JP4356787B2

JP4356787B2 - 非可逆回路素子及び通信装置

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Publication number: JP4356787B2
Application number: JP2007513523A
Authority: JP
Inventors: 崇川浪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2009-11-04
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Description

本発明は、非可逆回路素子、特に、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子及び通信装置に関する。

従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

特許文献１には、フェライトと中心電極とからなるフェライト組立体と永久磁石を、長方形をなす板状の回路基板上に垂直方向に配置し、直方体形状をなす箱型のヨークで覆った非可逆回路素子が記載されている。

しかしながら、前記非可逆回路素子では、回路基板は長辺と短辺とからなる長方形であるために長辺方向に撓みやすい。しかも、永久磁石やフェライトの短辺側が回路基板の長辺側に沿って配置されているため、永久磁石やフェライトが回路基板の長辺方向の撓みに対して梁として機能することはない。従って、回路基板を搭載した実装基板が外力の作用などで長辺方向に撓んだ場合、該撓み力に抗しきれずに割れたりする問題点を有していた。また、ヨークは１枚の磁性体板の４辺を折り曲げて箱形に形成したものであるため、製造コストが高くなり、４側面の稜線部に隙間を有し、好適な直流磁気回路が形成されないという問題点も有していた。

前記回路基板の割れを防止するには、基板自体に強度が高い材料を用いるか、基板を厚くする必要がある。基板は良好な電気特性を実現するために必然的に最適な材料が決まるので、実際には基板を必要な強度を有する厚みに設計せざるを得ない。しかし、これでは、非可逆回路素子が高背化してしまう。

また、非可逆回路素子では、小型化・低背化の要求を満足させつつ、電気特性のばらつきを極力抑え、信頼性を向上させることが望まれている。
特開２００２−２６６１５号公報

そこで、本発明の目的は、実装基板の撓みなどに起因する回路基板の損傷を防止し、信頼性が高く、低背化を実現できる非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置を提供することにある。本発明の他の目的は、前記目的を達成するとともに、挿入損失が少なく、電気特性のばらつきを極力抑えることのできる非可逆回路素子及び該素子を備えた通信装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る非可逆回路素子は、
永久磁石と、該永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、該フェライトに配置された複数の中心電極と、表面及び裏面に端子電極が形成された回路基板と、前記永久磁石及び前記フェライトの周囲を前記回路基板上で囲むヨークと、を備えた非可逆回路素子において、
前記フェライトには前記中心電極が導体膜によって形成され、
前記回路基板は、その表面が長方形をなし、表面には端子電極が形成され、裏面には外部接続用端子電極が形成され、
前記永久磁石及び前記フェライトは、それぞれの主面が対向した状態で前記回路基板の表面にそれぞれの主面が回路基板の表面とほぼ垂直に、かつ、永久磁石及びフェライトの長辺が回路基板の長辺とほぼ平行に配置され、
前記フェライトの前記回路基板との対向面に形成された接続用電極と回路基板の表面に形成された端子電極とが電気的かつ機械的に接続されていること、
を特徴とする。

本発明に係る非可逆回路素子にあっては、回路基板は実装基板に搭載された状態において、実装基板に回路基板の短辺方向の撓みが生じても回路基板は短辺方向には強度を有しているために割れにくい。そして、実装基板に回路基板の長辺方向の撓みが生じた場合、回路基板の長辺方向と永久磁石及びフェライトの長辺方向とがほぼ平行に配置されているため、回路基板の長辺方向はフェライト及び永久磁石が梁として機能し、補強されていることから、回路基板に割れなどが生じることはない。

本発明に係る非可逆回路素子において、中心電極は互いに絶縁されて交差した状態で形成された第１中心電極及び第２中心電極とからなり、第１中心電極の一端は入出力用第１ポートに電気的に接続され、他端は入出力用第２ポートに電気的に接続され、第２中心電極の一端は入出力用第２ポートに電気的に接続され、他端はグランド用第３ポートに電気的に接続されていることが好ましい。挿入損失の小さな２ポート型の集中定数型アイソレータとすることができる。

