(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体を介して交差する電極ラインで形成された複数の中心導体を備えた磁性体からなる磁気回転子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石を備えた非可逆回路素子であって、
交差部を除く複数の中心導体の電極ラインが磁性体の略同一の平面に形成され、交差部の中心導体間には前記絶縁体が介在し、前記絶縁体と前記磁性体とがともに、主成分として少なくともイットリウム、又は希土類元素の１種類以上と鉄と酸素を含み、副成分としてビスマス、カルシウム、バナジュウム、インジュウムを含む磁性体材料からなり、
前記電極ラインは銀ペーストを印刷して形成され、前記絶縁体及び前記磁性体とともに焼成されたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項２】
前記絶縁体は前記磁性体よりも飽和磁束密度が小さい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】
絶縁体を介して交差する電極ラインで形成された複数の中心導体を備えた磁性体からなる磁気回転子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石を備えた非可逆回路素子であって、
交差部を除く複数の中心導体の電極ラインが磁性体の略同一の平面に形成され、交差部の中心導体間には前記絶縁体が介在し、前記絶縁体はＡｌ２Ｏ３を主成分とする誘電体材料からなり、前記磁性体は主成分として少なくともイットリウム、又は希土類元素の１種類以上と鉄と酸素を含み、副成分としてビスマス、カルシウム、バナジュウム、インジュウムを含む磁性体材料からなり、
前記電極ラインは銀ペーストを印刷して形成され、前記絶縁体及び前記磁性体とともに焼成されたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項４】
前記絶縁体は、絶縁材料ペーストを前記電極ラインに重ねて印刷して形成され、前記磁性体は磁性体材料シートを積層して形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項５】
磁気回転子の一主面にアース電極が形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非可逆回路素子。
【請求項６】
絶縁体を介して交差する電極ラインで形成された複数の中心導体を備えた磁性体からなる磁気回転子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石を備えた非可逆回路素子の製造方法であって、
磁性体材料で形成されたグリーンシート上に第一の電極ラインを印刷形成し、該グリーンシートを加熱し軟化させた後、加圧して前記第一の電極ラインを押し込む第一の工程と、
グリーンシート上に設けられた第一の電極ラインの一部を含み、他の電極ラインとの交差部となる部位に絶縁体を印刷形成し、更に前記絶縁体に重ねて前記第一の電極ラインと交差する様に第二の電極ラインを印刷形成した後、グリーンシートを加熱して軟化させ、第一の電極ラインとの交差部を含む第二の電極ラインを加圧して押し込む第二の工程と、
前記グリーンシートと電極ラインを有さないダミーシートを積層、圧着し、９００℃〜９４０℃で一体焼結する工程を備えたことを特徴とする非可逆回路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯で用いられる非可逆回路素子に関し、特にはマイクロ波用磁性体材料を用いて積層化した磁気回転子を使用する非可逆回路素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にアイソレータは、信号の伝送方向にはほとんど減衰がなく、かつ逆方向には減衰が大きくなる様な機能を有しており、例えばマイクロ波帯、ＵＨＦ帯で使用される携帯電話、自動車電話等の移動体通信器の送受信回路に用いられている。これら通信機器の小型化にともない、アイソレータの小型化、低背化の要求が益々増大している。
【０００３】
このようなアイソレータとして、例えば特開平８−２３２１２号公報に記載されたアイソレータがある。このアイソレータは電極ラインからなる中心導体が磁性体に埋設された構造を有する磁気回転子を備えた積層型アイソレータである。図４に磁気回転子の斜視図を示す。
【０００４】
