JP4517326B2

JP4517326B2 - 非可逆回路素子及びこれを用いた無線通信機器

Info

Publication number: JP4517326B2
Application number: JP2001078794A
Authority: JP
Inventors: 修一渡辺; 秀人堀口; 雄太杉山; 耕司市川; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2001345604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などのマイクロ波通信機器などに使用されるサーキュレータ、アイソレータなどの非可逆回路素子に係わり、具体的には、小型化、低損失化が可能で、かつ信頼性の高い構造に関するものである。また、この非可逆回路素子を用いた無線通信機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、サーキュレータ、アイソレータ等の非可逆回路素子は、信号を特定方向のみに伝送し、逆方向には伝送しない特性を有しており、携帯電話あるいは自動車電話などのマイクロ波通信機器の送信回路には不可欠の部品である。このような用途において、非可逆回路素子は部品の小型化、低損失化が要求されている。この非可逆回路素子、例えばアイソレータは、互いに電気的絶縁状態でかつ１２０度間隔で重ねられた３つの中心導体をガーネット等の磁性体上に配置し、その磁性体に直流磁界を印加するための永久磁石と整合用コンデンサを有し、これらを磁性ヨークを兼ねた金属ケース内に収納して構成される。
【０００３】
従来の非可逆回路素子の一例を図１５に示す。この従来例は特開平１１−２０５０１１号公報に示されたアイソレータである。このものは、下ケース９２の上に箱形の樹脂ケース９６を配置し、この樹脂ケース９６に形成された凹部１００に、ガーネット１２上に３つの中心導体１１ａ〜１１ｃを電気的絶縁状態を保って重ねて構成した中心導体部４と、整合用のコンデンサを構成する３つの平板コンデンサ９４ａ〜９４ｃと、チップ抵抗９５とをそれぞれ配置する。樹脂ケース９６の凹部１００は、樹脂の仕切り１０１によってそれぞれ形成されており、これにより各部品は位置決めされる。また、凹部１００の底部には中心導体部４及びコンデンサ９４ａ〜９４ｃを接続し、アースに導通するためのアース電極１０２（斜線で示す）が形成されている。各中心導体１１ａ〜１１ｃの一端はコンデンサ９４ａ〜９４ｃの電極に接続され、他端は樹脂ケース９６のアース電極１０２に接続される。また、平板コンデンサ９４ａ〜９４ｃの対向する２つの電極のうち、一方は中心導体１１ａ〜１１ｃに接続され、もう一方はアース電極１０２に接続される。平板コンデンサ９４ｃには抵抗９５が電気的に並列に接続される。また、中心導体部４に直流磁界を印加するための永久磁石９３が上ケース９１内に配置され、この上ケース９１と下ケース９２を接合させて、アイソレータが構成される。
【０００４】
この上ケース９１と下ケース９２は、銀で表面をメッキした鉄を主体とする磁性体（例えばＳＰＣＣ：冷間圧延鋼鈑）であり、磁性ヨークとして働き、ガーネット１２と中心導体１１ａ〜１１ｃからなる中心導体部４に永久磁石９３の磁力を印加する磁気回路を構成している。樹脂ケース９６のアース電極１０２を構成する導体板は、曲げ加工によって樹脂ケースの下面及び側面に露出し、アース端子９７ｂ、９７ｃをも一体的に構成しており、導体板の露出部分は主に銀メッキされる。また樹脂ケース９６の下面には、入出力端子９７ａとアース端子９７ｂ、９７ｃが設けられている。尚、図示していないが対向面にも同様に入出力端子９７ａとアース端子９７ｂ、９７ｃが設けられている。従って、２つの中心導体１１ａ、１１ｂの一端はそれぞれ平板コンデンサ９４ａ、９４ｂを介して入出力端子９７ａに接続され、他端はアース電極１０２を介してアース端子９７ｂ、９７ｃに接続されている。他の１つの中心導体１１ｃはコンデンサ９４ｃと抵抗９５を介してアース電極１０２に接続され、終端される。
【０００５】
従来の非可逆回路素子のもう一つの例を図１６に示す。この従来例は特開平９−５５６０７号公報に示されたアイソレータである。このものは、整合用のコンデンサが積層基板１０５の内部に形成されており、下ケース９２上に積層基板１０５を配置し、積層基板中央部に形成された開口部１１０の中にガーネット１２と３つの中心導体１１ａ〜１１ｃからなる中心導体部４を挿入し、中心導体１１ａ〜１１ｃの一端はそれぞれ積層基板１０５の上面に印刷形成されたコンデンサ１０６ａ〜１０６ｃに接続される。また１つの中心導体１１ｃが接続するコンデンサ１０６ｃには、抵抗１０７が電気的に並列に接続される。そして、３つの中心導体１１ａ〜１１ｃの他端は、アース板を介さず下ケース９２に直接接続されている。また、中心導体部４に直流磁界を印加するための永久磁石９３が上ケース９１内に配置され、この上ケース９１と下ケース９２を接合させて、アイソレータが構成される。
【０００６】
この積層基板１０５には、整合用の３つのコンデンサが単層、あるいは複数の層に形成されており、各電極の接続は積層基板内部のビア電極、あるいは本例のように積層基板側面に印刷形成した入出力端子１０８ａ、アース端子１０８ｂ、１０８ｃの外部端子によって行われる。積層基板１０５の下面左右端の凸部分１１２に入出力端子及びアース端子（図示せず）、更に凹部分１１４には下ケース接続用電極（図示せず）が設けられており、アース端子と下ケース接続用電極は導通している。中心導体１１ａ〜１１ｃの他端、すなわち下ケース９２と接続される側は、下ケース９２、積層基板１０５の下ケース接続用電極及びアース端子１０８ｂ、１０８ｃを介して基板のアースに導通される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
