JP5772422B2 - 電子素子、その製造方法、フェライト・磁石素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子素子及びその製造方法、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に組み込まれるフェライト・磁石素子及びその製造方法に関する。

従来、アイソ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、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。

この種のアイソレータでは、複数の中心電極をフェライトの主面に配置し、該フェライトに永久磁石から直流磁界を印加することで複数の中心電極を結合させている。この場合、永久磁石から発生する磁束の漏れを極力防止することが望ましく、特許文献１に記載のように、軟鉄などの強磁性体に銀めっきを施した金属製のヨークをフェライトと永久磁石の周囲に配置し、これらを接着剤で一体化していた。

しかし、軟鉄などで作製した金属製のヨークは大型化し、フェライトや永久磁石とは独立した個別品として取り扱う必要があり、回路基板上での組立てなどにも手間がかかり量産性に支障を生じている。

そこで、本発明者らは、ヨークをフープ材にて平面視で四角形状をなす枠状に形成することを検討した。本発明との比較のために描かれた図１０に示すように、フープ材にて枠状のヨーク１５０を形成すると、該ヨーク１５０とフープ材の基部とを連結するリードフレーム１５３は、通常、ヨーク１５０の側面と直交する方向に延在させることになる。リードフレームは素子（フェライト・磁石素子）として完成させる際にフープ材からカットされるが、ヨーク１５０の側面からのカット代Ｘが必要となりカット残りが発生してしまう。これにて、素子の外形形状が点線で示す専有面積を持つことになり、大きくなってしまう。

国際公開第２００８／０８７７８２号

そこで、本発明の目的は、フープ材から形成したヨークなどの枠状体を有する電子素子において、リードフレームのカット残りを極力小さくして、素子の小型化を図ることができ、量産性にも適した電子素子、その製造方法、フェライト・磁石素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１形態である電子素子は、
フープ材から形成した平面視で略四角形状をなす枠体部を素子本体部の側面を囲むように配置した電子素子において、
前記枠体部に、フープ材の基部と連結するリードフレームが、該枠体部の略対角線上に延在されており、かつ、前記枠体部の平面視した角部が円弧状に形成されていること、
を特徴とする。

本発明の第２形態である電子素子の製造方法は、
フープ材から形成した平面視で略四角形状をなす枠体部を素子本体部の側面を囲むように配置した電子素子の製造方法において、
フープ材に平面視で略四角形状をなす枠体部を形成するとともに、該枠体部をフープ材の基部と連結するリードフレームを該枠体部の略対角線上に形成する工程と、
前記枠体部に素子本体部を配置して該枠体部と該素子本体部とを一体化する工程と、
前記リードフレームをカットする工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の第３形態であるフェライト・磁石素子は、
対向した一対の主面を有するフェライトと、
前記フェライトの少なくとも一の主面に配置された中心電極と、
前記フェライトの一対の主面にそれぞれ固着された永久磁石と、
前記永久磁石及び前記フェライトの外周面を囲むように配置された平面視で略四角形状をなす枠状のヨークと、
を備え、
前記ヨークは、フープ材から枠状に形成したものであり、かつ、フープ材の基部と連結するリードフレームが、該ヨークの略対角線上に延在されており、さらに、前記ヨークの平面視した角部が円弧状に形成されていること、
を特徴とする。

本発明の第４形態であるフェライト・磁石素子の製造方法は、
対向した一対の主面を有するフェライトの少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライトの一対の主面にそれぞれ永久磁石を固着してなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
フェライトを一対の永久磁石で挟着した集合基板を作製する工程と、
前記集合基板を短冊状基板にカットして一単位のフェライト・磁石素子とする工程と、
長尺状のフープ材にて平面視で略四角形状をなす複数の枠状のヨークをリードフレームで連結した状態で形成するとともに、該リードフレームを該ヨークの略対角線上に形成する工程と、
前記ヨークに前記フェライト・磁石素子を配置して該ヨークと該フェライト・磁石素子とを一体化する工程と、
前記リードフレームをカットする工程と、
を備えたことを特徴とする。

