、振動や衝撃に対する接続信頼性の確保、コンデンサ容量の確保と言った観点から、積層基板の面上において可能限り広い面積で形成するのが好ましい。
しかしながら、前記電極パターンと下ケースの金属導体からなる壁部との短絡を防ぐように、短絡防止手段を講じる必要がある。従来の非可逆回路素子では、前記壁部と積層基板との間に樹脂壁が設けていた。単に短絡を防ぐという観点からすれば、前記樹脂壁の厚みは０．０５ｍｍ程度あれば良い。しかしながら壁部の厚みが薄いと、インサート成形する際に、樹脂が前記壁部を形成するには十分に充填されないと言ったショート不良を生じる為、厚みを０．１５〜０．２ｍｍ程度に形成していた。したがって樹脂壁の厚み分だけ下ケースの内側領域の面積が狭くなり、配置される積層基板の面積、そして電極パターンも小面積なものとせざるを得なかった。
そこで本発明では、積層基板自体の形成面積を増加させることが可能であり、もって積層基板に形成される電極パターンの形成面積も増加させ、かつ前記積層基板に形成された電極パターンと下ケースの金属導体からなる壁部との短絡を防ぐことが可能な新規な下ケースを用いた非可逆回路素子を提供することを目的とする。

第１の発明は、フェリ磁性体に複数の中心導体が配された中心導体組立体と、前記中心導体と共振回路を構成する複数のキャパシタンス素子が形成された積層基板を収容する略箱形状の下ケースと、前記フェリ磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、前記永久磁石を収容する上ケースを備えた非可逆回路素子であって、前記下ケースは、その下面部と、前記下面部から立ち上がり対向する２つのヨーク壁部を構成する磁気ヨーク部と、残余の２つの壁部を構成する樹脂壁部を備え、前記樹脂壁部のそれぞれには、複数アース端子と入出力端子が形成され、前記樹脂壁部を構成する樹脂の一部が、前記下ケースのヨーク壁部側と下面部側にまで及び、ヨーク壁部側の樹脂部は下ケース外側に表れるとともに、ヨーク壁部と積層基板の側面との間に空隙を形成するように下ケース内側に突するように形成され、下ケースの内側底面は、入出力端子と連続する端子部、アース端子と連続する磁気ヨーク部が露出し、磁気ヨーク部、端子部、前記端子部を支持する下面部側樹脂部とで同一平面として形成されており、前記ヨーク壁部側の樹脂部と樹脂壁部とで囲まれた下ケースの内側底面に、複数のキャパシタンス素子を形成した積層基板を載置した非可逆回路素子である。

２つのヨーク壁部のそれぞれに、ヨーク壁部側の樹脂部を複数形成するのが好ましい。

また、前記ヨーク壁部の内側に半田レジスト膜を形成するのが好ましい。

本発明によれば、積層基板自体の形成面積を増加させることが可能であり、もって積層基板に形成される電極パターンの形成面積も増加させ、かつ前記積層基板に形成された電極パターンと下ケースの金属導体からなる壁部との短絡を防ぐことが可能な新規な下ケースを用いた非可逆回路素子を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係る非可逆回路素子について以下詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る非可逆回路素子の外観図であり、図２はその分解斜視図であり、図３は下ケースの平面図であり、図４はヨーク壁部側の樹脂部の内側突部を示す部分拡大斜視図である。なお図１〜図４において斜線部は樹脂で構成された部分を示す。

まず下ケース３０の作製方法について説明する。図５〜図７は製造方法を説明するための図である。磁性金属材料からなる長尺状のシート材を、プレス加工機で所定の形状に打ち抜き、図５に示すような、フープ６０と連接する複数の支持部５３の先端部に下ケースの一部をなす磁気ヨーク部を一体的に形成する。
しかる後、金型で所定部位を折り曲げ加工して、図６に示すように、下ケースの下面部を形成する磁気ヨーク部から立設して対向する２つの壁部を形成する。図６に示すように、他の支持部５４の先端は磁気ヨーク部と分離して形成される。この指示部５４は下ケースとしたときに、非可逆回路素子の入出力端子を構成する。
支持部５３、５４の途中には、その幅を狭くした部位が形成されている。後工程で、この幅狭部でフープ６０と切り離されるが、このように幅狭部で切り離しを行うことで、磁気ヨーク部の金属表面が露出する面積を極力小さくし、露出部の酸化を低減している。

