JP4338892B2 - Coupling structure for electromagnetic coupling for magnetic resonator, method for manufacturing the same, YIG resonance device, and barium ferrite resonance device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体、YIG共振装置の製造方法に関する。特に、磁性体共振器と電磁結合する極小の結合コイルを所定の一定した形状に形成する電磁結合用カップリング構造体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
先ず、磁性体共振器の具体例としてはYIG(Yttrium Iron Garnet)を利用した共振素子がある。これは非常に高いQ値を有していて、且つこれが受ける磁界の強度にほぼ比例して共振周波数が変化できる素子である。この特性を利用してYIG同調発振器やYIG同調フィルタが実現されている。
YIG共振素子と周辺装置との構造例を示す参考資料としては、特願平8−76588号(共振器およびこれを用いたYIGデバイス)がある。この構造によれば、つぼ形磁気コアと板状磁気コアとの挟まれたギャップ間の磁界空間上に結合コイルが配設される構造となっている。この結合コイルがYIG共振素子との間において電磁結合を行うためのカップリング構造体である。適用される周波数帯としてはマイクロ波帯域からミリ波帯域に使用される。
【0003】
このようにYIG共振素子(磁性体共振器)と外部授受回路との間において電磁結合を行うカップリング構造体が必要である。ところが、YIG共振素子は極めて小さく、例えば0.4mmφと極小な球体である。この球体に隣接して所定に電磁結合されるように配設するカップリング用の結合コイルも同様に小さく、例えば0.7mmφと小さい。両者は球体の中心軸に対して所定の位置関係に配置して適切なる電磁結合とすることが求められている。
【0004】
次に、上記に適用するカップリング構造体で重要な結合コイルの形成について図1の形成行程を参照して説明する。図1(c)の結合コイルは形成された最終構造を示している。この場合には、マイクロ波帯域で電磁結合が可能とする為に、約1/2ターンの結合コイルであり、一定した大きさと形状と配置関係とを備えたコイル形状に形成する必要がある。
【0005】
カップリング構造体の要部構成要素としては、図1(c)のコイル形成完了状態を示す正面図と上面図とに示すように、基板80と、第1電極11と、第2電極12と、結合コイル50との構造要素を備える。
基板80は、本願に係るカップリング構造体のコイル周辺部を示していて、結合コイル50を支持固定して、外部との信号の授受を行う為に、所定の特性インピーダンスの伝送線路や同軸コネクタ(図示ない)等を備えている。尚、基材としてはマイクロ波帯域で特性の良いアルミナ材やサファイヤ材が使用される。
図1(c)に示す結合コイル50は、例えば内径が0.7mmφ程度で、約1/2ターンの小さなコイルであって、最終的に形成されたコイルの両端は第1電極11と第2電極12とによって電気的に接続され、且つ、基板上の所定の位置へ、コイル自身が自立状態に支持固定される必要がある。
【0006】
次に、この結合コイル50の形成手順を説明する。
図1(a)はワイヤリボンの一端が基板上の所定の位置へ接続された状態を示す正面図と上面図であり、この形成行程では、結合コイルの元となるワイヤリボン40の一端が第1電極11へ、専用の超音波ワイヤボンダ装置等(図示ない)によってボンディング接続(溶着)された後、成形棒70がコイル巻きされる中央位置へ配置固定された状態を示している。ワイヤリボン40としては、高周波特性に有利な幅広の板状の連続した長い金ワイヤの状態で使用される。この厚みとしては自立可能な数十μm程度の厚みで、幅が数百μm程度の幅広の板状部材が使用される。尚、丸い形状の金ワイヤが使用される場合もある。
【0007】
次に、図1(b)はワイヤリボンを湾曲形成後他端が接続された状態を示す正面図と上面図であり、この形成行程では、ワイヤリボン40が成形棒70に沿って第2電極12迄湾曲させ、その後に専用の超音波ワイヤボンダ装置(図示ない)によってボンディング接続された後、不要なリードをカット処理された状態を示している。このとき、作業者によって、ワイヤリボン40の張り具合が異なる場合があり、またワイヤボンダ装置と基板80との位置決め関係、またワイヤボンダ装置のボンディング条件等に伴って、形成されるループの大きさや形状が均一に形成されず、これらに伴って製造上のばらつきを生じてくる。この結果、図2に示すように、実用出来ないようなループ形状のばらつきを生じてくる難点がある。尚、後工程で成形棒70を抜き去ることが可能な張り具合とする必要性もある。
【0008】
次に、上記形成手法によるばらつき例を図2に示す。図2(a)は適正に形成された形状であり、ループ高さ(図2A参照)が目的とする0.7mmに形成され、且つ、ループのコイル幅(図2B参照)が目的とする0.7mmでボンディングされた場合である。一方、形成ばらつきの形態としては、図2(b)に示すように、ワイヤの張りが甘かったりした結果、ループ高さが突出する変形(図2C参照)となる不具合例があり、また、図2(c)に示すように、ボンディング位置不良の結果、ループのコイル幅が広く変形(図2D参照)した不具合例がある。更に、ボンディングの位置ずれに伴い一定した位置で固定されない場合もある。このように、従来の形成形態においては、製造品質のばらつきを伴う大きな難点がある。この結果として、YIG共振素子との電磁結合特性に対して、個々に差異を生じてくる。例えば、電磁結合が強すぎるとスプリアスが生じやすくなったり、また外部からYIG共振素子へ与える磁界の強度に比例した共振周波数となるところが、部分的にホッピング(飛び)する現象が発生したり、また電磁結合が弱すぎて発振が停止し易くなってしまうというように、種々のクリチカルな条件が発生し易くなり、安定した回路機能が得られなくなる場合がある。このことは素子としての裕度が狭くなり、また素子の実用上の信頼性が低下してしまう。これらの観点からして結合コイルの形成ばらつきが生じることは好ましくない。
