JPH08213808A - 非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱的安定性を確保し、十分な磁界を得つつ、
非可逆回路素子の小型化・薄型化を図る。 【構成】 容量基板１００では、フェライト１０２を包
みように中心導体１０４が設けられており、一つのポー
トに終端抵抗１０６が設けられている。各ポートに対応
して端子１０８が設けられている。中心導体１０４に対
する引出用電極及び端子１０８は、通常の軟化温度の半
田によって固定されている。容量基板１００の半田接合
部には、断熱材（耐熱材）１１０が塗布されている。ま
た、直流磁界印加用の磁石１２０，１２２についても、
その表面に同様の断熱材１１０が塗布されている。この
ような容量基板１００，磁石１２０，１２２を、カバー
１０とシールドケース１２で挟むようにして、アイソレ
ータが組立られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばマイクロ波帯
域で使用されるアイソレータなどの非可逆回路素子にか
かり、更に具体的には、その熱的安定性，小型化・薄型
化のための改良に関する。

【０００２】

【背景技術】マイクロ波帯で使用される非可逆回路素子
としては、例えば図５に示すようなものがある。この例
はアイソレータで、カバー１０とシールドケース１２と
の間に、磁石１４，１６と容量基板１８が図示の順序で
重ねられた構成となっている。これらのうち、容量基板
１８は、複数の中心導体２０と回路（導波路）を構成す
る磁性体（例えばフェライト）２２を含み、一つのポー
トに終端抵抗２４が設けられている。また、側部に複数
の端子２６が突出して設けられている。

【０００３】終端抵抗２４は、サーキュレータをアイソ
レータとするために用いられている。３ポートサーキュ
レータでは、通常、電磁波の進行方向が１２０゜曲げら
れる。ここで、いずれかのポートに終端抵抗を入れる
と、このポートへの出力はすべて熱に変換されるように
なり、アイソレータとして作用するようになる。

【０００４】なお、この容量基板１８の詳細な構造とし
ては、例えば、特開平５−３７２０６号公報，同５−２
９９９０４号公報に開示されたものがあり、あるいは、
特願平６−２６１０１３号として出願されたものがあ
る。

【０００５】この容量基板１８の上下には、中心導体２
０及びフェライト２２の部分に直流磁界を形成するため
の磁石１４，１６が設けられる。なお、磁石１６を省い
た構造もある。この場合は、カバー１０及びシールドケ
ース１２に磁気ヨークとしての機能を持たせるようにす
る。

【０００６】ところで、このような非可逆回路素子がリ
フローソルダリングの手法で表面実装される場合は、リ
フロー半田付け時における高温に耐える安定性が要求さ
れる。具体的には、製造時も考慮すると、３００度近く
の高温での熱的安定性が求められる。このため、素子内
部の半田付け部分に用いる半田材質として、製品後の表
面実装時のリフロー半田付けにおいて溶融の心配のない
軟化溶融温度の高い高温半田を使用している。具体的に
は、容量基板１８の中心導体２０の外部引出し部分２８
に、軟化溶融温度の高い半田を使用する。あるいは、外
部引出し部分２８の周辺部を、液晶ポリマーなどの断熱
性の高い部材で形成して表面実装時の断熱性を確保す
る。更に、直流磁界印加用磁石１４，１６として、表面
実装時の半田リフローでの熱に対して安定な素材である
ことを最優先に選ぶようにするなどである。

【０００７】次に、非可逆回路素子は、例えば携帯電話
やコードレス電話などの移動体通信に使われており、よ
り小型化，薄型化が求められている。これに応えるた
め、波長の大きさに依存する分布定数型から集中定数型
に推移している。また、集中定数型となってからも、信
号ラインをストリップラインからマイクロストリップラ
インに変え、より薄型となっている。更に現在では、カ
バーやシールドケースを磁気ヨークとして利用すること
によって、直流磁界印加用の磁石を２枚から１枚にし、
一段と薄型化が図られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような背景技術には、次のような不都合がある。 （1）上述したように、非可逆回路素子製造時において
使用する半田は、熱的安定性の観点から通常より高い温
度で軟化溶融する材質となっているので、製造段階での
半田リフロー温度を上げる必要が生じる。すると、非可
逆回路素子を構成している部材のすべてについて極めて
高い温度における熱的安定性が求められるようになり、
結果的に、各部の材質が限定されてしまうという不都合
が生ずる。

