JP4507192B2 - 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。

従来から、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１３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矩形平板状の積層基板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１４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磁気ヨーク部に、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）等の樹脂をインサート、成形して構成される。実装基板との接続のための外部端子ＩＮ、ＯＵＴ、ＧＮＤを有し、四方を樹脂３５，３６で形成された壁部で囲まれた構成となっている。下ケース３０の内側底面は実質的に一面状に形成されており、外部端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク部や、外部端子ＩＮ、ＯＵＴと連続する端子部が露出している。
積層基板１５の下面には、下ケース３０に形成された端子部などとの接続のための電極パターンが形成されている。下ケース３０の内底面に表れた前記端子部や前記磁気ヨーク部上に半田ペーストを塗布し、さらに前記積層基板を載置して、積層基板１５と下ケース３０とを半田リフローにより半田付けして、積層基板１５に形成されたキャパシタンス素子と外部端子ＩＮ、ＯＵＴ、ＧＮＤが接続される。さらに、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下ケースの内側底面に表れる端子部も小面積なものとなり、またアース端子と連続する磁気ヨークとの間隔も狭くせざるを得ない。前記端子部と前記磁気ヨーク部とは電気的接続を生じないように構成される。しかしながら、従来の下ケースの様にその内側底面が一面状に形成される場合には、前記端子部と前記磁気ヨーク部との間隔が狭くなるに従い、端子部と前記磁気ヨーク部との間にはんだブリッジを生じ、短絡するといった問題が予見されている。
そこで本発明では、小型化が進む非可逆回路素子において、端子部と磁気ヨーク部との間で、はんだブリッジが生じることが無い接続信頼性に優れた非可逆回路素子を提供することを目的とする。

本発明は、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を形成した積層基板と、前記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、下面部と、前記下面部から立設して相対向する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、前記樹脂壁部には入出力端子、アース端子が形成され、前記下面部は下ケースの内側底面に表れる第１の主面と下ケースの裏面に表れる第２の主面と、これら主面間を連結する側面を備え、前記側面には段差部が形成され、前記段差部を含む前記下面部の側面が、前記樹脂壁部と連続する樹脂で覆われており、下ケースの内側底面における入出力端子（端子部）と下面部との間隔を、裏面における入出力端子と下面部との間隔よりも大きくするとともに、前記端子部の主面を、前記磁気ヨーク下面部の第１の主面よりも高く形成する、あるいは低く形成することを特徴とする非可逆回路素子である。

本発明においては、前記端子部の主面を、前記磁気ヨーク第１の下面部の主面よりも高く形成する、あるいは低く形成するものである。前記端子部と前記磁気ヨーク部との高さの差は、０．０３ｍｍ以上であるのが好ましく、更に好ましくは０．０５ｍｍ以上である。

本発明によれば、下ケース内側における端子部と磁気ヨーク部との間隔を広く形成することが出来るため、はんだブリッジが生じることが無く、且つ積層基板に形成された電極パターンとの接続が容易な、接続信頼性に優れた非可逆回路素子を提供するこが出来る。

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２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３はその分解斜視図であり、図４は下ケースの平面図であり、図５は下ケースの裏面図であり、図６は下ケースのＡ−Ａ´断面図であり、図１は下ケース断面Ａ部拡大図である。なお図１〜図５において斜線部は樹脂で構成された部分を示す。また図７は入出力端子（端子部）の外観図であり、図８〜図１０は下ケースの製造方法を説明するための図であり、図１１、図１２は、下ケースの端子部、磁気ヨーク下面部を含む部分拡大図である。

まず下ケース３０の作製方法について図８〜図１０を用いて説明する。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８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。なお磁気ヨーク部の、他の支持部５４と向かい合う部分は、プレス加工によって、他の部位とは厚みが薄くなるように、段差が形成されている。
しかる後、金型で所定部位を折り曲げ加工して、図９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。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（端子部）となる。
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。磁気ヨークはアース電位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、磁気ヨークの側面段差部を覆い、入出力端子（端子部）を支持するようにインサート成形が行われる。
予め支持部５４の先端を他の部分よりも厚みを異ならせたり、屈曲するなど所望の形状とすることで、端子部ＴＴ１，ＴＴ２と磁気ヨーク部とを、容易に異なる高さで形成することが出来る。
以上の様にして図３に示すように、下面部と前記下面部から立設して対向する２つのヨーク壁部２５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３５を備え、前記樹脂壁部３５には入出力端子ＩＮ，ＯＵＴ、アース端子ＧＮＤが形成され、下ケースの内側底面は、入出力端子と連続する端子部ＴＴ１，ＴＴ２と、アース端子と連続する磁気ヨーク下面部とが異なる高さで露出した一体化構造の下ケース１２とした。