携帯電話などのマイクロ波通信機器の市場は近年すさまじい勢いで拡大し、携帯電話端末の小型化もまた急速に進行している。携帯電話端末の小型化に伴い、アイソレータなどの部品に対しても小型化の要求が非常に強く、特にアイソレータは小型でかつ低損失であることが常に重要視される。前者の従来例では、アイソレータをさらに小型化する場合、ガーネット１２、平板コンデンサ９４ａ〜９４ｃなどの構成部品を小さくすることが必要である。コンデンサの容量は、
Ｃ＝ε_ｒ・ε_０・Ｓ／ｄ……………（１）
と表される。
ここで、Ｃはコンデンサの容量、ε_ｒは誘電体の比誘電率、ε_０は真空の誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間の誘電体の厚さを表す。
（１）式より整合用のコンデンサの小型化により電極の面積Ｓが小さくなった場合に同じ容量を確保するためには、比誘電率ε_ｒの大きい誘電体を使用するか、電極間の誘電体の厚さｄを小さくしなければならない。しかし、比誘電率の大きい誘電体材料は一般に誘電損失も大きい傾向があり、コンデンサの損失特性が劣化し、それによってアイソレータの損失が増大するという問題がある。
【０００８】
他方、電極間の誘電体の厚さを小さくすると、製造工程中のハンドリングが困難となり、コンデンサの欠け、割れなどによる歩留まりの低下の原因になる。また、ガーネットの直径を小さくした場合、中心導体とガーネットで構成される中心導体部のインダクタンスが小さくなるため、同じ動作周波数とするためにはコンデンサの容量を大きくしなければならす、上述したコンデンサの小型化と同じ問題が起こる。また、ガーネットの厚さを大きくすることにより中心導体部のインダクタンスを大きくすることができるが、アイソレータの薄型化の障害となるため好ましくない。更に、コンデンサやガーネットなどの構成部品の小型化に伴い箱形の樹脂ケースの構造は複雑化し、樹脂ケースの製造が困難になることも問題である。
【０００９】
一方、後者のアイソレータでは、整合用のコンデンサを積層基板１０５の内部に形成する構造であるため、積層基板１０５の複数の層にコンデンサを形成することにより容量の確保が容易に出来るようになると思われる。またこれによると、容量を減らすことなくコンデンサの電極面積を小さくすることが可能となるため、積層基板１０５を小型化することができると推測される。
【００１０】
しかし、上記のアイソレータでは開口部１１０を有する積層基板１０５を用いるため、ガーネット１２と中心導体１１ａ〜１１ｃからなる中心導体部４は、中心導体１１ａ〜１１ｃの他端が下ケース９２に直接半田付けされる。また、積層基板１０５は、積層基板下面の凹部１１４に設けた下ケース接続用電極部（図示せず）が下ケース９２に半田付けされる。他方、積層基板下面の下ケース接続用電極はアース端子１０８ｂ、１０８ｃと導通しており、これによって、中心導体１１ａ〜１１ｃの他端は、下ケース９２及び積層基板下面の下ケース接続用電極を介してアースに接続される。ここで、アイソレータ等のマイクロ波域で動作する部品では、内部回路を損失無くアースに導通させることが重要である。上記のアイソレータの場合、中心導体部を損失無くアースに導通させるためには、下ケース９２及び積層基板下面の下ケース接続用電極部分において損失が極力発生しないことが必要である。高周波信号の伝送で損失の発生を抑えるためには、ケースを銀や銅などの良導電材料を用いるか、メッキ又は電極を厚く、例えば３０μｍ以上とするなどして、電気抵抗を抑えることが行われる。しかしながら、下ケース９２は磁気ヨークを構成しているため鉄を主材料とし導電性は比較的低い。また、表面の銀メッキ厚を３０μｍ以上とするとケースの値段は倍以上となるため、コストの問題が大きく好ましくない。さらに、めっきが厚すぎるとメッキ膜の内部応力でひび割れが発生しやすく信頼性を損なうという問題もある。また、例えば銀ではなく金を用いると、鉛と錫系のハンダで接続するとき、ハンダ成分と金の合金形成における金の比率が多くなり機械的に脆い金属間化合物を形成し信頼性の点で好ましくない。結局、中心導体を下ケースに直接半田付けする構造では、低損失のアイソレータを得ることは非常に困難である。
【００１１】
また、積層基板下面の凹部１１４に形成する下ケース接続用電極は、誘電体材料（セラミックス）と電極材料（銀など）との熱膨張率、焼結収縮率、焼結収縮速度などの材料特性の違いにより、電極膜厚を大きくすると焼成過程において積層基板に変形が発生してしまうなどの問題が起こるため、電極膜厚を十分に大きくすることができない。そのため、積層基板に直接形成した下ケース接続用電極では電気伝導性が低下し、中心導体を損失なくアースに導通することが困難である。よって、上記のアイソレータの構造では損失の増大が避けられない。
【００１２】
また、上記のアイソレータでは、積層基板１０５の底面又は側面に外部端子１０８ａ〜１０８ｃを一体的に形成し、実装基板上の外部回路と接続するようになっている。このように、積層基板に外部端子を設けることは、図１５のアイソレータのように外部端子を樹脂ケースに形成する場合に比べて部品点数を削減できるため優れているかのように見える。しかしながら、積層基板に形成された外部端子において外部回路との接続が保たれている場合、外部回路を形成する実装基板が何らかの外的要因（例えば携帯端末の落下など）により変形した時に、その変形によりアイソレータにかかる応力が外部端子部分に集中するため積層基板が破損し易くなり、アイソレータそのものが破壊されやすくなるという問題を含んでいる。また、特に外部端子の平面度がばらつくと特性検査の時に検査基板への設置が正確に行われず測定結果にばらつきを生じる等、積層基板に直接外部端子を設けることは、アイソレータの信頼性を低下させる原因となることがある。
【００１３】