【０００９】（2）また、熱的安定性を最優先にする
と、所望の磁場を得るために磁石の形状を大きくせざる
を得なくなり、今度は薄型化の要請に反することとな
る。詳述すると、従来非可逆回路素子に用いられている
磁石の材質は、コスト面の優位性の他に熱的安定性の高
さからフェライト系のものが使われている。しかし、薄
型化の進んだ現在、更にそれを薄型化するとしても、フ
ェライト系磁石ではほぼ限界の域に達している。すなわ
ち、現状よりも薄型化すると所望の磁界を得ることがで
きくなってしまう。

【００１０】また、他の材質の磁石を用いるとしても、
所望の磁界は得られるものの、３００度近傍まで加熱さ
れると不可逆減磁を生じるというように、熱的安定性の
面で満足し得ない。

【００１１】この発明は、以上の点に着目したもので、
その目的は、熱的安定性を確保しつつ、材料の制限を回
避することである。他の目的は、熱的安定性を確保しつ
つ、良好に非可逆回路素子の小型化・薄型化を図ること
である。更に他の目的は、熱的安定性を確保し、十分な
磁界を得つつ、非可逆回路素子の小型化・薄型化を図る
ことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段と作用】前記目的を達成す
るため、この発明によれば、直流磁界用の磁石や半田付
け部分に断熱材が施される。半田リフローの時間はさほ
ど長くはないので、半田付け部分や磁石に断熱材を施す
ことで、十分それらの部分の温度上昇を抑制することが
できる。

【００１３】また、他の発明によれば、熱に対して比較
的安定で、しかもフェライト系磁石より最大残留磁束密
度や保磁力が非常に高いＳmＣo・2-17系磁石が用いられ
る。これにより、非可逆回路素子として要求される直流
磁界を比較的小型，かつ薄型の形状の磁石で得ることが
できる。また、磁壁のピンニング効果が働き、磁化の反
転や不可逆減磁の発生が抑えられる。熱的安定性も、フ
ェライト系磁石にほぼ準じており、実用的には全く問題
はない。

【００１４】更に他の発明によれば、ＳmＣo・2-17系磁
石と断熱絶縁材が用いられるので、全体として良好な熱
的安定性を得ることができるとともに、素子全体の小型
化，薄型化を実現できる。この発明の前記及び他の目
的，特徴，利点は、次の詳細な説明及び添付図面から明
瞭になろう。

【００１５】

【好ましい実施例の説明】この発明には数多くの実施例
が有り得るが、ここでは適切な数の実施例を示し、詳細
に説明する。

【００１６】＜実施例１＞最初に、図１を参照しなが
ら、主として熱的安定性に対する改良を行った実施例１
について説明する。まず、同図（A）を参照して第１の
例について説明する。容量基板１００は、基本的には前
記背景技術と同様となっている。すなわち、フェライト
１０２を包み込むように複数の中心導体１０４が設けら
れており、これらが容量基板１００内に収納されて３ポ
ートの回路を構成している。そして、一つのポートに終
端抵抗１０６が設けられており、これによってアイソレ
ータとしての特性が得られる構成となっている。また、
回路の各ポートに対応して端子１０８が設けられてい
る。中心導体１０４に対する引出用の電極は、通常の軟
化温度，例えば２３０℃程度の半田によって固定されて
いる。また、端子１０８も、同様の軟化温度の半田によ
って容量基板１００に固定されている。

【００１７】ところで、本実施例では、図中にハッチン
グで示すように、容量基板１００の半田接合部に断熱材
（耐熱材）として接着剤のシリコーン樹脂１１０が塗布
されている。また、容量基板１００の上下に位置する直
流磁界印加用の磁石１２０，１２２についても、その表
面に同様の断熱材１１０が塗布されている。このような
容量基板１００，磁石１２０，１２２を、図５の背景技
術のようにカバーとシールドケースで挟むようにして、
アイソレータが組立られている。

【００１８】このようにして、断熱対策を施した本実施
例のアイソレータと断熱対策を施していない背景技術に
かかるアイソレータに対し、それぞれ２６０℃，３０se
cの半田リフロー処理を行った。その結果、本実施例に
て作製したアイソレータについては、特性，形状ともに
リフロー前後で格別な変化は認められなかった。しか
し、断熱対策のない従来のアイソレータでは、端子１０
８の脱落が生じ、特性評価に至らなかった。

