JP2008053847A - 非可逆回路素子及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種機能部品の配置、安定した特性のものを、高歩留まりで製造できる構造を持ち、はんだ付け作業が容易で、小型化、薄型化及びコストダウンを図るのに有効な非可逆回路素子及びそれを用いた通信装置を提供すること。
【解決手段】非可逆回路素子は、支持基板１と、機能部品２とを含む。支持基板１は、平板状の磁性体でなり、機能部品２は、支持基板１の一面上に搭載されている。機能部品２は、磁気回転子２１と、永久磁石２３と、回路部品２２１〜２２４とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子、それを用いた通信装置に関するものである。

アイソレータやサーキュレータ等の非可逆回路素子は、例えば携帯電話等の移動体無線機器等に使用されている。従来、この種の非可逆回路素子は、特許文献１に開示されているように、ヨークとして機能する磁性金属容器内に、必要な機能部品を内蔵させてあった。機能部品の主なものは、軟磁性基体と中心導体等で構成された磁気回転子、永久磁石等の磁性部品及び整合用コンデンサさらには終端抵抗等の回路部品である。

軟磁性基体には、中心導体が組み付けられ、永久磁石から直流磁界が印加される。中心導体は、軟磁性基体の一面側に配置される複数本の中心導体を含み、中心導体の一端が回路部品の電極にはんだ付けされる。回路部品は、通常、中心導体の一端がはんだ付けされた電極とは反対側に、グランド電極を有しており、このグランド電極は、磁性金属容器の底面に、はんだ付けによって固定される。

更に、中心導体のそれぞれは、軟磁性基体の他面側に配置されるグランド電極から枝分かれしてあって、グランド電極は、磁性金属容器の底面に、はんだ付けによって固定される。

上述したように、磁性金属容器は、ヨークとしての機能のほかに、中心導体のグランド電極及び回路部品のグランド電極をはんだ付けするための導体としての機能をも満たさなければならない。そこで、従来、磁性金属容器は、絶縁樹脂に導電性磁性基板をモールドした複雑な構造としてあった。

しかし、磁性金属容器の構造の複雑化は、コスト高を招くとともに、小型化及び薄型化の障害ともなる。しかも、回路部品のグランド電極、及び、中心導体のグランド電極を、深さのある磁性金属容器の底面ではんだ付けしなければならないために、はんだ付け作業がしにくいうえ、機能部品を挿入する途中で、位置ずれを生じ易い。このため、外部からは確認できない位置ずれ、はんだ付け不良などが発生し、特性のバラツキ、歩留まり低下などを招くという問題点があった。
特開２００２−１４１７０９号公報

本発明は、安定した特性のものを、高歩留まりで製造できる構造を持つ非可逆回路素子及びそれを用いた通信装置を提供することを目的とする。

本発明のもう一つの課題は、小型化、薄型化及びコストダウンを図るのに有効な非可逆回路素子及びそれを用いた通信装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る非可逆回路素子は、支持基板と、機能部品とを含む。前記支持基板は、平板状の磁性体でなり、前記機能部品は、前記支持基板の一面上に搭載されている。

上述したように、本発明に係る非可逆回路素子において、支持基板は、平板状であり、機能部品は支持基板の一面上に搭載されているから、いわゆる平面実装構造となり、従来の磁性金属容器を用いる場合と異なって、構造が簡単化され、コストが安価になる。

機能部品を、支持基板の一面上に搭載するので、機能部品の位置決めを高精度で実行できる。仮に搭載時に位置ずれを生じたとしても、それを確認し、修正できるから、安定した特性のものを、高歩留まりで製造できる。

更に、機能部品を搭載する支持基板が、平板状であるから、従来の磁性金属容器と比較して、小型及び薄型になる。また、支持基板は、磁性板であるから、ヨークとしての機能を満たすことができる。