また、ヨークは、回路基板の表面外周部にほぼ対応する長方形の環状体からなり、ヨークの長辺側が回路基板の長辺側とほぼ平行に配置され、かつ、環状に連結するための継ぎ目が回路基板の短辺側に配置されていることが好ましい。ヨークは１箇所の継ぎ目で接続されているだけなので、好適な直流磁気回路を形成することができる。しかも、ヨークの長辺部分には継ぎ目がないため、ヨークの長辺部分が回路基板に梁として機能し、回路基板が割れるのを防止する。特に、継ぎ目がつぶし加工されていれば、より好適な直流磁気回路を形成することができる。

なお、回路基板の裏面に形成した外部接続用端子電極が回路基板の対向する長辺側にそれぞれ三つ以上並置されていると、一つは長辺側のほぼ中央部に位置することから、回路基板には長辺方向の曲げ力が大きく作用するが、回路基板の長辺方向は永久磁石やフェライトさらにはヨークが梁となって補強され、曲げ力に起因する回路基板の割れが効果的に防止される。

さらに、ヨークに設けた継ぎ目部分が回路基板の端子電極にはんだ付けされていることが好ましい。継ぎ目部分に形成された隙間にはんだが侵入することにより強固なはんだ付けが可能となる。

また、ヨークの長辺側であって回路基板と対向する面に凹部が形成されていてもよい。ヨークはグランド電極としても機能するが、回路基板内のコンデンサ電極とヨークとの間に発生する不要な浮遊容量が凹部の存在によって小さくなり、電気特性のばらつきを抑えることができる。この場合、ヨークの長辺側を回路基板に接着剤にて接合することができ、短辺側のはんだ付けとで固着強度劣化の発生を防止できる。ここで使用される接着剤はエポキシ系熱硬化型接着剤であることが好ましい。熱硬化型接着剤は耐熱性に優れており、実装時のリフローでヨークの短辺側を固定しているはんだが溶けても支障はなく、信頼性が向上する。また、温度や時間などの条件を適切に制御すれば、はんだと同時に硬化させることができる。

また、本発明に係る通信装置は前記非可逆回路素子を備えたものであり、小型化、低背化の利点が発揮され、ばらつきが小さい電気特性を得ることができる。

本発明によれば、永久磁石やフェライトさらにはヨークによって回路基板の強度を補強することができて回路基板に割れなどの心配のない、信頼性の高い非可逆回路素子を得ることができる。しかも、回路基板は薄くても必要な強度を補強されていることから、素子の小型化、低背化を達成できる。

本発明に係る非可逆回路素子（２ポート型アイソレータ）の一実施例を示す分解斜視図である。中心電極付きフェライトを示す斜視図である。フェライトを示す斜視図である。フェライト・磁石組立体を示す分解斜視図である。回路基板内の回路構成を示すブロック図である。２ポート型アイソレータの第１回路例を示す等価回路図である。２ポート型アイソレータの第２回路例を示す等価回路図である。回路基板とヨークとの接合状態を示す斜視図である。非可逆回路素子を実装基板に搭載した状態を示す斜視図である。実装基板に短辺方向の反りが発生した状態を示す斜視図である。実装基板に長辺方向の反りが発生した状態を示す斜視図である。実装基板に長辺方向の反りが発生した状態を示す正面図である。実装基板に短辺方向の反りが発生した状態を示す側面図である。実装基板に長辺方向の反りが発生した状態を示す比較例での正面図である。本発明に係る通信装置の一実施例を示すブロック図である。

以下、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置の実施例について添付図面を参照して説明する。

本発明に係る非可逆回路素子の一実施例である２ポート型アイソレータの分解斜視図を図１に示す。この２ポート型アイソレータ１は、集中定数型アイソレータであり、概略、金属製ヨーク１０と、キャップ１５と、回路基板２０と、フェライト３２と永久磁石４１とからなるフェライト・磁石組立体３０とで構成されている。

ヨーク１０は、軟鉄などの強磁性体材料からなり、防錆めっきが施され、回路基板２０上でフェライト・磁石組立体３０の四方を囲む長方形の枠体とされている。このヨーク１０は、まず、継ぎ目１０ａで分離して展開した状態に打ち抜かれて帯状体として形成され、凸部１１及び凹部１２を互いに強嵌合させて、いわゆるつぶし加工を行い環状体としたものである。この継ぎ目１０ａはヨークの短辺側に配置されている。また、ヨーク１０の長辺側下部の中央部には凹部１０ｃが形成されている。