前記電子素子及び前記フェライト・磁石素子において、平面視で略四角形状をなす枠体部（ヨーク）には、フープ材の基部と連結するリードフレームが、該枠体部（ヨーク）の略対角線上に延在されており、かつ、前記枠体部（ヨーク）の平面視した角部が円弧状に形成されているため、該リードフレームをカットする際のカット代は枠体部（ヨーク）の側面から傾斜した距離に設定すればよく、その分だけ電子素子やフェライト・磁石素子の外形が小さくなる。

また、枠体部やヨークは電子素子やフェライト・磁石素子の製造工程中に素子本体部やフェライト・磁石素子に組み付けられ、回路基板上での別途組立て工程を必要とすることがなく、量産性が向上する。

本発明によれば、電子素子やフェライト・磁石素子の外形が小さくなり素子の小型化を図ることができる。また、枠状体やヨークを個別品としてではなく、素子本体部やフェライト・磁石素子と一体的に取り扱うことができ、ひいては量産性が向上する。

一実施例であるフェライト・磁石素子を示し、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は断面図である。 前記フェライト・磁石素子の要部の分解斜視図である。 前記フェライト・磁石素子の製造工程の要部を示す説明図である。 前記フェライト・磁石素子の製造工程（貼り合わせ工程）を示す説明図である。 フープ材に形成されたヨークを示す平面図である。 前記フェライト・磁石素子の全体的な製造工程を模式的に示す説明図である。 カットされたリードフレームの平面形状（第１例）を示す説明図である。 カットされたリードフレームの平面形状（第２例）を示す説明図である。 カットされたリードフレームの平面形状（第３例）を示す説明図である。 比較例であるカットされたリードフレームの平面形状を示す説明図である。

以下、本発明に係る電子素子、その製造方法、フェライト・磁石素子及びその製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部材、部分については共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

一実施例であるフェライト・磁石素子３０は、図１に示すように、非可逆回路素子を構成する一つの素子であり、非可逆回路素子としては、この素子以外に、図示していない回路基板や外装樹脂、必要に応じて実装されるインダクタやコンデンサを含んでいる。なお、フェライト・磁石素子３０（非可逆回路素子）としての基本的な構成は従来から種々の態様があり、集中定数型のアイソレータとしては、前述した特許文献１に記載されている２ポート型のアイソレータを挙げることができる。

この２ポート型のアイソレータ（フェライト・磁石素子３０）は、図２に示すように、一対の永久磁石４１により直流磁界が印加されるフェライト３２と、該フェライト３２に互いに絶縁状態で交差して配置された第１中心電極３５及び第２中心電極３６を備えている。第１中心電極３５は、フェライト３２に１ターン巻回されており、一端電極３５ａが入力ポートＰ１とされ、他端電極３５ｂが出力ポートＰ２とされている。第２中心電極３６は、フェライト３２に第１中心電極３５と所定の角度で交差した状態で４ターン（ターン数は任意である）巻回されており、一端電極（前記他端電極３５ｂと共用）が出力ポートＰ２とされ、他端電極３６ａがグランドポートＰ３とされている。なお、図２では煩雑さを避けるためにフェライト３２の背面側に形成された中心電極は図示を省略している。

さらに、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に図示しない終端抵抗が第１中心電極３５と並列に接続され、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２との間に、図示しない第１整合用コンデンサが接続され、出力ポートＰ２とグランドポートＰ３との間に図示しない第２整合用コンデンサが接続されている。

そして、第１及び第２中心電極３５，３６を設けたフェライト３２はその両主面を一対の永久磁石４１にて接着剤４２を介して挟着されたフェライト・磁石素子３０として構成されている。前記終端抵抗や前記コンデンサはフェライト・磁石素子３０とは別部品として構成されている。

さらに、永久磁石４１とフェライト３２の外周面に枠状のヨーク５０が配置され、ヨーク５０の内周面と永久磁石４１及びフェライト３２の外周面との間に接着剤５５が配置されている。ヨーク５０は、以下に説明するように磁性体からなるフープ材５１（図５参照）を絞り加工又はバーリング加工にて枠状に成形されている。ヨーク５０はフープ材５１の基部とリードフレーム５３にて４隅にて連結され、図１においてはカット残り５３’としてヨークに残されている。このリードフレームに関しては後に詳述する。接着剤５５としてはエポキシ系樹脂などを素材として好適に用いることができる。ヨーク５０は、ＮｉやＳＰＣＣなどの磁性体からなり、永久磁石４１から発生する磁束の漏れを防止する。