フープ６０を構成する磁性金属材料は、ＳＰＣＣ，４２Ｎｉ・Ｆｅ合金，４５Ｎｉ・Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金などの磁気特性に優れるものであって、これらの金属材料は、１００〜３００μｍ程度に冷間圧延又は熱間圧延されている。磁気ヨーク部は磁気回路の一部として用いられるので、磁気特性に優れた磁性材料を選択するのが好ましい。その磁気特性は、最大透磁率が５０００以上で飽和磁束密度は０．６テスラ以上、好ましくは１．４テスラ以上が好ましい。このような磁性材料を選択すれば、非可逆回路素子を小型化する際に、厚みが１６０μｍ以下の薄板を利用しても、磁束の漏れが少なくて済み、ガーネットフェライトに必要十分な直流磁界を与えることが出来る。
さらに、その表面には、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で電気抵抗率が５．５μΩ・ｃｍ以下の導電性の高い金属皮膜が形成されている。このときの皮膜厚さは０．５〜２５μｍである。磁気ヨークはグランドとしても機能するが、このように構成することで前記金属皮膜が高周波電流のアース端子への経路となり、よって高周波信号の伝送効率を高めるとともに、外部との相互干渉を抑制して損失を低減することができる。
導電性の高い前記金属皮膜のうち銀は、半田付け性がよく、接触抵抗が小さく、金に比べ安価等、優れた特性を持っている。しかしながら、銀表面は非常に活性で表面吸着傾向をもつ空気中の硫黄，塩素．水分等の腐食媒体との反応により変色が容易に生じる。この変色膜は半田付け性を損ない、接触抵抗を増大させる。このため銀表面に有機キレート皮膜などの保護膜を形成させ、銀の表面を保護するのが好ましい。

フープ６０には、所定の間隔でスプロケットホール５２が設けられており、スプロケットにより射出成形用金型内にフープ６０が順次送られる。射出成形機に配置された磁気ヨーク部には、液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド等、高耐熱の熱可塑性エンジニアリングプラスチック等の樹脂が射出されてインサート成形を行い、前記樹脂により２つの壁部３５を形成し、磁気ヨーク部、入出力端子を一体化した図３に示す下ケース３０とした。

この下ケース３０は、図３の平面図に示すように、その内側底面に入出力端子ＩＮ、ＯＵＴと連続する端子部ＴＴ１，ＴＴ２、アース端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク部が露出しており、前記下ケース１２の内側底面は、磁気ヨーク部、端子部ＴＴ１、ＴＴ２、前記端子部を支持する樹脂とで同一平面として形成される。
下ケース３０は、磁気ヨーク部で構成される２つの側面部２５と、残余の２つの壁部を構成する樹脂部３５を備えた矩形箱型に形成される。下ケース３０の隅部近傍に形成されるヨーク壁部側の樹脂部２８は、図５及び図６に示した磁気ヨーク部のA部に樹脂を充填することで、下ケース外側に表れるとともに、下ケース内側に突するように形成されており、磁気ヨーク部との一体構造をなす。本実施例においては、磁気ヨーク部の厚みが０．１５ｍｍとなるフープを用いた。前記樹脂部２８の厚みを０．２ｍｍとなるように形成することで、前記樹脂部２８が下ケース内側に突する厚みを０．０５ｍｍにするとともに、樹脂の充填を不足無く行っている。前記樹脂部の厚みは０．１５ｍｍ以上あれば良く、磁気ヨーク部の厚みと樹脂部の厚みに応じて下ケース内側に突する厚みを適宜調整することが出来る。

このように形成された下ケース３０は、スプロケットホール５２を利用し、フープに連接されたまま、各組立工程を順次搬送される。次工程において、下ケース１２の入出力端子IN、OUTと連続する端子部TT１,TT2、アース端子GNDと連続する磁気ヨーク部にはんだを塗布した後、複数のコンデンサを一体化した積層基板を配置した。
図４は、ヨーク壁部側の樹脂部２８の内側突部を示す部分拡大斜視図である。本図において積層基板を示している。前記積層基板１５は、２つのヨーク壁部２５は樹脂壁部３５に囲まれた領域に配置され、下ケース内側に突する樹脂部２８と樹脂壁部３５とで平面内の位置決めを行っている。このため、積層基板１５の側面とヨーク壁部２５との間には空隙が形成されることとなる。前記空隙は積層基板１５に形成された電極パターンとヨーク壁部２５との短絡を防ぐとともに、積層基板１５を下ケースに配置する際に、はんだの溜まり部としても機能する。このため余剰の半田が生じる場合であっても、はんだは前記空間内にとどまることとなり、前記電極パターンとヨーク壁部２５とを橋架けして短絡させることが無い。またヨーク壁部２５の積層基板１５の側面との対向面に、半田レジスト膜を形成すれば、より確実に短絡を防ぐことが出来るので好ましい。