更に、上記のアイソレータでは、積層基板１０５に外部端子１０８ａ〜１０８ｃを形成するために積層基板の両端部に凸部１１２を設けなければならない。積層基板の製造工程において、このように段差を一体形成する場合、グリーンシートを平面方向に均一に圧着することができなくなり、凸部分と凹部分において圧着後の密度に差が生じる。この圧着密度の差によって凸部分と凹部分の焼成時の収縮率に差が生じるため、焼成後の積層基板は反って変形する。積層基板に変形が存在すると、外部端子の平面度が低下し、実装基板上の外部回路との接触不良が発生する原因となる。積層基板の変形をなくす方法として、焼成時に上下方向より荷重をかけることによって、平面方向への変形を抑制することができるが、このために焼成工程が複雑化し、コスト上昇の原因となるため好ましくない。
【００１４】
以上のことから、本発明は上記した問題を解消することを目的とするもので、整合用のコンデンサとして積層素体を用いつつ、この積層素体を複合体ベースに設けた導体板の上面に載置し、積層素体の内部回路と基板回路との接続は複合体ベースに設けた外部端子を用いる構造とすることにより、小型、低損失で、かつ信頼性が高く製造しやすい非可逆回路素子となし、さらにこれを用いた無線通信機器を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに電気的絶縁状態でかつ所定角度で重ねられた複数の中心導体と、該中心導体がと密接または近接して配置される磁性体と、整合用のコンデンサと、前記中心導体及び磁性体に直流磁界を印加するように配置された永久磁石とを有し、これらを磁性ヨークを兼ねる金属ケース内に収納してなる非可逆回路素子において、少なくとも前記整合用のコンデンサを底面が実質的に平坦な積層素体で構成し、前記積層素体は前記コンデンサをアースに導通するためのアース用電極を下面のほぼ全面に有し、該積層素体を配置する複合体ベースは絶縁部材と導体板とからなり、その上面のほぼ全面がアース電極の略平面であって、前記アース用電極を前記複合体ベース側のアース電極に直接載置して電気的に接続する非可逆回路素子である。
【００１６】
先ず、このような構成によれば、整合用のコンデンサを積層素体の内部に単層あるいは複数の層に形成するため、層数を適宜設定することによって所定の容量値が得られる。このため、平面領域において電極面積を増大させることなく容量値を増加させることができる。よって、層数を増加することにより、容量値を変化させることなく平面領域における電極面積を縮小できるため、コンデンサを形成する積層素体を小型化することができ、アイソレータの小型化が可能となる。更に、積層素体を構成する誘電体材料として、誘電率が小さい材料を選択することが可能となるため、コンデンサの誘電損失を減少させることができ、アイソレータの損失特性を向上させることができる。
さらに、複合体ベースの上平面に積層素体の下面を直接載置して平面対平面の接触構造をとることからグランドの接触面積をより広く確実にとれる構造となっている。また、下ケースの上に複合体ベースを載せ、さらにその上に積層素体を載せると言うように順次、平面上に積み重ねる構造をとっているので各部品のハンドリングがし易く組み立てが容易である。
【００１７】
また、本発明の複合体ベースの中央部を含む領域には、前記中心導体及び前記積層素体のコンデンサをアースに導通するためのアース電極が形成され、前記アース電極と同一面上に、前記中心導体及び前記積層素体のコンデンサを入出力に導通するための端子電極とを有しており、前記アース電極と導通するアース端子及び前記端子電極と導通する入出力端子等の外部端子を前記複合体ベースの側面及び／又は下面に設けたものである。このとき、積層素体は、そのコンデンサをアースに導通するためのアース用電極を下面のほぼ全面に有し、このアース用電極を前記複合体ベース側のアース電極の上面のほぼ全面に直接載置して電気的に接続し、さらに前記複合体ベースのアース電極の下面を金属製下ケースに直接載置して電気的に接続した構造をとることが望ましい。
【００１８】
このような構成によって、積層素体の下面は複合体ベースのアース電極（導体板）に直接ベタ置きして半田接続され、さらにこの複合体ベースのアース電極（導体板）下面は金属製の下ケースの上面に直接ベタ置きして半田接続される。よって、広い接触面積を介して確実にアースされてグランドに落ちるので挿入損失が低減し、アース電極及び端子電極の導通が損失なく良好に行われる。また、二次，三次の高調波の減衰特性が良好となり機械的な強度も向上する。このように積層素体と樹脂ベース及び下ケースの接続をそれぞれ平面上にベタ置きして行うことは本発明の重要な特徴の一つである。
さらにアース電極と導通するアース端子及び端子電極と導通する入出力端子等の外部端子についても前記導体板を用いて一体的に複合体ベースの側面及び／又は下面に形成しているので、さらに低損失に導くことが出来る。また、ベース下面の平面度の精度が高く保てるので、検査基板また実装基板との接触不良を起こし難く特性の安定した非可逆回路素子となる。
【００１９】
また、本発明の上記複合体ベースは、熱可塑性樹脂と電気抵抗率が５．５×１０^−８Ω・ｍ以下の導体板を一体成形した樹脂ベースとして構成することが望ましい。複合体ベースを構成する絶縁部材として合成樹脂のほかにセラミックスや非導電性膜を被覆すること等が考えられるが、製造上はポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥＴ等の熱可塑性樹脂で一体成形することが望ましい。またさらに高強度、高耐熱を考慮するとシリカ系のフィラーを含んだ液晶芳香族ポリマーやポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性エンジニアリング樹脂を用いて射出成形により樹脂と導体板を一体成形することが好ましい。また、導体板としては、ＳＰＣＣ等の鉄板を用いても良いが、銅や銀あるいはそれらと同等である電気抵抗率の低い板材が望ましく、具体的には電気抵抗率が５．５×１０^−８Ω・ｍ以下であるような良導電材料あるいはこれらをめっきした金属板により構成される。尚、実装基板との半田喰われ性を考慮すると銅板が好ましい。また、成形性なども考慮すると厚さは０．０３〜０．１５ｍｍの板状の導電体であることが好ましい。