ところで、ヨーク５０はその下部がフェライト・磁石素子３０の下面から若干上方に位置して該下面から浮き上がっている。フェライト・磁石素子３０はその下面側が実装面となり、電極３５ａ，３５ｂ，３６ａが図示しない回路基板上の端子電極にはんだ付けされることから、ヨーク５０が下部まで延在されていると接合用はんだと短絡するおそれがある。このような短絡を防止するため、ヨーク５０は実装面に近い部分から離して配置されている。

ここで、フェライト・磁石素子３０の製造工程の要部について図３を参照して説明する。まず、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、樹脂製シート６０上にヨーク５０を配置する。このとき、フープ材５１の基部（リードフレーム５３）を樹脂製シート６０に密着させる。次に、図３（Ｃ）に示すように、樹脂製シート６０上であってヨーク５０の略中央部分に対応する位置に接着剤５５をノズル７１から適量塗布する。

次に、図３（Ｄ）に示すように、フェライト・磁石素子３０を上方からヨーク５０内に挿入する。このとき、図３（Ｅ）に示すように、接着剤５５はフェライト・磁石素子３０によって押圧されてヨーク５０の内周面に沿って押し広げられる。接着剤５５を仮硬化させた後、図３（Ｆ）に示すように、素子３０及びヨーク５０を樹脂製シート６０から剥離し、図３（Ｇ）に示すように、カッタ７２にてリードフレーム５３をカットする。ここで、リードフレーム５３はカット残り５３’となる。

図４には、フェライト・磁石素子３０の製造工程を示す。まず、図４（Ａ）に示すように、表面に１単位ごとの中心電極３５，３６をマトリクス状に形成したフェライト３２を永久磁石４１で挟着した集合基板３０Ａを作製する。この集合基板３０Ａは、例えば、１素子３０を縦横に７０×３０個、計２１００個をマトリクス状に形成したものである。

次に、図４（Ｂ）に示すように、前記集合基板３０Ａを一点鎖線に沿って１単位の素子３０ごとにカットする。カットは円盤状ダイサーを用いて表裏面から２工程で行われる。このように、１単位に切り出された素子３０（１単位の短冊状基板）が図３（Ｄ），（Ｅ）に示したようにヨーク５０に挿入される。

また、ヨーク５０は、図５に示すように、磁性体からなる長尺状のフープ材５１にその長手方向（矢印Ａ方向）に例えば２列に形成される。フープ材５１の両側には搬送／位置決め用のパイロット穴５２が形成されており、枠状のヨーク５０はリードフレーム５３によってフープ材５１の基部に連結されている。

前記リードフレーム５３はヨーク５０の平面視で４隅部に略対角線上に延在するように形成されている。略対角線上に延在するリードフレーム５３を、図１０に示したマージンＸと同じ量に設定して直線的にカットすると図７に示す形状（第１例）にカットされ、カット残り５３’が形成されることになる。カット残り５３’を含めたヨーク５０の外形増加分Ｚは、リードフレーム５３の延在方向を４５°、カットマージンをＸ、幅寸法をＹとすると、Ｚ＝（Ｙ／２√２＋Ｘ／√２）となる。

ところで、図７に示す第１例において、カット残り５３’の存在によるヨーク５０の外形サイズの増加分Ｚを図１０に示した比較例での増加分Ｘ（マージンそのもの）より小さくするには、以下の式が成立する必要がある。
（Ｙ／２√２＋Ｘ／√２）＜Ｘ
Ｙ＜Ｘ（２√２−２）
∴Ｙ＜０．８３Ｘ

実際上、カットマージンＸは０．０５〜０．１ｍｍであるため、前式が成立するにはリードフレーム５３の幅寸法Ｙが０．０４〜０．０８ｍｍであることが必要となる。しかし、これでは幅寸法Ｙが小さいので、第１例は実用性に難点がある。

図８は、カット形状の第２例を示す。本第２例では、ヨーク５０の４隅部を円弧形状としたもので、略対角線上に延在するリードフレーム５３は円弧の接線からマージンＸと同じ量に設定して直線的にカットし、カット残り５３’を形成した。本第２例では、カットマージンＸを円弧の接線から設定するため、カット残り５３’の端部は前記第１例と比較するとＳだけ内部に平行移動することになり、外形増加分ＺはＺ’だけ小さくなる。Ｚ’はＳ／√２に等しい。

