JP2013140925A

JP2013140925A - 減衰器

Info

Publication number: JP2013140925A
Application number: JP2012047187A
Authority: JP
Inventors: Naoto Matono; 直人的野; 子俊 ▲呉▼; Zijun Wu; Hui Wang; 慧王
Original assignee: SAE Magnetics HK Ltd
Current assignee: SAE Magnetics HK Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US9105957B2; US20130169386A1

Abstract

【課題】放熱性を高めつつ、よりコンパクトな構成の減衰器を提供する。
【解決手段】減衰器１は、第１の部分１０と第２の部分２０とを備える。第１の部分１０は、絶縁基板１１と、その上に形成された抵抗部１２とを含む。第２の部分２０は、絶縁基板２１と、その上に形成され、かつ抵抗部１２と接続された端子部２２とを含む。ここで、絶縁基板１１は、ＡｌＮなどの高熱伝導性材料からなる。一方、絶縁基板２１は、絶縁基板１１よりも低い熱伝導率を有するＳｉなどの材料からなる。このため、使用の際、端子部を抵抗体と同一の基体に設けるようにした場合と比較して、抵抗部１２で発生した熱が端子部２２へ伝達されにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高周波伝送回路の終端部に用いられ、入力信号の減衰を行うための減衰器に関する。

従来、例えば高周波回路の信号線の末端において、信号の不要な反射を抑制し、あるいは入力信号を減衰させて出力する目的で、抵抗体を備えた減衰器が用いられている（例えば特許文献１参照）。そのような減衰器には、小型かつ簡素な構成であること、信号線との接続が容易であること、電力を負荷した際の放熱特性に優れ、熱による特性劣化が小さいこと（耐電力特性に優れること）、所定の周波数帯域において一定の特性インピーダンスが得られること、所定の周波数帯域において反射損失が小さく、かつ安定していること（高周波特性に優れること）などが要求される。

例えば特許文献２には、定格電力値に比例して抵抗体の面積を大きくすることなく、必要な耐電力特性を得ることのできる高周波用電力抵抗器が開示されている。

特開平６−１０４５９１号公報特開平１１−５５００８号公報

このような減衰器は、一般的に、絶縁基板上に、複数の抵抗体、接続端子および接地電極などからなる回路パターンが設けられた構成を有している。ここで、絶縁基板は、抵抗体での発熱を考慮して、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）あるいはアルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）などの放熱性に優れた高熱伝導性材料によって形成されている。

しかしながら、このような高熱伝導性材料によって絶縁基板を形成すると、減衰器の使用環境によっては絶縁基板上に設けられた接続端子にも抵抗体において発生した熱が効率的に及ぶこととなる。このため、この減衰器を小型化した場合、あるいは例えば１０Ｗ以上の高い電力が印加される高周波回路においてこの減衰器を使用する場合、接続端子が加熱され、例えば、接続端子と外部の接続配線とを接合する半田（はんだ）が溶融し、あるいは軟化することによって、接続配線が接続端子から離れてしまう事態が懸念される。また、このような高熱伝導性材料からなる絶縁基板はシリコン（Ｓｉ）やガラスからなる絶縁基板に比べて高価なため部品コストがかかる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、放熱性を高めつつ、よりコンパクトな構成の減衰器を提供することにある。

本発明の減衰器は、以下の（１）および（２）を備えたものである。
（１）第１の絶縁性基部と、その第１の絶縁性基部に形成された抵抗部とを含む第１の部分。
（２）第１の絶縁性基部と分離された第２の絶縁性基部と、前記第２の絶縁性基部に形成され、かつ前記抵抗部と接続された端子部とを含む第２の部分。

本発明の減衰器では、端子部を、抵抗部が設けられた第１の絶縁性基部とは異なる（第１の絶縁性基部と分離された）第２の絶縁性基部に設けるようにした。このため、使用の際、端子部を抵抗体と同一の基体に設けるようにした場合と比較して、抵抗部で発生した熱が端子部へ伝達されにくくなる。

本発明の減衰器では、第１の絶縁性基部および第２の絶縁性基部は、相互に異なる材料によって構成され、特に、第２の絶縁性基部が第１の絶縁性基部よりも低い熱伝導率を有するとよい。その場合、抵抗体での発熱が、端子部へいっそう伝達されにくくなるからである。

