JP4636355B2

JP4636355B2 - 中心導体組立体およびこれを用いた非可逆回路素子

Info

Publication number: JP4636355B2
Application number: JP2001138525A
Authority: JP
Inventors: 靖岸本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: JP2002335105A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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用いられる中心導体組立体と、これを用いた非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非可逆回路素子は、ガーネット等のフェライトに複数の中心導体を交差させて設け、直流磁界を磁石によってフェライトに加え、フェライト内に磁気共鳴回転磁界を生じさせて、ある中心導体に入力された信号を減衰させること無く特定方向の中心導体へ伝送する回路素子である。例えば、アイソレータは、３つの中心導体を交差させ、内一つを無反射終端とすることにより、他の２つの中心導体間で、特定方向の信号はほとんど減衰させずに通過させるが、逆方向の信号は大きく減衰させるような特性を持たせた非可逆回路素子である。
この様な非可逆回路素子は、移動体通信機や携帯電話機等に使用され、送信部及び受信部内での反射波の除去、インピーダンス整合、増幅器・発振器等の安定動作などのために必要不可欠な回路素子となっている。
【０００３】
従来の非可逆回路素子の中心導体としては、薄い銅板から成るア−ス電極から３方向に放射状に延びたストリップラインで円盤状フェライト（磁性体）を包み、これらのストリップラインを互いに絶縁を保ち中央１２０度で交差するようにして織り込んで設けている。このようにして組み立てられたフェライトは透孔を有する誘電体基板内に装着され、中心導体のアース電極側はアース板に、入出力電極は誘電体基板上面の外部電極にそれぞれ半田付け等して接続されている。さらにフェライトの中心導体の上には直流磁界を与えるための永久磁石とヨークを兼ねた金属製ケースを配置し、さらに下側の金属製ケースとの間で磁気回路を構成して非可逆回路素子としている。
【０００４】
移動体通信の分野では、このような非可逆回路素子においても小型高性能化の要求は高まるばかりで、今やコンマ数ｍｍ単位での低背化が求められている。しかしながら、上記のような中心導体とフェライトを織り込む構造の中心導体組立体では小型・低背化には限界がある。また、中心導体に対するフェライトの位置合わせが困難で微妙なズレがその特性に大きな影響を与えるといった問題があった。そこで、フェライトを複数のフェライトグリーンシートを積層した焼結積層体となし、積層体内部に中心導体を印刷形成した中心導体組立体が種々提案されている（例えば特開平７−２１２１０７号公報）。また、同様に誘電体基板についても複数のセラミックグリーンシートに整合用コンデンサを電極パターンで印刷形成しながら積層し、一体焼結することが提案されている（例えば特開平９−５５６０７号公報）。
【０００５】
図６は特開平７−２１２１０７号公報で開示された一例を示すものである。非可逆回路素子９は、フェライト積層体（中心導体組立体）９０と、フェライト積層体９０を収容する基台９１と、誘電体フィルム９２と、遮蔽板９３と、永久磁石９４ａ，９４ｂと、上部ヨーク９５ａと、下部ヨーク９５ｂとから構成されている。ここでフェライト積層体９０は、円板状のグリーンシートの上面に互いに絶縁され、かつ等角度で交差する中心導体を導電ペーストを印刷し、この上に他の同形状のグリーンシートを積層密着して中心導体を挟み込み、その後、積層したグリーンシートの側面及び上下面にそれぞれ電極となる導電体ペーストを印刷して焼成を行なうことで一体燒結型のフェライト積層体９０としている。
【０００６】
基台９１には、その中央にフェライト積層体９０を収容する円形凹部９６を有している。円形凹部９６の内面にはフェライト積層体９０を収容したときに、入出力電極９０ｂ及び９０ｃと接触導通する内部電極９１ｂ及び９１ｃと、アース電極９０ｄに接触導通する側面アース電極９１ｄと、下部アース電極に接触導通し下部アース電極と同一形状のアース面電極９７とが形成されている（他のアース電極についても同様）。電極９１ｂは、円形凹部９６の内周面から基台９１の上面にかけて形成されており、スルーホール９８を介して基台９１の下部に設けられた入出力端子９９に接続されている。電極９１ｃについても電極９１ｂと同様である。
【０００７】
