(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト基板と、このフェライト基板の一方の面に配置された線路導体と、前記フェライト基板の他方の面に配置された地導体と、この地導体と接触して配置されたキャリア板と、前記フェライト基板の片側または両側に配置された磁石とを具備した非可逆回路素子において、銅で形成した前記地導体及び前記キャリア板は、位置が重ならないようにずらして貫通する穴を設け、前記フェライト基板と前記地導体、および前記地導体と前記キャリア板とを、それぞれＤＢＣ法で接合したことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
フェライト基板と、このフェライト基板の一方の面に配置された線路導体と、前記フェライト基板の他方の面に配置された地導体と、この地導体と接触して配置されたキャリア板と、前記フェライト基板の片側または両側に配置された磁石とを具備した非可逆回路素子において、前記地導体及び前記キャリア板は銅で形成し、前記地導体には窪みを設け、前記キャリア板には前記地導体の窪みと位置が重ならないようにずらして貫通する穴を設け、前記フェライト基板と前記地導体、および前記地導体と前記キャリア板とを、それぞれＤＢＣ法で接合したことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項３】
フェライト基板と、このフェライト基板の一方の面に配置された線路導体と、前記フェライト基板の他方の面に配置された地導体と、この地導体と接触して配置されたキャリア板と、前記フェライト基板の片側または両側に配置された磁石とを具備した非可逆回路素子において、前記地導体及び前記キャリア板は銅で形成し、前記地導体には貫通する穴を設け、前記キャリア板には前記地導体の穴と位置が重ならないようにずらして窪みを設け、前記フェライト基板と前記地導体、および前記地導体と前記キャリア板とを、それぞれＤＢＣ法で接合したことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項４】
フェライト基板と、このフェライト基板の一方の面に配置された線路導体と、前記フェライト基板の他方の面に配置された地導体と、この地導体と接触して配置されたキャリア板と、前記フェライト基板の片側または両側に配置された磁石とを具備した非可逆回路素子において、銅で形成した前記地導体及び前記キャリア板は、位置が重ならないようにずらして窪みを設け、前記フェライト基板と前記地導体、および前記地導体と前記キャリア板とを、それぞれＤＢＣ法で接合したことを特徴とする非可逆回路素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波回路などに用いる非可逆回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高い周波数を利用する通信機器などに組み込まれるマイクロ波回路は、マルチメディア無線通信などの通信品質を高めるために、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子が使用されている。非可逆回路素子は小型化が要求される反面、非可逆回路素子に接続される半導体素子の効率が向上し、取り扱う電力が増加する傾向にある。また、非可逆回路素子を製造する場合、環境問題の観点から、半田付けやフラックス洗浄工程を避けるために、金属の接合工程における半田レス化が進められている。
【０００３】
ここで、従来の非可逆回路素子について図１３を参照して説明する。図１３はマイクロストリップ型のアイソレータを示し、図（ａ）は斜視図、図（ｂ）は、図（ａ）の線Ｘ−Ｙにおける断面図である。
【０００４】
図１３（ａ）に示すように、非可逆回路素子は、フェライト基板１３１やフェライト基板１３１に密着した線路導体１３２、線路導体１３２の反対側に密着した地導体１３３、地導体１３３に密着したキャリア板１３４、線路導体１３２を介して矢印Ｙ方向に磁界を付与し、フェライト基板１３１を磁化する磁石（以後の図面では磁石の表示を省略する）１３５、終端器１３６などから構成されている。
【０００５】
フェライト基板１３１と終端器１３６、および、地導体１３３とキャリア板１３４は、半田あるいは導電性接着剤などの接合材１３７で接合されている。この場合、地導体１３３とキャリア板１３４は接合材１３７によって電気的および熱的に接続されている。
【０００６】
上記した構成の非可逆回路素子の場合、線路導体１３２や地導体１３３は、通常、フェライト基板１３１に金属蒸着や厚膜焼成によって密着形成される。しかし、近年、銅板を直接接合するＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄ  Ｃｏｐｐｅｒ）技術を用い、線路導体１３２や地導体１３３をフェライト基板１３１に直接接合する方法が実用化されている。また、非可逆回路素子は、環境問題の観点から、半田付けやフラックス洗浄工程の回避が望まれ、また、コストを下げるために工程数の軽減が望まれている。
【０００７】