本発明の減衰器では、第１の絶縁性基部は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＯx（酸化アルミニウム）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）およびＡｌ₂ Ｏ₃・ＴｉＣのうちの少なくとも１種からなる。また、第２の絶縁性基部は、例えばＳｉ（ケイ素）、ＳｉＯx（酸化ケイ素）およびガラスのうちの少なくとも１種からなる。

本発明の減衰器では、端子部は、第１および第２の端子を有し、抵抗部は、第１の端子と第２の端子とを繋ぐ第１の抵抗体と、一端が第１および第２の端子とそれぞれ接続され、かつ、他端がそれぞれ接地された第２および第３の抵抗体とを有するものとしてもよい。その場合、第１および第２の端子、ならびに第１から第３の抵抗体は、一括形成により一体化した共通の金属パターンを含むものとすることができる。

本発明の減衰器によれば、端子部を、抵抗体が設けられた第１の絶縁性基部と分離された第２の絶縁性基部に設けるようにしたので、使用時において抵抗体で発生した熱の、端子部への伝達を抑制することができる。そのため、小型化した場合であっても、端子部でのはんだの溶融などを防止することができる。その一方で、第１の絶縁性基部を高熱伝導性材料によって構成し放熱性を高めることで、熱による特性劣化を回避することができる。よって、全体構成のコンパクト化を図りつつ、発熱による特性劣化や不具合を回避することができる。また、抵抗部と端子部とを異なる基部に設けるようにしたことで、特に減衰器が複数の抵抗体を含む場合、それらを第１の絶縁性基部上に集約し、全体構成のコンパクト化を図ることができる。

また、第１の絶縁性基部と第２の絶縁性基部とを相互に離間して配置した場合には、抵抗部から端子部への熱伝導を確実に分断することができるので効果的である。

本発明の一実施の形態に係る減衰器の全体構成を表す斜視図である。図１に示した減衰器の平面図である。図１に示した減衰器の回路図である。第１の変形例としての減衰器の全体構成を表す斜視図である。第２の変形例としての減衰器の全体構成を表す斜視図である。第３の変形例としての減衰器の全体構成を表す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

＜減衰器１の構成＞
図１は、本発明の一実施の形態としての減衰器１の全体構成を表す斜視図であり、図２は、図１に示した減衰器１の平面図である。また、図３は、減衰器１の回路構成を表している。

減衰器１は、所定の周波数帯域に含まれる入力信号を適切な信号レベルに減衰させる電子デバイスである。この減衰器１は、例えば高周波無線通信を行う中継基地において、信号の送受信を行うアンテナと接続され、アンテナより反射された信号を適切な信号レベルに減衰する際に用いられる。

図１〜図３に示したように、減衰器１は、第１の部分１０と第２の部分２０とを備える。第１の部分１０は、例えばＸＹ平面に延在する平板状の絶縁基板１１と、その絶縁基板１１の表面に形成された抵抗部１２とを含む。一方、第２の部分２０は、例えば絶縁基板１１と同様にＸＹ平面に延在する平板状の絶縁基板２１と、その表面に形成され、かつ抵抗部１２と接続された端子部２２とを含む。

絶縁基板１１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＯx（酸化アルミニウム）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）およびＡｌ₂ Ｏ₃・ＴｉＣのうちの少なくとも１種を含む、絶縁性材料によって構成されている。絶縁基板１１の構成材料は、上記したもののように、熱伝導率が高く、加工性にも優れたものであることが望ましい。

抵抗部１２は、抵抗体１２Ａ〜１２Ｃを含んでいる。抵抗体１２Ａは、回路上、後出の入力電極２２Ａと出力電極２２Ｂとの間に挟まれている。抵抗体１２Ｂは、一端が入力電極２２Ａと接続されると共に、他端が接地電極４０と接続されている。抵抗体１２Ｃは、一端が出力電極２２Ｂと接続されると共に、他端が接地電極４０と接続されている。

絶縁基板２１は、絶縁基板１１よりも低い熱伝導率を有する材料によって構成されている。そのような材料としては、例えば、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＯx（酸化ケイ素）およびガラスなどが挙げられる。

端子部２２は、第１の端子としての入力電極２２Ａと、第２の端子としての出力電極２２Ｂとを有する。入力電極２２Ａと出力電極２２Ｂとは、接続部３０Ａ，３０Ｂを介して抵抗体１２Ａによって繋がれている。接続部３０Ａは、絶縁基板１１の上に設けられ、抵抗体１２Ａの一端と抵抗体１２Ｂの一端とを繋ぐ接続パターン３１Ａと、絶縁基板２１の上に設けられた接続パターン３２Ａとを含んでなる導電膜である。同様に、接続部３０Ｂは、絶縁基板１１の上に設けられ、抵抗体１２Ａの一端と抵抗体１２Ｃの一端とを繋ぐ接続パターン３１Ｂと、絶縁基板２１の上に設けられた接続パターン３２Ｂとを含んでなる導電膜である。