【0009】
次に、図1(c)はコイル形成完了状態を示す正面図と上面図であり、この行程では、固定されていた成形棒70をゆっくりと慎重に抜き去ることで、最終的な自立した結合コイル50が完成する。この成形棒70を抜き去るときに、コイルがきつく形成されている場合には、完成した結合コイル50にストレスを与えてコイル形状が変形してしまったり、ボンディング部位が外れたり変形したりする不具合も希には生じる。この点においても結合コイル形成上における実用上の難点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述説明したように従来技術においては、成形棒にワイヤリボンを巻き付けるようにして、所望の一定した大きさと形状とを備える小さな結合コイルを形成している。しかしながら、上述したように、製造上のばらつきに伴って結合コイルの形成ばらつきが生じ易い。この結果、YIG共振素子へ組み込まれた共振回路としたときに、設計上の電磁結合条件とはならなくなる結果、上述したように様々な好ましくない不具合を生じてくる難点がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、磁性体共振器へ電磁結合する結合コイルの形成において、製造上のばらつきを大幅に低減可能とする磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
第1の解決手段を示す。
上記課題を解決するために、マイクロ波帯域からミリ波帯域に適用する磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体であって、金属コイルとベース基板と型材とを備え、
上記金属コイル(例えば結合コイル96)は所定コイル形状に形成されて磁性体共振器に対して所定に電磁結合を行う極小のコイルであり、
上記ベース基板(例えば基板80)は上記金属コイルの両端子部(例えば接続電極97)を対応するベース基板側の電極(例えば第1電極11と第2電極12)へ電気的に接続して当該金属コイルを自立固定させて電磁結合用カップリング構造体となり、
上記型材(例えば犠牲層90)は所定の溶剤により溶解可能であって、極小の上記金属コイルのコイル形状を維持可能に保持し、且つ当該型材に保持している上記金属コイルを対応するベース基板側の電極へ、超音波ワイヤボンダ装置等で電気的に接続するときの押圧に対して、上記金属コイルのコイル形状が変形すること無く所定に保持できる構造を備え、前記電気的に接続後に当該型材は所定の溶剤により溶解されて消失して上記金属コイルを出現させ、
以上を具備することを特徴とする磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体である。
上記発明によれば、磁性体共振器へ電磁結合する結合コイルの形成において、製造上のばらつきを大幅に低減可能とする磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体が実現できる。
【0012】
次に、第2の解決手段を示す。ここで第3図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述金属コイルの一態様としては、上記型材の所定部位に上記金属コイルのコイル形状となる所定形状の凹部を形成し、当該凹部位に対して金メッキにより所定厚膜の上記金属コイルを生成させる、ことを特徴とする上述磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体がある。
【0013】
次に、第3の解決手段を示す。ここで第5図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述金属コイルの一態様としては、平行に形成した2つのコイルとなるように、金メッキによって並行に配設形成した2つの金属コイルを形成する、ことを特徴とする上述磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体がある。
これにより、製造上のばらつきを大幅に低減可能とした均一構造、均一形状の平行に形成した2つのコイル(例えばヘルムホルツコイル形)を備える金属コイルが形成可能となる。
【0014】
次に、第4の解決手段を示す。ここで第4図は、本発明に係る解決手段を示している。
上述金属コイルの一態様としては、上記ベース基板を切り欠き、当該切り欠き部へ上記型材を収容して上記金属コイルの両端子部を対応するベース基板側の電極へ電気的に接続して、上記金属コイルを上記ベース基板の切り欠き部へ収容する実装構造を備える、ことを特徴とする上述磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体がある。
【0015】
次に、第5の解決手段を示す。
上述磁性体共振器の一態様としては、YIG(Yttrium Iron Garnet)単結晶による磁性体共振器である、ことを特徴とする上述磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体がある。
【0016】
次に、第6の解決手段を示す。
YIG球を適用した磁性体共振器を具備し、
上記磁性体共振器へ一定の磁界若しくは可変可能な磁界を印加する磁界印加手段(例えば励磁用コイル)を具備し、
上記磁性体共振器に対して所定位置関係に上記金属コイルを配設して電磁結合する上述電磁結合用カップリング構造体を具備し、
以上を具備することを特徴とするYIG共振装置がある。
これにより、製造ばらつきや特性ばらつきが少ない安定したYIG同調発振器又はYIG同調フィルタが実現できる。
【0017】