図４に示すように、磁気回転子１の外形は直方体状のものが用いられ、その内部には中心導体が埋設されている。この磁気回転子１は３ポートの非可逆回路素子を構成するものであり、磁気回転子１の内部には３つの中心導体２ａ，２ｂ，２ｃが互いに１２０度の角度をなして交差するように埋設され、これら中心導体の幅はそれぞれが略等しく形成されている。前記磁気回転子１はその一面を長辺と短辺の比が２：√３となるように形成されており、前記中心導体のいずれか１つの中心導体を長辺と平行に長辺間中央部に形成している。また各中心導体２ａ，２ｂ，２ｃの一方端部には整合容量を得るための容量電極部３が中心導体と一体的に形成されている。この磁気回転子１は、例えば、その表面に中心導体等を印刷等により形成した３枚の磁性体グリーンシートを含む複数の磁性体グリーンシートを積層し圧着して一体焼成する方法等により形成され、打抜きや切断といった手法により個々の磁気回転子１を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアイソレータでは前記のように構成することで、３つの中心導体２ａ，２ｂ，２ｃの長さを互いに略等しくし、その対称性を改善しようとしているが、このような構造においては、それぞれ、中心導体からアース面である下部ヨークまでの距離が異なるため、各中心導体のライン幅を同寸法で形成した場合は、各ポート毎に中心導体の特性インピーダンスが異なり、ポート間の対称性が悪く、電気的性能が劣化するという問題があった。また、中心導体２ａ，２ｂ，２ｃは磁性体グリーンシートを介して積層されているため、前記中心導体２ａ，２ｂ，２ｃの交差する部分にもシート厚さと同じ磁性体が存在するので、この部分で漏えい磁束が生じ、所望の電気的性能が得られないといった問題もある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、以上のような問題点を解消し、電気的性能の良好な高性能かつ小型の非可逆回路素子およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、絶縁体を介して交差する電極ラインで形成された複数の中心導体を備えた磁性体からなる磁気回転子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石を備えた非可逆回路素子であって、交差部を除く複数の中心導体の電極ラインが磁性体の略同一の平面に形成され、交差部の中心導体間には前記絶縁体が介在し、前記絶縁体と前記磁性体とがともに、主成分として少なくともイットリウム、又は希土類元素の１種類以上と鉄と酸素を含み、副成分としてビスマス、カルシウム、バナジュウム、インジュウムを含む磁性体材料からなり、前記電極ラインは銀ペーストを印刷して形成され、前記絶縁体及び前記磁性体とともに焼成されたことを特徴とする非可逆回路素子である。
前記絶縁体は前記磁性体よりも飽和磁束密度が小さいことが好ましい。
【０００８】
第二の発明は、絶縁体を介して交差する電極ラインで形成された複数の中心導体を備えた磁性体からなる磁気回転子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石を備えた非可逆回路素子であって、交差部を除く複数の中心導体の電極ラインが磁性体の略同一の平面に形成され、交差部の中心導体間には前記絶縁体が介在し、前記絶縁体はＡｌ２Ｏ３を主成分とする誘電体材料からなり、前記磁性体は主成分として少なくともイットリウム、又は希土類元素の１種類以上と鉄と酸素を含み、副成分としてビスマス、カルシウム、バナジュウム、インジュウムを含む磁性体材料からなり、前記電極ラインは銀ペーストを印刷して形成され、前記絶縁体及び前記磁性体とともに焼成されたことを特徴とする非可逆回路素子である。
【０００９】
本発明においては、前記絶縁体は絶縁材料ペーストを前記電極ラインに重ねて印刷して形成され、前記磁性体は、磁性体材料シートを積層して形成されるのが好ましい。また磁気回転子の一主面にアース電極を形成するのも好ましい。
【００１０】
第二の発明は、絶縁体を介して交差する電極ラインで形成された複数の中心導体を備えた磁性体からなる磁気回転子と、前記磁気回転子に直流磁界を印加する永久磁石を備えた非可逆回路素子の製造方法であって、磁性体材料で形成されたグリーンシート上に第一の電極ラインを印刷形成し、該グリーンシートを加熱し軟化させた後、加圧して前記第一の電極ラインを押し込む第一の工程と、グリーンシート上に設けられた第一の電極ラインの一部を含み、他の電極ラインとの交差部となる部位に絶縁体を印刷形成し、更に前記絶縁体に重ねて前記第一の電極ラインと交差する様に第二の電極ラインを印刷形成した後、グリーンシートを加熱して軟化させ、第一の電極ラインとの交差部を含む第二の電極ラインを加圧して押し込む第二の工程と、前記グリーンシートと電極ラインを有さないダミーシートを積層、圧着し、９００℃〜９４０℃で一体焼結する工程を備えたことを特徴とする非可逆回路素子の製造方法である。