入力電極２２Ａ、出力電極２２Ｂおよび接地電極４０は、いずれも、例えばＣｕ（銅）のほか、Ａｌ（アルミニウム），Ａｕ（金），Ａｇ（銀），Ｔａ（タンタル），Ｒｕ（ルテニウム），Ｒｈ（ロジウム）などの高導電性材料によって構成された導体である。これらの入力電極２２Ａ、出力電極２２Ｂおよび接地電極４０の構成材料は、互いに異なっていてもよいが、全て同一の材料によって構成されているとよい。製造工程が簡素化されるからである。

また、入力電極２２Ａ、出力電極２２Ｂおよび接地電極４０は、Ｎｉ（ニッケル）およびＳｎ（錫）の少なくとも一方などからなるめっき膜によってそれぞれ覆われていることが望ましい。はんだ付けによって外部へのリード線をそれら入力電極２２Ａなどに接続する際、はんだの拡散を防止するバリア層として機能させると共に、はんだの良好な塗れ性を確保するためである。また、接地電極４０は、抵抗体１２Ｂ，１２Ｃに対して共通に設けられており、図示しない配線を介して接地されている。

抵抗体１２Ａ〜１２Ｃの構成材料としては、例えばＴａＮ（窒化タンタル）やＮｉＣｒ（ニッケルクロム合金）系合金などが好適である。これらの材料を用いれば、小さな平面積であっても発熱量が高く、効率的に入力信号が減衰するため、全体構成のコンパクト化に有利である。

抵抗体１２Ａは、入力電極２２Ａからの入力信号を所定の振幅まで減衰させる減衰抵抗としての機能を有する。すなわち、抵抗体１２Ａは、入力電極２２Ａからの入力信号が出力電極２２Ｂから出力される際にどの程度の信号レベルまで減衰されるかを決定する重要な因子となる。抵抗体１２Ｂ，１２Ｃは、減衰器１における回路定数を決定するものである。

ここで、絶縁基板２１と絶縁基板１１とは、例えば図１に示したように互いの一端面同士が対向するように接着剤（図示せず）を介して接合されている。すなわち、絶縁基板１１と絶縁基板２１との間には、接着剤の厚さに相当するギャップＧが存在する。その際、高さ方向（Ｚ軸方向）において、絶縁基板１１における上面および下面の位置と、絶縁基板２１における上面および下面の位置とがそれぞれ相互に一致しているとよい。

さらに、減衰器１においては、入力電極２２Ａ、出力電極２２Ｂおよび接地電極４０以外の部分、すなわち、抵抗体１２Ａ〜１２Ｃと、露出した絶縁基板１１，２１の上面とを覆うように絶縁性の保護膜（図示せず）が設けられている。この保護膜の構成材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド樹脂あるいはガラスが好ましい。また、酸化アルミニウムによって保護膜を形成してもよい。なお、図１では、入力電極２２Ａ、出力電極２２Ｂおよび接地電極４０の各々の一部をも覆うように保護膜が設けられていでもよい。

＜減衰器１の製造方法＞
続いて、減衰器１の製造方法について説明する。

まず、絶縁基板１１を用意し、その絶縁基板１１の表面に銅などで配線パターン（図示せず）を形成する。次に、のちに抵抗体１２Ａ〜１２Ｃとなる抵抗膜を上記所定の材料を用いて形成する。これらの配線パターンおよび抵抗膜は、スパッタリング等の気相法などにより形成することができる。続いて、例えばフォトリソグラフィ法により抵抗膜のパターニングを行い、所定の位置に所定形状の抵抗体１２Ａ〜１２Ｃを形成する。そののち、接続パターン３１Ａ，３１Ｂを、めっき法あるいは、スパッタリング等の気相法などにより所定の材料を用いて所定の位置に形成する。これにより、第１の部分１０が一応完成する。