次に、第7の解決手段を示す。
上述磁性体共振器の一態様としては、バリウムフェライト単結晶による磁性体共振器である、ことを特徴とする上述磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体がある。
【0018】
次に、第8の解決手段を示す。
バリウムフェライト球を適用した磁性体共振器を具備し、
上記磁性体共振器へ一定の磁界若しくは可変可能な磁界を印加する磁界印加手段(例えば励磁用コイル)を具備し、
上記磁性体共振器に対して所定位置関係に上記金属コイルを配設して電磁結合する上述電磁結合用カップリング構造体を具備し、
以上を具備することを特徴とするバリウムフェライト共振装置がある。
これにより、製造ばらつきや特性ばらつきが少ない安定したバリウムフェライト同調発振器又はバリウムフェライト同調フィルタが実現できる。
【0019】
次に、第9の解決手段を示す。ここで第3図は、本発明に係る解決手段を示している。
マイクロ波帯域からミリ波帯域に適用する磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法であって、金属コイルとベース基板と型材とを備え、
上記金属コイル(例えば結合コイル96)は所定コイル形状に形成されて磁性体共振器に対して所定に電磁結合を行う極小のコイルであり、
上記ベース基板(例えば基板80)は上記金属コイルの両端子部を対応するベース基板側の電極(例えば第1電極11と第2電極12)へ電気的に接続して当該金属コイルを自立固定させて電磁結合用カップリング構造体となり、
上記型材(例えば犠牲層90)は上記金属コイルの形状となるU字溝92を切削加工若しくは成型により形成する行程を具備し、
形成された上記U字溝92において、所定のコイル形状及びコイル両端の接続電極97となる輪郭に導電性レジスト94を塗布する行程を具備し、
上記型材に対して電解メッキにより上記導電性レジスト上に所定膜厚となる厚膜の金メッキを成長形成して所定形状の金属コイルを形成する行程を具備し、
コイル両端の上記接続電極97を対応するベース基板側の電極へ所定に位置決めして当接押圧した状態で、上記型材を介して超音波振動を与えて両者を電気的に溶着接続する行程を具備し、
上記ベース基板と共に上記型材を所定の溶剤(例えば塩酸)に浸して上記型材を溶解除去する行程を具備し、
以上を具備して所定形状の金属コイルを形成することを特徴とする磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法がある。
【0020】
尚、本願発明手段は、所望により、上記解決手段における各要素手段を適宜組み合わせて、実用可能な他の構成手段としても良い。また、上記各要素に付与されている符号は、発明の実施の形態等に示されている符号に対応するものの、これに限定するものではなく、実用可能な他の均等物を適用した構成手段としても良い。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を適用した実施の形態の一例を図面を参照しながら説明する。また、以下の実施の形態の説明内容によって特許請求の範囲を限定するものではないし、更に、実施の形態で説明されている要素や接続関係が解決手段に必須であるとは限らない。更に、実施の形態で説明されている要素や接続関係の形容/形態は、一例でありその形容/形態内容のみに限定するものではない。
【0022】
本発明について、図3のカップリング構造体の結合コイルに係る形成行程を参照して以下に説明する。尚、従来構成に対応する要素は同一符号を付し、また重複する部位の説明は省略する。
【0023】
図3(a)における犠牲層90は、溶剤により溶解可能な直方体の樹脂材であって例えばデルリン樹脂を使用する。そして、結合コイルの大きさと形状とを決めるU字形のU字溝92を切削加工等により形成する。切削加工では例えば0.7mmの極小のU字溝は容易であり、精度良く切削可能である。尚、犠牲層90の厚みとしては、結合コイル96の数百μm程度の幅広と同一、若しくは図3(d)に示すように、それ以上の厚みを備える。尚、U字溝92の形成手法としては切削加工の代わりに成型手法により形成しても良い。
【0024】
図3(b)の行程では、導電性レジスト94を塗布する。即ち、最終的に形成される結合コイル96の数百μm程度の幅広で、且つコイル両端の接続電極を有するような輪郭のコイル形状に、導電性レジスト94を塗布する。図3(d)は底面側から犠牲層90を見たときの塗布された導電性レジスト94の様子を示している。
【0025】
図3(c)の行程では、厚膜の金メッキを形成する。即ち、上記で塗布形成された導電性レジスト94の導電面に対して電解メッキ法により金メッキを形成させて結合コイル96及びコイル両端の接続電極97を形成する。このときのメッキの厚みとしては、金メッキ自身で自立可能な程度に厚みのあるメッキ処理を施す。例えば10μm以上の膜厚となるようにメッキ処理を施す。図3(d)は底面側から見たときの金メッキにより形成される結合コイルの様子を示している。
【0026】
図3(e)の行程では、上記で結合コイル96が形成された状態の犠牲層90を、対応する第1電極11、第2電極12上へ所定位置関係に配置した後、溶着接続をする。即ち、犠牲層90を基板80に対して所定に位置決めした状態で、上部から超音波加振装置150により犠牲層90を介して結合コイル96両端の接続電極97を超音波振動させて、両接続電極97を溶着接続する。このとき、結合コイル96両端のコイル幅(図3C参照)は犠牲層90で固定されているからして一定のコイル幅で接続される利点が得られる。また、犠牲層90に結合コイル96が張り付いている為、上から押圧されてもコイル形状が変形すること無く溶着できる利点が得られる。
【0027】
