(57)【要約】【課題】終端抵抗で発生した熱を効率良く外部に放熱することができる非可逆回路素子および通信装置を提供する。【解決手段】アイソレータ１は、概略、金属製上側ケース４と金属製下側ケース８とからなる金属ケースと、永久磁石９と、フェライト２０と中心電極２１〜２３とからなる中心電極組立体１３と、積層基板３０を備えている。積層基板３０は、終端抵抗Ｒの下に、誘電体層（誘電体シート４２）を介して、放熱用ビアホール１９が配設されている。放熱用ビアホール１９はできるだけ多くの誘電体シートに形成され、その端部が積層基板３０の表面に達していることが好ましい。さらに、放熱用ビアホール１９内を充填する導電ペーストは、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄなどの熱伝導率の良好な材料が好ましい。【選択図】　図３
2004023770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、
前記永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、
前記フェライト上に電気的絶縁状態で交差して配置されている複数の中心電極と、
誘電体層と、終端抵抗と、該終端抵抗に誘電体層を間に挟んで平面視で少なくとも一部が重なる放熱用導体とを有した積層基板と、
を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
前記放熱用導体が、前記誘電体層に設けた一つ以上の放熱用ビアホールで構成され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。
【請求項３】
前記放熱用ビアホールの終端抵抗側に配置されている端部とは反対側の端部が、前記積層基板の表面に達していることを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子。
【請求項４】
前記積層基板が、前記終端抵抗と前記放熱用ビアホールの間に配設されている誘電体層の他に、前記放熱用ビアホールが設けられていない誘電体層を有していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
前記終端抵抗と前記放熱用ビアホールの間に配設されている誘電体層の厚みが３μｍ以上８００μｍ以下であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
前記放熱用ビアホールの一端が前記終端抵抗のコールドエンド側に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項７】
前記放熱用ビアホールが前記終端抵抗のホットエンド側に電気的に接続され、かつ、前記放熱用ビアホールの一端とアースの間には誘電体層が挟まれていることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項８】
前記放熱用ビアホールの横断面の面積が前記終端抵抗の面積の２０％以上４００％以下であることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項９】
前記放熱用ビアホールの横断面形状が、略矩形状もしくは略円形状であることを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１０】
前記放熱用ビアホールの横断面形状が略円形状であり、かつ、直径が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１１】
前記終端抵抗と前記放熱用ビアホールの間に配設されている誘電体層が、アルミナ、アルミナとガラスを主成分とする複合誘電体材、窒化アルミおよびこれらの複合誘電体材のいずれか一つであることを特徴とする請求項２〜請求項１０のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１２】
前記放熱用ビアホールの材料が銀、銅、銀合金、銅合金およびこれら金属とフリットからなる厚膜ペースト材料のいずれか一つであることを特徴とする請求項２〜請求項１１のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１３】
前記永久磁石と前記フェライトと前記中心電極とを囲む金属ケースを備え、前記放熱用ビアホールの投影が前記金属ケースに重なるように、前記放熱用ビアホールを前記金属ケース内に配置していることを特徴とする請求項２〜請求項１２のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１４】
前記放熱用ビアホールと前記金属ケースが熱的に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の非可逆回路素子。
【請求項１５】
前記積層基板には整合用コンデンサが設けられていることを特徴とする請求項２〜請求項１４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１６】
前記積層基板上に発熱性電子部品が搭載されていることを特徴とする請求項２〜請求項１５のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項１７】
