(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主線路と、
前記主線路に電磁気的に結合する副線路と、
前記主線路に対して、前記副線路の反対側に配置されている放熱電極と、
前記主線路と前記副線路と前記放熱電極との間にそれぞれ配置された誘電体層と、
前記主線路と前記副線路と前記放熱電極と前記誘電体層とを積層して構成した積層体と、
前記積層体の一方の側面に設けられ、前記主線路の端部がそれぞれ電気的に接続された主線路の入力外部電極および出力外部電極と、
前記積層体の他方の側面に設けられ、前記副線路の端部がそれぞれ電気的に接続された副線路の入力外部電極および出力外部電極と、
を備えたことを特徴とする積層型方向性結合器。
【請求項２】
前記放熱電極がいずれの電極にも接続されていないことを特徴とする請求項１に記載の積層型方向性結合器。
【請求項３】
前記積層体にはグランド外部電極が設けられていないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層型方向性結合器。
【請求項４】
前記放熱電極がビアホールであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の積層型方向性結合器。
【請求項５】
前記主線路および前記副線路のそれぞれの入力外部電極および出力外部電極が、前記積層体の表面に設けた折り返し部に電気的に接続され、該折り返し部は前記誘電体層の表面に印刷にて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の積層型方向性結合器。
【請求項６】
前記放熱電極が前記主線路の上方に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の積層型方向性結合器。
【請求項７】
前記主線路および前記副線路のそれぞれのパターン形状が渦巻状であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の積層型方向性結合器。
【請求項８】
前記主線路と前記副線路が前記誘電体層を間に挟んで積層方向に対向して電磁結合していることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の積層型方向性結合器。
【請求項９】
主線路と、
前記主線路に電磁気的に結合する副線路と、
放熱電極と、
前記主線路と前記副線路と前記放熱電極との間にそれぞれ配置された誘電体層と、
前記主線路と前記副線路と前記放熱電極と前記誘電体層とを積層して構成した積層体と、
前記積層体の一方の側面に設けられ、前記主線路の端部がそれぞれ電気的に接続された主線路の入力外部電極および出力外部電極と、
前記積層体の他方の側面に設けられ、前記副線路の端部がそれぞれ電気的に接続された副線路の入力外部電極および出力外部電極と、
を備え、
前記放電電極は、前記誘電体層に形成されたビアホールであり、
前記主線路及び前記副線路は、前記誘電体層の上面に設けられ、
前記入力外部電極および前記出力外部電極は、前記誘電体層の上面に形成された折り返し部を有し、
前記放電電極が形成された前記誘電体層は、最下層に設けられ、
前記折り返し部が形成された前記誘電体層は、最上層に設けられていることを特徴とする積層型方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型方向性結合器、特に、携帯電話などの無線通信機器などに使用される積層型方向性結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１／４波長に相当する電気長を有する伝送線路を用いた方向性結合器は、高周波機器に従来から用いられている。また、積層型方向性結合器も、小型であるという利点から携帯電話等の小型無線通信機器に広く用いられている。
【０００３】
この種の積層型方向性結合器として、特開平８−１９１２０６号公報記載のものが知られている。この方向性結合器は、図７に示すように、主線路３の線路部３ａ，３ｂをそれぞれ表面に設けた誘電体シート２と、副線路４の線路部４ａ，４ｂをそれぞれ表面に設けた誘電体シート２等で構成されている。線路部３ａと３ｂは、誘電体シート２に設けたビアホール６を介して電気的に接続され、主線路３を構成している。線路部４ａと４ｂは、誘電体シート２に設けたビアホール６を介して電気的に接続され、副線路４を構成している。主線路３と副線路４は、電磁結合して結合器を構成する。
【０００４】