【００１９】リフロー時における半田付け部分の面積は
極めて小さく、その狭い部分の半田が溶融されればよ
く、また、半田リフロー時は長時間高温に保持されるも
のではない。従って、非可逆回路素子製造時において既
に半田付けされた部分に断熱材を施すことで、その部分
については半田リフロー時にリフロー温度まで温度が上
昇しなくなる。

【００２０】このように、本実施例によれば、半田付け
部分に断熱対策を施すことにより、高温で軟化溶融する
特別の半田を用いることなく、通常多用されている半田
を用いることができる。また、表面実装時の半田リフロ
ーに伴う熱覆歴による半田の軟化溶融や部材の位置ずれ
なども生じない。従って、断熱性の高い液晶ポリマーな
どの材料を用いる必要がなく使用する材料の選択の幅が
広がるようになる。

【００２１】また、磁石に断熱材を施すことにより、半
田リフロー処理の時間内で磁石まで熱が伝わることが阻
止される。これにより、半田リフローに伴う磁石の温度
上昇を抑えることができ、それに伴う不可逆減磁の問題
も解消される。更に、磁石に対する熱的安定性の条件が
緩和されるので、この点からも材料の制限が緩和され、
更には形状の小型化・薄型化が可能となり、結果的に素
子全体としての小型化・薄型化も実現できる。

【００２２】なお、前記実施例では、断熱材１１０を容
量基板１００の半田接合部のみに塗布したが、基板全面
に塗布しても、リフロー処理に対して同様の効果を得る
ことができる。ただし、終端抵抗１０６からの発熱対策
を施すことは必要であり、その部分に対する断熱材１１
０の塗布は控えるようにする。また、磁石１２２を省く
とともに、カバー及びシールドケースに磁気ヨークとし
ての機能を持たせる構造としてもよい。

【００２３】次に、図１（B）を参照しながら第２の例
について説明する。この実施例は磁石の周囲に断熱対策
を施すようにしたものである。容量基板１００は前記例
と同様の構成となっており、中心導体１０４の電極や端
子部分は、通常の軟化温度２３０℃の半田によって固定
されている。

【００２４】ところで、本実施例では、このような容量
基板１００の上面，すなわち半田接合部面全体に、片面
（磁石側）が粘着剤の付いた断熱ポリイミドフィルムを
断熱絶縁シート２００として載せている。そして、この
断熱絶縁シート２００を図５に示した磁石１４に接着
し、更に、カバー１０及びシールドケース１２によって
アイソレータを組み立てた。磁石１６側についても同様
である。

【００２５】なお、断熱絶縁シート２００は、終端抵抗
１０６からの発熱を考慮し、終端抵抗１０６の位置する
部分に切り欠き２０２を形成している。このようにする
ことで、終端抵抗１０６における熱の発散が阻害され
ず、良好に行われる。

【００２６】このようにして、作製したアイソレータと
断熱対策を処置していないアイソレータに対し、それぞ
れ２６０℃，３０secの半田リフロー処理を行った。そ
の結果、本実施例にて作製したアイソレータは、特性，
形状ともにリフロー前後で変化は認められなかった。し
かし、断熱対策なしのアイソレータでは、端子の脱落が
生じ、特性評価に至らなかった。

【００２７】＜実施例２＞次に、図２を参照しながら実
施例２について説明する。まず、同図（A）の実施例か
ら説明する。この実施例では、磁石３００，３０２とし
て、フェライト系磁石の代わりに、サマリウム・コバル
ト磁石の２−１７系（以下、「ＳmＣo・2-17系」と表示
する）磁石を用いている。この磁石は、熱に対して比較
的安定で、しかもフェライト系磁石より最大残留磁束密
度及び保磁力がともに非常に高いという利点がある。

【００２８】なお、ＳmＣo・2-17系磁石は導電性のた
め、容量基板１８と磁石３００，３０２との間にそれぞ
れ断熱絶縁シート３０４を挟んでいる。なお、このシー
トには、上述したようにリフロー工程で高温となること
から、絶縁性のみならず断熱性も要求される。断熱絶縁
シート３０４としては、例えば、ポリイミド，シリコー
ンなどの材料が用いられる。また、終端抵抗２４に対応
する部分に、切り欠き３０５が設けられている。