【００２０】
このような構成によって、上記した挿入損失の低減や高調波特性の向上がより顕著となる。また、アイソレータの内部回路と外部回路との接続を樹脂ベースに設けられた外部端子によって行った場合、外部回路を形成する実装基板が何らかの外的要因（例えば携帯端末の落下など）により変形した時に、その変形によりアイソレータにかかる応力は外部端子の導体板部分、及び外部端子周辺の樹脂部分において吸収される。そのため、樹脂ベースを用いることにより、積層素体が応力によって破壊され、アイソレータが破損するという問題を極力避けることができる。これにより、アイソレータの信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また本発明は、前記樹脂ベースにおいて、前記端子電極と前記入出力端子のうち少なくとも１つとが同一の導体板で一体的に形成されている非可逆回路素子である。
【００２２】
このような構成により、樹脂ベースにおいて端子電極と入出力端子との間に発生する電気抵抗成分を非常に小さくすることができ、中心導体及びコンデンサを外部回路に導通させる際の電気的損失を非常に小さく抑えることができる。このように、本構成によれば、前記端子電極と前記入出力端子とが同一の導体板で一体的に形成されるため、非可逆回路素子の低損失化ができる。
【００２３】
また本発明は、前記樹脂ベースにおいて、前記アース電極と前記アース端子のうち少なくとも１つのアース端子とが同一の導体板で一体的に形成されている非可逆回路素子である。
【００２４】
このような構成により、樹脂ベースにおいてアース電極とアース端子との間に発生する電気抵抗成分を非常に小さくすることができ、中心導体及びコンデンサをアースに導通させる際の電気的損失を非常に小さく抑えることができる。上述した通りアイソレータ等のマイクロ波域で動作する部品では、内部回路を損失無くアースに導通させることが低損失化に対して非常に重要である。本構成によれば、前記アース電極と前記アース端子とが同一の導体板で一体的に形成されるため、非可逆回路素子の低損失化が可能である。
【００２５】
また本発明では、前記樹脂ベースにおいて、アース電極と端子電極とが導体板で同一平面内に設けられ、前記積層基板との接続面が略平面となる。
【００２６】
このような構成によれば、積層素体の樹脂ベースとの接続面側（誘電体基板の裏面）において、樹脂ベース側の端子電極と接続する入出力用の電極と、樹脂ベース側のアース電極と接続するアース用の電極とを積層素体の同一平面内に形成することができる。これにより、図１６に示すような従来例に必要であった凸部１１２のような、積層素体に凹凸となる段差を形成する必要がなくなるため、製造工程を複雑化することなく積層素体の変形を避けることができる。
【００２７】
また、本発明の樹脂ベースは、前記積層素体を配置する略平面上に積層素体の位置決め手段を有する非可逆回路素子である。位置決め手段は、例えば樹脂ベースの外側面の外部端子を利用することなどが考えられる。
【００２８】
このような構成によれば、前記樹脂ベースの略平面上への積層素体の積層作業や位置決め、固定が容易となるため製造工程が簡略化でき、更に、樹脂ベースと積層素体との位置ずれによる不良が減少するため歩留まりを向上させることができる。
【００２９】
また、本発明において中心導体は、複数枚のセラミックグリーンシートを積層すると共に、グリーンシート間に中心電極を印刷形成した積層中心導体とすることができる。
【００３０】
このような構成によれば、コンデンサ部分を構成する積層素体だけでなく中心導体部をも積層素体となすことになるので、さらに小型化と簡素化ができ、組み立て時の工数短縮にも寄与できる。また、より高い寸法精度を得るために組み立て時の工数短縮をわずかに犠牲にし、銅を主成分とする板材をエッチング工法で製作した中心導体を予め焼結したマイクロ波磁性フェライト材料に所定角度をおいて巻きつけた中心導体組み立て体を用いて電気特性を安定化させることも有効な手段である。
【００３１】
また、本発明において、前記積層素体及び／又は積層中心導体の層間に形成した電極パターンをビア電極及び／又は側面印刷電極で導通した構成とすることができる。
【００３２】
このような構成によれば、ビア電極の場合は工数を短縮して低コストで生産することが可能となる。しかし、その反面小型化の面で若干不利である。一方の側面印刷電極の場合はより小型化できる点で優れている。また、ビア電極と側面印刷電極を併用した場合は、上記利点と欠点を併せ持つことになるが、導体の抵抗を低く抑えより低損失にできる傾向にある。これらの電極構造は目的に沿って設計段階で適宜考慮して選択すればよい。
【００３３】
また、本発明は、上記した非可逆回路素子と、送信用回路及び受信用回路と、アンテナとを含んでなる無線通信機器である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
まず本発明では、小型で低損失であり、かつ信頼性の高い非可逆回路素子を提供するため、少なくとも整合用のコンデンサを積層素体で構成し、素子の内部回路と実装基板上の外部回路との導通を複合体ベース（以下、樹脂ベースを例にとって説明する。）に設けた外部端子によって行うようにし、積層素体と樹脂ベース及び下ケースの接続を平面上に載置して行うことを特徴としている。ここでの積層素体は、たとえば積層チップのように、セラミックのグリーンシートに電極材を印刷し、そのシートを積層、圧着した後、焼成することによって得られる。積層素体内部の電極は、セラミックとの同時焼成によって形成する。また、積層素体の側面電極は、セラミックと同時焼成する方法と、セラミックの焼成後に電極材を印刷し、焼付けする方法のどちらによっても形成することができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明の実施例では非可逆回路素子としてアイソレータを例に示すが、１つのコンデンサを終端している抵抗を用いない場合はサーキュレータを構成するものであり、本発明はアイソレータに限定するものではない。