図3(f)の行程では、犠牲層90を溶解除去する。即ち、基板80全体を犠牲層90が溶解可能な溶剤、例えば塩酸の溶液に浸透させて、犠牲層90と導電性レジスト94とを溶解除去する。このときも、外力が加わらないので極小のコイルの形状は維持されたまま残存する。この結果、自立した状態の結合コイル96が最終的に完成する。しかも、形成された結合コイル96のループ高さ(図3A参照)とループのコイル幅(図3B参照)とは、常に一定であり、製造ばらつきが殆ど無い均一形状のコイルが所定位置に接続できる大きな利点が得られる。上述発明のコイル形成手法によれば、当初の設計上の電磁結合条件にコイル形状が形成され配設される。この結果、YIG共振素子へ組み込まれた共振回路としたときに、従来技術で示したような、形状ばらつきに伴う電磁結合のばらつき、その他に伴う様々な好ましくない不具合現象が解消できる大きな利点が得られることとなる。
【0028】
尚、本発明の技術的思想は、上述実施の形態の具体構成例、接続形態例に限定されるものではない。更に、本発明の技術的思想に基づき、上述実施の形態を適宜変形して広汎に応用してもよい。
例えば、上述実施例では、結合コイル96は基板80の上部に取り付ける具体例であったが、図4に示すように他の配設形態がある。この場合には基板80の一部を切り欠いて上記犠牲層90が丁度収容できる大きさの開口部82を備える。そして、図4(a)に示すように、この開口部82へ上記犠牲層90を収容し、その状態でコイル両端の接続電極97と対応する第1電極11、第2電極12とをボンディングワイヤ98で各々接続する。その後に、不要な犠牲層90を溶解除去すると、図4(c)に示すように、結合コイル50は当該開口部82内へ収容されるように配設される配設形態となる。
これによれば、基板の高さが抑えられて磁気回路のギャップ(Gap)を狭くすることができる結果、特開平10−163716(YIG共振器)に示すように、小型化、省電力化が計れるという優れた利点が得られる。
また、基板80を装置へ実装するときに結合コイル96が周辺に接触して不用意に変形してしまう難点も解消できる。
【0029】
また、上述実施例では、結合コイル96は1つのU字形状のコイルを基板80へ取り付ける具体例であったが、図5に2つの並行するU字形状のコイルを基板80へ取り付ける他の配設形態を示す。この並行に配設された2つのコイルは結合コイルが発生する高周波磁場の均一度が良くなる結果、寄生共振が抑制された共振器を実現し易い利点がある。図5(a)は犠牲層90底面側から見た様子を示していて、上述した形成手法に基づき、同様にして犠牲層90上に並行にコイル配列した2つの結合コイル96a、96bを形成できる。図5(b)は最終的に基板80上へ接続された状態を示している。図5(c)は基板上面側から見た接続状態を示している。
これによれば、2つのコイルが精密に一定した物理的位置関係で形成できる大きな利点が得られる。無論、設計上の電磁結合条件にコイル形状が形成できる。従って、品質の一定した極小の平行に形成した2つのコイルとした結合コイルが安定に形成できる大きな利点が得られることとなる。
【0030】
また、上述実施例では、結合コイル96は電解メッキにより形成する手段とした具体例で示したが、その他の形成手段を適用して結合コイル96を形成しても良い。
【0031】
また、上述実施例では、結合コイル96は犠牲層90のU字形の凹形状のU字溝92へ所定のコイル形状を形成する具体例で示したが、逆に犠牲層90に逆U字形の凸形状を形成しておき、この凸形状に所定のコイル形状を形成するようにしても良い。この場合には図4の接続手法により基板へ電気的に接続することができる。
【0032】
また、上述実施例では、犠牲層90のU字形のU字溝92へ電解メッキ手法により所定のコイル形状を形成する具体例で示したが、ワイヤリボン40をU字溝92へプレス機械でプレスしてコイル形状を形成させ、両端を切断して結合コイル96とする。そして、この形状が維持されるように固定する。例えば超音波加振装置等で犠牲層90と結合コイル96と融着させて一体化させる。尚、超音波加振装置の先端部をU字形に加工してプレス機械用として両用できるようにしても良い。この結果、所定形状の結合コイル96が犠牲層90へ接着保持されるので、以後は上述同様に基板80へ電気的に接続する。
この場合には上述した電解メッキ手法に比較してコイル形状の寸法精度が少し劣るものの実用的な寸法精度で形成可能となる場合には、時間のかかる電解メッキ作業が不要にできる。
【0033】
【発明の効果】
本発明は、上述の説明内容からして、下記に記載される効果を奏する。
上述説明したように本発明によれば、マイクロ波帯域で適用される極小の結合コイルの形状を決めるU字形のU字溝を備える犠牲層へ、所定幅の厚膜の金メッキを形成し、これをコイルとして基板へ接続する形成手段としたことにより、コイル形状ばらつきが解消されて均一のコイルが実現でき、当初の設計上の電磁結合条件にコイル形状が形成可能となる利点が得られる。
この結果、YIG共振素子へ当該コイルを組み込んで共振回路としたときに、YIG共振素子との電磁結合条件が当初の設計通りに実現される結果、例えば、電磁結合が強すぎて、無用のスプリアスが生じやすくなったり、また外部からYIG共振素子へ与える磁界の強度に比例した共振周波数とならずに、部分的にホッピング(飛び)する現象が発生したり、また電磁結合が弱くなって発振が停止し易くなってしまうというような、種々のクリチカル条件が、本発明の均一なコイル形成によって大幅に低減される。この結果、安定した結合特性の共振回路が実現できる大きな利点が得られる。更に、このことは、共振回路としての裕度が得られ、共振回路としての信頼性が一層向上する利点も得られる。
また、図4に示す配設形態によれば、基板の高さが抑えられて磁気回路のギャップを狭くすることができる結果、特開平10−163716(YIG共振器)に示すように、小型化、省電力化が計れるという優れた利点が得られる。
従って、本発明の技術的効果は大であり、産業上の経済効果も大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の、カップリング構造体の形成行程を示す図。
【図2】従来の、結合コイル形成によるループ形状のばらつきを説明する図。