支持基板は、好ましくは、少なくとも一面が絶縁膜によって覆われており、絶縁膜の面内に絶縁膜の存在しないグランド電極が設けられている。この構造によれば、支持基板のグランド電極を通して、回路部品のグランド電極、及び、中心導体のグランド電極等を、支持基板の一面上に、直接にはんだ付けできる。グランド電極以外の部分は、絶縁膜によって覆われるものとする。こうすることにより、支持基板に不必要に活電部が生じるのを回避することができる。

本発明に係る非可逆回路素子において、機能部品は、一般的な構成でよい。即ち、機能部品は、磁気回転子と、永久磁石と、回路部品とを含むことができる。磁気回転子は、軟磁性基体に中心導体を配置したものであり、永久磁石は磁気回転子に直流磁界を印加する。回路部品は、コンデンサを含み、コンデンサは、磁気回転子の中心導体に接続される。

本発明に係る非可逆回路素子においても、従来と同様に、カバー部材を含む。カバー部材は、磁性体でなり、支持基板とともに、永久磁石の生じる磁界に対するヨークを構成する。

更に、本発明は、上述した非可逆回路素子を備えた通信装置、例えば携帯電話のような移動体無線機器等についても開示する。

上述した本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）各種機能部品の配置、はんだ付け作業の容易な非可逆回路素子及びそれを用いた通信装置を提供することができる。
（ｂ）小型化、薄型化及びコストダウンを図るのに有効な非可逆回路素子及びそれを用いた通信装置を提供することができる。

本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

図１は本発明に係る非可逆回路素子の一実施例を示す分解斜視図、図２は内部構造配置を示す斜視図、図３は完成状態を示す斜視図である。図２、図３は、図１との対比において、見る方向が１８０度異なっている。図示された非可逆回路素子は、とり得る２つのタイプ、即ち、アイソレータ又はサーキュレータのうちのアイソレータを例示し、支持基板１と、機能部品２とを含む。

支持基板１は、平板状の磁性体でなる。具体的には、磁性金属板、フェライト磁性板、又は、磁性粉と合成樹脂とを混合した複合磁性板などである。支持基板１が、磁性金属板などの導電性を有する磁性体でなる場合は、その表面の全面を、薄い絶縁膜、特に、電着膜によって覆い、必要な箇所に、絶縁膜のないグランド電極を形成し、これをグランド電極として利用する。支持基板１が絶縁性を有する場合は、グランド電極となる導体膜を、支持基板１の所定位置に形成する。実施例は、前者の構造をとった場合を示している。即ち、支持基板１として、Ｆｅなどを主成分とする磁性金属板を用い、その全表面に、電着によって絶縁膜を薄く被着させ、所要の箇所に、絶縁膜のないグランド電極１１０〜１１６を形成した構造となっている。グランド電極１１０〜１１６には、支持基板１を構成する磁性金属板の表面が露出している。

電着は、導電性のある水溶性塗料を入れたタンクに、被塗装物（導体）を浸漬し、この被塗装物を陰極とし、同じく水溶性塗料中に浸漬した電極を陽極として直流電流を通電することにより、塗料を被塗布物の表面に塗着させることによって実行される。この後、塗膜を硬化させる。水溶性塗料としては、例えば、ポリイミドの水溶液が知られている。この電着によれば、被塗装物の全表面に均一な膜厚の絶縁塗膜を形成することができること、塗料のロスが殆どないこと、自動化、省力化が容易に実現できること、防錆性、電気絶縁性に優れた塗膜を形成することができること、付きまわりが優れているので、塗り残しがないこと、塗膜のタレ、溶け落ちなどがなく、高品質の膜が形成できることなどの利点が得られる。これらの利点は、例えば、静電塗装、吹き付け塗装、または、粉体塗装などの他の塗装技術との比較において、電着塗装の優越する利点である。