前記発熱性電子部品が高周波電力増幅器であることを特徴とする請求項１６に記載の非可逆回路素子。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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などの非可逆回路素子および通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アイソレータは、信号を伝送方向のみに通過させ、逆方向への伝送を阻止する機能を有しており、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。
【０００３】
例えば、この種のアイソレータとして、特開平９−２８９４０２号公報記載のものが知られている。このアイソレータは、整合用コンデンサを内蔵した誘電体基板に終端抵抗を印刷して焼付けている。そして、アイソレータに反射電力が入力されるなどして終端抵抗に電力が吸収されると、終端抵抗が発熱する。熱は最終的にアイソレータの金属ケースや端子などから放射（輻射）や対流によって放熱されたり、アイソレータが実装されているプリント基板への熱伝導などによって放熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、終端抵抗から金属ケースや端子などへの熱の伝達は、主として誘電体基板の熱伝導による。熱伝導率は誘電体によって異なるが、アルミナで２０Ｗ／ｍ・ｋである。これは金属の熱伝導率、例えば銀の約３００Ｗ／ｍ・ｋと比較するとかなり悪い。従って、この部分の熱抵抗が、終端抵抗の温度上昇を招き、アイソレータの耐電力を制限する主な要因の一つとなっていた。
【０００５】
ここで、耐電力は、規定の使用環境（−４５から＋８５℃など）において、十分な時間（１０００または２０００時間など）にわたって連続的に負荷状態（例えば逆方向電力１Ｗを入力する）にしても、アイソレーションなどの特性が損なわれたり、通常の温度特性の範囲を超えて変化したりしない性能を意味する。
【０００６】
また、アイソレータやサーキュレータにおいては、アルミナの他にも、より高誘電率の誘電体材料が用いられる。しかし、これらは概して熱伝導率がアルミナよりも更に小さく、放熱性の点では不利となる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、終端抵抗で発生した熱を効率良く外部に放熱することができる非可逆回路素子および通信装置を提供することにある。
【０００８】
なお、半導体を含むハイブリッドＩＣの分野では、特開平６−２９６１０６号公報記載のように、半導体を実装する誘電体基板面と基板底面のアース面との間に厚膜電極材料を充填したスルーホール（サーマルビア）を設けて、半導体の底面を導電ペースト（あるいは導電接着剤）や熱伝導ペーストによってサーマルビアに接続し、半導体の発熱をこのサーマルビアを介して放熱することが行なわれている。これは、半導体の底面が絶縁体で覆われていたり、底面に電極があっても、その電極がサーマルビアと同電位であったりするためである。
【０００９】
しかしながら、サーマルビアを直接に接続する構造は、終端抵抗には採用できない。サーマルビアは電気伝導性も良好であるため、終端抵抗に直接に接続すると、所望の抵抗値を得られなくなってしまうからである。また、サーマルビアを、絶縁性を有する熱伝導ペースト（あるいは熱伝導接着剤）を介して終端抵抗に接続する構造は、熱伝導ペースト内に発生するボイド（気泡）のために熱抵抗が大きくなったり、ピンホールが原因で安定した抵抗値を有する終端抵抗を得ることが困難になったりする。また、製造工程が煩雑となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
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、
（ａ）永久磁石と、
（ｂ）永久磁石により直流磁界が印加されるフェライトと、
（ｃ）フェライト上に電気的絶縁状態で交差して配置されている複数の中心電極と、
（ｄ）誘電体層と、終端抵抗と、該終端抵抗に誘電体層を間に挟んで平面視で少なくとも一部が重なる放熱用導体とを有した積層基板と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
放熱用導体は、例えば誘電体層に設けた一つ以上の放熱用ビアホールにて構成されている。放熱用ビアホールは金属ケース内に配置され、該金属ケースと熱的に接続されていることが好ましい。また、終端抵抗と放熱用ビアホールの間に配設されている誘電体層の厚みは、３μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。３μｍより薄いと、誘電体層にピンホールが生じ、耐電圧上の問題が生じるからである。また、８００μｍを超えると、放熱用ビアホールと終端抵抗が離れ過ぎて熱抵抗が増大する原因となるからである。
【００１２】
さらに、終端抵抗と放熱用ビアホールの間に配設されている誘電体層は、アルミナ、アルミナとガラスを主成分とする複合誘電体材、窒化アルミ、あるいはこれらの複合誘電体材で作製されていることが好ましい。誘電体損失が少なく、熱伝導性および加工性に優れているからである。