次に、従来の他の非可逆回路素子について図１４を参照して説明する。図（ａ）は斜視図、（ｂ）は図（ａ）の線Ｘ−Ｙにおける断面図で、図１３に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明は一部省略する。この例は、キャリア板１３４を銅で構成し、線路導体１３２および銅からなるキャリア板１３４をフェライト基板１３１の両面にＤＢＣ法で直接接合している。
【０００８】
この構成の場合、線路導体１３２およびキャリア板１３４の接合は１つの工程で同時に行なわれる。そのため、クリーム半田印刷→リフロー→フラックス洗浄のような複雑な工程が不要となる。
【０００９】
従来の非可逆回路素子、たとえばキャリア板を後で接合するキャリア板分離型の非可逆回路素子の場合、地導体１３３およびキャリア板１３４はそれぞれ個別に表面処理される。しかし、図１４のように、フェライト基板１３１に線路導体１３２およびキャリア板１３４を、それぞれＤＢＣ法によって一体化する場合は、表面処理が１回で済む利点がある。さらに、半田や導電性接着剤など熱抵抗の大きい材質が接合部分に介在しないため、非可逆回路素子の損失による発熱を効率よくケースなどに放熱でき、耐電力性が増す利点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非可逆回路素子は、フェライト基板１３１の厚さに比べキャリア板１３４の厚さが薄い場合は、フェライト基板１３１が破損するなどの問題は発生しない。しかし、フェライト基板１３１との接合面積にも関係するものの、キャリア板１３４の厚さが厚くなると、フェライト基板１３１が破損する場合がある。
【００１１】
たとえば、フェライト基板１３１とキャリア板１３４とをＤＢＣ法で接合する方法では、約１０００℃で溶融接合し、その後、冷却して固着される。このとき、キャリア板１３４の熱収縮応力がフェライト基板１３１の抗折力より大きいと、フェライト基板１３１が破壊する。
【００１２】
ここで、フェライト基板１３１の破壊状況について説明する。
【００１３】
図１５は、図１３の構造において、厚さが０．１ｍｍの地導体１３３とキャリア板１３４とを半田１３７で接合した場合を示している。この場合、図１５で示すように、フェライト基板１３１に破壊が発生しない。これは、半田１３７に柔軟性があるため、半田付け程度の温度では熱膨張率差による応力が半田１３７で吸収されるためと考えられる。
【００１４】
図１６は、図１４の構造において、幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのフェライト基板１３１を用い、フェライト基板１３１といろいろな厚さのキャリア板１３４とをＤＢＣ法で直接接合した場合を示している。図１６で示すように、キャリア板１３４の厚さが０．５ｍｍを超えるとフェライト基板１３１に破壊が発生する。
【００１５】
ところで、キャリア板１３４は、取り扱い易さという観点から、ある程度の厚さが要求される。たとえば、キャリア板１３４の厚さが薄いと凹凸が生じ易く、ケースとの取付けの際に隙間が生じて非可逆回路素子としての接地が不十分になり、マイクロ波特性たとえば挿入損失が悪化する。また放熱も悪化し、諸特性に温度変化を生じる原因にもなる。なお、フェライト基板１３１の破壊を防止するために、フェライト基板１３１を厚くし、機械的強度を高めることが考えられるが、製品の小型化やコストの面からその厚さが制限されている。
【００１６】
本発明は、上記の欠点を解決し、フェライト基板と金属導体部分をＤＢＣ法で接合する構成において、キャリア板を厚くしてもフェライト基板が破壊しない非可逆回路素子を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フェライト基板と、このフェライト基板の一方の面に配置された線路導体と、前記フェライト基板の他方の面に配置された地導体と、この地導体と接触して配置されたキャリア板と、前記フェライト基板の片側または両側に配置された磁石とを具備した非可逆回路素子において、銅で形成した前記地導体及び前記キャリア板は、位置が重ならないようにずらして貫通する穴を設け、前記フェライト基板と前記地導体、および前記地導体と前記キャリア板とを、それぞれＤＢＣ法で接合したことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。図１（ａ）はキャリア板側から見た斜視図、図１（ｂ）は、図（ａ）を線Ｘ−Ｙで矢印方向に断面にした断面図である。
【００１９】
厚さｈのフェライト基板１１の一方の面にマイクロストリップ線路１２がＤＢＣ法で接合され、他方の面には厚さＨのキャリア板１３がＤＢＣ法で接合されている。キャリア板１３には微小量の半田または導電性接着剤などの接合材１５を用いて終端器１４が接続されている。キャリア板１３には、エッチングやプレス加工などによって貫通する小さな穴Ａ１が複数設けられている。
【００２０】
キャリア板１３に設けられる穴Ａの径ｄは、非可逆回路素子の動作周波数や非可逆回路素子の挿入損失、フェライト基板１１とキャリア板１３との接合面積、発熱量などを考慮し、フェライト基板１１が破損しない大きさとなるように、たとえば実験的に決められる。