本第２例における、カット残り５３’を含めたヨーク５０の外形増加分Ｚは、Ｚ＝（Ｙ／２√２＋Ｘ／√２−Ｓ／√２）となり、前記第１例と比較してもＳ／√２だけ小さくなる。そして、カット残り５３’の存在によるヨーク５０の外形サイズの増加分Ｚを図１０に示した比較例での増加分Ｘ（マージンそのもの）よりも小さくするには、以下の式が成立する必要がある。
（Ｙ／２√２＋Ｘ／√２−Ｓ／√２）＜Ｘ
Ｙ＜Ｘ（２√２−２）＋２Ｓ
∴Ｙ＜０．８３Ｘ＋２Ｓ

カットマージンＸを０．０８ｍｍ、リードフレーム５３の幅寸法Ｙを０．１６ｍｍとすると、Ｓは０．０５ｍｍであり、幅寸法Ｙが０．１６ｍｍは十分に実現性のある数値である。

図９にカット形状の第３例を示す。本第３例では、ヨーク５０の４隅部を円弧形状とするとともに、略対角線上に延在するリードフレーム５３の端部をも円弧状にカットした。図９における符号７２’はカッタ７２の内側刃面を示している。本第３例では、前記第２例と比較しても、外形増加分ＺはＺ”分だけ小さくなる。例えば、ヨーク５０の平面形状の縦寸法は１．５５ｍｍ、横寸法は１．２７ｍｍ、内側の半径ｒ１は０．１ｍｍ、外側の半径ｒ２は０．１５ｍｍ、カット残り５３’の半径ｒ３は０．２ｍｍである。

次に、フェライト・磁石素子３０の全体的な製造工程を模式的に描いた図６を参照して説明する。

図６（Ａ）に工程（１）として示すように、上下に配置したローラ８１，８２の間を搬送されるコンベアベルト６１上に、下部に長尺状樹脂製シート６０を、上部にヨーク５０を形成した長尺状フープ材５１を配置して重ねて貼り合わせ、矢印Ａ方向に搬送する。貼り合わせにはローラ８１，８２を用いたのはあくまで一例であり、他の機構を用いてもよいことは勿論である。次に、工程（２）として、ノズル７１から適量の接着剤５５を樹脂製シート６０上に塗布する。塗布位置は図３（Ｃ）に示されている。

次に、工程（３）として、前述のごとく短冊状基板として切り出され、かつ、図示しないパーツフィーダに整列された１単位の素子３０を図示しないマウンタを用いて各ヨーク５０に挿入する（図３（Ｄ），（Ｅ）参照）。なお、パーツフィーダやマウンタは周知であり、その説明は省略する。次に、工程（４）として、接着剤５５を仮硬化させる。接着剤５５としてエポキシ系樹脂を使用した場合、仮硬化は、例えば、１５０℃で３０分間加熱することによって行われる。

次に、工程（５）として、樹脂製シート６０から仮硬化した接着剤５５を剥がす。即ち、一体化されたヨーク５０と素子３０を樹脂製シート６０から剥離する。さらに、工程（６）として、素子３０を台座６２上に載置し、カッタ７２にてリードフレーム５３をカットし、フープ材５１から切り離す。さらに、工程（７）として接着剤５５を本硬化させる。接着剤５５としてエポキシ系樹脂を使用した場合の本硬化は、例えば、１５０℃で３０分間加熱することによって行われる。以上のごとく作製されたフェライト・磁石素子３０は、工程（８）として、着磁装置の着磁ヘッド７５の間にセットされ、永久磁石４１に必要な着磁が行われる。

フェライト・磁石素子３０は、以上のごとく完成された状態で、ヨーク５０がフェライト３２や永久磁石４１と一体化されている。換言すれば、ヨーク５０はフェライト・磁石素子３０の製造工程中にフェライト・磁石素子３０に組み付けられ、別途組立て工程を必要とすることがない。よって、非可逆回路素子の製造工程が簡略化され、量産性が向上する。