【図3】本発明の、カップリング構造体の形成行程を示す図。
【図4】本発明の、結合コイルを基板内へ配設する様子を示す図。
【図5】本発明の、平行に形成した2つのコイルとした結合コイルを形成する様子を示す図。
【符号の説明】
11 第1電極
12 第2電極
40 ワイヤリボン
50,96,96a,96b 結合コイル
70 成形棒
80 基板
82 開口部
90 犠牲層
92 U字溝
94 導電性レジスト
97 接続電極
98 ボンディングワイヤ
150 超音波加振装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator and a method for manufacturing a YIG resonance device. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a coupling structure for electromagnetic coupling, in which a minimal coupling coil that electromagnetically couples with a magnetic resonator is formed in a predetermined constant shape.
[0002]
[Prior art]
First, as a specific example of the magnetic resonator, there is a resonant element using YIG (Yttrium Iron Garnet). This is an element having a very high Q value and capable of changing the resonance frequency almost in proportion to the strength of the magnetic field received by the Q value. A YIG tuning oscillator and a YIG tuning filter are realized using this characteristic.
Japanese Patent Application No. 8-76588 (resonator and YIG device using the same) is a reference material showing a structural example of a YIG resonant element and a peripheral device. According to this structure, the coupling coil is arranged in the magnetic field space between the gaps sandwiched between the crucible magnetic core and the plate-like magnetic core. This coupling coil is a coupling structure for performing electromagnetic coupling with the YIG resonant element. The frequency band to be applied is used from the microwave band to the millimeter wave band.
[0003]
Thus, a coupling structure that performs electromagnetic coupling between the YIG resonance element (magnetic resonator) and the external transfer circuit is required. However, the YIG resonant element is extremely small, for example, a sphere as small as 0.4 mmφ. A coupling coil for coupling disposed adjacent to the sphere so as to be electromagnetically coupled to a predetermined size is also small, for example, 0.7 mmφ. Both are required to be arranged in a predetermined positional relationship with respect to the central axis of the sphere to achieve appropriate electromagnetic coupling.
[0004]
Next, formation of a coupling coil important in the coupling structure applied to the above will be described with reference to the formation process of FIG. The coupling coil of FIG. 1 (c) shows the final structure formed. In this case, in order to enable electromagnetic coupling in the microwave band, the coupling coil has about 1/2 turn and needs to be formed in a coil shape having a constant size, shape, and arrangement relationship.