【００２９】そして、図２（A）に示す磁石２枚の構成
の素子について、磁石３００，３０２を薄くし、非可逆
回路素子としての特性を調べた。磁石を２枚用いると直
流磁界は得易いが、薄くするに従って磁場は弱くなる。
しかし、断熱絶縁シート３０４を挟んで容量基板１８と
磁石３００，３０２との距離がほぼ「0」となるように
すれば、磁石３００，３０２の厚みを０．３mm程度まで
薄型化しても、非可逆回路素子としての特性が得られ
た。

【００３０】他方、フェライト磁石の一例としてＳr異
方性磁石を用いて同様の構成の素子を作成し、同様の実
験を行った結果、容量基板と磁石との距離をほぼ「0」
とした場合でも、厚み０．５mm程度が非可逆回路素子の
特性を出す限界であった。

【００３１】なお、本実施例の場合において、磁石３０
０，３０２の厚みを０．３mm程度より薄型化した場合、
所望の磁場は得られるものの反磁界の影響が大となり、
リフロー半田付け工程を通すと、特性に乱れが生じ始め
る。

【００３２】図２（B）は、非可逆回路素子全体を覆う
金属ケース１０，１２に磁気ヨークとしての機能を持た
せ、磁石を２枚から１枚として薄型化したタイプの実施
例である。このタイプのものについて、同様に、磁石３
００としてＳmＣo・2-17系磁石を用いた場合と、Ｓr異方
性磁石を用いた場合とを比較した。その結果、Ｓr異方
性磁石を用いた場合、厚み０．７mm程度が非可逆回路素
子としての特性を出す限界であった。しかし、本実施例
のＳmＣo・2-17系磁石を用いた場合は、厚みが０．４mm
程度まで薄型化が可能であった。

【００３３】なお、前記実施例では断熱絶縁シートを用
いたが、その代わりに、ＳmＣo・2-17系磁石とその下に
配置される容量基板との間に空間を設け、これによって
磁力線を制御するにようにしてもよい。また、断熱絶縁
シートの変りに、断熱絶縁用の樹脂や接着剤を容量基板
１８上に塗布するようにしてもよい。かかる樹脂や接着
剤としては、例えばエポキシ系，紫外線硬化型，シリコ
ーン系などが用いられる。

【００３４】このように、実施例２によれば、フェライ
ト系磁石の代わりにＳmＣo・2-17系磁石を用いることと
したので、極めて薄いもので所望の特性を得ることがで
き、非可逆回路素子をより薄型化することが可能とな
る。また、断熱絶縁材料を用いることで、熱的安定性に
ついても、満足し得る結果が得られる。

【００３５】すなわち、ＳmＣo・2-17系磁石は、熱に対
して比較的安定であり、しかもフェライト系磁石より最
大残留磁束密度及び保磁力がともに非常に高いという特
長がある。このため、所望の直流磁界を従来のフェライ
ト系磁石よりも小さな形状で得ることができる。また、
磁壁のピンニング効果，すなわち磁壁の移動を、磁性体
内の欠陥，内部応力，異相で抑えて磁化反転を抑制する
効果が働き、これによる磁化反転の抑制によって、磁化
の反転や不可逆減磁の発生といった磁性体の劣化が良好
に抑えられる。

【００３６】更に、ＳmＣo・2-17系磁石の熱的安定性に
ついては、フェライト系磁石よりも勝るということでは
ないが、ほぼそれに準じ、実用的に全く問題はない。つ
まり、熱的な問題を生ずることなく、薄型化を図っても
十分な強度の直流磁界を得ることができる。これに断熱
材を用いるようにすれば、もちろん十分な熱的安定性が
得られる。

【００３７】＜実施例３＞次に、図３を参照しながら実
施例３について説明する。まず、同図（A）の磁石を２
枚用いるタイプの実施例から説明する。この実施例で
も、磁石４００，４０２はＳmＣo・2-17系磁石によって
形成されている。また、前記実施例の断熱絶縁シートの
代りに、磁石への半田リフロー時の熱伝導を防止し、し
かも磁石とフェライト上の中心導体との接触を防止する
ため、磁石４００，４０２の全体（あるいは少なくとも
容量基板側）を断熱絶縁用の樹脂あるいは接着剤４０４
で被覆した構成となっている。断熱絶縁用樹脂４０４と
しては、熱硬化性の樹脂，例えばナイロン系や液晶ポリ
マ系などの樹脂，あるいはエポキシ系，紫外線硬化型，
シリコーン系が用いられる。その他の部分は、背景技術
と同様である。

