(57)【要約】【課題】簡素な接続構造でありながら樹脂基板とフェライト板との接続の信頼性の向上を図ることが可能な非可逆回路素子を提供すること。【解決手段】非可逆回路素子は、フェライト板４と、フェライト板４の主面４ａ上に配置される絶縁スペーサと、絶縁スペーサ上に配置される永久磁石と、主面４ｂ上に配置され、１．０μｍ以上の膜厚を有するメタライズ膜８と、メタライズ膜８上に配置され、メタライズ膜８の一部をパッド部１７としてメタライズ膜８から露呈させる開口部９ａが形成されたソルダーレジスト９と、を備える。パッド部１７は、はんだ部５を介して樹脂基板１上に形成されたパッド部１６と接合される。【選択図】図３
2017112540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板と、前記樹脂基板上に配置される第１の金属膜と、前記第１の金属膜上に配置され、前記第１の金属膜の一部を第１のパッド部として前記第１の金属膜から露呈させる第１の開口部が形成された第１の絶縁膜と、を有する回路基板上にはんだ部を介して実装可能な非可逆回路素子であって、
前記樹脂基板側に配置される第１の主面および前記樹脂基板側と反対側に配置される第２の主面を有するフェライト板と、
前記第２の主面上に配置される絶縁スペーサと、
前記絶縁スペーサ上に配置される永久磁石と、
前記第１の主面上に配置され、１．０μｍ以上の膜厚を有する第２の金属膜と、
前記第２の金属膜上に配置され、前記第２の金属膜の一部を第２のパッド部として前記第２の金属膜から露呈させる第２の開口部が形成された第２の絶縁膜と、
を備え、
前記はんだ部は前記第２のパッド部と前記第１のパッド部とを接合するものである非可逆回路素子。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜は、前記第２の主面と前記樹脂基板との間には配置されない請求項１に記載の非可逆回路素子。
【請求項３】
樹脂基板と、
前記樹脂基板上に配置される第１の金属膜と、
前記第１の金属膜上に配置され、前記第１の金属膜の一部を第１のパッド部として前記第１の金属膜から露呈させる第１の開口部が形成された第１の絶縁膜と、
前記樹脂基板側に配置される第１の主面および前記樹脂基板側と反対側に配置される第２の主面を有するフェライト板と、
前記第２の主面上に配置される絶縁スペーサと、
前記絶縁スペーサ上に配置される永久磁石と、
前記第１の主面上に配置され、１．０μｍ以上の膜厚を有する第２の金属膜と、
前記第２の金属膜上に配置され、前記第２の金属膜の一部を第２のパッド部として前記第２の金属膜から露呈させる第２の開口部が形成された第２の絶縁膜と、
前記第２のパッド部と前記第１のパッド部とを接合するはんだ部と、
を備える非可逆回路装置。
【請求項４】
樹脂基板上に第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜の一部を第１のパッド部として前記第１の金属膜から露呈させる第１の開口部が形成された第１の絶縁膜を前記第１の金属膜上に形成する工程と、
前記第１のパッド部上にはんだペーストを塗布する工程と、
第１および第２の主面を有するフェライト板の前記第１の主面上に、１．０μｍ以上の膜厚を有する第２の金属膜を形成する工程と、
前記第２の金属膜の一部を第２のパッド部として前記第２の金属膜から露呈させる第２の開口部が形成された第２の絶縁膜を前記第２の金属膜上に形成する工程と、
前記第２の主面上に絶縁スペーサを接合し、さらに前記絶縁スペーサ上に永久磁石を接合する工程と、
前記樹脂基板上に前記フェライト板を搭載した後、前記はんだペーストをリフローすることで前記第２のパッド部と前記第１のパッド部とを接合するはんだ部を形成する工程と、
を含む非可逆回路装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の金属膜上に前記第２の絶縁膜を形成した後かつ前記樹脂基板上に前記フェライト板を搭載する前に、前記第２のパッド部に予備はんだを施す工程を含む請求項４に記載の非可逆回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号の伝送に方向性を与える非可逆回路素子、この非可逆回路素子を含む非可逆回路装置および非可逆回路装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーキュレータのような非可逆回路素子は、レーダ装置のような通信機器の送受信モジュールに使用されている。
【０００３】
近年、送受信モジュールの実装コスト削減および小型化のため、樹脂基板上に他部品とともに一括リフローを行うことが可能な非可逆回路素子が必要とされている。