次に、フェライト積層体９０を基台９１の円形凹部９６に挿入すると、入出力電極９０ｂ及び９０ｃは、それぞれ内面電極９１ｂ及び９１ｃに接触導通し、スルーホールを介して入出力端子に電気的に接続される。フェライト積層体９０の上面には、誘電体フィルム９２が搭載され遮蔽板９３が冠着される。これにより、コンデンサ電極９０ｇ，９０ｈ，及び９０ｉ、誘電体フィルム９２、及び遮蔽板９３は静電容量を構成する。遮蔽板９３を冠着するとその接続部９３ｄはアース電極９０ｄに接触導通すると共に側面アース電極９１ｄに接触導通する（以下９３ｅ、９３ｆについても同様）。次に、永久磁石９４ａは遮蔽板９３の上面に搭載され、永久磁石９４ｂは基台９１の下部に配置される。これら永久磁石９４ａ及び９４ｂは、上部ヨーク９５ａ及び９５ｂによって固定されている。また、上部ヨーク９５ａ及び下部ヨーク９５ｂは、互いに接続部を接続することにより閉磁路を構成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、繰り返すようであるがこの分野では小型であると共に性能的にも高い信頼性が要求される。例えば外部からのノイズによる誤作動が少なく、かつ過酷な振動や衝撃などにも耐え得る構造であることが必要である。ここで中心導体組立体と容量素子基板との接続構造に着目してみると、特開平９−５５６０７号公報で開示されたものは、中心導体を交互に織り込み各中心導体の電極端を容量素子基板上面に形成した電極パターンに半田付けして接続している。これは従来の接続構造であって低背化に問題がある。そこで低背化を進めるために外面電極と内面電極を対向させ側面同士を接続する構造が考えられる。上述の特開平７−２１２１０７号公報によるものはその例であるが、本例では遮蔽板を側面電極に嵌着することで接触導通させただけの構造であった。従って、振動や衝撃に対する信頼性に極めて乏しいと言う問題がある。また、特開平１０−１７８３０４号公報にも外側面電極と内側面電極の接続が見られるが、この側面電極同士の接続に関し如何様にしたかの具体的な開示はない。このように従来、側面電極同士の接続構造について電気的また機械的に信頼性の高い具体的な接続構造の提案はなかった。
【０００９】
以上のことより本発明は、アイソレータやサーキュレータを構成する中心導体組立体と容量素子基板の電極間接続する場合、その位置合わせが容易で、電極部が電気的にも機械的にも確実かつ強固に接続できる信頼性の高い接続構造となした中心導体組立体とこれを用いた非可逆回路素を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは中心導体組立体を積層体で形成することによって、電極パターンの形成と共にスルーホールも容易かつ正確に形成可能である点に着目し、前記中心導体組立体の裏面に導体で入出力電極を形成するとともに、前記入出力電極と接続するスルーホールを中心導体組立体の外表面露出させ外部電極として利用することにより上記問題を解決できると考え本発明に想到したものである。
本発明は、磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、中心導体と、前記中心導体に接続される複数の負荷容量を備えた非可逆回路素子に用いられる中心導体組立体であって、前記中心導体組立体は、複数の中心導体を磁性体に積層配置するとともに、相対向する第１および第２の主面とこれら主面間を連結する側面を備えた矩形状に形成され、前記第２の主面に、導体層で形成された入出力外部電極を有し、前記入出力外部電極はスルーホールを介して中心導体と接続しており、前記中心導体組立体の側面には段差部を備え、当該段差部から第２の主面にわたる側面において前記スルーホールを露出させて前記負荷容量と接続するスルーホール電極とした中心導体組立体である。
複数の負荷容量は、誘電体層と導体層とでコンデンサ積層体に積層形成するのが好ましい。前記コンデンサ積層体は、前記中心導体組立体が収容される透孔を有し、透孔の側面には、負荷容量と接続する外部電極を備える様にして、中心導体組立体の入出力外部電極とはんだ接続するのが好ましい。
本発明において、前記中心導体組立体は、前記積層体の透孔の内側面と前記中心導体組立体の段差凸部とで位置決めされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の中心導体組立体とこれを用いた非可逆回路素子の実施例について図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施例による中心導体組立体の外観を示す斜視図である。図２は中心導体組立体の一実施例を示す分解斜視図であり、図３は中心導体組立体を複数備える積層体を裏面から見た下面斜視図である。
この中心導体組立体４は、中心導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃを複数の磁性体層とともに積層配置している。この中心導体組立体４のたとえば４つの側面には、スルーホールＴ１〜Ｔ１０が露出し、前記中心導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれ中心導体組立体４の裏面に形成されたアース電極２０や入出力電極２１ａ，２１ｂと前記スルーホールにより電気的に接続されている。
【００１２】