フェライト３２と永久磁石４１の上面には誘電体（例えば、樹脂、セラミック）からなるキャップ１５が接着される。このキャップ１５は軟磁性体金属板であってもよい。ヨーク１０とキャップ１５は、永久磁石４１と組み合わせて磁気回路を形成するものであり、通常は、銅下地めっきの上に銀めっきを施して防錆性を高め、高周波磁束による渦電流に起因する導体損失やグランド電流に起因する導体損失を軽減させている。

フェライト３２には、図２に示すように、表裏の主面３２ａ，３２ｂに互いに電気的に絶縁された第１中心電極３５及び第２中心電極３６が形成されている。ここで、フェライト３２は互いに平行な第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する直方体形状をなし、長辺側面３２ｃ，３２ｄ及び短辺側面３２ｅ，３２ｆを有している。

また、永久磁石４１はフェライト３２の主面３２ａ，３２ｂに対して磁界を該主面３２ａ，３２ｂに略垂直方向に印加するように主面３２ａ，３２ｂに、例えば、エポキシ系の接着剤シート層４２を介して接着され（図４参照）、フェライト・磁石組立体３０を形成している。永久磁石４１の主面４１ａは前記フェライト３２の主面３２ａ，３２ｂと同一寸法であり、互いの外形が一致するように主面３２ａ，４１ａ、主面３２ｂ，４１ａどうしを対向させて配置されている。

図２に示すように、第１中心電極３５はフェライト３２の第１主面３２ａにおいて右下から立ち上がって２本に分岐した状態で左上に長辺に対して比較的小さな角度で傾斜して形成され、左上方に立ち上がり、上側面３２ｃ上の中継用電極３５ａを介して第２主面３２ｂに回り込み、第２主面３２ｂにおいて第１主面３２ａと透視状態で重なるように２本に分岐した状態で形成され、その一端は下側面３２ｄに形成された接続用電極３５ｂに接続されている。また、第１中心電極３５の他端は下側面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃに接続されている。このように、第１中心電極３５はフェライト３２に１ターン巻回されている。そして、第１中心電極３５と以下に説明する第２中心電極３６とは、間に絶縁膜が形成されて互いに絶縁された状態で交差している。

第２中心電極３６は、まず、０．５ターン目３６ａが第１主面３２ａにおいて下辺略中央部から左上に長辺に対して比較的大きな角度で傾斜して第１中心電極３５と交差した状態で形成され、上側面３２ｃ上の中継用電極３６ｂを介して第２主面３２ｂに回り込み、この１ターン目３６ｃが第２主面３２ｂにおいてほぼ垂直に第１中心電極３５と交差した状態で形成されている。１ターン目３６ｃの下端部は下側面３２ｄの中継用電極３６ｄを介して第１主面３２ａに回り込み、この１．５ターン目３６ｅが第１主面３２ａにおいて０．５ターン目３６ａと平行に第１中心電極３５と交差した状態で形成され、上側面３２ｃ上の中継用電極３６ｆを介して第２主面３２ｂに回り込んでいる。以下同様に、２ターン目３６ｇ、中継用電極３６ｈ、２．５ターン目３６ｉ、中継用電極３６ｊ、３ターン目３６ｋ、中継用電極３６ｌ、３．５ターン目３６ｍ、中継用電極３６ｎ、４ターン目３６ｏ、がフェライト３２の表面にそれぞれ形成されている。また、第２中心電極３６の両端は、それぞれフェライト３２の下側面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃ，３６ｐに接続されている。なお、接続用電極３５ｃは第１中心電極３５及び第２中心電極３６のそれぞれの端部の接続用電極として共用されている。

即ち、第２中心電極３６はフェライト３２に螺旋状に４ターン巻回されていることになる。ここで、ターン数とは、中心電極３６が第１又は第２主面３２ａ，３２ｂをそれぞれ１回横断した状態を０．５ターンとして計算している。そして、中心電極３５，３６の交差角は必要に応じて設定され、入力インピーダンスや挿入損失が調整されることになる。