各シート２は積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図８に示すように矩形体状の積層体１０とされる。積層体１０の側面には、主線路３の入力外部電極１１ａおよび出力外部電極１１ｂと、副線路４の入力外部電極１２ａおよび出力外部電極１２ｂとが形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方向性結合器１は、積層体１０の内部あるいは表面に広面積のグランド電極パターンを有しておらず、グランド外部電極を形成する必要がない。しかし、グランド電極パターンを有していないため、放熱性が悪く、大電力の高周波信号が伝送される回路（例えば、携帯電話の送信側回路など）に従来の方向性結合器１を使用すると、方向性結合器１が高温になる。従って、特性が劣化したり、主線路３や副線路４が断線したり、実装用はんだが融解したり、周辺回路へ悪影響（例えば、熱が伝導して周辺の電子部品の温度を上昇させるなど）を及ぼしたりする。この温度上昇を抑えるために主線路３，４のライン幅を太くすると、方向性結合器１の大型化を招く。また、主線路や副線路に高周波信号が流れることによって発生する磁界が、方向性結合器１の外に漏れ易く、電気特性がばらつき易いという問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、放熱性に優れ、かつ、電気特性のばらつきが少ない小型の積層型方向性結合器を提供することにある。
【０００７】
【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、本発明に係る積層型方向性結合器は、
（ａ）主線路と、
（ｂ）前記主線路に電磁気的に結合する副線路と、
（ｃ）前記主線路に対して、前記副線路の反対側に配置されている放熱電極と、
（ｄ）前記主線路と前記副線路と前記放熱電極との間にそれぞれ配置された誘電体層と、
（ｅ）前記主線路と前記副線路と前記放熱電極と前記誘電体層とを積層して構成した積層体と、
（ｆ）前記積層体の一方の側面に設けられ、前記主線路の端部がそれぞれ電気的に接続された主線路の入力外部電極および出力外部電極と、
（ｇ）前記積層体の他方の側面に設けられ、前記副線路の端部がそれぞれ電気的に接続された副線路の入力外部電極および出力外部電極と、
を備えたことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明に係る積層型方向性結合器は、
（ａ）主線路と、
（ｂ）前記主線路に電磁気的に結合する副線路と、
（ｃ）放熱電極と、
（ｄ）前記主線路と前記副線路と前記放熱電極との間にそれぞれ配置された誘電体層と、
（ｅ）前記主線路と前記副線路と前記放熱電極と前記誘電体層とを積層して構成した積層体と、
（ｆ）前記積層体の一方の側面に設けられ、前記主線路の端部がそれぞれ電気的に接続された主線路の入力外部電極および出力外部電極と、
（ｇ）前記積層体の他方の側面に設けられ、前記副線路の端部がそれぞれ電気的に接続された副線路の入力外部電極および出力外部電極と、
を備え、
（ｈ）前記放電電極は、前記誘電体層に形成されたビアホールであり、
（ｉ）前記主線路及び前記副線路は、前記誘電体層の上面に設けられ、
（ｊ）前記入力外部電極および前記出力外部電極は、前記誘電体層の上面に形成された折り返し部を有し、
（ｋ）前記放電電極が形成された前記誘電体層は、最下層に設けられ、
（ｌ）前記折り返し部が形成された前記誘電体層は、最上層に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
放熱電極はいずれの電極にも接続されておらず、積層体にはグランド外部電極が設けられていないことが好ましい。そして、放熱電極をビアホールにて形成することにより、積層体内部の熱を効率良く外界へ放熱することができる。さらに、放熱電極を主線路の上方に配置することにより、より一層効率良く放熱される。
【０００９】
また、本発明に係る積層型方向性結合器は、主線路および副線路のそれぞれの入力外部電極および出力外部電極を、積層体の表面に設けた折り返し部に電気的に接続し、該折り返し部は誘電体層の表面に印刷にて形成されたものであることを特徴とする。以上の構成により、折り返し部の形状のばらつきが小さくなるとともに、入出力外部電極の折り返し部のサイズを容易に大きくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る積層型方向性結合器は、主線路および副線路がそれぞれ渦巻形状であることを特徴とする。一般に、同じ結合度を得ようとした場合、渦巻状の線路は、直線状の線路と比較して長くなり、また、長く形成するためには直線状の線路と比較して細く形成する必要がある。従って、線路の直流抵抗が大きくなって、線路で発生する熱が大きくなり、放熱電極による放熱がより効果的となる。
【００１１】
また、本発明に係る積層型方向性結合器は、主線路と副線路が誘電体層を間に挟んで積層方向に対向して電磁結合（いわゆるブロードサイド結合）していることを特徴とする。一般に、ブロードサイド結合は、サイドエッジ結合（同一層に配置された主線路と副線路が水平方向に対向して電磁結合したもの）と比較して結合が大きい。従って、線路で発生する熱が大きくなり、放熱電極による放熱がより効果的となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る積層型方向性結合器の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。各実施形態において、同一部品および同一部分には同じ符号を付した。