この下ケース１２は、図４、図５の平面図に示すように、その内側底面及び裏面に入出力端子ＩＮ、ＯＵＴ及びこれと連続する端子部ＴＴ１，ＴＴ２、アース端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク下面部が露出している。図６の断面図に示すように、磁気ヨークの端子部ＴＴ１，ＴＴ２と向かい合う部分には、段差部が形成されおり、前記樹脂壁部３５と連続する樹脂で覆われている。樹脂から露出する磁気ヨーク下面部は、裏面よりも内側底面の方が小さくなるようになっている。このため、下ケースの内側底面における入出力端子と磁気ヨーク下面部との間隔を、裏面における入出力端子と下面部との間隔よりも大きく出来、余剰のはんだが端子部あるいは、磁気ヨーク下面部へ流れ出すのを防ぎ、はんだブリッジが発生し難い構成となる。

そして、下ケースの内側底面においては、入出力端子ＩＮ，ＯＵＴと連続する端子部ＴＴ１，ＴＴ２と、アース端子ＧＮＤと連続する磁気ヨーク下面部とが異なる高さで露出している。前記端子部を支持する樹脂も段差をもって形成されており、その一部は磁気ヨーク下面部と同一面に、他の部分が端子部ＴＴ１，ＴＴ２と同一面に形成されている。
図１１、図１２は、図３に示したＡ部として示した下ヨーク端子部の部分拡大図である。図１１、前記端子部の第１の主面を、前記磁気ヨーク下面部の主面よりも高く形成したものであり、図１２前記端子部の第１の主面を、前記磁気ヨーク下面部の主面よりも低く形成したものである。どちらの場合であっても、はんだ濡れ性が著しく劣る樹脂を介して、端子部ＴＴ１，ＴＴ２と磁気ヨーク部とが異なる高さで形成されているため、同一面に形成されるよりも、はんだブリッジが発生し難い構成となる。また、図１２ように端子部を窪ませて形成すれば、窪みがはんだ溜まりとしても機能し、余剰のはんだが磁気ヨーク下面部へ流れ出すのを防ぐことが出来る。なお、磁気ヨーク下面部の第１の主面においても、はんだを塗布する部分を平面視が円形、矩形等に窪ませて形成すれば、余剰のはんだが端子部へ流れ出すのを防ぐことが出来るので好ましい。
端子部ＴＴ１，ＴＴ２と磁気ヨーク部底面との高さの差は、０．０３ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上とするのが、はんだブリッジを防ぐのに有効である。また、磁気ヨーク部と端子部ＴＴ１，ＴＴ２との高さの差が大きいと、複数のキャパシタンス素子を形成した積層基板の電極パターンと、磁気ヨーク下面部及び端子部との接続が困難となるため、０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍとする。
なお積層基板にＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）を採用するのも好ましい。端子部が窪んで形成される場合には、積層基板の端子部と対応する端子をＢＧＡとし、端子部が突き出て形成される場合には、積層基板の磁気ヨーク下面部と対応する端子をＢＧＡとすれば、端子部ＴＴ１，ＴＴ２と磁気ヨーク部との高さの差を吸収する事ができ、電気的接続の信頼性を向上させることが出来る。

図７に入出力端子の外観図を示す。入出力端子の先端部にあたる端子部ＴＴ１、ＴＴ２は、下ケースの内側底面に表れる側が、下ケースの裏面に表れる側と比較して幅広くなるように形成するのも好ましい。具体的には、端子部の側面に段差や斜面を形成したり、あるいは段差を形成するとともに、一部に斜面を形成したりして構成して、容易に脱落しない形状とし、樹脂で覆われる面積を増加させて機械的な保持力を向上することが出来る。

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、複数のキャパシタンス素子を一体化した積層基板を配置する。

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。

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（端子）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下面部と接続するアース用電極（端子）が形成されている。
また、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続可能なように、略入出力用電極を除く、略全面に形成されている。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非可逆回路素子の電気的な特性を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。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る。その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に被せることで、位置ずれなく上下ケースを組み立てることが出来る。

しかる後、長尺状のフープ６０の連接部５３，５４を切断して、図２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、小型化された非可逆回路素子であっても、はんだブリッジが生じることが無く、且つ積層基板に形成された電極パターンとの接続が容易な、接続信頼性に優れた可非可逆回路素子を提供するこが出来る

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断面部分拡大図である 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裏面図である。 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断面図である。 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入出力端子の外観図であり、（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図である。 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。 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図である。 本発明の他の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
ＴＴ１、ＴＴ２ 端子部
ＩＮ、ＯＵＴ 入出力端子

Claims (1)

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を形成した積層基板と、前記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、下面部と、前記下面部から立設して相対向する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、
   前記樹脂壁部には入出力端子、アース端子が形成され、前記下面部は下ケースの内側底面に表れる第１の主面と下ケースの裏面に表れる第２の主面と、これら主面間を連結する側面を備え、前記側面には段差部が形成され、前記段差部を含む前記下面部の側面が、前記樹脂壁部と連続する樹脂で覆われており、
   下ケースの内側底面における入出力端子（端子部）と下面部との間隔を、裏面における入出力端子と下面部との間隔よりも大きくするとともに、
   前記端子部の主面を、前記磁気ヨーク下面部の第１の主面よりも高く形成する、あるいは低く形成することを特徴とする非可逆回路素子。

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