なお、本発明は、コンデンサやフィルタ、ＬＣ複合素子などの電子素子に適用することも可能である。即ち、フープ材から形成した平面視で略四角形状をなす枠体部を素子本体部の側面を囲むように配置した電子素子において、前記枠体部に、フープ材の基部と連結するリードフレームが、該枠体部の略対角線上に延在されていればよい。リードフレームを適宜マージンを取ってカットすることにより、電子素子の外形を小型化することができる。

また、このような電子素子は、フープ材に平面視で略四角形状をなす枠体部を形成するとともに、該枠体部をフープ材の基部と連結するリードフレームを該枠体部の略対角線上に形成する工程と、前記枠体部に素子本体部を配置して該枠体部と該素子本体部とを一体化する工程と、前記リードフレームをカットする工程と、によって製造することができる。

なお、本発明に係る電子素子、その製造方法、フェライト・磁石素子及びその製造方法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。

例えば、フェライトに形成される中心電極は種々の形態を採用でき、非可逆回路素子としては、実施例として示した２ポート型のアイソレータ以外に、３ポート型、あるいは、磁気共鳴型のアイソレータなどであってもよい。

以上のように、本発明は、電子素子、その製造方法、フェライト・磁石素子及びその製造方法に有用であり、特に、リードフレームのカット残りを極力小さくして、素子の小型化を図り、量産性に適している点で優れている。

３０…フェライト・磁石素子
３２…フェライト
３５，３６…中心電極
４１…永久磁石
５０…ヨーク（枠体部）
５１…フープ材
５３…リードフレーム
５３’…カット残り

Claims (8)

1. フープ材から形成した平面視で略四角形状をなす枠体部を素子本体部の側面を囲むように配置した電子素子において、
   前記枠体部に、フープ材の基部と連結するリードフレームが、該枠体部の略対角線上に延在されており、かつ、前記枠体部の平面視した角部が円弧状に形成されていること、
   を特徴とする電子素子。
2. 前記リードフレームが平面視で円弧状にカットされていること、を特徴とする請求項１に記載の電子素子。
3. フープ材から形成した平面視で略四角形状をなす枠体部を素子本体部の側面を囲むように配置した電子素子の製造方法において、
   フープ材に平面視で略四角形状をなす枠体部を形成するとともに、該枠体部をフープ材の基部と連結するリードフレームを該枠体部の略対角線上に形成する工程と、
   前記枠体部に素子本体部を配置して該枠体部と該素子本体部とを一体化する工程と、
   前記リードフレームをカットする工程と、
   を備えたことを特徴とする電子素子の製造方法。
4. 前記枠体部は絞り加工又はバーリング加工によってフープ材に形成すること、を特徴とする請求項３に記載の電子素子の製造方法。
5. 対向した一対の主面を有するフェライトと、
   前記フェライトの少なくとも一の主面に配置された中心電極と、
   前記フェライトの一対の主面にそれぞれ固着された永久磁石と、
   前記永久磁石及び前記フェライトの外周面を囲むように配置された平面視で略四角形状をなす枠状のヨークと、
   を備え、
   前記ヨークは、フープ材から枠状に形成したものであり、かつ、フープ材の基部と連結するリードフレームが、該ヨークの略対角線上に延在されており、さらに、前記ヨークの平面視した角部が円弧状に形成されていること、
   を特徴とするフェライト・磁石素子。
6. 前記リードフレームが平面視で円弧状にカットされていること、を特徴とする請求項５に記載のフェライト・磁石素子。
7. 対向した一対の主面を有するフェライトの少なくとも一の主面に中心電極を配置し、該フェライトの一対の主面にそれぞれ永久磁石を固着してなるフェライト・磁石素子の製造方法において、
   フェライトを一対の永久磁石で挟着した集合基板を作製する工程と、
   前記集合基板を短冊状基板にカットして一単位のフェライト・磁石素子とする工程と、
   長尺状のフープ材にて平面視で略四角形状をなす複数の枠状のヨークをリードフレームで連結した状態で形成するとともに、該リードフレームを該ヨークの略対角線上に形成する工程と、
   前記ヨークに前記フェライト・磁石素子を配置して該ヨークと該フェライト・磁石素子とを一体化する工程と、
   前記リードフレームをカットする工程と、
   を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子の製造方法。
8. 前記ヨークは絞り加工又はバーリング加工によってフープ材に形成すること、を特徴とする請求項７に記載のフェライト・磁石素子の製造方法。

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