JP6260246B2 - 非可逆回路素子を備えたモジュール - Google Patents

Description

本発明は、信号を所定の方向にのみ通過させるアイソレータなどの非可逆回路素子を備えたモジュールに関する。

図６に示すように、特許文献１には、一対の永久磁石５３ａ，５３ｂが、外部電極５３ｄを側面に形成したフェライト５３ｃを挟み込むように接合した構造の非可逆回路素子（アイソレータ）５３を備えたモジュール５１が記載されている。

アイソレータ５３は、永久磁石５３ａ，５３ｂが外部に露出しているため、永久磁石５３ａ，５３ｂの磁界Ｈがアイソレータ５３の外部へ広がっている。そして、永久磁石５３ａ，５３ｂの磁界Ｈの方向は、実装基板５２の実装面に対して略平行である。そのため、アイソレータ５３の近傍に配設される、Ｎｉなどの金属を含む外部電極を備える他の電気部品素子５５が実装される際には、永久磁石５３ａ，５３ｂの磁界Ｈの影響によって、電気部品素子５５が永久磁石５３ａ，５３ｂに引き寄せられて意図しない方向に傾いて実装されるなどの問題が発生していた。

そこで、特許文献１のモジュール５１では、アイソレータ５３の近傍の電気部品素子５５を実装する際、アイソレータ５３に電気部品素子５５を予め接触させて配置することによって、電気部品素子５５の実装の位置ずれを防止していた。

特開２０１２−７０３１６号公報

しかしながら、特許文献１のモジュール５１では、アイソレータ５３の近傍の電気部品素子５５を実装するための実装基板５２上の実装用電極をアイソレータ５３に近接させて精度良く配置する必要があり、実装用電極の形成が難しいという問題があった。

また、アイソレータ５３と電気部品素子５５とを接触させる際に、部品の寸法仕上がり精度のばらつきによって、接触面同士が完全に接触したり、部分的に接触したりするなどのバラツキが発生し、接触状態を完全に制御できないという不具合があった。そのため、部分的に接触する場合には、電気部品素子５５の実装の位置ずれ防止が困難であった。

それゆえに、本発明の目的は、アイソレータなどの非可逆回路素子に使用される永久磁石の磁界による電気部品素子の配置ずれを解消することができる非可逆回路素子を備えたモジュールを提供することである。

本発明は、第１の永久磁石と、第２の永久磁石と、第１の永久磁石と第２の永久磁石の間に設けられたフェライトと、フェライトの側面に設けられた外部電極と、を備えた非可逆回路素子であるアイソレータと、磁性体を含む電気部品素子と、アイソレータおよび電気部品素子を実装するための実装電極を設けた実装基板と、を備え、アイソレータは、第１の永久磁石と第２の永久磁石により生じる磁界方向が実装基板の実装面に対して略垂直な方向が支配的になるように配置され、アイソレータの外部電極と電気部品素子とが電気的に接続されていること、を特徴とする、非可逆回路素子を備えたモジュールである。

アイソレータの磁界は、フェライトと永久磁石とが接合する界面を貫通するように発生する。本発明では、アイソレータは、永久磁石の磁界方向が実装基板の実装面に対して略垂直になるように配置されているため、磁性体を含む他の電気部品素子が実装される際には、永久磁石の磁界（磁束）の影響が抑えられ、電気部品素子が永久磁石に引き寄せられて意図しない方向に傾いて位置がずれた状態で実装される現象が抑制される。

さらに、アイソレータは、永久磁石の磁界方向が実装基板の実装面に対して略垂直になるように配置されているため、アイソレータは実装基板に対して縦置きした状態で実装されることになる。このため、アイソレータが実装基板に占める実装面積が小さくなる。

また、本発明は、実装基板が、アイソレータの少なくとも一部が収納された状態で実装できるアイソレータ用凹部を有していること、を特徴とする、非可逆回路素子を備えたモジュールである。