【００３５】
（実施例１）
本発明の第１の実施例の分解斜視図を図１に示す。このアイソレータは、樹脂ベース６上に積層素体５、中心導体部４を配置し、更にその上に中心導体部４に直流磁界を印加するための永久磁石３を配置し、それらの上下から磁性ヨークを兼ねる金属ケース１、２で囲むようにして構成される。中心導体部４は、基本的には上述した従来技術と同様である。円板状の接地用導体から放射状に３つの中心導体が突出した構造の導体帯の上に、ガーネットなどの磁性体の円板を配置し、円板の側面に沿って中心導体を折り曲げ、それぞれの中心導体は絶縁フィルムなどを間に挟むようにして絶縁状態で１２０度間隔で重ねられ、中心導体部４が構成される。中心導体部４は積層素体５の略中央部に設けられた貫通孔１０に挿入され、それぞれの中心導体１１ａ〜１１ｃの一端は積層素体上面のコンデンサの電極１３ａ〜１３ｃに接続され、他端はガーネット１２の下面に位置する接地用導体を介して樹脂ベース６のアース電極１８（導体板）に接続される。
【００３６】
積層素体５は、図２に示すように、誘電体セラミックグリーンシート２１ａ〜２１ｅにコンデンサを形成する電極パターン２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃ、２４ａ〜２３ｃ及びグランド電極２４を印刷し、２２ａ、２３ａ、２４ａで入力側コンデンサ容量を、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂで出力側コンデンサ容量を、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃでロード側コンデンサ容量をそれぞれ形成している。それらのシート２１ａ〜２１ｅを積層、圧着した後焼成して形成される。積層素体内部の電極は、セラミックとの同時焼成によって形成される。この積層素体５において、ロード用電極２２ｃ、２３ｃ、２４ｃはビア電極２６によって導通されている。異なる層にまたがる電極の導通は、例えば２２ａと２３ａ、２４ａとを導通する側面電極１４ａのように、セラミックの焼成後に積層素体５の側面に電極材を印刷し、焼き付ける方法によって形成した側面電極を利用している。尚、これは、コンデンサ用電極２２ａ、２３ａ、２４ａ及び２２ｂ、２３ｂ、２４ｂの導通をビア電極により行っても良い。また、アース電極１４ｂ、１４ｃも側面電極で形成している。積層素体の略中央部の貫通孔１０は、あらかじめシート２１ａ〜２１ｅに孔２５を開けておくことにより形成できるが、シートの積層、圧着後のブロックに孔を形成する方が好ましい。
【００３７】
積層素体５の上面には抵抗１５が印刷、焼き付け法により形成される。印刷抵抗の代わりにチップ抵抗を用いることも可能であり、また、セラミックとの同時焼成によって抵抗形成することも可能である。また、図３に示すように、積層素体５の下面すなわち樹脂ベース６のアース電極１８（導体板）との接続面には、樹脂ベース６の端子電極１６ａ、１６ｂ（別体の導電板）と接続する入出力用電極２８ａ、２８ｂを端部に形成し、その廻りの素地の露出部を除いたほぼ全面に樹脂ベース６のアース電極１８と接続するアース用電極２７が形成されている。このアース用電極２７は樹脂ベース６のアース電極１８（導体板）の上平面のほぼ全面に接触するようにベタ置きで載せるようになっており、さらにこのアース電極１８の下面のほぼ全面は金属製下ケース２の上にベタ置きで載せるようになっている。その後、これらの接触部を半田リフローにより電気的に接続している。
【００３８】
次に、樹脂ベース６の平面図及び側面図を図４、５に、Ａ−Ａ’断面図を図６に、Ｂ−Ｂ’断面図を図７に示す。図４〜図７において、斜線部分は導体板により構成されていることを、白地部分は樹脂であることを示している。図５に示すように、樹脂ベース６の上面すなわち積層素体５の下面との接続面側はアース電極１８（導体板）および樹脂部分１９を含めて平面状に構成され、しかも、アース電極１８とアース端子１７ｂ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｆとは同一の導体板１８により構成されている。また、アース電極１８と端子電極１６ａ、１６ｂは同一平面上に形成され、入力側の端子電極１６ａと入力外部端子１７ａと、出力側の端子電極１６ｂと出力外部端子１７ｄとは、それぞれ同一の導体板で構成されている。即ち、本例の導体板は前記アース電極１８を構成する導体板▲１▼と、入力側の端子電極１６ａと入力外部端子１７ａを構成する導体板▲２▼と、出力側の端子電極１６ｂと出力外部端子１７ｄを構成する導体板▲３▼とを有しており、それぞれの導体板▲１▼、▲２▼、▲３▼が同一平面上に形成されるものである。そして、本例の導体板は、０．１ｍｍ厚さの銅板を用い、射出成形によりこの銅板と液晶芳香族ポリマー（商品名：スミカスーパー）を一体成形して樹脂ベース６を別途製造したものである。尚、銅板を用いることによって加工性、挿入損失低減効果、さらに半田喰われ等の不良が生じない点で好ましい。
【００３９】
樹脂ベース６において、アース電極１８とアース端子１７ｂ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｆとが同一の導体板で構成されるため、アース電極１８とアース端子１７ｂ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｆとの間での電気抵抗は非常に小さい。このため積層素体５のアース用電極２７は低損失でアースに導通される。また、端子電極１６ａ、１６ｂと入出力端子１７ａ、１７ｄとがそれぞれ同一の導体板で構成されるため、端子電極１６ａ、１６ｂと入出力端子１７ａ、１７ｄとの間での電気抵抗は非常に小さい。このため積層素体５の入出力用電極２８ａ、２８ｂは低損失で入出力に導通される。