【００１３】
［第１実施形態、図１〜図３］
図１に示すように、積層型方向性結合器１５は、放熱電極３４，３５をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２０，２８と、主線路３０を表面に設けた誘電体シート２３と、副線路３１を表面に設けた誘電体シート２５と、引出し電極３２，３３をそれぞれ表面に設けた誘電体シート２２，２６等で構成されている。
【００１４】
誘電体シート２０〜２８の材料としては、エポキシ等の樹脂あるいはセラミック誘電体等が用いられる。各誘電体シート２０〜２８のシート厚は所定の寸法に設定されている。つまり、シート２１，２４，２７は、他のシート２０，２２，２３，２５，２６，２８より厚く設定されている。このとき、シート２１，２４，２７の厚さは、他のシート２０等と同じシート厚のものを複数枚積み重ねて確保してもよいし、１枚の厚いシートを用いて確保してもよい。
【００１５】
主線路３０は渦巻形状であり、その一端３０ａはシート２３の手前側の辺の左側に露出している。主線路３０の他端３０ｂは、シート２２に設けたビアホール２９を介して、引出し電極３２に電気的に接続される。引出し電極３２の一端３２ａはシート２２の手前側の辺の右側に露出している。
【００１６】
副線路３１は渦巻形状であり、その一端３１ａはシート２５の奥側の辺の左側に露出している。副線路３１の他端３１ｂは、シート２５に設けたビアホール２９を介して、引出し電極３３に電気的に接続される。引出し電極３３の一端３３ａはシート２６の奥側の辺の右側に露出している。主線路３０および副線路３１は、それぞれ使用中心周波数の１／４波長に相当する電気長を有している。
【００１７】
一般に、同じ結合度を得ようとした場合、渦巻形状の線路は、直線状の線路と比較して長くなり、また、長く形成するためには直線状の線路と比較して細く形成する必要がある。従って、主線路３０や副線路３１の直流抵抗は比較的大きく、主線路３０や副線路３１で発生する熱が比較的大きくなり、後述の放熱電極３４，３５による放熱がより効果的となる。
【００１８】
放熱電極（浮き電極）３４，３５は、それぞれシート２０，２８の左側に形成されている。ただし、下側に配設される放熱電極３５は必ずしも設けなくてもよい。主線路３０、副線路３１、引出し電極３２，３３および放熱電極３４，３５は、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、フォトリソグラフィ法等の方法により形成され，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ等からなる。製造工程上は、放熱電極３４，３５の材料を主線路３０等の材料と同じにすることが好ましいが、熱伝導率を考慮すると、放熱電極３４，３５としてはＡｇやＣｕが好ましい。
【００１９】
各シート２０〜２８は積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図２に示すように矩形体状の積層体４０とされる。積層体４０には四つの外部電極３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂが形成されている。これらの外部電極３６ａ〜３７ｂは、スパッタリング法、蒸着法、塗布法（ディップ法）、印刷法等の方法により形成され，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｕ合金などの材料からなる。
【００２０】
積層体４０の手前側の側面に形成された外部電極３６ａ，３６ｂはそれぞれ、主線路３０および引出し電極３２に電気的に接続しており、主線路３０の入力外部電極および出力外部電極として機能する。積層体４０の奥側の側面に形成された外部電極３７ａ，３７ｂはそれぞれ、副線路３１および引出し電極３３に電気的に接続しており、副線路３１の入力外部電極および出力外部電極として機能する。図３に積層型方向性結合器１５の電気等価回路図を示す。
【００２１】
以上の構成からなる方向性結合器１５は、主線路３０と副線路３１がシート２３，２４を挟んで対向するように形成されている。従って、主線路３０の渦巻状パターンと副線路３１の渦巻状パターンとは平面視で略重なっており、対向している部分で電磁結合（いわゆるブロードサイド結合）している。一般に、ブロードサイド結合は、サイドエッジ結合（同一層に配置された主線路と副線路が水平方向に対向して電磁結合したもの）と比較して結合が大きい。従って、主線路３０と副線路３１で発生する熱が比較的大きくなり、放熱電極３４，３５による放熱がより効果的となる。
【００２２】
そして、主線路３０の入力外部電極３６ａおよび出力外部電極３６ｂは積層体４０の手前側の側面に形成され、副線路３１の入力外部電極３７ａおよび出力外部電極３７ｂは積層体４０の奥側の側面に形成されている。従って、図３に示すように、入出力外部電極３６ａと３６ｂの間に繋がれた主線路３０と、入出力外部電極３７ａと３７ｂの間に繋がれた副線路３１とは、方向性結合器１５の中で必ずしも交差しなくてもよくなる。この結果、主線路３０および副線路３１の配設位置や入出力外部電極３６ａ〜３７ｂの配設位置の設計の自由度が高くなる。