本発明では、アイソレータの一部が、実装基板に設けたアイソレータ用凹部に挿入されているため、モジュールが低背化される。

また、本発明は、実装基板が多層基板であり、実装基板の表面および／または内部に配線されている配線パターンの一端部が電気部品素子に電気的に接続され、他端部がアイソレータ用凹部の内壁面に引き出されて、アイソレータ用凹部に配設されているアイソレータの外部電極に電気的に接続されており、アイソレータ用凹部の内壁面に引き出されている配線パターンの他端部の位置とアイソレータの外部電極の位置とが、実装基板の厚み方向において略同一位置であること、を特徴とする、非可逆回路素子を備えたモジュールである。

本発明では、アイソレータ用凹部の内壁面に引き出されている配線パターンの他端部の位置とアイソレータの外部電極の位置とが、実装基板の厚み方向において略同一位置であるため、アイソレータの外部電極と配線パターンの他端部との電気的接続が容易になる。

本発明によれば、アイソレータなどの非可逆回路素子に使用される永久磁石の磁界による電気部品素子の配置ずれを解消することができる。さらに、アイソレータは実装基板に対して縦置きした状態で実装されることになるため、アイソレータが実装基板に占める実装面積を小さくすることができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係る非可逆回路素子を備えたモジュールの一実施の形態を示す平面図である。 図１のα方向から見たアイソレータ実装部近傍の断面図である。 アイソレータの実装状態を示す斜視図である。 アイソレータ実装部近傍の変形例を示す断面図である。 アイソレータの変形例を示す斜視図である。 従来の非可逆回路素子を備えたモジュールを示す平面図である。

本発明に係る非可逆回路素子を備えたモジュールの一実施の形態を説明する。

図１は、非可逆回路素子であるアイソレータを備えたモジュールの平面図である。図２は、図１のα方向から見たアイソレータ実装部近傍の断面図である。

モジュール１は電力増幅モジュールであって、無線ＬＡＮ規格やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の無線通信機器、携帯電話などの通信端末の送信回路部に使用される。

モジュール１は、図１に示すように、多層実装基板２と、特定方向にのみ信号を伝送する特性を有するアイソレータ３，４と、送信信号を制御する集積回路ＩＣ１と、フィルタＦＬ１，ＦＬ４と、各種電気部品素子であるコンデンサＣ２，Ｃ４，…Ｃ３１，…Ｃ７１、インダクタＬ１，Ｌ３，Ｌ１７，Ｌ５７、および、抵抗Ｒ３１，Ｒ７１とを備えている。アイソレータ３，４は、それぞれ異なる帯域の伝送特性を有しており、マルチ帯域に対応できるモジュール１を形成する。

多層実装基板２は、樹脂やセラミックなどからなり、樹脂層やセラミック層などの層間に内層電極パターン２０が形成されている。例えば、多層実装基板２は、内層電極パターン２０が形成された複数枚のセラミックグリーンシートを積み重ねて積層体とした後、焼成されることによって形成される。

多層実装基板２の表面には、集積回路ＩＣ１や各種電気部品素子であるコンデンサＣ２，Ｃ４などを表面実装するための実装電極２４などが形成されている。さらに、多層実装基板２には、各アイソレータ３，４の少なくとも一部が収納された状態で実装できるアイソレータ用凹部２６，２７が設けられている。

図２に示すように、アイソレータ３は、一対の永久磁石３０，３１と、フェライト３２とを有し、永久磁石３０の一の磁極と永久磁石３１の反対の磁極との間にフェライト３２が配置されている。なお、アイソレータ４の構成および実装構造は、アイソレータ３と略同様の構成および実装構造であるため、その詳細な説明は省略する。

永久磁石３０，３１およびフェライト３２は、一体的に接合して、全体として直方体形状に形成されている。永久磁石３０，３１の磁界Ｈは、フェライト３２と永久磁石３０，３１とが接合する界面を略垂直に貫通するように発生する。

また、フェライト３２の一方の側面には、アイソレータ３の外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが形成されている。外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、アイソレータ３の入力電極、出力電極、ＧＮＤ電極のいずれかに相当する。外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、銀、銅、金やその合金などからなる導電性ペーストを、印刷法や転写法により薄膜として形成される。また、これらの導電性ペーストと感光物質とを混合してフォトリソグラフィ法やエッチング法などの加工技術を用いて形成される。