【００４０】
外部回路との接続は樹脂ベース６に設けられた、入出力端子及びアース端子となる外部端子１７ａ〜１７ｆによって行われる。これより、外部回路基板への実装状態において、実装基板が何らかの外的要因により変形した時に、その変形によりアイソレータにかかる応力は樹脂ベース６に設けられた外部端子１７ａ〜１７ｆの導体板及び導体板周辺の樹脂部分によって吸収されるため、外部回路とアイソレータの接続が強固なものとなるほか、アイソレータ自体破損しにくくなる。また、上記外部端子を樹脂ベースに設けることにより、樹脂ベース下面部分における端子の平面性が確保されるため実装基板との接触不良を起こしにくい。
【００４１】
また、平板状の樹脂ベース上に積層素体５や中心導体部４を順次乗せていく構造であるので組立時のハンドリングや工程が容易で製造が簡単となる。また、樹脂ベースと積層素体は矩形状でほぼ同一外形寸法に形成されるので組み立て精度も比較的良いものである。さらに、図８に示すように、樹脂ベース６の積層素体５との接続面上に、例えば外部端子１７ａを延ばして突出部２０を設けることにより、積層素体５の位置決め手段となる突起を形成することも可能である。この場合、さらに製造組立が容易となる。このような構造は他の部位に複数設けることができる。
以上、本実施例によれば外形寸法が４ｍｍ×４ｍｍ×１．７ｍｍの小型で低損失のアイソレータを得ることが出来た。
【００４２】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を図９に示す。本実施例もまたアイソレータを示したものであるが、実施例１とは中心導体部４０の構成及び積層素体５０の構成が異なる。本実施例における中心導体部４０は、図１０に示すように磁性体セラミックグリーンシート４３ａ〜４３ｆに中心導体パターン４４ａ〜４４ｃを印刷し、それらのシート４３ａ〜４３ｆを積層、圧着した後、焼成して形成され積層中心導体とした例である。積層中心導体部４０には、中心導体４４ａ〜４４ｃの一端と積層素体５０のコンデンサの電極５１ａ〜５１ｃとを接続するためのコンデンサ接続用電極４１ａ〜４１ｃ、中心導体部４０の下面に中心導体の他端をアースに導通するための接地用導体４５（図示せず）及び側面電極４２がセラミックとの同時焼成、もしくは焼成後のセラミックへの印刷、焼き付け法により形成される。接地用導体４５は下面のほぼ全面に形成され樹脂ベース６のアース電極１８にベタ置きされて半田で電気的に接続される。また、本例の積層素体５０のコンデンサの電極５１ａ〜５１ｃは、積層素体内部に形成されたビア電極を用いて積層素体下面の入出力用電極及びアース用電極（図示せず）に導通されるようになっている。
【００４３】
図のように中心導体部４０が矩形状に形成される場合、積層素体５０の略中央部には中心導体部４０に合わせて矩形状の貫通孔５５が形成される。さらに、貫通孔５５の内側面には、コンデンサの電極５１ａ〜５１ｃと中心導体部４０のコンデンサ接続用電極４１ａ〜４１ｃとを接続するための内側面電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃが形成される。内側面電極５２ａ〜５２ｃはセラミックとの同時焼成、もしくは焼成後のセラミックへの印刷、焼き付け法によって形成される。コンデンサ接続用電極４１ａ〜４１ｃと内側面電極５２ａ〜５２ｃは、その電極部分をスルーホールを切り欠いて、いわゆるサイドスルーホールにより形成し半田付けすることもできる。中心導体部４０の形状と、積層素体５０の中央部の貫通孔５５の形状を一致させることにより、中心導体部４０と積層素体５０の位置決め、接続が容易に行われる。その他樹脂ベース等の構成は実施例１と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００４４】
（実施例３）
本発明の第３の実施例を図１１に示す。実施例２では中心導体を磁性体内部に形成した中心導体部４０とコンデンサを素体内部に形成した積層素体５０とを組み合わせる構成であったが、図１１（ａ）のように中心導体６７をも積層素体６０の表面及び内部に形成してしまい、樹脂ベース７０と積層素体６０との間に磁性体６２を配置する構成である。この場合に磁性体６２の厚さ分だけ積層素体６０の下面に段差を設けることにより積層素体６０と樹脂ベース７０との接続を行うことができる。しかし、先にも述べたように積層素体に段差を形成することは積層素体の変形の原因となる。そのため、本実施例では図１１（ｂ）に示すように、積層素体６０は平面構造とし、樹脂ベース７０側の樹脂部分７９の端子電極７６ａ及びアース電極（図示せず）等の外枠の高さを磁性体６２の厚さ分だけ高く設定することにより、アース電極７８と積層素体６０の間に磁性体６２を介在させ積層素体６０と樹脂ベース７０との接続を行う構造の方が好ましい。
【００４５】
（実施例４）
本発明の第４の実施例を図１２に示す。図１２において上ケース１、永久磁石３、中心導体部４、積層素体５および外部端子等は実施例１と同じ構成であり同じ符号で示している。この例は実施例１に示した樹脂ベース６と下ケース２を一体成形した例であると言える。つまり、この樹脂ベース７は、アース電極となる部分と外部端子となる部分及び下ケースの立ち上がり部分７０とを予め打ち抜き、曲げ成形し導体板７１となし、この導体板７１と、さらに端子電極１６ａと入力外部端子１７ａを構成する導体板７２及び端子電極１６ｂと出力外部端子１７ｄ（図示せず）とを構成する導体板７３を成形金型内に配置しに対し上述の樹脂１９を射出成形して、これらの導体板が同一平面を形成するように一体成形したものである。よって、この樹脂ベース７によれば２つの部品が一つにまとめられているのでそれだけ部品点数が減り組立工程も短縮されるなどの効果がある。但し、磁気回路を構成する必要から導体板７１を含む下ケースとしては、飽和磁束密度が０．６Ｔ（テスラ）以上の磁束密度の高い金属と電気抵抗率が５．５×１０^−８Ω・ｍ以下の電気伝導度の高い金属をクラッドして一体化した積層材を用いることが望ましい。より好ましくは、例えば鉄系金属（ＳＰＣＣ）、４２合金、Ｆｅ―Ｃｏ合金等から選ばれる飽和磁束密度が２．０Ｔ以上の高い金属材料と、銅、無酸素銅、黄銅、リン青銅等から選ばれる電気抵抗率が３．０×１０^−８Ω・ｍ以下の電気伝導度の高い金属材料とをクラッドして一体化したものである。この実施例ではＳＰＣＣと銅のクラッド材を用いており、積層素体が載る表面側を銅材料として導体板の作用をなし、外側をＳＰＣＣ材の面として磁気ヨークの作用をなし、これによって低損失と磁気回路を同時に構成できている。