【０００４】
非可逆回路素子を樹脂基板に接合する際に、非可逆回路素子を全面接合する構造も考えられるが、非可逆回路素子の主構造物であるフェライト板は脆性材料からなり、かつ、フェライト板と樹脂基板との線膨張差により発生する熱応力から、高接続信頼性を保証することが困難である。ここで、線膨張率は、例えば、樹脂基板に対しては１４ｐｐｍ、フェライト板に対しては１０ｐｐｍである。
【０００５】
樹脂基板からフェライト板を離すことによって線膨張差により発生する応力を緩和し、かつ、複数の裏面電極を形成することで小型化を可能にする構造としては、特許文献１に代表されるはんだボールを用いたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ball  Grid  Array）構造が挙げられる。この他にも、基板実装面に複数の接続箇所を持つ構造としては、ピンを用いたピングリッドアレイ（ＰＧＡ：Pin  Grid  Array）構造、カラムを用いたカラムグリッドアレイ（ＣＧＡ：Column  Grid  Array）構造が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，２３４，７７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＢＧＡ構造、ＰＧＡ構造およびＣＧＡ構造のいずれについても、接続構造の形成工程が煩雑となる。例えばＢＧＡ構造に対しては、はんだボールの搭載工程が必要となる。
【０００８】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、簡素な接続構造でありながら樹脂基板とフェライト板との接続の信頼性の向上を図ることが可能な非可逆回路素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非可逆回路素子は、樹脂基板と、前記樹脂基板上に配置される第１の金属膜と、前記第１の金属膜上に配置され、前記第１の金属膜の一部を第１のパッド部として前記第１の金属膜から露呈させる第１の開口部が形成された第１の絶縁膜と、を有する回路基板上にはんだ部を介して実装可能な非可逆回路素子であって、前記樹脂基板側に配置される第１の主面および前記樹脂基板側と反対側に配置される第２の主面を有するフェライト板と、前記第２の主面上に配置される絶縁スペーサと、前記絶縁スペーサ上に配置される永久磁石と、前記第１の主面上に配置され、１．０μｍ以上の膜厚を有する第２の金属膜と、前記第２の金属膜上に配置され、前記第２の金属膜の一部を第２のパッド部として前記第２の金属膜から露呈させる第２の開口部が形成された第２の絶縁膜と、を備え、前記はんだ部は前記第２のパッド部と前記第１のパッド部とを接合するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、簡素な接続構造でありながら樹脂基板とフェライト板との接続の信頼性の向上を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る非可逆回路装置の構成を示す斜視図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線を含む断面図
【図３】図２におけるＢ部の拡大図
【図４】実施の形態１の回路基板の製造工程を示す断面図
【図５】実施の形態１に係る非可逆回路素子の製造工程を示す断面図
【図６】実施の形態１に係る非可逆回路装置の組立工程を示す断面図
【図７】実施の形態２に係る非可逆回路素子の構成を示す断面図
【図８】図７におけるＣ部の拡大図
【図９】実施の形態２に係る非可逆回路装置の構成を示す断面図
【図１０】図９におけるＤ部の拡大図
【図１１】実施の形態３に係る非可逆回路装置の構成を示す断面図
【図１２】図１１におけるＥ部の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る非可逆回路素子、非可逆回路装置および非可逆回路装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る非可逆回路装置の構成を示す斜視図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線を含む断面図、図３は、図２におけるＢ部の拡大図である。なお、図１から図３では、構成要素の尺度または構成要素間の寸法の比率は実際のものとは異なるが、これは理解を容易にするためである。図４以下の図面においても同様であり、また図面間においても同様である。
【００１４】