また、前記第１及び第２中心電極３５，３６の形状は種々に変更することができる。例えば、本実施例では、第１中心電極３５はフェライト３２の主面３２ａ，３２ｂ上で２本に分岐したものを示したが、分岐していなくてもよい。

接続用電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐや中継用電極３５ａ，３６ｂ，３６ｄ，３６ｆ，３６ｈ，３６ｊ，３６ｌ，３６ｎはフェライト３２の上下側面３２ｃ，３２ｄに形成された凹部３７（図３参照）に電極用導体を充填して形成されている。また、上下側面３２ｃ，３２ｄには各種電極と平行にダミー凹部３８も形成され、かつ、ダミー電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃが形成されている。この種の電極は、マザーフェライト基板に予めスルーホールを形成し、このスルーホールを電極用導体で充填した後、スルーホールを分断する位置でカットすることによって形成される。なお、各種電極は凹部３７，３８に導体膜として形成したものであってもよい。

フェライト３２としてはＹＩＧフェライトなどが用いられている。第１及び第２中心電極３５，３６や各種電極は銀や銀合金の厚膜として印刷、転写、フォトリソグラフなどの工法で形成することができる。中心電極３５，３６の絶縁膜としてはガラス誘電体厚膜を用いることができる。

永久磁石４１は、通常、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン−コバルト系のフェライトマグネットが用いられる。フェライトマグネットは、金属マグネットが導体であるのと比較して、誘電体でもあるため、マグネット内に高周波磁束が損失なく分布することができる。そのため、永久磁石４１を中心電極３５，３６に近接させて配置しても、挿入損失をはじめとする電気特性をほとんど劣化させない。また、フェライト３２の飽和磁化の温度特性と永久磁石４１の磁束密度の温度特性が近いため、フェライト３２と永久磁石４１とを組み合わせてアイソレータを構成した場合、アイソレータの温度に依存する電気特性が良好になる。

回路基板２０は、平面視で長方形をなし、複数枚の誘電体シート上に所定の電極を形成して積層し、焼結した積層型基板であり、その内部には、図６及び図７に示す整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３、終端抵抗Ｒが内蔵されている。また、上面には端子電極２５ａ〜２５ｅが、下面には外部接続用端子電極２６，２７，２８がそれぞれ形成されている。外部接続用端子電極２６，２７，２８は対向する長辺側にそれぞれ三つずつ並置されている。

これらの整合用回路素子と前記第１及び第２中心電極３５，３６との接続関係を図６及び図７の等価回路を参照して説明する。なお、図６に示す等価回路は本発明に係る非可逆回路素子（２ポート型アイソレータ１）における基本的な第１回路例を示し、図７に示す等価回路は第２回路例を示す。また、図５は図７に示す第２回路例において、回路基板２０の上部３層の電極構造を示している。

即ち、回路基板２０の下面に形成された外部接続用端子電極２６が入力ポートＰ１として機能し、この端子電極２６は整合用コンデンサＣＳ１を介して整合用コンデンサＣ１と終端抵抗Ｒとの接続点２１ａに接続されている。また、この接続点２１ａは回路基板２０の上面に形成された端子電極２５ａ及びフェライト３２の下側面３２ｄに形成された接続用電極３５ｂを介して第１中心電極３５の一端に接続されている。

第１中心電極３５の他端及び第２中心電極３６の一端は、フェライト３２の下側面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃ及び回路基板２０の上面に形成された端子電極２５ｂを介して終端抵抗Ｒ及び整合用コンデンサＣ１，Ｃ２に接続されている。

一方、回路基板２０の下面に形成された外部接続用端子電極２７が出力ポートＰ２として機能し、この端子電極２７は整合用コンデンサＣＳ２を介して整合用コンデンサＣ２，Ｃ１と終端抵抗Ｒとの接続点２１ｂに接続されている。

第２中心電極３６の他端は、フェライト３２の下側面３２ｄに形成された接続用電極３６ｐ及び回路基板２０の上面に形成された端子電極２５ｃを介して整合用コンデンサＣ２及び回路基板２０の下面に形成された外部接続用端子電極２８と接続されている。この外部接続用端子電極２８はグランドポートＰ３として機能するものである。また、この外部接続用端子電極２８は、回路基板２０の上面に形成された端子電極２５ｄ，２５ｅを介して前記ヨーク１０にも接続されている。