[0005]
As shown in the front view and the top view showing the coil formation completion state in FIG. 1C, the main components of the coupling structure are the
The
The
[0006]
Next, a procedure for forming the
FIG. 1A is a front view and a top view showing a state in which one end of the wire ribbon is connected to a predetermined position on the substrate. In this formation process, one end of the
[0007]
Next, FIG. 1B is a front view and a top view showing a state in which the other end is connected after the wire ribbon is bent. In this forming step, the
[0008]
Next, FIG. 2 shows a variation example by the above forming method. FIG. 2A shows a properly formed shape, the loop height (see FIG. 2A) is set to the target 0.7 mm, and the loop coil width (see FIG. 2B) is the target 0. This is the case of bonding at 7mm. On the other hand, as a form of formation variation, as shown in FIG. 2B, there is a defect example in which the loop height protrudes (see FIG. 2C) as a result of the looseness of the wire. As shown in FIG. 2 (c), there is a defect example in which the coil width of the loop is widely deformed (see FIG. 2D) as a result of bonding position failure. Furthermore, there is a case where it is not fixed at a fixed position due to the positional deviation of bonding. Thus, in the conventional formation form, there exists a big difficulty accompanied by the dispersion | variation in manufacturing quality. As a result, individual differences occur with respect to the electromagnetic coupling characteristics with the YIG resonant element. For example, if the electromagnetic coupling is too strong, spurious is likely to occur, or a phenomenon in which the resonance frequency proportional to the strength of the magnetic field applied to the YIG resonant element from the outside partially hops (jumps) occurs. Various critical conditions are likely to occur such that the electromagnetic coupling is too weak to easily stop oscillation, and a stable circuit function may not be obtained. This reduces the tolerance as an element and reduces the practical reliability of the element. From these viewpoints, it is not preferable that variations in the formation of the coupling coil occur.
[0009]
Next, FIG. 1 (c) is a front view and a top view showing the coil formation completion state. In this process, the fixed self-bonding
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the prior art, a small coupling coil having a desired constant size and shape is formed by winding a wire ribbon around a forming rod. However, as described above, the formation variation of the coupling coil tends to occur with the manufacturing variation. As a result, when the resonant circuit is incorporated into the YIG resonant element, the design electromagnetic coupling conditions are not satisfied, and as a result, there are various unfavorable problems as described above.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator that can greatly reduce manufacturing variations in the formation of a coupling coil that is electromagnetically coupled to the magnetic resonator . It is to provide a manufacturing method .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A first solution will be described.
In order to solve the above problems, a coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator applied from a microwave band to a millimeter wave band, comprising a metal coil, a base substrate, and a mold material,
The metal coil (for example, the coupling coil 96) is a very small coil that is formed in a predetermined coil shape and performs predetermined electromagnetic coupling with the magnetic resonator.
The base substrate (for example, substrate 80) electrically connects both terminal portions (for example, connection electrode 97) of the metal coil to corresponding electrodes (for example, the
The mold material (for example, the sacrificial layer 90) can be dissolved by a predetermined solvent, can maintain the coil shape of the extremely small metal coil, and the base substrate corresponding to the metal coil held in the mold material A structure that can hold a predetermined shape without deformation of the coil shape of the metal coil against the pressure when electrically connecting to the side electrode with an ultrasonic wire bonder device or the like, and after the electrical connection, the mold material Is dissolved by a predetermined solvent and disappears to cause the metal coil to appear,
A coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator characterized by comprising the above.
According to the above invention, it is possible to realize an electromagnetic coupling coupling structure for a magnetic resonator that can greatly reduce manufacturing variations in forming a coupling coil that is electromagnetically coupled to the magnetic resonator.
[0012]
Next, a second solving means will be shown. FIG. 3 shows the solution means according to the present invention.
As one aspect of the metal coil, a concave portion having a predetermined shape which is a coil shape of the metal coil is formed in a predetermined portion of the mold material, and the metal coil having a predetermined thickness film is generated by gold plating on the concave portion. There is an electromagnetic coupling coupling structure for the above-described magnetic resonator.
[0013]
Next, a third solving means will be shown. FIG. 5 shows the solving means according to the present invention.
As one aspect of the above-described metal coil, two metal coils arranged in parallel by gold plating are formed so as to be two coils formed in parallel, and the electromagnetic coupling for the magnetic resonator described above, There is a coupling structure.
As a result, it is possible to form a metal coil that has two coils (for example, Helmholtz coil type) formed in parallel with a uniform structure and uniform shape that can greatly reduce manufacturing variations.
[0014]
Next, a fourth solving means will be shown. FIG. 4 shows the solving means according to the present invention.
As one aspect of the metal coil, the base substrate is notched, the mold material is accommodated in the notch portion, and both terminal portions of the metal coil are electrically connected to the corresponding electrodes on the base substrate side, There is provided a coupling structure for electromagnetic coupling for the above-described magnetic resonator, characterized in that it has a mounting structure for accommodating the metal coil in the notch of the base substrate.
[0015]
Next, a fifth solving means will be shown.
As one aspect of the magnetic resonator, there is a coupling structure for electromagnetic coupling for the magnetic resonator described above, which is a magnetic resonator made of a YIG (Yttrium Iron Garnet) single crystal.
[0016]
Next, sixth solving means will be described.
A magnetic resonator using a YIG sphere is provided,
Magnetic field applying means (for example, an exciting coil) for applying a constant magnetic field or a variable magnetic field to the magnetic resonator,
Comprising the above-described electromagnetic coupling coupling structure that electromagnetically couples the metal coil in a predetermined positional relationship with the magnetic resonator;
There exists a YIG resonance apparatus characterized by comprising the above.
Thereby, a stable YIG tuning oscillator or YIG tuning filter with little manufacturing variation and characteristic variation can be realized.