非可逆回路装置２０は、回路基板２１と、回路基板２１上に配置される非可逆回路素子２２と、非可逆回路素子２２を回路基板２１に接合するはんだ部５と、を備える。
【００１５】
回路基板２１は、樹脂基板１と、樹脂基板１上に配置される第１の金属膜であるメタライズ膜６と、メタライズ膜６を覆う第１の絶縁膜であるソルダーレジスト７とを備える。
【００１６】
樹脂基板１は、例えばエポキシ樹脂から形成される。メタライズ膜６は、樹脂基板１上に形成され、回路基板２１の配線部を構成する導体パターンを表している。なお、図１から図３では、簡単のためメタライズ膜６を単一の膜として描いているが、実際には回路構成に応じた導体パターンとなる。メタライズ膜６は、例えば、銅、アルミニウムまたはこれらの合金から形成される。メタライズ膜６の成膜方法は、例えば、蒸着法、スパッタリング法またはめっき法であり、これらを組み合わせた方法でもよい。
【００１７】
ソルダーレジスト７は、メタライズ膜６上に形成される。ソルダーレジスト７の成膜方法は特に限定されず、例えばスクリーン印刷による方法を用いることができる。ソルダーレジスト７は第１の開口部である開口部７ａを有し、開口部７ａからはメタライズ膜６の一部がソルダーレジスト７から露呈し、当該露呈した部分は第１のパッド部であるパッド部１６を形成する。パッド部１６の個数は複数個である。ソルダーレジスト７は、樹脂系ソルダーレジストの他、ガラス膜、セラミックス膜、クロム膜またはポリイミド膜でもよい。
【００１８】
非可逆回路素子２２は、フェライト板４と、フェライト板４上に配置された絶縁スペーサ３と、絶縁スペーサ３上に配置された永久磁石２とを備える。非可逆回路素子２２は、回路基板２１上に実装可能である。
【００１９】
フェライト板４は、主面４ａ，４ｂを有する。第１の主面である主面４ｂは、回路基板２１側に配置され、かつ、第２の主面である主面４ａと反対側に配置される。
【００２０】
主面４ａ上には絶縁スペーサ３が配置され、フェライト板４と絶縁スペーサ３とが例えば接着剤により接合される。さらに、絶縁スペーサ３上には永久磁石２が配置され、永久磁石２と絶縁スペーサ３とが例えば接着剤により接合される。絶縁スペーサ３は永久磁石２とフェライト板４とを電気的に絶縁する部材であればよい。なお、絶縁スペーサ３として、シート接着剤またはフィラーを含む非導電性接着剤のような接着剤を用いることもできる。
【００２１】
主面４ｂ上には、第２の金属膜であるメタライズ膜８が配置される。すなわち、メタライズ膜８は、主面４ｂ上に形成され、非可逆回路素子２２の配線部を構成する導体パターンを表している。なお、図１から図３では、簡単のためメタライズ膜８を単一の膜として描いているが、実際には非可逆回路素子２２の構成に応じた導体パターンとなる。例えば非可逆回路素子２２がサーキュレータの場合には、三端子が含まれるように導体パターンが形成されている。メタライズ膜８は、例えば、銅、アルミニウムまたはこれらの合金から形成される。
【００２２】
メタライズ膜８上には、第２の絶縁膜であるソルダーレジスト９が配置されている。すなわち、メタライズ膜８上にはソルダーレジスト９が形成されている。ソルダーレジスト９の成膜方法は特に限定されず、例えばスクリーン印刷による方法を用いることができる。ソルダーレジスト９は第２の開口部である開口部９ａを有し、開口部９ａからはメタライズ膜８の一部がソルダーレジスト９から露呈し、当該露呈した部分は第２のパッド部であるパッド部１７を形成する。パッド部１７の個数は複数個である。ソルダーレジスト９は、樹脂系ソルダーレジストの他、ガラス膜、セラミックス膜、クロム膜またはポリイミド膜でもよい。
【００２３】
非可逆回路装置２０が用いられる通信の周波数帯がＸ帯の場合、電気的仕様から要求されるメタライズ膜８の膜厚はいわゆる薄膜の膜厚でよい。ここで薄膜とは、膜厚が１μｍよりも小さい膜をいう。
【００２４】
しかしながら、本実施の形態では、樹脂基板１とフェライト板４との線膨張差により発生する熱応力を緩和するために、メタライズ膜８をいわゆる厚膜とし、応力緩和膜とする。ここで厚膜とは、膜厚が１μｍ以上の膜をいう。メタライズ膜８の膜厚は好ましくは３μｍ以上である。メタライズ膜８の成膜方法は、例えば蒸着法、スパッタリング法またはめっき法であり、これらを組み合わせた方法でもよい。なお、樹脂基板１に形成されるメタライズ膜６は、薄膜および厚膜のいずれでもよい。
【００２５】
はんだ部５は、樹脂基板１に設けられたパッド部１６とフェライト板４に設けられたパッド部１７との間に挟まれ、パッド部１６とパッド部１７とを接合する。はんだ部５の個数は、パッド部１６またはパッド部１７の個数と同様に複数個である。パッド部１７にはんだペーストをスクリーン印刷した後、回路基板２１上に非可逆回路素子２２を搭載し、非可逆回路素子２２が搭載された回路基板２１にリフロー処理を施すことにより、パッド部１６とパッド部１７とを接合するはんだ部５が形成される。このように、フェライト板４と樹脂基板１との接続構造はランドグリッドアレイ（ＬＧＡ：Land  Grid  Array）構造である。