また、入力ポートＰ１とコンデンサＣＳ１の接続点には接地されたインピーダンス調整用のコンデンサＣＰ１が接続され、コンデンサＣＳ１と第１中心電極３５の一端との接続点２１ａには接地されたインピーダンス調整用のコンデンサＣＰ２が接続されている。同様に、出力ポートＰ２とコンデンサＣＳ２との接続点にも接地されたインピーダンス調整用のコンデンサＣＰ３が接続されている。

回路基板２０とヨーク１０とは端子電極２５ｄ，２５ｅやその他のダミー電極を介してはんだ付けされて一体化される。即ち、図８に示すように、ヨーク１０は、継ぎ目１０ａがヨーク１０の短辺部に位置するように、その長辺部を回路基板２０の長辺部と一致させて回路基板２０上に接合される。はんだ付けは継ぎ目１０ａにて行われ、はんだが隙間１０ｂに侵入することにより、強固な接合が図られる。なお、隙間１０ｂは、凸部１１と凹部１２とをつぶし加工する際の膨出部の逃げのために形成されている。また、ヨーク１０の長辺部の下面は凹部１０ｃに接着剤を充填することで回路基板２０上に接合されている。この接着剤としては、エポキシ系熱硬化型接着剤が使用されている。

フェライト・磁石組立体３０は各主面３２ａ，３２ｂ，４１ａが回路基板２０の表面と垂直に、かつ、フェライト３２及び永久磁石４１の長辺が回路基板２０の長辺と平行に配置されている。詳しくは、フェライト・磁石組立体３０はフェライト３２の下側面３２ｄの各種電極が回路基板２０上の端子電極２５ａ，２５ｂ，２５ｃやその他ダミー端子電極とはんだ付けされて一体化されるとともに、永久磁石４１の下側面が回路基板２０上に接着剤にて一体化される。この接着剤としては、熱硬化性の１液性又は２液性のエポキシ系接着剤が適している。即ち、フェライト・磁石組立体３０と回路基板２０との接合にはんだ付けと接着とを併用することにより、接合が確実なものとなる。

回路基板２０は、ガラスとアルミナやその他の誘電体の混合物を焼成したものや、樹脂やガラスとその他の誘電体からなる複合基板が用いられている。内部や外部の電極には、銀や銀合金の厚膜、銅厚膜、銅箔などが用いられている。特に、外部接続用の電極には、ニッケルめっきを施した上に金めっきを施すことが好ましい。防錆、耐はんだ喰われ性の向上、種々の原因によるはんだ接合自体の強度低下を防止するためである。

以上の構成からなる２ポート型アイソレータ１においては、第１中心電極３５の一端が入力ポートＰ１に接続され他端が出力ポートＰ２に接続され、第２中心電極３６の一端が出力ポートＰ２に接続され他端がグランドポートＰ３に接続されているため、挿入損失の小さな２ポート型の集中定数型アイソレータとすることができる。さらに、動作時において、第２中心電極３６に大きな高周波電流が流れ、第１中心電極３５にはほとんど高周波電流が流れない。従って、第１中心電極３５及び第２中心電極３６によって生じる高周波磁界の方向は第２中心電極３６の配置によってその方向が決まる。高周波磁界の方向が決まることにより、挿入損失をより低下させる対策が容易になる。

ここで、回路基板２０の割れについて考察する。アイソレータ１は実装基板６０（図９参照）上に回路基板２０の外部接続用端子電極２６，２７，２８が実装基板６０の図示しないランドにはんだ付けされて搭載される。この場合、実装基板６０に外力によって回路基板２０の短辺方向に平行な矢印Ｘ方向の撓み、あるいは、長辺方向に平行な矢印Ｙ方向の撓みが生じると、回路基板２０を撓ませようとする。

回路基板２０が実装基板６０に搭載された状態において、図１０に示すように、実装基板６０にＸ方向の撓みが生じた場合、回路基板２０は短辺方向Ｘにはスパンが短くて強度を有しているために割れにくい。