【００１３】
以上の構成により、非可逆回路素子に入った反射電力を終端抵抗が吸収することによって終端抵抗が発熱しても、その熱は薄い誘電体層を介して放熱用ビアホールに、熱抵抗少なく効率良く伝導する。さらに、熱は放熱用ビアホールから金属ケースに伝導する。金属ケースに伝わった熱は、輻射（放射）、空気の対流、および金属ケースが兼ねるアース端子から非可逆回路素子が実装されているプリント基板への伝導により、外部に放熱される。
【００１４】
また、放熱性の点から、放熱用ビアホールはできるだけ多くの誘電体層に形成され、その端部が積層基板の表面に達していることが好ましい。さらに、放熱用ビアホール内を充填する導電ペーストは、銀、銅、銀合金、銅合金およびこれら金属とフリットからなる厚膜ペースト材料などの熱伝導率の良好な材料が好ましい。
【００１５】
また、放熱用ビアホールの横断面の面積は、終端抵抗の面積の２０％以上４００％以下に設定することが好ましい。なぜなら、放熱用ビアホールの横断面が終端抵抗の面積の２０％より小さいと、耐電力の向上がわずかであり、放熱用ビアホールを設けるコストに見合う効果が得られないからである。また、４００％を超える大きな放熱用ビアホールを設けても、耐電力は飽和傾向であり、一方、放熱用ビアホール周囲でのクラックの発生が起き易くなるからである。なお、放熱用ビアホールが複数個からなる場合には、放熱用ビアホールの横断面の面積の和を、終端抵抗の面積の２０％以上４００％以下に設定する。
【００１６】
さらに、放熱用ビアホールの一端は、終端抵抗のコールドエンド側に電気的に接続されている構造であってもよい。また、放熱用ビアホールは、終端抵抗のホットエンド側に電気的に接続され、かつ、放熱用ビアホールの一端とアースの間には誘電体層が挟まれている構造であってもよい。終端抵抗は積層基板の内部に配置してもよいし、積層基板の表面に配置してもよい。
【００１７】
また、本発明に係る通信装置は、上述の非可逆回路素子を備えることにより、性能や信頼性が向上する。非可逆回路素子の積層基板上には、高周波電力増幅器などの発熱性電子部品を搭載してもよい。そのような熱的環境の厳しい動作条件下において、本発明はより効果を発揮する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る非可逆回路素子および通信装置の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１実施形態、図１〜図９］
本発明に係る非可逆回路素子の一実施形態の分解斜視図を図１に示す。該非可逆回路素子１は、集中定数型アイソレータである。図１に示すように、集中定数型アイソレータ１は、概略、金属製上側ケース４と金属製下側ケース８とからなる金属ケースと、永久磁石９と、フェライト２０と中心電極２１〜２３とからなる中心電極組立体１３と、積層基板３０を備えている。
【００２０】
金属製上側ケース４は略箱形状であり、上部４ａおよび四つの側部４ｂからなる。金属製下側ケース８は、左右の側部８ｂと底部８ａからなる。金属製上側ケース４および金属製下側ケース８は磁気回路を形成するため、例えば、軟鉄などの強磁性体からなる材料で形成され、その表面にＡｇやＣｕがめっきされる。
【００２１】
中心電極組立体１３は、矩形状のマイクロ波フェライト２０の上面に３組の中心電極２１〜２３を、絶縁層（図示せず）を介在させて略１２０度ごとに交差するように配置している。本第１実施形態では、中心電極２１〜２３を二つのラインで構成した。中心電極２１〜２３は銅箔を用いてフェライト２０に巻きつけてもよいし、フェライト２０上あるいは内部に銀ペーストを印刷して形成してもよい。ただし、印刷した方が中心電極２１〜２３の位置精度が高いので、積層基板３０との接続が安定する。特に、今回のように微小な中心電極用接続電極Ｐ１〜Ｐ３（後述）で接続する場合には、中心電極２１〜２３を印刷形成した方が信頼性、作業性が良い。
【００２２】
積層基板３０は、図２に示すように、中心電極用接続電極Ｐ１〜Ｐ３やグランド用接続電極３１やビアホール１８を設けた誘電体シート４１と、ホット側コンデンサ電極７１ａ〜７３ａや回路用電極１７や終端抵抗Ｒなどを表面に設けた誘電体シート４２と、ホット側コンデンサ電極７１ｂ〜７３ｂおよび放熱用ビアホール１９などを設けた誘電体シート４４と、グランド電極７４および放熱用ビアホール１９などをそれぞれ設けた誘電体シート４３，４５と、入力端子電極１４、出力端子電極１５、およびグランド端子電極１６などにて構成されている。
【００２３】
この積層基板３０は、以下のようにして作製される。すなわち、誘電体シート４１〜４５は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、ＳｉＯ２，ＳｒＯ，ＣａＯ，ＰｂＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＭｇＯ，ＢａＯ，ＣｅＯ２，Ｂ２Ｏ３のうちの１種類あるいは複数種類を副成分として含む低温焼結誘電体材料にて作製する。
【００２４】
さらに、積層基板３０の焼成条件（特に焼成温度１０００℃以下）では焼成せず、積層基板３０の基板平面方向（Ｘ−Ｙ方向）の焼成収縮を抑制する収縮抑制シート４６を作製する。この収縮抑制シート４６の材料は、アルミナ粉末および安定化ジルコニア粉末の混合材料である。シート４１〜４６の厚みは１０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００２５】