【００２６】
次に、図４から図６を参照して、本実施の形態に係る非可逆回路装置の製造方法について説明する。図４は、本実施の形態の回路基板の製造工程を示す断面図、図５は、本実施の形態に係る非可逆回路素子の製造工程を示す断面図、図６は、本実施の形態に係る非可逆回路装置の組立工程を示す断面図である。
【００２７】
まず、図４（ａ）に示すように、樹脂基板１上にメタライズ膜６を形成する。メタライズ膜６は、例えば真空蒸着法により成膜され、フォトリソグラフィによりパターニングされる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト７をメタライズ膜６上に形成する。ここで、ソルダーレジスト７には、メタライズ膜６の一部をパッド部１６としてメタライズ膜６から露呈させる開口部７ａが形成される。ソルダーレジスト７は、パッド部１６のパターンに応じて、例えばスクリーン印刷により成膜される。
【００２９】
次に、図４（ｃ）に示すように、パッド部１６上にはんだペースト１０を塗布する。はんだペースト１０の塗布は、例えばスクリーン印刷による。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、フェライト板４の主面４ｂ上にメタライズ膜８を形成する。メタライズ膜８は、例えば真空蒸着法により成膜され、フォトリソグラフィによりパターニングされる。上記したように、メタライズ膜８は、１．０μｍ以上の膜厚を有する厚膜である。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト９をメタライズ膜８上に形成する。ここで、ソルダーレジスト９には、メタライズ膜８の一部をパッド部１７としてメタライズ膜８から露呈させる開口部９ａが形成される。ソルダーレジスト９は、パッド部１７のパターンに応じて、例えばスクリーン印刷により成膜される。
【００３２】
次に、図５（ｃ）に示すように、主面４ａ上に絶縁スペーサ３を接合し、さらに絶縁スペーサ３上に永久磁石２を接合する。これらの接合は例えば接着剤により行う。
【００３３】
なお、図５（ｂ）に示す工程と図５（ｃ）に示す工程は順序を逆にしてもよい。また、図５に示す工程は図４に示す工程よりも前に行ってもよいし、図４に示す工程と並行して行ってもよい。
【００３４】
次に、図６（ａ）に示すように、図４（ｃ）に示す樹脂基板１を用意し、はんだペースト１０上にパッド部１７が配置されるようにして樹脂基板１上に図５（ｃ）に示すフェライト板４を搭載し、はんだペースト１０をリフローする。これにより、図６（ｂ）に示すように、パッド部１６，１７同士を接合するはんだ部５が形成される。
【００３５】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、非可逆回路素子２２を回路基板２１に表面実装する構造において、フェライト板４に形成されるメタライズ膜８を厚膜とし、メタライズ膜８のうちソルダーレジスト９から露呈したパッド部１７上にはんだ部５を形成したので、樹脂基板１とフェライト板４との線膨張差により発生する熱応力がメタライズ膜８により緩和され、樹脂基板１とフェライト板４との接続の信頼性が向上する。
【００３６】
また、本実施の形態によれば、樹脂基板１とフェライト板４との接合は、全面接合ではなく、複数個所に限定されているので、線膨張差による熱応力を緩和することができる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、ＢＧＡ構造におけるはんだボール、ＰＧＡ構造におけるピンおよびＬＧＡ構造におけるカラムのような接続端子を用いないため、接続構造が簡素となり、コストも低減可能である。
【００３８】
また、非可逆回路装置２０の製造工程において、回路基板２１上に非可逆回路素子２２を実装する際に、回路基板２１上に非可逆回路素子２２とともに図示しない他部品も搭載し、一括でリフロー処理を施すことで、非可逆回路素子２２と他部品の同時実装も可能である。これにより、実装コストの削減、装置の小型化を実現することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図７は、本実施の形態に係る非可逆回路素子の構成を示す断面図、図８は、図７におけるＣ部の拡大図、図９は、本実施の形態に係る非可逆回路装置の構成を示す断面図、図１０は、図９におけるＤ部の拡大図である。なお、図７から図１０では、図１から図６に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４０】