【００３８】このようにして得たアイソレータにつき、
実施例２と同様に非可逆回路素子としての性能を維持で
きる薄型化の程度を検討したところ、磁石４００，４０
２の厚みを０．２mmまで薄型化できた。

【００３９】同図（B）には、磁石を１枚用いるタイプ
の実施例が示されている。このタイプの場合には、厚み
０．３mm程度まで磁石４００の薄型化が可能となった。

【００４０】＜実施例４＞次に、図４を参照しながら実
施例４について説明する。この実施例は、前記実施例２
及び実施例３を組み合わせた実施例である。同図（A）
は磁石を２枚用いるタイプであり、同図（B）は磁石を
１枚用いるタイプである。

【００４１】いずれにおいても、磁石５００，５０２
は、その全体（少なくとも容量基板側）に断熱絶縁用の
樹脂又は接着剤５０４が塗布されており、容量基板１８
と磁石５００，５０２との間には断熱絶縁シート５０６
を介装した構成となっている。また、終端抵抗２４に対
応する部分に、切り欠き５０７が設けられている。な
お、逆に、磁石５００，５０２の金属ケース側（もしく
は全体）を断熱絶縁シートで覆い、容量基板１８の表面
に断熱絶縁樹脂を塗布するようにしてもよい。このよう
な構成としても、前記実施例と同様の効果を得ることが
できる。

【００４２】＜他の実施例＞この発明は、以上の開示に
基づいて多様に改変することが可能であり、例えば次の
ようなものがある。 （1）前記実施例は、本発明をアイソレータに適用した
ものであるが、他の非可逆回路素子にも同様に適用可能
である。また、直流磁界印加用の磁石が１枚のタイプと
するか２枚のタイプとするかも、必要に応じて選択して
よい。

【００４３】（2）各部の形状や寸法，特に容量基板の
構造も、何ら前記実施例に限定されるものではない。断
熱絶縁用のシートや樹脂，接着剤についても同様であ
り、各種のものを用いてよい。 （3）更に、前記実施例に示した半田リフロー条件など
も任意であり、適宜設定してよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果がある。 （1）半田付け部分や磁石周囲に断熱材を施して半田リ
フロー処理することとしたので、熱的安定性を確保しつ
つ材料の制限が回避されるとともに、温度上昇に伴う減
磁が防止される。

【００４５】（2）直流磁界用の磁石としてＳmＣo・2-17
系磁石を用いることとしたので、良好に非可逆回路素子
の小型化・薄型化を図ることができる。

【００４６】（3）直流磁界用の磁石としてＳmＣo・2-17
系磁石を用いるとともに、断熱材を用いることとしたの
で、熱的安定性を確保し、十分な磁界を得つつ、非可逆
回路素子の小型化・薄型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成を示す分解斜視図である。

【図２】実施例２の構成を示す分解斜視図である。

【図３】実施例３の構成を示す分解斜視図である。

【図４】実施例４の構成を示す分解斜視図である。

【図５】非可逆回路素子の一般的な構成を示す分解斜視
図である。

【符号の説明】

１０…カバー １２…シールドケース １８，１００…容量基板 ２４，１０６…終端抵抗 １０２…フェライト １０４…中心導体 １０８…端子 １１０…断熱材 １２０，１２２，３００，３０２，４００，４０２，５
００，５０２…磁石 ２００，３０４，５０６…断熱絶縁シート ２０２，３０５，５０７…切り欠き ４０４，５０４…断熱絶縁樹脂

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心導体及び回路を構成する磁性体を含
   み、外部接続用の端子を備えた容量基板；前記磁性体に
   直流磁界を印加するための少なくとも一つの磁石；を備
   え、 前記容量基板の半田付け部分及び磁石に施された断熱
   材；を備えた非可逆回路素子。
2. 【請求項２】 中心導体及び回路を構成する磁性体を含
   み、外部接続用の端子を備えた容量基板；前記磁性体に
   直流磁界を印加するための少なくとも一つの磁石；を備
   え、 前記磁石として、ＳmＣo・2-17系磁石を用いた非可逆回
   路素子。
3. 【請求項３】 前記磁石と容量基板との間に断熱絶縁材
   を施した請求項２記載の非可逆回路素子。