また、他の例としては別々に製造した下ケース（鉄系金属板等）と導体板（銅板等）を、下ケースの上に個々導体板を直接半田付けなどして一体となし、これに樹脂を射出成形して下ケースと一体になった樹脂ベースを成形することも出来る。
【００４６】
（実施例５）
本発明の第５の実施例を図１３に示す。この例は図２に示した積層素体の別の実施例で、同じ構成については同一符号を付している。つまり、図２の例ではロード電極２２ｃについてのみビア電極２６を用いて接続していたが、本例では入力側のコンデンサ電極２２ａ〜２４ａ、出力側のコンデンサ電極２２ｂ〜２４ｂ、ロード電極２２ｃ〜２４ｃ及びアース用電極２２ｄ〜２４ｄ、２２ｅ〜２４ｅ、２３ｆ、２４ｆ、２３ｇ、２４ｇの全てをそれぞれのビア電極２６によって接続するようにしたものである。このようにすれば側面電極に比べ製造工程が簡略され、かつタクト短縮となるので低コスト化が出来る。尚、電極パターンの接続は、ビア電極、側面電極及びサイドスルーホールによる側面電極などの手段があるのでこれらの特色を適宜考慮して選択すれば良い。
【００４７】
次に、上記した本発明のアイソレータを用いた無線通信機器について図１４を用いて説明する。図１４は携帯電話機の場合の概略ブロック図であるが、本実施例の無線通信機器８は、アンテナ８０と、送信用フィルタおよび受信用フィルタからなるデュプレクサ８１と、デュプレクサ８１の送信用フィルタ側の入出力手段に接続される送信用回路８２と、デュプレクサ８１の受信用フィルタ側の入出力手段に接続される受信用回路８３とから構成されている。
送信用回路８２の概略は、送信側からフィルタ、ミキサ、パワーアンプがあり、送信信号はパワーアンプにより増幅され、本発明のアイソレータを経由した後、デュプレクサ８１の送信用フィルタを通してアンテナ８０から発信される。また、受信信号はアンテナ８０からデュプレクサ８１の受信用フィルタを通して受信用回路８３に与えられ、受信用回路８３におけるローノイズアンプで増幅されフィルタを通過した後、ミキサで電圧制御発信機VCOからスプリッターで分配された局発信信号と混合されて中間周波数に変換される。
【００４８】
このような無線通信機器の構成は一例であるが、本発明の小型アイソレータを用いていることから、樹脂ベースの外部端子と実装基板との平面度が良くて接触不良がなく、また半田喰われが生じないので半田付けの作業性と信頼性が極めて高くなる。また、実装基板も小さくなり総じて小型軽量化された無線通信機器を提供できる。また、例えば人間の顔の高さから床面に携帯電話などの無線通信機器を落下したときでも樹脂ベースの働きによりアイソレータ部分の破損が生じない。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、整合容量を積層素体で形成するために小型化が容易であるとともに、積層素体の入出力用端子及びアース用端子と接続する端子電極及びアース電極を同一平面上に有し、さらに素子の内部回路と外部回路とを接続するための外部端子を一体的に有する複合体ベース（樹脂ベース）を用いることにより、小型、低損失で信頼性が高く、製造も容易な非可逆回路素子を提供することができる。また、この非可逆回路素子を用いることにより小型高性能の無線通信機器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の非可逆回路素子を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施例の積層素体の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２の積層素体の底面図である。
【図４】本発明の樹脂ベースの平面図である。
【図５】図４の樹脂ベースの側面図である。
【図６】図４の樹脂ベースのＡ−Ａ’断面図である。
【図７】図４の樹脂ベースのＢ−Ｂ’断面図である。
【図８】本発明の一実施例の樹脂ベースと外部回路との接続部を示す拡大図である。
【図９】本発明の第２の実施例の非可逆回路素子の構成を示す分解斜視図である。
【図１０】第２の実施例の中心導体部の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】第３の実施例を示し（ａ）は積層素体を、（ｂ）は樹脂ベースと積層素体の接続部を示す側面一部断面図である。
【図１２】第４の実施例を示し樹脂ベースと下ケースを一体的に構成した別の樹脂ベースを用いた非可逆回路素子の斜視図である。
【図１３】第５の実施例を示し積層素体の他の例を示す分解斜視図である。
【図１４】無線通信機器の一例を示すブロック図である。
【図１５】従来例の非可逆回路素子の構成を示す分解斜視図である。
【図１６】他の従来例の非可逆回路素子の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１、９１…金属製上ケース
２，９２…金属製下ケース
３．９３…フェライト磁石
４…中心導体部
５、５０、６０…積層素体
６…樹脂ベース
８…無線通信機器
１０、２５、５５、１０２、１１０…貫通孔
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…中心導体