図７および図８に示すように、本実施の形態は、パッド部１７上に予備はんだ１１が施されている点が実施の形態１と異なる。すなわち、本実施の形態では、実施の形態１で説明した図５（ｃ）に示す工程の後に、パッド部１７に予備はんだ１１を施す。予備はんだ１１は、パッド部１７にはんだペーストをスクリーン印刷し、このはんだペーストをリフローすることによって形成することができる。
【００４１】
本実施の形態に係る非可逆回路装置の組立工程では、まず図４（ｃ）に示す樹脂基板１を用意し、次にはんだペースト１０上に予備はんだ１１が配置されるようにして樹脂基板１上に図７に示すフェライト板４を搭載し、はんだペースト１０をリフローする。これにより、図９および図１０に示すようにパッド部１６，１７同士を接合するはんだ部５ａが形成される。はんだ部５ａは、予備はんだ１１があるため、実施の形態１のはんだ部５よりはんだ厚みが厚くなる。
【００４２】
本実施の形態によれば、フェライト板４を樹脂基板１に搭載する前にパッド部１７に予備はんだ１１を施すようにしたので、はんだ部５ａの厚みを実施の形態１のはんだ部５の厚みよりも大きくすることができ、フェライト板４の搭載によるフェライト板４の傾き、樹脂基板１自体のうねりおよび反りを緩和することができ、樹脂基板１とフェライト板４とのはんだ接続を安定化させることができる。
【００４３】
本実施の形態のその他の構成、作用効果および製造方法は、実施の形態１と同様である。
【００４４】
実施の形態３．
図１１は、本実施の形態に係る非可逆回路装置の構成を示す断面図、図１２は、図１１におけるＥ部の拡大図である。なお、図１１および図１２では、図１から図６に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００４５】
図１１および図１２に示すように、本実施の形態では、ソルダーレジスト７は、主面４ｂと樹脂基板１との間には配置されない。すなわち、本実施の形態は、メタライズ膜６上に形成されたソルダーレジスト７をフェライト板４の実装領域内で除去した構造を有する。フェライト板４の実装領域内にはパッド部１６のみが配置され、パッド構造はｎＳＭＤ（non-Solder  Mask  Defined：非はんだマスク定義）構造である。なお、パッド部１６は樹脂基板１内に形成された図示しない層間ビア（ＶＩＡ）によって樹脂基板１内に形成された図示しない内層メタライズ膜と接続される。電気信号はパッド部１６から層間ビアを経て内層メタライズ膜に伝達される。
【００４６】
このような構造によれば、フェライト板４に形成されたソルダーレジスト９の厚みと樹脂基板１に形成されたソルダーレジスト７の厚みとの総和がはんだ部５の厚みと均衡する場合でも、フェライト板４の実装領域内でのみ樹脂基板１のソルダーレジスト７を除去することによってはんだ接続を行うので、はんだ部５の高さをより高くする必要がない。そのため、フェライト板４の搭載によるフェライト板４の傾き、樹脂基板１自体のうねりおよび反りを緩和することができ、樹脂基板１とフェライト板４とのはんだ接続を安定化させることができる。
【００４７】
本実施の形態のその他の構成、作用効果および製造方法は、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態と実施の形態２を組み合わせることもできる。
【００４８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  樹脂基板、２  永久磁石、３  絶縁スペーサ、４  フェライト板、４ａ，４ｂ  主面、５，５ａ  はんだ部、６，８  メタライズ膜、７，９  ソルダーレジスト、７ａ，９ａ  開口部、１０  はんだペースト、１６，１７  パッド部、２０  非可逆回路装置、２１  回路基板、２２  非可逆回路素子。
【図１】
2017112540.tif 000003
【図２】
2017112540.tif 000004
【図３】
2017112540.tif 000005
【図４】
2017112540.tif 000006
【図５】
2017112540.tif 000007
【図６】
2017112540.tif 000008
【図７】
2017112540.tif 000009
【図８】
2017112540.tif 000010
【図９】
2017112540.tif 000011
【図１０】
2017112540.tif 000012
【図１１】
2017112540.tif 000013
【図１２】
2017112540.tif 000014