【００２１】
上記した構成によれば、半田は、キャリア板１３と終端器１４との接続部分だけに使用され、僅かな量に抑えられる。たとえば、従来の厚膜型キャリア板を半田付けで接合する場合（図１３）に比べると、半田の使用量は数％以下になる。なお、キャリア板１３と終端器１４とを導電性接着剤で接合すれば半田の使用量は零にできる。
【００２２】
ここで、図１の構成の非可逆回路素子の破壊状況を図２に示す。図２は、フェライト基板１１の寸法が、幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ（ｈ）１ｍｍの場合で、この寸法のフェライト基板１１と複数の穴Ａ１が設けられたいろいろな厚さ（Ｈ）のキャリア板１３とをＤＢＣ法で接合した場合の破壊状況を示している。
【００２３】
図２と図１６とを対比して分かるように、キャリア板１３の厚さ（Ｈ）が厚くなってもフェライト基板１１に破壊が発生しない。これは、キャリア板１３に複数の穴Ａ１を設けたことにより、フェライト基板１１とキャリア板１３との接合面積が小さくなり、熱膨張率差で生じる応力が小さくなったことによるものと考えられる。したがって、キャリア板１３に複数の穴Ａ１を設けた場合、キャリア板１３の厚さ（Ｈ）を厚くすることができ、非可逆回路素子としての取り扱い強度が増加する。
【００２４】
本発明の他の実施形態について図３を参照して説明する。図３（ａ）はキャリア板側から見た斜視図、図３（ｂ）は図（ａ）を線Ｘ−Ｙで矢印方向に断面にした断面図で、図１に対応する部分には同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。
【００２５】
この実施形態の場合、フェライト基板１１とキャリア板１３との間に地導体３１が設けられ、図３（ｂ）の断面図で示すように、地導体３１の部分に貫通する複数の穴Ｂ１が設けられ、フェライト基板１１と地導体３１、地導体３１とキャリア板１３が、それぞれＤＢＣ法で接合されている。
【００２６】
図３の構成の非可逆回路素子の破壊状況を図４に示す。図４と図１６とを対比して分かるように、この場合も、キャリア板１３の厚さ（Ｈ）を厚くできる。
【００２７】
次に、本発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５（ａ）はキャリア板側から見た斜視図、図５（ｂ）は、図（ａ）を線Ｘ−Ｙで矢印方向に断面にした断面図で、図３に対応する部分には同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。。
【００２８】
この実施形態は、フェライト基板１１と厚さｔの地導体３１がＤＢＣ法で接合され、同時に、地導体３１と穴Ａ１を設けたキャリア板１３がＤＢＣ法で接合されている。この場合、フェライト基板１１に穴のない地導体３１が密着して接合されている。そのため、挿入損失が減少し、放熱効果が向上する。また、地導体３１が薄く形成され、キャリア板１３に穴Ａ１が設けられているため、フェライト基板１１は熱膨張率差による残留応力に耐えることができる。
【００２９】
図５の構成の非可逆回路素子の破壊状況を図６に示す。図６は、いろいろな厚さ（Ｈ）のキャリア板１３に対するフェライト基板１１の破壊状況を示し、図６と図１６とを対比して分かるように、この場合も、キャリア板１３の厚さ（Ｈ）を厚くできる。
【００３０】
次に、フェライト基板１１の一方の側に順に接合される地導体３１およびキャリア板１３の変形例について図７〜図１２を参照して説明する。図７〜図１２では、図１、３、５と対応する部分には同一の符号を付し重複する説明は一部省略する。
【００３１】
図７は、キャリア板１３にある深さの複数の窪みＡ２を設け、キャリア板１３の窪みＡ２を設けた側をフェライト基板１１とＤＢＣ法で接合している。この場合も、フェライト基板１１といろいろな厚さのキャリア板１３を接合して破壊状況を測定すると、図２と同じ結果が得られた。これは、キャリア板１３に複数の窪みＡ２を設けたことにより、フェライト基板１１とキャリア板１３の接合面積が小さくなり、フェライト基板１１とキャリア板１３との熱膨張率差による残留応力が軽減したことによると考えられる。なお、キャリア板１３の窪みＡ２はエッチングや機械加工で形成できる。
【００３２】
図８は、フェライト基板１１と地導体３１とをＤＢＣ法で接合し、複数の窪みＡ２を設けたキャリア板１３と地導体３１とをＤＢＣ法で接合している。図９は、地導体３１およびキャリア板１３にそれぞれある深さの複数の窪みＢ２、Ａ２を設け、フェライト基板１１と地導体３１、地導体３１とキャリア板１３を、それぞれ両者の窪みＢ２、Ａ２の位置が一致するようにＤＢＣ法で接合している。図１０は、地導体３１およびキャリア板１３にそれぞれ貫通する複数の穴Ｂ１およびある深さの複数の窪みＡ２を設け、フェライト基板１１と地導体３１、地導体３１とキャリア板１３を、それぞれ両者の穴Ｂ１および窪みＡ２の位置をずらせてＤＢＣ法で接合している。
【００３３】