更に、支持基板１には、入出力端子１１７、１１８が設けられている。実施例に示す入出力端子１１７、１１８は、支持基板１の相対する両辺に設けられた凹部内に、金属ボールを埋め込んだ構造となっている。金属ボールとしては、展延性が高く、電気抵抗の小さいもの、例えば、Ｃｕボールなどが適している。そのほか、はんだボール、Ａｕボールなども用いることができる。これらの金属ボールを埋め込んだ場合、支持基板１の凹部内の表面は、絶縁膜によって覆われているから、金属ボールによって構成された入出力端子１１７、１１８は、支持基板１を構成する磁性板からは、電気的に絶縁される。

次に、機能部品２は、磁気回転子２１と、永久磁石２３と、回路部品２２１〜２２４とを含む。このような機能部品の組み合わせは、この種の非可逆回路素子ではよく知られている。磁気回転子２１は、軟磁性基体２１０に、第１〜第３の中心導体２１１〜２１３を配置したものである。軟磁性基体２１０は、イットリウム／鉄／ガーネット（ＹＩＧ）等の軟磁性材料が好適である。一例であるが、軟磁性基体２１０は、１辺が数ｍｍの四角形状で、厚さ０．２〜０．５ｍｍ程度の平板状に形成される。

第１〜第３の中心導体２１１〜２１３は、例えば厚さ１０〜５０μｍ程度の銅箔を打ち抜いた導体板で構成されたもので、軟磁性基体２１０の一面上で互いに所定の角度で交差するように、適切な角度をもって組み合わされている。第１〜第３の中心導体２１１〜２１３の両端は、回路部品２２１〜２２４と接続される端子部２０１〜２０６となる。第１〜第３の中心導体２１１〜２１３は、交差部分において、互いに電気絶縁されている。電気絶縁は、絶縁塗料を塗布して形成した絶縁膜や、絶縁フィルムなどを重なり部分に介在させることによって実現することができる。また、第１〜第３の中心導体２１１〜２１３は、実施例では、互いに独立する平板状片となっているが、軟磁性基体２１０の他面側に配置された共通のグランド電極から枝分かれさせ、軟磁性基体２１０の側面に沿って立ち上げ、軟磁性基体２１０の一面上で、重なるように折り曲げられた一体物として構成してもよい。

永久磁石２３は、磁気回転子２１に直流磁界を印加する。永久磁石２３は、フェライト磁石などを用いて、軟磁性基体２１０よりも少し大きい四角形状に形成されており、第１〜第３の中心導体２１１〜２１３に向き合うようにして、軟磁性基体２１０の一面側に配置されている。

回路部品は、コンデンサ２１１〜２２３及び抵抗器２２４を含み、これらは支持基板１の上に搭載され、はんだ付けされる。具体的には、コンデンサ２２１は、一面に、２つの端子電極２４１、２４２を有し、反対側の面に、互いに独立する端子電極２４３ａ、２４３ｂを有する。端子電極２４１には第１の中心導体２１１の端子部２０１がはんだ付けによって接続され、端子電極２４２には第２の中心導体２１２の端子部２０４が、はんだ付けによって接続される。又、端子電極２４３ａは、支持基板１のグランド電極１１１にはんだ付けされ、端子電極２３４ｂは入出力端子１１７にはんだ付けされる。

コンデンサ２２２は、一面に端子電極２４４を有し、反対側の他面に端子電極２４５を有する。端子電極２４４には、第３の中心導体２１３の端子部２０６がはんだ付けされ、反対側の端子電極２４５は支持基板１のグランド電極１１２にはんだ付けされる。

コンデンサ２２３は、一面に、２つの端子電極２４６、２４７を有し、反対側の面に、互いに独立する端子電極２４８ａ、２４８ｂを有する。端子電極２４６には第２の中心導体２１２の端子部２０３がはんだ付けによって接続され、端子電極２４７には第１の中心導体２１１の端子部２０２が、はんだ付けによって接続される。又、端子電極２４８ａは、支持基板１のグランド電極１１４にはんだ付けされ、端子電極２４８ｂは入出力端子１１８にはんだ付けされる。