また、永久磁石３０，３１の材質としては、残留磁束密度および保磁力に優れ、高周波帯における絶縁性（低損失性）にも優れているストロンチウム系フェライトマグネットやランタン・コバルト系フェライトマグネットなどが採用される。

各種電気部品素子であるコンデンサＣ２，Ｃ４…やインダクタＬ１，Ｌ３，…などは、モジュール１を形成するのに必要な整合回路などを形成するためのものであり、適宜選択されて多層実装基板２上に実装されている。これらの各種電気部品素子は、外部電極や内部の電極パターンなどに、例えば、Ｎｉなどの磁性体を含む。

アイソレータ３は、永久磁石３０，３１の磁界Ｈの方向が、多層実装基板２の実装面に対して略垂直になるように配置されている。すなわち、図６に示した従来の横置きのアイソレータ５３を、長辺を支軸にして９０度回転させた状態と同様の状態（縦置き状態）で配置されている。

従って、永久磁石３０，３１の磁界Ｈの方向が、多層実装基板２の実装面に対して略垂直になるため、磁性体を含む各種電気部品素子であるコンデンサＣ２，Ｃ４…やインダクタＬ１，Ｌ３，…などが実装される際には、永久磁石３０，３１の磁界Ｈの影響が抑えられ、各種電気部品素子が永久磁石３０，３１に引き寄せられて意図しない方向に傾いて位置がずれた状態で実装される現象を抑制することができる。

さらに、アイソレータ３は多層実装基板２に対して縦置きした状態で実装されることになる。このため、図６に示した従来のアイソレータ５３のように、横置きした状態で実装された場合と比較して、アイソレータ３が多層実装基板２に占める実装面積を小さくすることができる。

アイソレータ３は、多層実装基板２に設けたアイソレータ用凹部２６に挿入され、アイソレータ３の一部がアイソレータ用凹部２６に挿入されているため、アイソレータ３が縦置きした状態で実装されても、低背化が可能となる。アイソレータ３は、アイソレータ用凹部２６の底面に、導電性接着剤や絶縁性接着剤によって表面実装されている。

より具体的には、アイソレータ用凹部２６の深さは、モジュール１の高さの略半分の寸法とする。従って、アイソレータ用凹部２６に実装されたモジュール１は、外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの略半分がアイソレータ用凹部２６から確実に見ることができる。アイソレータ用凹部２６の開口サイズは、アイソレータ３を挿入し易いように、アイソレータ３を縦置きしたときの平面視のサイズより若干大きく設計されている。

図１に示すように、多層実装基板２の内部に配線されている配線パターン２０は、アイソレータ３，４の近傍の位置にくるように引き回されている。なお、図１においては、配線パターン２０が多層実装基板２の内部に配線されているけれども、実太線で表示されている。

図２に示すように、多層実装基板２の内部に配線されている配線パターン２０の一端部は、電気部品素子（例えば、コンデンサＣ３１など）に電気的に接続されている。配線パターン２０の他端部は、アイソレータ用凹部２６の内壁面に引き出されて露出している。アイソレータ用凹部２６の内壁面に引き出されている配線パターン２０の他端部の位置とアイソレータ３の各外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの位置とは、多層実装基板２の厚み方向において略同一位置である。

アイソレータ用凹部２６の内壁面に引き出されている配線パターン２０の他端部とアイソレータ３の各外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、半田２２を介して電気的に接続されている。

本実施の形態では、アイソレータ用凹部２６の内壁面に引き出されている配線パターン２０の他端部の位置とアイソレータ３の外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの位置とが、多層実装基板２の厚み方向において略同一位置であるため、アイソレータ３の外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと配線パターン２０の他端部との電気的接続を容易にできる。

また、図６に示した従来のアイソレータ５３の場合は、アイソレータ５３の実装面側の中央部にも外部電極が配設されているため、はんだ付け状態を目視できないという不具合があった。しかし、本実施の形態では、外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの略半分がアイソレータ用凹部２６から見ることができるので、はんだ付け状態を確実に目視できる。