図７〜図１０の場合、下層に位置する地導体３１あるいはキャリア板１３の裏面に窪みがなく平坦な面になっている。このため、地導体３１あるいはキャリア板１３をケース（図示せず）などと接合する場合、電気的および機械的に良好な接触が得られる。図１０のように、地導体３１とキャリア板１３の穴Ｂ１および窪みＡ２の位置をずらせた場合は、熱伝導の悪い穴Ｂ１および窪みＡ２の部分が連続しないため、良好な放熱効果が得られる。
【００３４】
図１１は、地導体３１にある深さの複数の窪みＢ２を設け、キャリア板１３に貫通する複数の穴Ａ１を設け、地導体３１の窪みＢ２の位置とキャリア板１３の穴Ａ１の位置を一致させて、フェライト基板１１と地導体３１、および、地導体３１とキャリア板１３を、それぞれ同時にＤＢＣ法で接合している。
【００３５】
図１２は、地導体３１およびキャリア板１３にそれぞれ貫通する穴Ｂ１、Ａ１を設け、フェライト基板１１と地導体３１、地導体３１とキャリア板１３を、それぞれ両者の穴Ｂ１、Ａ１の位置が一致するように、同時にＤＢＣ法で接合している。この構成の場合、地導体３１とキャリア板１３の穴Ｂ１、Ａ１の位置がずれているため、良好な放熱効果が得られる。
【００３６】
図７〜図１２のいずれの場合も、キャリア板１３の厚さを従来の構造の場合よりも厚くできる。
【００３７】
上記した構造によれば、フェライト基板に接合される地導体やキャリア板に貫通する穴、あるいは窪みを設け、それぞれフェライト基板とＤＢＣ接合し、あるいは、地導体とキャリア板とをＤＢＣ接合している。この場合、キャリア板の厚さを厚くしても、フェライト基板が破壊しない。したがって、放熱や挿入損失などの特性を実用できる範囲に維持しつつ、取付けに必要な機械的強度を有し、かつ、熱膨張率差によってフェライト基板が破壊しない非可逆回路素子を実現できる。また、熱膨張率差などが原因するフェライト基板の破壊が防止されるため、フェライト基板とキャリア板、あるいはフェライト基板と地導体、キャリア板を同時にＤＢＣ法で接合できる。このため、工程数が低減し安価な非可逆回路素子を実現できる。また、半田の使用量も微量もしくは零の非可逆回路素子を実現できる。
【００３８】
上記の実施形態では、アイソレータの場合で説明しているが、この発明はサーキュレータ、あるいは、三導体型の非可逆回路素子についても適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、フェライト基板と金属導体部分をＤＢＣ法で接合する構成において、キャリア板を厚くしてもフェライト基板が破壊しない非可逆回路素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための構造図である。
【図２】本発明の実施形態の特性を説明するための図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するための構造図である。
【図４】本発明の他の実施形態の特性を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための構造図である。
【図６】本発明の他の実施形態の特性を説明するための図である。
【図７】本発明の地導体の変形例を説明するための概略の構造図である。
【図８】本発明の地導体およびキャリア板の変形例を説明するための概略の構造図である。
【図９】本発明の地導体およびキャリア板の変形例を説明するための概略の構造図である。
【図１０】本発明の地導体およびキャリア板の変形例を説明するための概略の構造図である。
【図１１】本発明の地導体およびキャリア板の変形例を説明するための概略の構造図である。
【図１２】本発明の地導体およびキャリア板の変形例を説明するための概略の構造図である。
【図１３】従来例を説明するための構造図である。
【図１４】他の従来例を説明するための構造図である。
【図１５】従来例の特性を説明するための図である。
【図１６】他の従来例の特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…フェライト基板
１２…線路導体
１３…キャリア板
１４…終端器
１５…接合材
Ａ…キャリア板を貫通する穴
ｄ…キャリア板を貫通する穴の径
【図１】
0003583036.tif 000002
【図２】
0003583036.tif 000003
【図３】
0003583036.tif 000004
【図４】
0003583036.tif 000005
【図５】
0003583036.tif 000006
【図６】
0003583036.tif 000007
【図７】
0003583036.tif 000008
【図８】
0003583036.tif 000009
【図９】
0003583036.tif 000010
【図１０】
0003583036.tif 000011
【図１１】
0003583036.tif 000012
【図１２】
0003583036.tif 000013
【図１３】
0003583036.tif 000014
【図１４】
0003583036.tif 000015
【図１５】
0003583036.tif 000016
【図１６】
0003583036.tif 000017