図４は、コンデンサ２２１、２２３の一例を示す一部拡大断面図である。図４は、直接には、コンデンサ２２１の構造及び取付構造を示し、コンデンサ２２３については、その対応する部分を括弧書きして示してある。もっとも、図４はコンデンサ２２１、２２３の例示にすぎず、これに限定されるものではない。

図４を参照すると、コンデンサ２２１は、セラミック基体の内部に対となる複数の内部電極４１、４２を有しており、内部電極４１、４２の互いに反対側の端部が、スルーホール導体４３、４４に接続されている。スルーホール導体４３は、一端が端子電極２４１に接続され、他端が端子電極２４３ａに接続されている。端子電極２４３ａは、はんだ付５１により、支持基板１の導電性基体１０に接続されている。また、端子電極２４３ｂは、はんだ付５２により入出力端子１１７に接続されている。

抵抗器２２４は、相対向する両端に端子電極２４９、２５０を有しており、コンデンサ２２２の側部に配置される。端子電極２４９には、第３の中心導体２１３の端子部２０６がはんだ付けされ、端子電極２５０は支持基板１のグランド電極１１３にはんだ付けされる。第３の中心導体２１３の端子部２０５は、支持基板１の一面上に接着などの手段によって固定された金属ブロック１１９にはんだ付けされる。金属ブロック１１９は、グランド電極１１０にはんだ付される。

更に、本発明に係る非可逆回路素子も、従来と同様に、カバー部材３を含む。カバー部材３は、Ｆｅなどを主成分とする磁性体でなり、支持基板１とともに、永久磁石２３の生じる磁界のためのヨークを構成する。図示のカバー部材３は、相対向する両側辺に、天面３１から連続して折り曲げられた側面板３２、３３を有している。側面板３３の端縁は、支持基板１の側辺に設けられたグランド電極１１５、１１６を通して、支持基体１に結合される。

図５は、図１〜図４に示したアイソレータの回路図である。図５に示されていない参照符号については、図１〜図４を参照されたい。図５において、第２の中心導体２１２は、端部２０４が入出力端子１１７に接続されており、端部２０４とグランドとの間にキャパシタンスＣ１１が生じている。キャパシタンスＣ１１は、コンデンサ２２１の端子電極（２４２、２４３ｂ）と端子電極（２４２、２４３ａ）との間において、内部電極４１、４２によって取得され、端子電極２４３ａによって支持基板１の導電性基体１０に接地される。

次に、第１の中心導体２１１は、端部２０２が入出力端子１１８に接続されており、端部２０２とグランドとの間にキャパシタンスＣ３１が生じている。キャパシタンスＣ３１は、コンデンサ２２３の端子電極（２４７、２４８ｂ）と、端子電極（２４７、２４８ａ）との間において、内部電極４１、４２によって取得され、端子電極２４８ａによって支持基板１の導電性基体１０に接地される。

更に、第３の中心導体２１３は、端部２０６がコンデンサ２２２の端子電極２４４と抵抗器２２４の端子電極２４９に接続されている。第３の中心導体２１３の端部２０６とグランドとの間にキャパシタンスＣ２１が生じている。キャパシタンスＣ２１は、コンデンサ２２２の端子電極２４４とその対向電極とで取得され、端子電極２４５によって外部に取り出される。また、キャパシタンスＣ２１に対して並列に、抵抗器２２４による抵抗Ｒが接続されている。更に、第３の中心導体２１３の端部２０５は、金属ブロック１1９に接続されている。

上述したように、本発明に係る非可逆回路素子において、支持基板１は、平板状であり、機能部品２は支持基板１の一面上に搭載されているから、いわゆる平面実装構造となり、従来の磁性金属容器を用いる場合と異なって、構造が簡単化され、コストが安価になる。