電極Ｐ１〜Ｐ３，１４〜１７，３１，７１ａ〜７３ａ，７１ｂ〜７３ｂ，７４は、パターン印刷等の方法によりシート４１〜４６に形成されている。電極Ｐ１〜Ｐ３等の材料としては、抵抗率が低く、誘電体シート４１〜４５と同時焼成可能なＡｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄなどが用いられる。これらの電極材料は、一般に、フリットと称するガラス系の材料と混合することにより、積層基板３０に固定される。しかし、場合によっては、積層基板３０の焼成温度を電極材料融点より高くして、電極Ｐ１〜Ｐ３等を一端溶融させて積層基板３０に固定する場合もある。
【００２６】
この電極Ｐ１〜Ｐ３等の表面には、Ｎｉめっきを下地としてＡｕめっきが施されている。Ｎｉめっきは、電極Ｐ１〜Ｐ３等のＡｇとＡｕめっきの固着強度を強くする。Ａｕめっきは、はんだ濡れ性を良くするとともに、導電率が高いのでアイソレータ１を低損失にできる。また、電極Ｐ１〜Ｐ３等の中で直流電圧が印加される電極がある場合、その電極表面にＡｇが露出していると、電極がマイグレーションを起こす可能性があるので、これを防止する働きもしている。電極Ｐ１〜Ｐ３等の厚みは５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００２７】
終端抵抗Ｒは、パターン印刷等の方法により誘電体シート４２の表面に形成されている。抵抗体Ｒの材料としては、サーメット、カーボン、ルテニウムなどが使用される。
【００２８】
信号用ビアホール１８および放熱用ビアホール１９は、誘電体シート４１〜４５にレーザ加工やパンチング加工などにより、予めビアホール用孔を形成した後、そのビアホール用孔に導電ペーストを充填することにより形成される。一般に、導電ペーストの材料としては、電極Ｐ１〜Ｐ３等と同一の電極材料（Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄなど）が用いられる。
【００２９】
放熱用ビアホール１９の横断面形状を円形にすれば、加工コストが安価になる。なぜなら、金型の製造費用が安く、また、レーザ穴明けでも対応できるので、その場合は金型費用が不要となるからである。さらに、放熱用ビアホール用孔に導電ペーストを充填する際に、気泡が発生しにくいという利点がある。また、放熱用ビアホール１９の径は０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。径の寸法がこれより小さいと、放熱効果を上げるために非常に多くのビアホールを密集して設けることが必要となって費用が上がるからである。径の寸法がこれより大きいと、誘電体部分と放熱用ビアホール１９部分の収縮率の差が原因で焼成時にクラックが発生したり、熱サイクルがかかった場合等にクラックが発生したりすることが懸念され、またその様に大きなビアホールを設けるスペースを確保することが困難であるからである。
【００３０】
コンデンサ電極７１ａ，７１ｂ、７２ａ，７２ｂ、７３ａ，７３ｂはそれぞれ、誘電体シート４２〜４４を間に挟んでグランド電極７４に対向して整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を構成する。これら整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３や終端抵抗Ｒは、電極Ｐ１〜Ｐ３，１７，３１や信号用ビアホール１８とともに、積層基板３０の内部に電気回路を構成する。
【００３１】
以上の誘電体シート４１〜４５は積層され、さらに、その上下に収縮抑制シート４６（上側の収縮抑制シートは図示せず）が積層された後、焼成される。これにより、焼結体が得られ、その後、超音波洗浄法や湿式ホーニング法によって、未焼結の収縮抑制材料を除去し、図１に示すような積層基板３０とする。
【００３２】
積層基板３０の底面には、入力端子電極１４、出力端子電極１５およびグランド端子電極１６が配設されている。信号用ビアホール１８を介して、入力端子電極１４はコンデンサ電極７１ａ，７１ｂに電気的に接続され、出力端子電極１５はコンデンサ電極７２ａ，７２ｂに電気的に接続されている。グランド端子電極１６はそれぞれ、回路用電極１７やグランド電極７４に電気的に接続されている。特に、入出力端子電極１４，１５上には、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕ等の導電ペーストを塗布後、焼付けることによって突起状の厚膜電極が形成される。
【００３３】
誘電体シート４３〜４５のそれぞれに設けられた放熱用ビアホール１９は、誘電体シート４１〜４５の積み重ね方向に連接され、柱状放熱用ビアホールを構成する。平面視で、柱状放熱用ビアホール１９の一部は、終端抵抗Ｒに重なっている。柱状放熱用ビアホール１９の上端は誘電体シート４２を間に挟んで終端抵抗Ｒに近接し、下端は誘電体シート４５の裏面に露出し、グランド端子電極１６に電気的に接続されている。
【００３４】