一方、図１１に示すように、実装基板６０に回路基板１０の長辺方向Ｙの撓みが生じた場合、回路基板２０は長辺方向には長いスパンを有しているために比較的大きな曲げ力が作用する。しかし、回路基板２０の長辺方向と永久磁石４１及びフェライト３２の長辺方向とが平行に配置されているため、回路基板２０の長辺方向はフェライト３２及び永久磁石４１が梁として機能し、補強されていることから、回路基板２０に割れなどが生じることはない。このことは、回路基板２０を従来より薄く構成できることを意味し、アイソレータ１の小型化、低背化が可能となる。

また、ヨーク１０は、回路基板２０の表面外周部にほぼ対応する長方形の環状体からなり、１箇所の継ぎ目１０ａで接続されているだけなので、好適な直流磁気回路を形成することができる。特に、継ぎ目１０ａはつぶし加工されているので、より好適な直流磁気回路を形成することができる。

しかも、継ぎ目１０ａは回路基板２０の短辺側に配置されており、図１２に示すように、ヨーク１０の長辺部分には継ぎ目がないため、ヨーク１０の長辺部分が回路基板２０の長辺方向の曲げ力に抗する梁として機能し、回路基板２０を補強する作用をも奏する。これにて、回路基板２０はより一層長辺方向Ｙの曲げに対して強い抵抗力を有することになる。

なお、図１３に示すように、ヨーク１０には継ぎ目１０ａが短辺側に形成されており、ヨーク１０の短辺側は強度が若干低下しているが、回路基板２０自体が短辺方向には強度を有しているためヨーク１０が短辺方向に強度が若干弱くても回路基板２０に割れが生じる不都合は生じない。

さらに、図１２に示すように、回路基板２０の裏面に形成した外部接続用端子電極２６（２７），２８，２８は、回路基板２０の対向する長辺側にそれぞれ三つ並置されている。外部接続用端子電極２６（２７），２８，２８が回路基板２０の長辺側に三つ以上並置されていれば、一つは長辺側のほぼ中央部で実装基板６０と接合することになるので、実装基板６０から長辺方向Ｙの曲げ力による撓みによって回路基板２０は中央の接合部を支点として曲げ力が大きく作用し、割れやすい。しかし、回路基板２０はその長辺方向Ｙにヨーク１０が梁となって補強されるので、回路基板２０の割れが防止される。

仮に、ヨーク１０の長辺側に継ぎ目１０ａを設けると、図１４に示すように、回路基板２０に長辺方向Ｙの曲げ力が作用すると、継ぎ目１０ａによって強度が若干低下しているヨーク１０の長辺側が変形して梁として機能しなくなり、回路基板２０が割れるおそれがある。継ぎ目１０ａをヨーク１０の短辺側に設けることは、このような回路基板２０の割れを防止する機能をも有するのである。

即ち、本アイソレータ１においては、表面が長方形をなす回路基板２０に対して、フェライト３２及び永久磁石４１が縦置きされ、かつ、フェライト３２及び永久磁石４１の長辺が回路基板２０の長辺と平行に配置されているため、回路基板２０の長辺方向Ｙに作用する曲げ力に対して補強作用を有する。さらに、長方形の環状体からなるヨーク１０も長辺側が回路基板２０の長辺方向Ｙと平行に配置されているため、ヨーク１０も回路基板２０の長辺方向Ｙに作用する曲げ力に対して補強作用を有する。そして、ヨーク１０の継ぎ目１０ａは回路基板２０の短辺側に配置されているため、回路基板２０の長辺方向Ｙに対する強度補強機能を何ら損なうことはない。また、回路基板２０の表面であって対向する長辺方向にそれぞれ並設された三つの外部接続用端子電極２６（２７），２８，２８が実装基板６０上のランドと接合されており、この点でも回路基板２０は長辺方向Ｙの曲げ力に弱くなるが、長辺方向には前述のごとくフェライト３２と永久磁石４１さらにはヨーク１０で補強されているために割れるおそれがより一層解消されることになる。

ヨーク１０と回路基板２０との接合関係に言及すると、ヨーク１０の継ぎ目１０ａ部分は回路基板２０の端子電極２５ｄにはんだ付けされている。この場合、継ぎ目１０ａ部分に形成された隙間１０ｂ（図８参照）にはんだが侵入することにより強固なはんだ付けが可能となる。