【００２３】
さらに、方向性結合器１５は、積層体４０の上面に、いずれの電極にも接続されていない放熱電極３４が設けられているので、グランド電極やグランド外部電極を有さない構造であっても、温度上昇を抑えることができる。従って、主線路３０および副線路３１のパターン幅を細くすることができ、方向性結合器１５の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、この放熱電極３４は、主線路３０や副線路３１に高周波信号が流れることによって発生する磁界が外に漏れるのを防止する、逆に、この放熱電極３４は、外界から方向性結合器１５内に侵入する磁界を遮蔽するので、方向性結合器１５の電気特性が安定する。
【００２５】
また、方向性結合器１５を上から見たとき、放熱電極３４の位置は中央からずれて偏在している（本第１実施形態の場合は、左側の端面に片寄っている）。従って放熱電極３４は、方向性結合器１５の左右および上下方向の識別マークとしても機能する。
【００２６】
さらに、主線路３０には大きな電力の高周波信号が流れるので、副線路３１と比較して高熱を発生し易い。そこで、本第１実施形態では、放熱電極３４を主線路３０の上方かつ近傍に配置することにより、効率良く放熱させる工夫をしている。
【００２７】
また、本第１実施形態は、積層体４０の下側にも放熱電極３５を配設しているので、より一層優れた放熱性と電磁シールド性が得られる。
【００２８】
［第２実施形態、図４および図５］
第２実施形態は、ビアホールで構成された放熱電極を備えた積層型方向性結合器について説明する。
【００２９】
図４に示すように、誘電体シート４３にはビアホールで構成された放熱電極５０が設けられている。放熱電極５０は、誘電体シート４３に金型あるいはレーザ等で穴（長穴）を明け、Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｎ，Ａｇ−Ｐｄ等の熱伝導率の良い材料を、この穴に充填したり、あるいは、この穴の内周面に付与したりすることにより形成される。ビアホールによる放熱電極５０は、左右方向あるいは上下方向の識別マークとしても機能する。この点については、方向性結合器に限らず、その他の積層電子部品（例えば、ＬＣフィルタ、インダクタ、コンデンサ、複合モジュール、バラン、ディレイライン）においても有効である。
【００３０】
また、誘電体シート４２の上面の四隅には、外部電極の折り返し部４５〜４８が印刷法により形成されている。なお、誘電体シート４３の下面の四隅にも、外部電極の折り返し部を形成してもよいことは言うまでもない。
【００３１】
各シート２３〜２８，４２，４３は積み重ねられ、一体的に焼成されることにより、図５に示すように矩形体状の積層体５５とされる。図５に示している積層体５５は、図４に示されている各シート２３〜２８，４２，４３を積み重ねて得られた積層体を、上下反転させた状態のものである。積層体５５の側面には、四つの外部電極５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂが、塗布法（ディップ法）によって形成される。
【００３２】
積層体５５の奥側の側面に形成された外部電極５６ａ，５６ｂはそれぞれ、主線路３０および引出し電極３２に電気的に接続しており、主線路３０の入力外部電極および出力外部電極として機能する。積層体５５の手前側の側面に形成された外部電極５７ａ，５７ｂはそれぞれ、副線路３１および引出し電極３３に電気的に接続しており、副線路３１の入力外部電極および出力外部電極として機能する。
【００３３】
以上の構成からなる方向性結合器４１は、放熱電極５０をビアホールにて形成しているので、電極の肉厚を厚くすることができ、積層体５５の内部に発生した熱を効率良く外界へ放熱することができる。放熱電極５０の肉厚を厚くする方法としては、例えば、ビアホールを形成した誘電体シートを複数枚積み重ねたり、あるいは、分厚い誘電体シートにビアホールを形成したりして、肉厚の厚い放熱電極を形成する方法がある。
【００３４】
また、図４に示すように、ビアホールにて形成された放熱電極５０を最下層の誘電体シート４３に設け、外部電極の折り返し部４５〜４８を最上層の誘電体シート４２の上面に印刷法で設けることにより、誘電体シートを裏返して（印刷面を下にして）積み重ねる必要がなくなり、誘電体シートの取り扱いが容易になる。
【００３５】
また、積層体の上下面にそれぞれ放熱電極を形成しようとすると、前記第１実施形態のように放熱電極を表面に印刷した誘電体シートを積み重ねる場合には、上下いずれか一つの誘電体シートを裏返しにして（印刷面を下にして）積み重ねなければならず、誘電体シートの取り扱いが煩雑になる。ところが、本第２実施形態のように、放熱電極をビアホールにて形成した場合は、誘電体シートを裏返しにすることなく積み重ねることができ、誘電体シートの取り扱いが容易になる。
【００３６】