積層基板１５は、誘電体セラミックグリーンシートに、キャパシタンス素子を形成する電極パターンを印刷し、電極パターンどうしを適宜対向するように積層してなり、所定のコンデンサ容量を有する複数のキャパシタンス素子が形成されてなるものである。セラミックグリーンシートは積層、圧着され、積層体とした後焼成され積層基板１５となる。積層基板内部の電極は、セラミックとの同時焼成によって形成される。この積層基板において、異なる層にまたがる電極の導通は基板内に形成されたビア電極によって導通されている。積層基板１５の上面には複数の電極パターン１７が形成されており、前記電極パターン間には印刷、焼き付け法により抵抗１１が形成されている。

また、積層基板１５の下面、すなわち下ケースの内底面側との接続面には、下ケース３０に形成されたの端子電極TT1,TT2と接続する入出力用電極と、積層基板１５の下面の略中央部を含む領域に、下ケースに形成されたアース端子GNDと連続する磁気ヨーク部と接続するアース用電極が形成されている。このアース用電極は下ケース３０の内底面に対して広面積に接触するように載置させるようになっている。このように構成することで、下ケース３０の内底面における高周波電流の分布を均一にして電気的な特性の安定なものとしている。

次いで、積層基板１５の上面に形成された電極パターン１７に、はんだを塗布し、中心導体５，６とガーネットフェライト３とでなる中心導体組立体２０を前記電極パターンに載置し、半田リフローして、積層基板１５、下ケース３０、中心導体組立体２０の接触部を機械的かつ電気的に接続した。本実施例においては、積層基板１５の外周縁の極近傍まで電極パターン１７を形成することが出来るため、その形成面積をより大きくすることが出来る。なお、前記抵抗１１は、チップ抵抗として中心導体組立体２０とともに電極パターン１７に載置することも当然可能である。

次いで、中心導体組立体２０に直流磁界を印加するように永久磁石２を配置した上ケース１を下ケース３０に被せた。
前記上ケース１は、下ケース３０と同様に磁性金属材料からなる長尺状のシート材を、プレス加工機で所定の形状に打ち抜き、さらに金型で折り曲げ加工して、上面部および４つの壁部を備えた略箱形状に形成され、隣り合う側面の稜部には高さ方向に連続するスリット部２２が形成されている。前記スリット部２２と前記下ケース３０の樹脂柱状部２６とをあわせて、上ケース１を下ケース３０に被せている。

しかる後、長尺状のフープ６０の連接部５３，５４を切断して、図１に示す非可逆回路素子を得た。本実施例ではフープ６０の状態で非可逆回路素子の組立を行ったが、下ケース形成後、連接部５３，５４を切断し、個々の下ケースを用いて組立を行っても良いことは、言うまでも無い。

本発明によれば、積層基板自体の形成面積を増加させることが可能であり、もって積層基板に形成される電極パターンの形成面積も増加させ、かつ前記積層基板に形成された電極パターンと下ケースの金属導体からなる壁部との短絡を防ぐことが可能な新規な下ケースを用いた非可逆回路素子を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係る非可逆回路素子の斜視図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子の分解斜視図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの平面図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの部分拡大斜視図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの組立状態を示す図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの組立状態を示す図である。 本発明の一実施例に係る非可逆回路素子に用いる下ケースの組立状態を示す図である。 従来の非可逆回路素子の分解斜視図である。 従来の非可逆回路素子に用いる下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 ガーネットフェライト
５，６，７ 中心導体
１２ 下ケース
１５ 積層基板
２０ 中心導体組立体
２８ 樹脂突部
３５，３５ 樹脂壁

Claims (3)

1. フェリ磁性体に複数の中心導体が配された中心導体組立体と、前記中心導体と共振回路を構成する複数のキャパシタンス素子が形成された積層基板を収容する略箱形状の下ケースと、前記フェリ磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、前記永久磁石を収容する上ケースを備えた非可逆回路素子であって、
   前記下ケースは、その下面部と、前記下面部から立ち上がり対向する２つのヨーク壁部を構成する磁気ヨーク部と、残余の２つの壁部を構成する樹脂壁部を備え、前記樹脂壁部のそれぞれには、複数アース端子と入出力端子が形成され、前記樹脂壁部を構成する樹脂の一部が、前記下ケースのヨーク壁部側と下面部側にまで及び、ヨーク壁部側の樹脂部は下ケース外側に表れるとともに、ヨーク壁部と積層基板の側面との間に空隙を形成するように下ケース内側に突するように形成され、
   下ケースの内側底面は、入出力端子と連続する端子部、アース端子と連続する磁気ヨーク部が露出し、磁気ヨーク部、端子部、前記端子部を支持する下面部側樹脂部とで同一平面として形成されており、前記ヨーク壁部側の樹脂部と樹脂壁部とで囲まれた下ケースの内側底面に、複数のキャパシタンス素子を形成した積層基板を載置したことを特徴とする非可逆回路素子。
2. ２つのヨーク壁部のそれぞれに、ヨーク壁部側の樹脂部が複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
3. 前記ヨーク壁部の内側に半田レジスト膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の非可逆回路素子。

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