しかも、機能部品２を、支持基板１の一面上に搭載するので、支持基板１の一面上における機能部品２の位置決めを高精度で実行できる。仮に搭載時に機能部品２に位置ずれを生じたとしても、それを確認し、修正できる。したがって、安定した特性のものを、高歩留まりで製造できる。

また、機能部品２を搭載する支持基板１が、平板状であるから、従来の磁性金属容器と比較して、小型及び薄型になる。また、支持基板１は、磁性板であるから、ヨークとしての機能を満たすことができる。

更に、支持基板１の少なくとも一面が絶縁膜１１によって覆われていて、絶縁膜の面内に絶縁膜の存在しないグランド電極１１０〜１１６が設けられている構造によれば、グランド電極１１０〜１１６を通して、回路部品２２１〜２２４の端子電極、及び、中心導体のグランド電極等を、支持基板１の一面上に、直接にはんだ付けできる。グランド電極１１０〜１１６以外の部分は、絶縁膜１１によって覆われるものとする。こうすることにより、支持基板１に不必要に活電部が生じるのを回避することができる。

本発明に係る非可逆回路素子は、通信装置の構成要素して用いられる。図６は本発明に係る非可逆回路素子を用いた通信装置であり、携帯電話のような移動体無線機器の構成を示している。図示された通信装置は、アンテナ６１と、送信回路６５と、受信回路６４と、非可逆回路素子６３とを含む。参照符号６２はデュプレクサである。送信回路６５及び受信回路６４は、アンテナ６１を共用して送受信を行う。

非可逆回路素子６３は、本発明に係るものであって、デュプレクサ６２から送信回路６５に到る回路内に組み込まれている。非可逆回路素子６３は受信回路６４に到る回路に組み込んでもよい。送信回路６５、受信回路６４、非可逆回路素子６３及びデュプレクサ６２の働きは周知であるので、特に説明は要しない。

ただ、非可逆回路素子６３は、本発明に係る非可逆回路素子であるから、先に述べた作用効果が、通信装置の上でも得られることは明らかである。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

本発明に係る非可逆回路素子の一実施の形態を示す分解斜視図である。 図１に示した非可逆回路素子の内部構造配置を示す斜視図であって、図１との対比において、見る方向が１８０度異ならせた図である。 図１、図２に示した非可逆回路素子の完成状態を示す斜視図である。 図１〜図３に示した非可逆回路素子を構成するコンデンサ部分の拡大断面図である。 図１〜図４に示した非可逆回路素子の回路図である。 本発明に係る非可逆回路素子を用いた通信装置のブロック図である。

符号の説明

１ 支持基板
２ 機能部品
２１ 磁気回転子
２１０ 軟磁性基体
２１１〜２１３ 中心導体

Claims (4)

1. 支持基板と、機能部品とを含む非可逆回路素子であって、
   前記支持基板は、平板状の磁性体でなり、
   前記機能部品は、前記支持基板の一面上に搭載されている、
   非可逆回路素子。
2. 請求項１に記載された非可逆回路素子であって、前記機能部品は、磁気回転子と、永久磁石と、回路部品とを含み、
   前記磁気回転子は、軟磁性基体に中心導体を配置したものであり、
   前記永久磁石は、前記磁気回転子に直流磁界を印加し、
   前記回路部品は、コンデンサを含み、前記コンデンサは、前記磁気回転子の前記中心導体に接続されている、非可逆回路素子。
3. 請求項２に記載された非可逆回路素子であって、カバー部材を含み、前記カバー部材は、磁性体でなり、前記支持基板とともに、前記永久磁石の生じる磁界に対するヨークを構成する、非可逆回路素子。
4. アンテナと、送信回路と、受信回路と、非可逆回路素子とを含む通信装置であって、
   前記非可逆回路素子は、請求項１乃至３の何れかに記載されたものであって、前記送信回路又は受信回路の少なくとも一方に組み合わされている、
   通信装置。
   

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