また、積層体５５を形成する前に、誘電体シート４２の上面に外部電極の折り返し部４５〜４８を印刷法で形成しているので、折り返し部４５〜４８の形状のばらつきが小さくなり、折り返し部４５〜４８のばらつきによる電気特性のばらつきが少ない方向性結合器４１を得ることができる。しかも、折り返し部４５〜４８のサイズを容易に大きくでき、方向性結合器４１と実装基板とのはんだ付け強度を向上させることができる。
【００３７】
［他の実施形態］
なお、本発明に係る積層型方向性結合器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。
【００３８】
例えば、図６に示すように、放熱電極は誘電体シート２０の表面を広面積に覆うものであってもよい。この放熱電極６０は放熱性および電磁シールド性に優れており、積層体４０の上下方向の識別マークとしても機能する。
【００３９】
また、主線路および副線路の形状は任意であり、渦巻状の他に、蛇行状、直線状であってもよい。また、主線路および副線路は、必ずしも１／４波長の長さに設定する必要はなく、ライン幅も全ての線路が等しい寸法に設定される必要もない。
【００４０】
また、前記第１実施形態は、積層体の上面側から下面側に向かって、伝送線路を主線路、副線路の順で配置しているが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、副線路、主線路の順で配置してもよい。前記第２実施形態も同様に、主線路と副線路の上下関係を逆にしてもよい。
【００４１】
また、前記実施形態は個産品の場合を例にして説明したが、量産時の場合には複数個分の方向性結合器を備えたマザー基板を製作し、所望のサイズに切り出して製品とすることができる。さらに、前記実施形態は、導体が形成された誘電体シートを積み重ねた後、一体的に焼成するものであるが、必ずしもこれに限定されない。シートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する製法によって方向性結合器を製作してもよい。印刷等の手段によりペースト状の誘電体材料を塗布して誘電体層を形成した後、その誘電体層の表面にペースト状の導電体材料を塗布して任意の導体を形成する。次に、ペースト状の誘電体材料を前記導体の上から塗布する。こうして順に重ね塗りすることによって積層構造を有する方向性結合器が得られる。
【００４２】
【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、主線路の入出力外部電極が積層体の一方の側面に設けられ、副線路の入出力外部電極が他方の側面に設けられているため、主線路と副線路は方向性結合器の中で必ずしも交差しなくてすみ、主線路および副線路の配設位置や入出力外部電極の配設位置の設計の自由度が高くなる。
【００４３】
また、いずれの電極にも接続されていない放熱電極を有することにより、グランド電極やグランド外部端子を有さない構造であっても、温度上昇を抑えることができる。従って、主線路および副線路のパターン幅を細くすることができ、方向性結合器の小型化を図ることができる。また、この放熱電極は、主線路や副線路に高周波信号が流れることによって発生する磁界が外に漏れるのを防止する、逆にこの放熱電極は、外界から方向性結合器内に侵入する磁界を遮蔽するので、方向性結合器の電気特性を安定にすることができる。
【００４４】
また、この放熱電極は、方向性結合器の左右あるいは上下方向の識別マークとしても機能させることも可能である。さらに、放熱電極をビアホールにて形成することにより、積層体内部の熱を効率良く外界へ放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型方向性結合器の第１実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示されている積層型方向性結合器の外観を示す斜視図。
【図３】図２に示されている積層型方向性結合器の電気等価回路図。
【図４】本発明に係る積層型方向性結合器の第２実施形態を示す分解斜視図。
【図５】図４に示されている積層型方向性結合器の外観を示す斜視図。
【図６】他の実施形態を示す斜視図。
【図７】従来の積層型方向性結合器を示す分解斜視図。
【図８】図７に示されている積層型方向性結合器の外観を示す斜視図。
【符号の説明】
１５，４１…積層型方向性結合器
２０〜２８，４２，４３…誘電体シート
３０…主線路
３１…副線路
３４，３５，５０，６０…放熱電極
３６ａ，５６ａ…主線路の入力外部電極
３６ｂ，５６ｂ…主線路の出力外部電極
３７ａ，５７ａ…副線路の入力外部電極
３７ｂ，５７ｂ…副線路の出力外部電極
４０，５５…積層体
４５〜４８…外部電極の折り返し部
【図１】
0004604430.tif 000002
【図２】
0004604430.tif 000003
【図３】
0004604430.tif 000004
【図４】
0004604430.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004604430.tif 000009