[0017]
Next, a seventh solving means will be shown.
As an aspect of the above-described magnetic resonator, there is an electromagnetic coupling coupling structure for the above-described magnetic resonator, which is a magnetic resonator made of a barium ferrite single crystal.
[0018]
Next, an eighth solving means will be shown.
It has a magnetic resonator that uses barium ferrite spheres,
Magnetic field applying means (for example, an exciting coil) for applying a constant magnetic field or a variable magnetic field to the magnetic resonator,
Comprising the above-described electromagnetic coupling coupling structure that electromagnetically couples the metal coil in a predetermined positional relationship with the magnetic resonator;
There is a barium ferrite resonance device characterized by comprising the above.
As a result, a stable barium ferrite tuned oscillator or barium ferrite tuned filter with less manufacturing variation and characteristic variation can be realized.
[0019]
Next, ninth solving means will be described. FIG. 3 shows the solution means according to the present invention.
A method of manufacturing a coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator applied from a microwave band to a millimeter wave band, comprising a metal coil, a base substrate, and a mold material,
The metal coil (for example, the coupling coil 96) is a very small coil that is formed in a predetermined coil shape and performs predetermined electromagnetic coupling with the magnetic resonator.
The base substrate (for example, the substrate 80) electrically connects both terminal portions of the metal coil to corresponding electrodes (for example, the
The mold material (for example, the sacrificial layer 90) includes a step of forming a
The formed
A step of growing a thick gold plating having a predetermined thickness on the conductive resist by electrolytic plating on the mold material to form a metal coil having a predetermined shape;
In the state where the
A step of dissolving and removing the mold material by immersing the mold material together with the base substrate in a predetermined solvent (for example, hydrochloric acid);
There is a method of manufacturing an electromagnetically coupled coupling structure for a magnetic resonator, characterized in that a metal coil having a predetermined shape is formed.
[0020]
In addition, the invention means of the present application may be combined with each element means in the above-described solution means as appropriate to form other practical means that can be used as desired. Moreover, although the code | symbol provided to each said element respond | corresponds to the code | symbol shown by embodiment etc. of this invention, it is not limited to this, The structural means to which the other equivalent which is practical is applied It is also good.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an embodiment to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. Further, the scope of the claims is not limited by the description of the following embodiment, and further, the elements and connection relationships described in the embodiment are not necessarily essential to the solution means. Furthermore, the features / forms of the elements and connection relationships described in the embodiments are merely examples, and are not limited only to the features / forms.
[0022]
The present invention will be described below with reference to a forming process according to the coupling coil of the coupling structure shown in FIG. In addition, the element corresponding to a conventional structure attaches | subjects the same code | symbol, and description of the overlapping part is abbreviate | omitted.
[0023]
The
[0024]
In the process of FIG. 3B, a conductive resist 94 is applied. That is, the conductive resist 94 is applied in a coil shape having a width of about several hundred μm of the finally formed
[0025]
In the process of FIG. 3C, a thick gold plating is formed. That is, gold plating is formed on the conductive surface of the conductive resist 94 applied and formed by electrolytic plating to form the
[0026]
3E, the
[0027]
In the step of FIG. 3F, the
[0028]
The technical idea of the present invention is not limited to the specific configuration example and connection mode example of the above-described embodiment. Furthermore, based on the technical idea of the present invention, the above-described embodiment may be modified as appropriate and applied widely.
For example, in the above-described embodiment, the
According to this, the height of the substrate can be suppressed and the gap (Gap) of the magnetic circuit can be narrowed. As a result, as shown in JP-A-10-163716 (YIG resonator), miniaturization and power saving can be achieved. An excellent advantage is that it can be measured.
Moreover, the difficulty that the
[0029]
In the above-described embodiment, the
This provides a great advantage that the two coils can be formed with a precisely constant physical positional relationship. Of course, the coil shape can be formed under the electromagnetic coupling conditions in the design. Therefore, it is possible to obtain a great advantage that a coupled coil having two coils formed in parallel with a minimum in quality can be stably formed.
[0030]
In the above-described embodiment, the
[0031]
In the above-described embodiment, the
[0032]
In the above embodiment, the specific coil shape is formed on the U-shaped
In this case, although the dimensional accuracy of the coil shape is slightly inferior to that of the above-described electrolytic plating method, a time-consuming electrolytic plating operation can be eliminated if it can be formed with practical dimensional accuracy.
[0033]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects in view of the above description.
As described above, according to the present invention, a thick gold plating having a predetermined width is formed on a sacrificial layer having a U-shaped U-groove that determines the shape of a very small coupling coil applied in the microwave band. By using the forming means for connecting to the substrate as a coil, variations in the coil shape can be eliminated, a uniform coil can be realized, and the coil shape can be formed under the electromagnetic coupling conditions originally designed.