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…コンデンサ電極
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…入出力端子、アース端子等の外部端子
１２…ガーネット
１３、６１…内部電極
１５…印刷抵抗
１６ａ、１６ｂ…端子電極
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…入出力端子、アース端子等の外部端子
１８、１８’…アース電極（導体板）
１９…樹脂部
２０…位置決め突出部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ…セラミックグリーンシート
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…電極パターン
２６…ビア電極
２７…アース用電極
２８ａ、２８ｂ…入出力用電極
４０…中心導体部
４２…側面電極
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…コンデンサ接続用電極
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ、４３ｆ…磁性体セラミックグリーンシート
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ…中心導体パターン
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…コンデンサ電極
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ…内側面電極
６１、１３…内部電極
６２…ガーネット
７０…樹脂ベース
７６ａ…端子電極
７７ａ…入出力端子等の外部端子
７８…アース電極（導体板）
７９…樹脂部
８０…アンテナ
８１…デュプレクサ
８２…送信用回路
８３…受信用回路

Claims

互いに電気的絶縁状態でかつ所定角度で重ねられた複数の中心導体と、該中心導体がと密接または近接して配置される磁性体と、整合用のコンデンサと、前記中心導体及び磁性体に直流磁界を印加するように配置された永久磁石とを有し、これらを磁性ヨークを兼ねる金属ケース内に収納してなる非可逆回路素子において、
少なくとも前記整合用のコンデンサを底面が実質的に平坦な積層素体で構成し、前記積層素体は前記コンデンサをアースに導通するためのアース用電極を下面のほぼ全面に有し、該積層素体を配置する複合体ベースは絶縁部材と導体板とからなり、その上面のほぼ全面がアース電極の略平面であって、前記アース用電極を前記複合体ベース側のアース電極に直接載置して電気的に接続することを特徴とする非可逆回路素子。
前記複合体ベースの中央部を含む領域には、前記中心導体及び前記積層素体のコンデンサをアースに導通するためのアース電極が形成され、前記アース電極と同一面上に、前記中心導体及び前記積層素体のコンデンサを入出力に導通するための端子電極とを有しており、前記アース電極と導通するアース端子及び前記端子電極と導通する入出力端子等の外部端子を前記複合体ベースの側面及び／又は下面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子。
前記複合体ベースのアース電極の下面を前記金属ケースに直接載置して電気的に接続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。
前記複合体ベースは、熱可塑性樹脂と電気抵抗率が５．５×１０^−８Ω・ｍ以下の導体板とを一体成形した樹脂ベースであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の非可逆回路素子。
前記樹脂ベースは、前記端子電極と前記入出力端子のうち少なくとも１つとが同一の導体板で一体的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の非可逆回路素子。
前記樹脂ベースは、前記アース電極と前記アース端子のうち少なくとも１つのアース端子とが同一の導体板で一体的に形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の非可逆回路素子。
前記樹脂ベースには、前記積層素体を略平面上に配置するための位置決め手段を有することを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の非可逆回路素子。
前記中心導体は、複数枚のセラミックグリーンシートを積層すると共に、グリーンシート間に中心電極を印刷形成してなる積層中心導体であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の非可逆回路素子。
前記積層素体及び／又は積層中心導体の層間あるいは任意の層間に形成した電極パターンをビア電極及び／又は側面印刷電極で適宜導通したことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の非可逆回路素子。
前記中心導体は、前記磁性体の外面に沿って複数の中心導体を折り曲げ、当該中心導体の交差部に中心導体間を絶縁するように絶縁フィルムを配設した中心導体部を用いたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の非可逆回路素子。
前記金属ケースのうち少なくとも下ヨークに飽和磁束密度が０．６Ｔ（テスラ）以上の磁束密度の高い金属と電気抵抗率が５．５×１０ ^−８ Ω・ｍ以下の電気伝導度の高い金属をクラッドして一体化した積層材を用いることにより、下ヨークと導体板を兼用したことを特徴とする請求項１記載の非可逆回路素子。
前記請求項１乃至１１の何れかに記載の非可逆回路素子と、送信用回路及び受信用回路と、アンテナとを含んでなることを特徴とする無線通信機器。