次に、中心導体組立体４の詳細を製造方法と共に説明する。この中心導体組立体４はガーネット等の磁性体のグリーンシートをドクターブレード法にて作成し、このグリーンシートに所定パターンの中心導体１０ａ，１０ｂ，１０ｃをそれぞれＡｇやＣｕ等の導電性のペ−ストを印刷して形成する。図２にその構造を斜視図で示すように、グリーンシート２、３、４にはそれぞれ中心導体１０ａ、１０ｂ、１０ｃを互いに絶縁を保って等角度で交差するように設け、グリーンシート１にはその裏面にアース電極２０と入出力電極２１ａ、２１ｂを形成している。グリーンシート１の縁部には中心導体１０ａの一端と前記入出力電極２１ｂを接続するφ０．２〜φ０．４のスルーホールＴ７，Ｔ８と、中心導体１０ａの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ９，Ｔ１０と、中心導体１０ｂの一端と前記入出力電極２１ｃを接続するスルーホールＴ５と、中心導体１０ｂの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ６、中心導体１０ｃの一端と前記入出力電極２１ａを接続するスルーホールＴ１，Ｔ２と、中心導体１０ｃの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ３，Ｔ４を形成している。これらのスルーホールにはＡｇやＣｕ等の導体が充填されている。
【００１３】
グリーンシート１の上層に積層配置されるグリーンシート２の縁部には中心導体１０ａの一端と前記入出力電極２１ｂを接続するスルーホールＴ７，Ｔ８と、中心導体１０ａの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ９，Ｔ１０と、中心導体１０ｂの一端と前記入出力電極２１ｃを接続するスルーホールＴ５と、中心導体１０ｂの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ６、中心導体１０ｃの一端と前記入出力電極２１ａを接続するスルーホールＴ１，Ｔ２と、中心導体１０ｃの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ３，Ｔ４を形成している。
【００１４】
そしてグリーンシート２の上層にグリーンシート３が積層されるが、その縁部には中心導体１０ｂの一端と前記入出力電極２１ｃを接続するスルーホールＴ５と、中心導体１０ｂの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ６、中心導体１０ｃの一端と前記入出力電極２１ａを接続するスルーホールＴ１，Ｔ２と、中心導体１０ｃの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ３，Ｔ４を形成している。
【００１５】
さらにグリーンシート３の上層にグリーンシート４が積層されるが、その縁部には中心導体１０ｃの一端と前記入出力電極２１ａを接続するスルーホールＴ１，Ｔ２と、中心導体１０ｃの一端とアース電極２０とを接続するスルーホールＴ３，Ｔ４を形成している。そして、この上に何も形成されていないグリーンシート５を積層する。
【００１６】
このようにして形成したグリーンシートを重ねて熱圧着して積層体１００とした後、スルーホールを２分割するような位置で所定の大きさ、形状となるように、切断線３００，３０１にそって、たとえばダイシングソーによって溝４００を形成する。この溝４００の形成によって、溝４００の内側面にスルーホールＴ１〜Ｔ１０が露出する状態となる。好ましくは、溝４００の底面とそれに対向する積層体の下面とに、それぞれ、スリット２００および２０１を設ける。スリット２００および２０１は、いずれか一方を省略してもよい。そして前記積層体１００は焼成され、その後、個片に分離される。また必要に応じてスルーホールの露出部、アース電極、入出力電極にめっきが施される。以上の工程を経て側面に段差を形成し、この段差部から第２の主面にわたる側面においてスルーホールを露出させスルーホール電極Ｔ１〜Ｔ１０とした中心導体組立体４が形成される。
上記の如く、アース電極２０は中心導体組立体４の裏面に一体形成されているが、これにより、各中心導体とアース電極との距離が一定となるので、組立てによるインピーダンスばらつきを少なく構成できる。また、アース電極２０と後述する樹脂基板６とをはんだ付けできるのでアース電位をより確実にとることが出来る。そして、アース電極２０は中心導体組立体４とを強固にはんだ付けすることが出来る。
【００１７】
また、上記に示した実施例において、スルーホールは、その断面を円形としているが他の形状に変更してもよく、レーザー加工等により横長のスルーホールを形成してもよい。そして溝２００やスリット２００，２０１の形成は、積層体１００の焼成後に行なってもよい。
【００１８】