なお、この積層基板３０は通常マザーボード状態で作成される。このマザーボードに所定のピッチでハーフカット溝を形成し、ハーフカット溝に沿って折ることにより、マザーボードから所望のサイズの積層基板３０を得る。あるいは、マザーボードをダイサーやレーザなどで切断することにより、マザーボードから所望のサイズの積層基板３０を切り出してもよい。
【００３５】
こうして得られた積層基板３０は、内部に整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３および終端抵抗Ｒを有している。整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３は必要な静電容量精度で製作する。しかし、トリミングを行う場合は、整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３と中心電極２１〜２３を接続する前に行なわれる。つまり、積層基板３０は、単体の状態で、内部（２層目）のコンデンサ電極７１ａ，７２ａ，７３ａを表層の誘電体とともにトリミング（削除）される。トリミングには、例えば、切削機やＹＡＧの基本波、２倍波、３倍波のレーザが用いられる。レーザを用いれば、早くかつ精度の良い加工が得られる。なお、トリミングは、マザーボード状態の積層基板３０に対して効率良く行ってもよい。
【００３６】
このように、コンデンサ電極７１ａ〜７３ｂのうち最も外側の層に位置するコンデンサ電極７１ａ〜７３ａをトリミング用コンデンサ電極としているので、トリミング時に除去する誘電体層の厚みを最小限にできる。さらに、トリミングの障害となる電極が少なくなるので（本第１実施形態の場合は接続電極Ｐ１〜Ｐ３，３１のみ）、トリミング可能なコンデンサ電極領域が広くなり、静電容量調整範囲を広くできる。
【００３７】
また、積層基板３０には終端抵抗Ｒも内蔵されており、整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３と同様に終端抵抗Ｒも、表層の誘電体とともにトリミングすることにより、抵抗値を調整することができる。抵抗体Ｒは１箇所でも幅が細くなると抵抗値が上がるので、幅方向の途中まで削る。
【００３８】
以上の構成部品は以下のようにして組み立てられる。すなわち、図１に示すように、永久磁石９は金属製上側ケース４の天井に接着剤によって固定される。積層基板３０上には、中心電極組立体１３が、中心電極組立体１３の中心電極２１〜２３の各々の一端が積層基板３０の表面に形成された中心電極用接続電極Ｐ１〜Ｐ３にはんだ付けされ、かつ、中心電極２１〜２３の各々の他端がグランド用接続電極３１にはんだ付けされることにより、実装される。なお、中心電極２１〜２３と接続電極Ｐ１〜Ｐ３，３１とのはんだ付けは、マザーボード状態の積層基板３０に対して効率良く行なってもよい。
【００３９】
積層基板３０は金属製下側ケース８の底部８ａ上に載置され、シート４５の裏面に設けたグランド端子電極１６がはんだによって底部８ａに固定されるとともに電気的に接続される。これにより、アースを十分にとることができるので、アイソレータ１の電気特性を向上させることができる。
【００４０】
そして、金属製下側ケース８の側部８ｂと金属製上側ケース４の側部４ｂをはんだ等で接合することにより金属ケースとなり、電磁シールド、アース端子およびヨークとしても機能する。つまり、この金属ケースは、永久磁石９と中心電極組立体１３と積層基板３０を囲む磁路を形成する。また、永久磁石９はフェライト２０に直流磁界を印加する。
【００４１】
図３はアイソレータ１の垂直断面図、図４はその電気等価回路図である。以上の構成からなるアイソレータ１の積層基板３０は、終端抵抗Ｒの下に、誘電体層（誘電体シート４２）を介して、放熱用ビアホール１９が配設されている。従って、アイソレータ１に入った反射電力を終端抵抗Ｒが吸収することによって終端抵抗Ｒが発熱しても、その熱は薄い誘電体層を介して放熱用ビアホール１９に、熱抵抗少なく効率良く伝導する。さらに、熱は放熱用ビアホール１９からグランド端子電極１６を介して金属製下側ケース８（金属ケース）に伝導する。金属ケースに伝わった熱は、輻射（放射）、空気の対流、および金属ケースが兼ねるアース端子からアイソレータ１が実装されているプリント基板への伝導により、外部に放熱される。
【００４２】
従って、同じ電力を吸収した場合でも、終端抵抗Ｒの上昇温度は従来より低く抑えられ、アイソレータ１の信頼性が向上する。さらに、アイソレータ１や終端抵抗Ｒのサイズを変えることなく、従来より大きい反射電力を取り扱うことのできるアイソレータ１が得られる。
【００４３】
また、放熱性の点から、放熱用ビアホール１９はできるだけ多くの誘電体シートに形成され、その端部が積層基板３０の表面に達していることが好ましい。さらに、放熱用ビアホール１９内を充填する導電ペーストは、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄなどの熱伝導率の良好な材料が好ましい。特に、電極Ｐ１〜Ｐ３等と同じ厚膜電極材料を用いた場合には、熱伝導率は純粋な金属の場合の７０％程度となる。従って、一旦溶融した電極を積層基板３０内に凝固させて固定する工法で作られた放熱用ビアホール１９であれば、熱伝導（＝放熱）上一層有利である。
【００４４】