As a result, when the coil is incorporated into the YIG resonant element to form a resonant circuit, the electromagnetic coupling condition with the YIG resonant element is realized as originally designed. For example, the electromagnetic coupling is too strong and unnecessary spurious is generated. Oscillation is likely to occur, and the phenomenon of partial hopping (jumping) occurs without the resonance frequency being proportional to the strength of the magnetic field applied to the YIG resonance element from the outside, and the electromagnetic coupling becomes weak and oscillation occurs. Various critical conditions that make it easier to stop are greatly reduced by the uniform coil formation of the present invention. As a result, it is possible to obtain a great advantage that a resonant circuit having a stable coupling characteristic can be realized. Furthermore, this provides a margin as a resonance circuit and an advantage that the reliability as the resonance circuit is further improved.
Also, according to the arrangement shown in FIG. 4, the height of the substrate can be suppressed and the gap of the magnetic circuit can be narrowed. As a result, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 10-163716 (YIG resonator), miniaturization is achieved. An excellent advantage of saving power can be obtained.
Therefore, the technical effect of the present invention is great, and the industrial economic effect is also great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional process of forming a coupling structure.
FIG. 2 is a diagram for explaining a variation in loop shape due to the formation of a conventional coupling coil;
FIG. 3 is a diagram showing a process of forming a coupling structure according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a coupling coil according to the present invention is disposed in a substrate.
FIG. 5 is a diagram showing a state of forming a coupling coil as two coils formed in parallel according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11
Claims (6)
前記金属コイルは所定コイル形状に形成されて磁性体共振器に対して所定に電磁結合を行う極小のコイルであり、
前記ベース基板は該金属コイルの両端子部を対応するベース基板側の電極へ電気的に接続して当該金属コイルを固定させて電磁結合用カップリング構造体となり、
前記ベース基板に、前記型材を収容できる大きさの開口部を形成する工程と、
前記型材に、前記金属コイルの形状に略等しい形状のU字溝を切削加工若しくは成型により形成する工程と、
形成された前記U字溝において、所定のコイル形状及びコイル両端の接続電極となる輪郭に導電性レジストを塗布する工程と、
前記型材に対して、電解メッキにより、前記導電性レジスト上に所定膜厚となる厚膜の金メッキを成長形成して所定形状の金属コイルを形成する工程と、
前記開口部に、前記金属コイルを形成した前記型材を収容する工程と、
前記金属コイルの両端の前記接続電極のそれぞれを、前記ベース基板に設けられた複数の電極のいずれかに接続する工程と、
前記ベース基板と共に前記型材を所定の溶剤に浸して前記型材を溶解除去する工程と、
を具備して所定形状の金属コイルを形成する磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法。A manufacturing method of a coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator , which includes a metal coil, a base substrate, and a mold, and is applied from a microwave band to a millimeter wave band,
The metal coil is a very small coil that is formed in a predetermined coil shape and performs predetermined electromagnetic coupling with the magnetic resonator,
The base substrate is an electromagnetic coupling coupling structure by electrically connecting both terminal portions of the metal coil to corresponding base substrate side electrodes and fixing the metal coil.
Forming an opening having a size capable of accommodating the mold material in the base substrate;
In the mold member, a step of forming by cutting or molding a U-shaped groove of substantially equal shape to the shape of the metal coil,
In formed the U-shaped groove, a step of applying conductive resist contour a predetermined coil shape and a coil both ends of the connection electrodes,
Against the mold member, by electrolytic plating, forming a metal coil having a predetermined shape gold plating of thick film becomes a predetermined thickness on the conductive resist on growing formed,
Storing the mold material in which the metal coil is formed in the opening;
Connecting each of the connection electrodes at both ends of the metal coil to any of a plurality of electrodes provided on the base substrate;
A step of dissolving and removing said mold member soak the mold member to a predetermined solvent together with the base substrate,
And a coupling structure for electromagnetic coupling for a magnetic resonator that forms a metal coil having a predetermined shape.
請求項1に記載の磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法。The coupling structure for electromagnetic coupling according to claim 1, wherein in the connecting step, each of the connection electrodes is connected to one of a plurality of electrodes provided on the base substrate with a bonding wire. Body manufacturing method.
請求項1または請求項2に記載の磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法。 The depth of the opening is substantially equal to the thickness of the mold material.
The manufacturing method of the coupling structure for electromagnetic coupling for magnetic substance resonators of Claim 1 or Claim 2 .
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法。 The depth of the opening is equal to or greater than the depth of the bottom of the U-shaped groove formed in the mold material with respect to the surface of the mold material.
The manufacturing method of the coupling structure for electromagnetic coupling for magnetic substance resonators in any one of Claim 1 thru | or 3 .
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法。 The magnetic resonator is a YIG (Yttrium Iron Garnet) single crystal magnetic resonator,
The manufacturing method of the coupling structure for electromagnetic coupling for magnetic substance resonators in any one of Claim 1 thru | or 4.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の磁性体共振器用の電磁結合用カップリング構造体の製造方法。 The magnetic resonator is a magnetic resonator made of a barium ferrite single crystal.
The manufacturing method of the coupling structure for electromagnetic coupling for magnetic substance resonators in any one of Claim 1 thru | or 4.
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