図４は、前記中心導体組立体４を用いて構成した非可逆回路素子の一例を示す分解斜視図である。この非可逆回路素子の基本構成としては、中心導体組立体４、中央部の透孔の中に前記中心導体組立体４を組み込むようになしたコンデンサ積層体５、このコンデンサ積層体５に組み入れられるチップあるいは抵抗膜で形成した抵抗体９０、中心導体組立体４に直流磁界を印加する永久磁石３、磁性ヨークを兼ねる金属製の上ケース１と同じく下ケース２とからなっている。コンデンサ積層体５と下ケース２との間に、実装基板との接続端子を備え、中心導体組立体４とコンデンサ積層体５を接続するランド１６ａ〜１６ｃ，及び１８を備えた樹脂基板６を配置している。また、コンデンサ積層体中央部の透孔と中心導体組立体４はその嵌合と位置合わせが容易かつ正確に行われるように、また加工の容易さから矩形形状としている。
【００１９】
前記コンデンサ積層体５も一体型の積層焼結体からなり、その上面および積層体内部には整合用のコンデンサを形成するための入力容量電極５ｃ、出力容量電極５ａと終端抵抗９０が組まれるロード電極５ｂが形成されている。そして透孔の内側面には入出力容量電極５ａ、５ｃと繋がる側面電極３０ａ，３０ｅとロード側に繋がる側面電極３０ｃと、アースに繋がる側面電極３０ｂ，３０ｄ，３０ｆが形成されている。また、コンデンサ積層体５の裏面には樹脂基板６に対して電気的に接続するための入出力端子、アース端子（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００２０】
上記中心導体組立体４及びコンデンサ積層体５はそれぞれ別個に製造し、中心導体組立体４をコンデンサ積層体５の透孔内に嵌合装着させた後、中心導体組立体４の外側面に形成したスルーホール電極Ｔ１〜Ｔ１０をコンデンサ積層体５の透孔内側面に形成した側面電極３０ａ〜３０ｆに、それぞれ電気的に接続することによって非可逆回路素子が構成される。このように中心導体組立体４の外側面に形成したスルーホール電極とコンデンサ積層体５の内側面に形成した側面電極を接続することによって、周囲空間を有効に利用して非可逆回路素子の高さ方向および横方向の小型化を達成することが出来る。
【００２１】
図５は中心導体組立体４とコンデンサ積層体５との電気的接続部分を拡大した断面図である。中心導体組立体４に段差を設けているために、中心導体組立体４とのはんだ接続部分においてコンデンサ積層体５の透孔内側面との間に空間が形成され、中心導体組立体４とコンデンサ積層体５とを極めて近傍に配置しても、はんだが前記空間内にとどまることとなり、信頼性良くはんだ接続でき、そして前記はんだが前記永久磁石３と対向する中心導体組立体４やコンデンサ積層体５の主面に回り込むことがなく、コンデンサ電極との短絡が生じることがない。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればアイソレータやサーキュレータを構成する中心導体組立体と容量素子基板の電極間接続する場合、その位置合わせが容易で、電極部が電気的にも機械的にも確実かつ強固に接続できる信頼性の高い接続構造となした中心導体組立体とこれを用いた非可逆回路素を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による中心導体組立体の斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による中心導体組立体の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による中心導体組立体の裏面斜視図である。
【図４】本発明の一実施例による非可逆回路素子の分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施例による非可逆回路素子の中心導体組立体とコンデンサ積層体のはんだ接続部の部分断面図である。
【図６】従来の非可逆回路素子の分解斜視図である。
【符号の説明】
１上ケース
２下ケース
３永久磁石
４中心導体組立体
５コンデンサ積層体
６樹脂基板

Claims

磁性体に直流磁界を印加する永久磁石と、中心導体と、前記中心導体に接続される複数の負荷容量を備えた非可逆回路素子に用いられる中心導体組立体であって、
前記中心導体組立体は、複数の中心導体を磁性体に積層配置するとともに、相対向する第１および第２の主面とこれら主面間を連結する側面を備えた矩形状に形成され、前記第２の主面に、導体層で形成された入出力外部電極を有し、前記入出力外部電極はスルーホールを介して中心導体と接続しており、前記中心導体組立体の側面には段差部を備え、当該段差部から第２の主面にわたる側面において前記スルーホールを露出させて前記負荷容量と接続するスルーホール電極としたことを特徴とする中心導体組立体。
請求項１の中心導体組立体を用いた非可逆回路素子であって、前記負荷容量は複数の誘電体層と導体層とでコンデンサ積層体に積層形成されたことを特徴とする非可逆回路素子。
前記コンデンサ積層体は前記中心導体組立体が収容される透孔を有し、前記透孔の側面には前記負荷容量と接続する外部電極を備え、該外部電極と前記中心導体組立体の入出力外部電極をはんだ接続することを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子。
前記中心導体組立体は、前記積層体の透孔の内側面と前記中心導体組立体の段差凸部とで位置決めされることを特徴とする請求項３に記載の非可逆回路素子。