さらに、本第１実施形態の場合、放熱用ビアホール１９の上方からの投影が金属製下側ケース８に重なるように両者は配置されており、かつ、はんだ付けあるいは熱伝導性に優れた接着剤（熱伝導接着剤）にて積層基板３０と金属製下側ケース８が接合している。すなわち、積層基板３０の底面に設けたグランド端子電極１６をはんだで金属製下側ケース８に接合している。これにより、放熱用ビアホール１９と金属ケースの熱的な結合がより確実なものとなり、本発明の効果が一層上がる。なお、積層基板３０と金属製下側ケース８とは必ずしもはんだ付けされていなくてもよく、単に圧接や密着されているだけであってもよい。
【００４５】
ところで、放熱用ビアホール１９が接地されている場合、放熱用ビアホール１９と終端抵抗Ｒの間には静電容量が発生する。この静電容量は終端抵抗Ｒに直列に接続するため、損失の大きな静電容量である。通常このような静電容量は、アイソレータ１の中心電極２１（または２２）と整合用コンデンサＣ１（またはＣ２）のようなタンク回路（並列共振回路）には好ましくないものである。なぜなら、共振回路のＱを下げてしまうからである。しかし、本発明の場合、この損失の含まれる静電容量はアイソレータ１の終端ポートであるＰ３に接続されるため、致命的な問題とならない。のみならず、この部分で発生した静電容量分だけ、本来の静電容量を減少させることが可能となるため、終端ポートＰ３の整合用コンデンサＣ３を小型化でき、ひいてはアイソレータ１を小型化できることとなる。
【００４６】
また、終端抵抗Ｒと放熱用ビアホール１９の間に配設されている誘電体層（言い換えると、誘電体シート４２）の厚みは、３μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。なぜなら、３μｍより薄いと、誘電体シート４２中に存在しうるピンホールで、ショートが発生しうるからである。また、８００μｍを超えると、放熱用ビアホール１９と終端抵抗Ｒが離れ過ぎて放熱用ビアホール１９の効果がほとんど得られないからである。
【００４７】
さらに、誘電体シート４２は、アルミナ、アルミナとガラスを主成分とする複合誘電体材、窒化アルミ、あるいはこれらの複合誘電体材で作製されていることが好ましい。なぜなら、アルミナや窒化アルミは誘電体や絶縁体の中では熱伝導性に優れ、しかも、積層基板を作り易いからである。特に、ガラスと混ぜ合わせた場合には、多層基板化して内部に所望のビアホールを設けることに適している。
【００４８】
また、放熱用ビアホール１９の横断面の面積は、終端抵抗Ｒの面積の２０％以上４００％以下に設定することが好ましい。なぜなら、図５に示すように、放熱用ビアホール１９の横断面が終端抵抗Ｒの面積の２０％より小さいと、耐電力の向上がわずかであり、放熱用ビアホール１９を設けるコストに見合う効果が得られないからである。また、４００％を超える大きな放熱用ビアホール１９を設けても、耐電力は飽和傾向であり、一方、放熱用ビアホール１９周囲でのクラックの発生が起き易くなるからである。
【００４９】
なお、終端抵抗Ｒの面積は、抵抗体膜のうち電極７３ａ，１７と重なっている両端部を除いた領域、すなわち、実際に抵抗として機能している領域の面積を意味している。本第１実施形態の場合、放熱用ビアホール１９の直径は０．８ｍｍ、終端抵抗Ｒの面積は０．５０ｍｍ×０．４５ｍｍとし、放熱用ビアホール１９の横断面の面積は、終端抵抗Ｒの面積の約５５％に設定した。
【００５０】
また、本第１実施形態では、放熱用ビアホール１９の横断面の面積をＳとし、積層基板３０の板厚をＴとしたとき、関係式Ｓ＞Ｔ２／１６を満足している。
【００５１】
また、放熱用ビアホールは図６〜図１０に示すように、種々に変形できる。図６に示す放熱用ビアホール１９Ａは、いずれの電極にも接続されていないもので、いわゆる電気的に浮いた状態になっている。一般に、低温焼結誘電体材料で形成された積層基板は、誘電体部分と比較して厚膜導体部分（ビアホール部分）の焼成時収縮が大きいため、ビアホール部分が焼成後に積層基板の表面から突出する場合がある。そこで、放熱用ビアホール１９Ａが設けられていない誘電体シートで放熱用ビアホール１９Ａを挟み込む構造を採用することにより、放熱用ビアホール１９Ａの部分が積層基板３０Ａの表面から突出するのを防止している。
【００５２】
また、図７に示す放熱用ビアホール１９Ｂは、終端抵抗Ｒのコールドエンド側に接続されている信号用ビアホール１８に並接しており、その位置が終端抵抗Ｒの中心から偏心している。これにより、放熱用ビアホール１９Ｂ上端での終端抵抗Ｒと放熱用ビアホール１９Ｂ間の実効的な熱伝導路が短くなり、熱抵抗を減少させることができる。しかも、放熱用ビアホール１９Ｂの下端をグランド端子電極１６を介して、熱容量の大きい金属製下側ケース８に熱的に接触させることができ、優れた放熱効果が得られる。
【００５３】
さらに、図８に示す放熱用ビアホール１９Ｃは、終端抵抗Ｒのホットエンド側に接続されているホット側コンデンサ電極７３ｂに接続している。これにより、放熱用ビアホール１９Ｃ上端での終端抵抗Ｒと放熱用ビアホール１９Ｃ間の熱抵抗を減少させることができる。
【００５４】
また、放熱用ビアホール１９Ｃの下端とグランド端子電極１６との間には、誘電体層が挟まれている。これにより、終端抵抗Ｒと放熱用ビアホール１９Ｃが同電位となり、両者間に静電容量は発生しない。一方、放熱用ビアホール１９Ｃの下端とグランド端子電極１６との間で発生する静電容量は損失分を含まず、わずかながらアイソレータのアイソレーションの帯域幅を広くさせるに過ぎない。