【００１１】
さらに、次の工程を付与することにより、より良好の印刷が可能となる。即ち、第一の電極ラインと第二の電極ラインの交差する部分に前記絶縁体材料を印刷した後、加圧してグリーンシートの表面を平滑に形成する工程と、第二の電極ラインと第三の電極ラインの交差する部分に前記絶縁体材料を印刷した後、加圧してグリーンシートの表面を平滑に形成する工程を付加することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の非可逆回路素子を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る非可逆回路素子の斜視図であり、図２はこの非可逆回路素子に用いる磁気回転子の斜視図であり、従来例と同一または相当する部分、同一機能のものについては同一符号を付している。また図３は図２に示した磁気回転子の電極ラインを形成した層を積層方向から観察した顕微鏡写真である。図３において明度の高い部分は電極ラインであり、明度の低い部分は絶縁体材料である。また顕微鏡写真の横方向の直線状に観察されるすじ模様は、ノイズにより生じたものであり、被写体には存在しない。
【００１３】
本実施例の磁気回転子１は直方体形状に形成され、その内部に電極ラインからなる３つの中心導体２ａ，２ｂ，２ｃを埋設し、磁気回転子１の一主面には略一面にアース電極（図示せず）が形成され一体化した構造となっている。中心導体２ａ，２ｂ，２ｃは、前記磁気回転子１を構成する磁性体よりも飽和磁束密度が小さな絶縁体または非磁性の絶縁体または前記磁性体を介して互いに電気的に絶縁された状態で、互いに１２０度の角度をなして交差するように配置され、それぞれの両端は磁気回転子１の側面に露出し、一端が前記アース電極と電気的に接続し、他端が磁性体１の側面に形成された外部電極（図示せず）と電気的に接続されている。
本発明に用いる磁気回転子は、磁性体材料で形成されたグリーンシート上に中心電極２ａを形成し、グリーンシートを加熱し軟化させ加圧して中心電極２ａを押し込み、つづいて中心電極２ａを形成したグリーンシートの中心電極２ｂと交差する中心電極２ａを含む領域に非磁性の絶縁体材料または前記磁性体材料より飽和磁束密度の小さい絶縁体材料を印刷形成し、さらに中心電極２ｂを印刷形成し該グリーンシートを加熱し軟化させ加圧して中心電極２ｂを押し込み、続いて中心電極２ａおよび中心電極２ｂを形成したグリーンシートの中心電極２ｃと交差する中心電極２ｂを含む領域に非磁性の絶縁体材料または前記磁性体材料より飽和磁束密度の小さい絶縁体材料または前記磁性体材料を印刷形成し、さらに中心電極２ｃを印刷形成し該グリーンシートを加熱し軟化させ加圧して前記中心電極２ｃを押し込んで形成する。このように形成することにより、各中心導体２ａ，２ｂ，２ｃのアースパターンからの距離を略同一に出来るとともに、各中心導体２ａ，２ｂ，２ｃを印刷形成する際のグリーンシート面が比較的平滑に保たれているので、各中心導体２ａ，２ｂ，２ｃがその交差する部分において短絡するのを防ぐことが出来る。また各中心導体２ａ，２ｂ，２ｃがその交差する部分の間隔を数十μｍ以下とすることが出来、漏えい磁束を低減できる。
【００１４】
この磁気回転子１を整合用コンデンサ（図示せず）を積層配置した誘電体基板１３の略中央部に矩形状に形成された透孔１０に配置し、さらにこの誘電体基板１３とともに磁気ヨークとして機能する下ケース上１２に配置する。各中心導体は外部電極を中継し３つの整合用コンデンサを介して接地され、中心導体２ａは入力ポートに、中心導体２ｂは出力ポートに、中心導体２ｃは吸収抵抗Ｒを介して接地されアイソレーションポートにそれぞれ接続している。さらに磁性体１に直流磁界Ｈを印加する永久磁石２０を上ケース１１に配置し、この上ケースと下ケースを接合して非可逆回路素子を構成している。
【００１５】
【実施例】
本発明に用いる磁気回転子１の製造方法について以下説明する。本磁気回転子を構成する磁性材料の組成を表１に示す。この磁性材料は、特開昭５１−１８８９７号公報等に開示された酸化物磁性材料であって、最終組成が