なお、配線パターン２０は、必ずしも多層実装基板２の内部に配線されている必要はない。図２に点線で示す配線パターン２０ａのように、多層実装基板２の表面に配線されていてもよい。

さらに、図２において一点鎖線で示すように、モジュール１は、アイソレータ３，４や集積回路ＩＣ１などの各種電気部品素子が実装された後で、多層実装基板２の実装面を樹脂４２でモールドすることが好ましい。樹脂４２のモールドによって、モジュール１の信頼性が向上すると共に、樹脂４２がアイソレータ用凹部２６にも入り込み、アイソレータ３を樹脂４２で固定できるため、実装信頼性が向上する。

図４は、アイソレータ実装部近傍の変形例を示す断面図である。多層実装基板２には、アイソレータ用凹部２６が設けられておらず、アイソレータ３は多層実装基板２に導電性接着剤や絶縁性接着剤によって表面実装されている。

この場合、アイソレータ３の外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、それぞれ、ワイヤ４４を介して、コンデンサＣ３１などの外部電極に直接に接続したり、多層実装基板２上に形成した実装（接続）電極に接続したりする。あるいは、配線パターンを形成した別の電気部品素子を、アイソレータ３の近傍に配設して、アイソレータ３の外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと接続する。

また、図５は、アイソレータ３の変形例を示す斜視図である。このアイソレータ３Ａは、フェライト３２の一方の側面に、アイソレータ３の外部電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが形成されると共に、外部電極３３Ａ，３３Ｃはフェライト３２の端面にも回り込んで形成されている。従って、配線パターン２０の引き回しの自由度が高くなる。

なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。例えば、モジュール１の仕様に応じて、コンデンサやコイルなどの電気部品素子が内蔵された多層実装基板２を採用してもよい。

１ モジュール
２ 多層実装基板
３，４ アイソレータ
３０，３１ 永久磁石
３２ フェライト
２０，２０ａ 配線パターン
２４ 実装電極
２６，２７ アイソレータ用凹部
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ 外部電極
４２ 樹脂
４４ ワイヤ
Ｈ 磁界
ＩＣ１ 集積回路
ＦＬ１，ＦＬ４ フィルタ
Ｃ２，Ｃ４，…Ｃ３１，…Ｃ７１ コンデンサ
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ１７，Ｌ５７ インダクタ
Ｒ３１，Ｒ７１ 抵抗

Claims (3)

1. 第１の永久磁石と、
   第２の永久磁石と、
   前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石との間に設けられたフェライトと、
   前記フェライトの側面に設けられた外部電極と、を備えた非可逆回路素子であるアイソレータと、
   磁性体を含む電気部品素子と、
   前記アイソレータおよび前記電気部品素子を実装するための実装電極を設けた実装基板と、を備え、
   前記アイソレータは、前記第１の永久磁石と第２の永久磁石により生じる磁界方向が前記実装基板の実装面に対して略垂直な方向が支配的になるように配置され、
   前記アイソレータの外部電極と前記電気部品素子とが電気的に接続されていること、
   を特徴とする、非可逆回路素子を備えたモジュール。
2. 前記実装基板は、アイソレータの少なくとも一部が収納された状態で実装できるアイソレータ用凹部を有していること、を特徴とする、請求項１に記載の非可逆回路素子を備えたモジュール。
3. 前記実装基板は多層基板であり、前記実装基板の表面および／または内部に配線されている配線パターンの一端部が前記電気部品素子に電気的に接続され、他端部が前記アイソレータ用凹部の内壁面に引き出されて、前記アイソレータ用凹部に配設されている前記アイソレータの前記外部電極に電気的に接続されており、前記アイソレータ用凹部の内壁面に引き出されている前記配線パターンの他端部の位置と前記アイソレータの前記外部電極の位置とが、前記実装基板の厚み方向において略同一位置であること、を特徴とする、請求項２に記載の非可逆回路素子を備えたモジュール。

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