【００５５】
また、図９に示す積層基板３０Ｄは、設計上の制約で放熱用ビアホールの径を大きくできない場合や、製造上の制約で径が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の放熱用ビアホールしかできない場合に、良好な放熱性を実現するために放熱用ビアホール１９Ｄを二つ設けたものである。
【００５６】
［第２実施形態、図１０および図１１］
図１０に示すように、集中定数型アイソレータ１０１は、概略、金属製下側ケース１０４と金属製上側ケース１０８とからなる金属ケースと、永久磁石１０９と、フェライト１２０と、中心電極１２１〜１２３や整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃｓやトラップ用コイルＬや終端抵抗Ｒを設けた積層基板１４０と、樹脂製端子ケース１０３とを備えている。
【００５７】
金属製下側ケース１０４は、左右の側部１０４ａと底部１０４ｂを有し、略コの字形状である。この金属製下側ケース１０４は、インサートモールド法によって、樹脂製端子ケース１０３と一体成形されている。金属製下側ケース１０４の底部１０４ｂの対向する一対の辺からは、それぞれ二本のアース端子１１７が延在している。
【００５８】
樹脂製端子ケース１０３の底部には、金属製下側ケース１０４の底部１０４ｂおよびグランド引出電極１１７ａが露出している。さらに、樹脂製端子ケース１０３には、入力端子１１５および出力端子１１６がインサートモールドされている。入力端子１１５及び出力端子１１６は、それぞれ一端が樹脂製端子ケース１０３の外側面に露出し、他端が樹脂製端子ケース１０３の底部に露出して入力引出電極１１５ａ、出力引出電極１１６ａとされる。
【００５９】
積層基板１４０は、図１１に示すように、中心電極１２３や終端抵抗Ｒや中継電極１５７や信号用ビアホール１４８を設けた誘電体シート１４１と、中心電極１２１やトラップ用コイルＬやグランド側コンデンサ電極１５６や放熱用ビアホール１４９などを設けた誘電体シート１４２と、中心電極１２２や放熱用ビアホール１４９などを設けた誘電体シート１４３と、入力側接続電極１５１や出力側接続電極１５２やグランド側接続電極１５３〜１５５を裏面に設けた誘電体シート１４４などにて構成されている。
【００６０】
中心電極１２１のＬ字形ポート部Ｐ１は、誘電体シート１４２〜１４４を間に挟んでグランド側接続電極１５３，１５５に対向して、それぞれ整合用コンデンサＣ１，Ｃｓを構成する。中心電極１２２のポート部Ｐ２は、誘電体シート１４２を間に挟んでグランド側コンデンサ電極１５６に対向して整合用コンデンサＣ２を構成する。中心電極１２３のポート部Ｐ３は、誘電体シート１４１〜１４４を間に挟んでグランド側接続電極１５４に対向して整合用コンデンサＣ３を構成する。これら整合用コンデンサＣ１〜Ｃ３，Ｃｓや終端抵抗Ｒは、電極１５１，１５２，１５７やビアホール１４８とともに、積層基板１４０の内部に電気回路を構成する。
【００６１】
誘電体シート１４２〜１４４のそれぞれに設けられた放熱用ビアホール１４９は、誘電体シート１４１〜１４４の積み重ね方向に連接され、柱状放熱用ビアホールを構成する。平面視で、柱状放熱用ビアホール１４９の一部は、終端抵抗Ｒに重なっている。柱状放熱用ビアホール１４９の上端は誘電体シート１４１を間に挟んで終端抵抗Ｒに近接し、下端は誘電体シート１４４の裏面に露出し、グランド側接続電極１５４に電気的に接続されている。
【００６２】
以上の誘電体シート１４１〜１４４は積層された後、一体的に焼成され、図１０に示すような積層基板１４０とされる。積層基板１４０は、フェライト１２０とともに樹脂製端子ケース１０３の底部に収容される。フェライト１２０の裏面は金属製下側ケース１０４の底部１０４ｂに面接触し、積層基板１４０はフェライト１２０の上面に配置される。
【００６３】
このとき、積層基板１４０の底面に設けられている入力側接続電極１５１は、樹脂製端子ケース１０３の底部に露出している入力引出電極１１５ａに半田付けされる。出力側接続電極１５２およびグランド側接続電極１５３〜１５５も、それぞれ出力引出電極１１６ａおよびグランド引出電極１１７ａに半田付けされる。同様に、積層基板１４０の底面に露出している柱状放熱用ビアホール１４９の下端もグランド引出電極１１７ａに半田付けされる。
【００６４】
さらに、その上から金属製上側ケース１０８を装着する。金属製上側ケース１０８の天井には永久磁石１０９が配置されている。永久磁石１０９はフェライト１２０に直流磁界を印加する。金属製上側ケース１０８と金属製下側ケース１０４は嵌合された後、はんだリフロー等の方法で電気的に接続されている。これにより、金属製上側ケース１０８と金属製下側ケース１０４は金属ケースをなし、磁気回路を構成している。
【００６５】
こうしてアイソレータ１０１が得られる。以上の構成からなるアイソレータ１０１は、前記第１実施形態のアイソレータ１と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
［第３実施形態、図１２］
第３実施形態は、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。
【００６７】