さらに、ヨーク１０の長辺側ほぼ中央部に凹部１０ｃが形成され、この凹部１０ｃに接着剤を充填してヨーク１０の長辺側を回路基板２０に接合することにより、短辺側のはんだ付けとで固着強度劣化の発生を防止できる。そして、接着剤として耐熱性に優れたエポキシ系熱硬化型接着剤を使用することにより、実装時のリフローでヨーク１０の短辺側を固定しているはんだが溶けても支障はなく、信頼性が向上する。また、温度や時間などの条件を適切に制御すれば、はんだと同時に硬化させることができる。

ところで、ヨーク１０はグランド電極としても機能しているので、回路基板２０に内蔵されたコンデンサ電極とヨーク１０とが回路基板２０の誘電体を介して密接すると、不要な浮遊容量が発生し、しかも、回路基板２０へのヨーク１０の搭載位置によって浮遊容量の容量値が変化する。この浮遊容量の容量値変化はアイソレータ１の電気特性のばらつきの原因となる。

回路基板２０内のコンデンサ電極とヨーク１０との間に発生する浮遊容量を防止しようとすると、コンデンサ電極を環状のヨーク１０よりも充分に内側に配置する必要がある。しかし、コンデンサ電極を内側に配置すると、回路基板２０の縁端部付近がコンデンサ電極の配置に使えなくなり、その分コンデンサ電極の積層枚数を増やして必要な容量を得ることになる。積層枚数を増やすことは回路基板２０を厚くすることになり、強度は確保できるが、アイソレータ１の高背化を生じる。また、コンデンサ電極の積層枚数の増加は積層ずれの原因となり、コンデンサ容量のばらつき、電気特性のばらつきにつながる。

本アイソレータ１においては、ヨーク１０の長辺部下面に凹部１０ｃを設けることによって、凹部１０ｃに存在する空気は比誘電率が１であり、不要な浮遊容量の発生が減少する。仮に浮遊容量値がばらついてもその値自体が小さいので電気特性のばらつきが減少する。また、回路基板２０の縁端部にまでコンデンサ電極を配置でき、これにてコンデンサ電極の積層枚数を減らすことができる。このことは、積層ずれの影響を減少させ、電気特性のばらつきを減少させることになる。また、回路基板２０の薄型化に寄与する。

なお、ヨーク１０の凹部１０ｃに接着剤が充填されたとしても、接着剤の比誘電率は３〜４であり、空気の１よりは大きいが、誘電体基板の８〜１００よりは小さい。また、凹部１０ｃに接着剤が充填されることはアンカー効果を発揮し、信頼性が向上する。

図５に示すように、本アイソレータ１において、発生する浮遊容量はＣ２'，ＣＰ１'，ＣＰ２'，ＣＰ３'であり、これらの浮遊容量はコンデンサＣ２，ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３と並列に形成される。浮遊容量Ｃ２'が変化すると、主に出力ポートＰ２側の反射損失の中心周波数が変化し、結果的に順方向の透過特性の中心周波数が変化する。浮遊容量ＣＰ１'又はＣＰ２'が変化すると、主に入力ポートＰ１側の反射損失の整合状態が変化し、結果的に入力側の整合状態が劣化してしまい、順方向の挿入損失が増大する。加えて、アイソレータ１の前段回路、例えば、パワーアンプの負荷インピーダンスが変化することで、パワーアンプの出力波形歪みを増大させたり、消費電流を増大させる。浮遊容量ＣＰ３'が変化すると、主に出力ポートＰ２側の反射損失の整合状態が変化し、結果的に出力側の整合状態が劣化してしまい、順方向の挿入損失が増大する。

さらに、構成的には、フェライト３２と一対の永久磁石４１が接着剤シート層４２で一体化されていることで、機械的に安定となり、振動や衝撃で変形・破損しない堅牢なアイソレータ１となる。このようなアイソレータ１は携帯型の通信機器に最適である。なお、フェライト３２と永久磁石４１とを一体化するには、前記接着剤シート層４２を使用する以外に、種々の方法を採用でき、例えば、接着剤の塗布などによってもよい。