一般式：BipGdxCay+vY3-x-y-v-pFe5-u-v-0.5yInuZrvV0.5yO12（原子％）で表され、Ｂｉ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５を出発原料として、表１に示すＮｏ．１の組成となるよう計量し、ボールミルにて湿式混合し、得られたスラリーを乾燥した後、７００℃〜８５０℃の温度で仮焼し、ボールミルにて湿式粉砕し、得られたスラリーを乾燥して酸化物磁性材料粉末を得た。この磁性材料粉末と有機バインダー、可塑材、および、有機溶剤をボールミルにて混合し粘度を調整した後、ドクターブレード法にて８０μｍ〜２５０μｍの磁性材料シートを作製した。
【００１６】
【表１】
0004150989.tif 000002
【００１７】
本磁気回転子を構成する中心導体パターンを絶縁するための絶縁材料ペーストは、表１に示すＮｏ．１の酸化物磁性材料、Ｎｏ．２の酸化物磁性材料、そして表２に示す誘電体材料を使用し、これに、有機ビヒクル、有機溶剤を添加混練し絶縁材料ペーストを得た。
【００１８】
【表２】
0004150989.tif 000003
【００１９】
該磁性材料シートに、第一の中心導体パターンを銀電極ペーストでスクリーン印刷し、該ペーストが乾燥した後、シートを４０℃に加熱してシート上下から１０ＭＰａの圧力で加圧して第一の中心導体パターンをグリーンシート中に押し込んで表面を平滑にした後、第二の中心導体を印刷した時、第一の中心導体と交差する部分の、第一の中心導体上に、第一の中心導体と、第二の中心導体を絶縁するための絶縁材料のペーストを印刷形成した。その後、第二の中心導体パターンを銀電極ペーストでスクリーン印刷し、該ペーストが乾燥した後、シートを４０℃に加熱して、シート上下から１０ＭＰａの圧力で加圧して第二の中心導体パターンをグリーンシート中に押し込んで表面を平滑にした後、第三の中心導体を印刷する時に第一と第二の中心導体と交差する部分の、第一と第二の中心導体上に、第一と第二の中心導体と、第三の中心導体を絶縁するための絶縁材料のペーストを印刷形成した。その後、第三の中心導体パターンを銀電極ペーストでスクリーン印刷して、第一、第二、第三の中心導体が互いに絶縁されて1枚のシート上に形成されたシートを作製した。
【００２０】
第一、第二、第三の中心導体を印刷形成したシートと、電極を印刷してないダミーシートを適宜積層し、８０℃に加熱して積層体の上下から１２ＭＰａの圧力で加圧圧着して一体化し、積層グリーン体を得た。この積層グリーン体を鋼刃で切断して後、９００℃〜９４０℃で、2時間〜8時間焼成して積層焼結体を得た。この焼結体の側面に整合用コンデンサと接続するための端子電極を塗布し焼付けて、外形寸法が３ｍｍ角の磁気回転子を作製した。この磁気回転子を用いてアイソレータを組立てた。また比較例として、中心導体を表１のＮｏ．１に示す磁性体からなるシートに中心導体を印刷し、これを積層してなる従来の磁気回転子を用いてアイソレータを組立て、アイソレータの１ＧＨｚにおける順方向挿入損失特性を評価した。その評価結果を表３に示す。
【００２１】
【表３】
0004150989.tif 000004
【００２２】
表３において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３が本発明に係る実施例であり、Ｎｏ．１は電極ラインに挟まれる領域を表１のＮｏ．１に示す酸化物磁性材料で印刷形成した場合であり、Ｎｏ．２は前記領域を表１のＮｏ．２に示す酸化物磁性材料で印刷形成した場合であり、Ｎｏ．３は前記領域を表２に示す誘電体材料で印刷形成した場合であって、Ｎｏ．４は比較例であり（）を付す。本発明の実施例に係るＮｏ．１〜Ｎｏ．３のアイソレータは、従来のものと比較しおよそ０．２５ｄB挿入損失が減少した。また中心導体絶縁材料として磁性材料を用いる場合であっても、磁気回転子を構成する磁性体材料よりも飽和磁束密度が小さい磁性体とすると挿入損失が小さくなり、さらに非磁性の絶縁体とすれば更に挿入損失が減少した。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば電気的性能の良好な高性能かつ小型の非可逆回路素子およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る非可逆回路素子の斜視図である。
【図２】本発明の実施例に用いる磁気回転子の斜視図である。
【図３】本発明の実施例に用いる磁気回転子の電極ラインが形成された層の顕微鏡写真である。
【図４】従来の非可逆回路素子に用いる磁気回転子の斜視図である。
【符号の説明】
１  磁気回転子
２ａ，２ｂ，２ｃ  中心導体
１１  上ケース
１２  下ケース
２０  永久磁石
【図１】
0004150989.tif 000005
【図２】
0004150989.tif 000006
【図３】
0004150989.tif 000007
【図４】
0004150989.tif 000008