図１２は携帯電話２２０のＲＦ部分の電気回路ブロック図である。図１２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は送信側電力増幅器、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は受信側電力増幅器、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。
【００６８】
ここに、非可逆回路素子２４０は、送信側アイソレータ２３１として、前記第１実施形態や第２実施形態の集中定数型アイソレータ１，１０１を用いるとともに、積層基板３０，１４０に送信側電力増幅器２３２を搭載した複合タイプのものである。この非可逆回路素子２４０を実装することにより、電気的特性の向上した、かつ、信頼性の高い携帯電話２２０を実現することができる。
【００６９】
より詳細に説明すると、電力増幅器などの発熱性電子部品とアイソレータを複合する場合においては、それぞれの部品の占有面積が低減される傾向にあるため、放熱用ビアホールを用いて効率良く放熱する本発明は最適である。特に、送信側電力増幅器２３２との複合時においては、積層基板３０，１４０自体の温度が上がると、ＦＥＴを用いた電力増幅器２３２では出力が低下したり、バイポーラ・トランジスタを用いた電力増幅器２３２では増幅素子が熱暴走で破壊したりする原因となる。そこで、積層基板３０，１４０の温度を上げないで、熱抵抗少なく外部に放熱する本発明は極めて好都合である。
【００７０】
［他の実施形態］
なお、本発明は前記実施形態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、終端抵抗は前記実施形態のように積層基板の内部に配置してもよいし、積層基板の表面に配置してもよい。
【００７１】
また、積層基板の内部に形成されるコンデンサは、整合用コンデンサに限るものではなく、低域通過フィルタやトラップ回路などを構成するためのコンデンサであってもよい。また、本発明に係る非可逆回路素子は、アイソレータ以外に、サーキュレータやカップラー内蔵の非可逆回路素子などであってもよい。
【００７２】
また、放熱用ビアホールの横断面の形状は任意であり、円形状の他に、矩形状であってもよい。矩形状にすると、終端抵抗Ｒの形状と放熱用ビアホールの形状をほぼ対応させることができ、スペース的に限られている場合に、最小の面積で最大の放熱性能が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、終端抵抗の下に、誘電体層を介して放熱用ビアホールを配設している。従って、非可逆回路素子に入った反射電力を終端抵抗が吸収することによって終端抵抗が発熱しても、その熱は薄い誘電体層を介して放熱用ビアホールに、熱抵抗少なく効率良く伝導する。さらに、熱は放熱用ビアホールから金属ケースに伝導する。金属ケースに伝わった熱は、輻射（放射）、空気の対流、および金属ケースが兼ねるアース端子から非可逆回路素子が実装されているプリント基板への伝導により、外部に放熱される。この結果、高性能で信頼性が高くかつ小型の非可逆回路素子や通信装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非可逆回路素子の一実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示した積層基板の分解斜視図。
【図３】図１に示した非可逆回路素子の垂直断面図。
【図４】図１に示した非可逆回路素子の電気等価回路図。
【図５】耐電力特性を示すグラフ。
【図６】図１に示した積層基板の変形例を示す垂直断面図。
【図７】図１に示した積層基板の別の変形例を示す垂直断面図。
【図８】図１に示した積層基板のさらに別の変形例を示す垂直断面図。
【図９】図１に示した積層基板のさらに別の変形例を示す垂直断面図。
【図１０】本発明に係る非可逆回路素子の別の一実施形態を示す分解斜視図。
【図１１】図１０に示した積層基板の分解斜視図。
【図１２】本発明に係る通信装置の電気回路ブロック図。
【符号の説明】
１，１０１…集中定数型アイソレータ
４，１０８…金属製上側ケース
８，１０４…金属製下側ケース
９，１０９…永久磁石
１３…中心電極組立体
１９，１４９…放熱用ビアホール
２０，１２０…フェライト
２１〜２３，１２１〜１２３…中心電極
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，１４０…積層基板
４１〜４５，１４１〜１４４…誘電体シート
２２０…携帯電話
２３２…電力増幅器
２４０…非可逆回路素子
Ｃ１〜Ｃ３…整合用コンデンサ
Ｒ…終端抵抗
【図１】
2004023770.tif 000003
【図２】
2004023770.tif 000004
【図３】
2004023770.tif 000005
【図４】
2004023770.tif 000006
【図５】
2004023770.tif 000007
【図６】
2004023770.tif 000008
【図７】
2004023770.tif 000009
【図８】
2004023770.tif 000010
【図９】
2004023770.tif 000011
【図１０】
2004023770.tif 000012
【図１１】
2004023770.tif 000013
【図１２】
2004023770.tif 000014