さらに、中心電極３５，３６はフェライト３２の主面３２ａ，３２ｂに導体膜にて形成しているため、形状的に高精度に安定して形成され、均一な電気特性を有するアイソレータ１を量産することができる。これに加えて、中心電極３５，３６間の絶縁体膜としてガラス粉を焼結した膜などとすることで、金属板からなる中心電極を用いた場合と比べて、フェライト３２の主面３２ａ，３２ｂを平坦度の良好な形状とすることができる。その結果、フェライト３２と一対の永久磁石４１それぞれの位置関係を平行度よく一体化できる。

（通信装置、図１５参照）
次に、本発明に係る通信装置として、携帯電話を例にして説明する。図１５は携帯電話２２０のＲＦ部分の電気回路ブロック図である。図１５において、２２２はアンテナ素子、２２３はデュプレクサ、２３１は送信側アイソレータ、２３２は送信側増幅器、２３３は送信側段間用帯域通過フィルタ、２３４は送信側ミキサ、２３５は受信側増幅器、２３６は受信側段間用帯域通過フィルタ、２３７は受信側ミキサ、２３８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２３９はローカル用帯域通過フィルタである。

ここに、送信側アイソレータ２３１として、前記２ポート型アイソレータ１を使用することができる。このアイソレータ１を実装することにより、好ましい電気特性を得ることができ、小型化、低背化に寄与する。

（他の実施例）
なお、本発明に係る非可逆回路素子及び通信装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、永久磁石４１のＮ極とＳ極を反転させれば、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２が入れ替わる。また、前記実施例では、整合用及びインピーダンス調整用の回路素子の全てを回路基板に内蔵したものを示したが、チップタイプのインダクタやコンデンサを回路基板に外付けしてもよい。

以上のように、本発明は、マイクロ波帯で使用されるアイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子に有用であり、特に、実装基板の撓みなどに起因する回路基板の損傷を防止し、信頼性が高く、低背化を実現できる点で優れている。

Claims

永久磁石と、該永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、該フェライトに配置された複数の中心電極と、表面及び裏面に端子電極が形成された回路基板と、前記永久磁石及び前記フェライトの周囲を前記回路基板上で囲むヨークと、を備えた非可逆回路素子において、
前記フェライトには前記中心電極が導体膜によって形成され、
前記回路基板は、その表面が長方形をなし、表面には端子電極が形成され、裏面には外部接続用端子電極が形成され、
前記永久磁石及び前記フェライトは、それぞれの主面が対向した状態で前記回路基板の表面にそれぞれの主面が回路基板の表面とほぼ垂直に、かつ、永久磁石及びフェライトの長辺が回路基板の長辺とほぼ平行に配置され、
前記フェライトの前記回路基板との対向面に形成された接続用電極と回路基板の表面に形成された端子電極とが電気的かつ機械的に接続されていること、
を特徴とする非可逆回路素子。
前記中心電極は互いに絶縁されて交差した状態で形成された第１中心電極及び第２中心電極とからなり、第１中心電極の一端は入出力用第１ポートに電気的に接続され、他端は入出力用第２ポートに電気的に接続され、第２中心電極の一端は入出力用第２ポートに電気的に接続され、他端はグランド用第３ポートに電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の非可逆回路素子。
前記ヨークは、前記回路基板の表面外周部にほぼ対応する長方形の環状体からなり、ヨークの長辺側が回路基板の長辺側とほぼ平行に配置され、かつ、環状に連結するための継ぎ目が回路基板の短辺側に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の非可逆回路素子。
前記継ぎ目はつぶし加工されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の非可逆回路素子。
前記回路基板の裏面に形成した外部接続用端子電極は、回路基板の対向する長辺側にそれぞれ三つ以上並置されていることを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項に記載の非可逆回路素子。
前記ヨークに設けた継ぎ目部分が前記回路基板の端子電極にはんだ付けされていることを特徴とする請求の範囲第３項ないし第５項のいずれかに記載の非可逆回路素子。
前記ヨークの長辺側であって前記回路基板と対向する面に凹部が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の非可逆回路素子。
前記ヨークの長辺側が前記回路基板に接着剤にて接合されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の非可逆回路素子。
前記接着剤はエポキシ系熱硬化型接着剤であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の非可逆回路素子。
請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載の非可逆回路素子を備えたことを特徴とする通信装置。