一方、絶縁基板２１を用意し、その絶縁基板２１の表面全体に亘って、のちに入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂ、ならびに接続パターン３２Ａ，３２Ｂとなる金属膜を上記所定の材料を用いて形成する。この金属膜についても、スパッタリング等の気相法などにより形成することができる。そののち、例えばフォトリソグラフィ法により金属膜のパターニングを行い、所定の位置に所定形状の入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂ、ならびに接続パターン３２Ａ，３２Ｂを形成する。これにより、第２の部分２０が一応完成する。

続いて、絶縁基板１１の所定の端面と絶縁基板２１の所定の端面とを対向させ、それらの端面同士を接着剤により貼り合わせることで絶縁基板１１と絶縁基板２１とを相互に接合する。これにより、絶縁基板１１と絶縁基板２１との間に接着剤の厚さに相当するギャップＧが形成される。なお、この接着剤は、対向する絶縁基板１１の端面および絶縁基板２１の端面を全体的に覆っていてもよいし、部分的に覆っていてもよい。そののち、絶縁基板１１上に設けられた接続パターン３１Ａ，３１Ｂと、絶縁基板２１上に設けられた接続パターン３２Ａ，３２Ｂとをはんだ等により接合する。最後に接地電極４０を形成するなどして、減衰器１を完成させる。接地電極４０については、絶縁基板１１上に設けられた抵抗体１２Ｂ，１２Ｃの、接続部３０Ａ，３０Ｂと反対側の端部と接するように設ける。その際、例えば下地層（図示せず）をスパッタリング法などにより形成したのち、その下地層を覆うようにめっき層を形成するようにする。

＜減衰器１の効果＞
このように、本実施の形態では、発熱する抵抗部１２を、ＡｌＮなどの放熱性に優れる絶縁基板１１の上に設ける一方、端子部２２を、絶縁基板１１と分離された絶縁基板２１の上に設けるようにした。こうすることにより、使用時において、絶縁基板１１上に端子部２２を設けた場合と比較して、抵抗部１２から端子部２２への熱の伝達を抑制することができる。そのため、小型化した場合であっても、端子部２２と外部からの接続配線とを接合するためのはんだが溶融し、あるいは軟化することによって、その接続配線が端子部２２から離れてしまう事態を防止することができる。特に、絶縁基板２１を、より熱伝導性の低い材料によって構成すれば効果的である。また、絶縁基板１１を高熱伝導性材料によって構成し放熱性を高めることで、本来発揮すべき減衰特性の熱による劣化を回避することができる。よって、全体構成のコンパクト化を図りつつ、発熱による特性劣化や不具合を回避することができる。また、抵抗部１２と端子部２２とを互いに異なる基部（絶縁基板１１および絶縁基板２１）にそれぞれ設けるようにしたことで、特に減衰器１が複数の抵抗体を含む場合、それらを絶縁基板１１上に集約し、全体構成のコンパクト化を図ることができる。なお、本実施の形態では、絶縁基板２１の上には端子部２２のみを設ける場合について説明したが、例えばコンデンサやインダクタなどの他の機能部をも絶縁基板２１に設けるようにしてもよい。そうすることで、その機能部における熱による特性劣化を回避することができるからである。

（変形例１）
次に、図４を参照して、本実施の形態における第１の変形例としての減衰器１Ａについて説明する。図４に示したように、本変形例では、高さ方向（Ｚ軸方向）において、絶縁基板１１および絶縁基板２１の、各々の上面および下面が相互に一致している。そのうえ、抵抗体１２Ａ〜１２Ｃにおける各々の上面の高さ位置、ならびに、入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂにおける各々の上面の高さ位置が、全て相互に一致している。ここでいう上面とは、絶縁基板１１または絶縁基板２１に対向する面と反対側の面をいう。すなわち、抵抗体１２Ａ〜１２Ｃにおける各々の上面、ならびに、入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂにおける各々の上面は、全て共通のＸＹ平面に含まれている。本変形例では、このような構成により、本変形例の減衰器１Ａでは、上記実施の形態の減衰器１と比較し、薄型化（Ｚ軸方向における寸法縮小）を実現している。

（変形例２）
続いて、図５を参照して、本実施の形態における第２の変形例としての減衰器１Ｂについて説明する。上記実施の形態の減衰器１は、絶縁基板１１と絶縁基板２１とが、接着剤を介して相互に接合されたものである。これに対し、図５に示した減衰器１Ｂは、絶縁基板１１と絶縁基板２１とが、それらの端面同士を突き合わせるように、僅かな寸法のエアギャップＡＧを介して対向配置されたものである。なお、エアギャップＡＧの大きさ（絶縁基板１１と絶縁基板２１との間隔）は任意に設定可能である。また、エアギャップＡＧの大きさは、例えば絶縁基板１１と絶縁基板２１とを、固定された他の部材にそれぞれ装着することで一定に保持することができる。本変形例では、抵抗体１２Ａと抵抗体１２Ｂ，１２Ｃとをそれぞれ電気的に接続する接続部３１Ａ，３１Ｂは、エアギャップＡＧを飛び越えるように設けられたワイヤ３３Ａ，３３Ｂによって入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂとそれぞれ電気的に接続されている。本変形例では、このような構成により、抵抗部１２から端子部２２への熱伝導を確実に分断し、端子部２２への加熱の影響を効果的に低減することができる。

（変形例３）
続いて、図６を参照して、本実施の形態における第３の変形例としての減衰器１Ｃについて説明する。上記減衰器１では、第２の部分２０において、接続パターン３２Ａ，３２Ｂを、入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂのそれぞれの片側のみの設けるようにした。これに対し、本変形例（減衰器１Ｃ）では、図６に示したように、接続パターン３２Ａ，３２Ｂを、入力電極２２Ａおよび出力電極２２Ｂのそれぞれの両側に設けるようにした。こうすることにより、減衰器１Ｃの製造時において絶縁基板１１と絶縁基板２１との接合が容易となる。第１の部分１０の接続パターン３１Ａ，３１Ｂを、第２の部分２０において２つずつ存在する接続パターン３２Ａ，３２Ｂのうちのいずれにも接続することができるからである。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１の減衰器１では、絶縁基板１１および絶縁基板２１の接合される端面を平坦面としたが、これに限定されるものではない。例えば、一方の端面に凸部を設け、他方の端面に、その凸部と対応する大きさを有する凹部を対応する位置に設けるようにして、互いに嵌合する構造としてもよい。

また、上記実施の形態等では、絶縁基板１１の上面および下面と、絶縁基板２１の上面および下面とは相互に一致するようにしたが、相互に一致していなくともよい（段差があってもよい）。

また、抵抗部１２、端子部２２および接続部３０Ａ，３０Ｂの平面形状や寸法（厚さ、大きさ）、寸法比率は、図示したものに限定されるものではなく、任意に設定可能である。それらの各構成要素の配置位置についても適宜変更可能である。

１…減衰器、１０…第１の部分、２０…第２の部分、１１，２１…絶縁基板、１２…抵抗部、２２…端子部、２２Ａ…入力電極、２２Ｂ…出力電極、３０Ａ，３０Ｂ…接続部、４０…接地電極。

Claims

第１の絶縁性基部と、前記第１の絶縁性基部に形成された抵抗部とを含む第１の部分と、
前記第１の絶縁性基部と分離された第２の絶縁性基部と、前記第２の絶縁性基部に形成され、かつ前記抵抗部と接続された端子部とを含む第２の部分と
を備えた減衰器。
前記第１の絶縁性基部および第２の絶縁性基部は、相互に異なる材料によって構成されている
請求項１記載の減衰器。
前記第１の絶縁性基部は、前記第２の絶縁性基部よりも高い熱伝導率を有する
請求項２記載の減衰器。
前記第１の絶縁性基部は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＯx（酸化アルミニウム）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）およびＡｌ₂ Ｏ₃・ＴｉＣのうちの少なくとも１種からなる
請求項２記載の減衰器。
前記第２の絶縁性基部は、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＯx（酸化ケイ素）およびガラスのうちの少なくとも１種からなる
請求項２記載の減衰器。
前記端子部は、第１および第２の端子を有し、
前記抵抗部は、
前記第１の端子と前記第２の端子とを繋ぐ第１の抵抗体と、
一端が前記第１および第２の端子とそれぞれ接続され、かつ、他端がそれぞれ接地された第２および第３の抵抗体と
を有する
請求項２記載の減衰器。
前記第１の絶縁性基部の上面と、前記第２の絶縁性基部の上面とが互いに共通の平面に含まれており、
前記第１の絶縁性基部の上面に設けられた前記第１から第３の抵抗体における各々の上面の高さ位置、ならびに、前記第２の絶縁性基部の上面に設けられた前記第１および第２の端子における各々の上面の高さ位置が、全て相互に一致している
請求項６記載の減衰器。
前記第１の絶縁性基部の下面の高さ位置と、前記第２の絶縁性基部の下面の高さ位置とが相互に一致している
請求項７記載の減衰器。