专利名称：不可逆电路元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及不可逆电路元件，特别是涉及在微波波段下使用的隔离
器(isolator)和循环器(circulator)等不可逆电路元件。
背景技术：
一直以来，隔离器和循环器等不可逆电路元件具有只向预先规定的特定方向传送信号，不能向反方向传送信号的特性。利用该特性，例如，隔离器被用于汽车电话、移动电话等移动通信装置的发送电路部中。
作为此种不可逆电路元件，专利文献l中记载了如下的2端口式隔离器在长方体形状的铁氧体(ferrite)上缠绕一匝第1中心电极，并且，将第2中心电极按照与该第1中心电极绝缘的状态并以规定的角度交叉的方式缠绕多匝。
在所述2端口式隔离器中，在铁氧体的表面以电极膜的形式形成了第1和第2中心电极，但是，若将第2中心电极缠绕多匝，则需要对电极膜的线宽L设置规定的间隔S，存在不能增大电极膜的线宽L的问题。即，如果第2中心电极的线宽变小，则电阻增大，导致第2中心电极的Q降低，与此相应插入损耗也增大。
例如，缠绕距离是100jum时，需要30ium的间隔S，线宽L最大是70pm。如果考虑发生电极膜的印刷渗入、光刻加工的溶解剩余、对绝缘体部的扩散等引起的绝缘不良，则至少需要30pm的间隔S。换而言之，在以往的利用电极膜在铁氧体上缠绕多匝第2中心电极的2端口式隔离器中，不管怎样，第2中心电极的线宽都很小，由此在插入损耗的提高方面存在限制。
另一方面，在专利文献2中记载了如下的2端口式隔离器将铁氧体横向放置在电路基板上(以与电路基板的表面平行的方式配置铁氧体的主面)，在该铁氧体的主面上，以相互绝缘的状态交叉地配置第1中心电极和第2中心电极，通过使交叉部分以外的中心电极的线宽不同来
3调整阻抗。但是，在该2端口式隔离器中，完全没有考虑由于第2中心电极的Q的增大而降低插入损耗的情况。
专利文献1:国际公开第2007/046229号国际公开文本
专利文献2:日本特开2006-157094号>^才艮
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种可以提高第2中心电极的Q并使插入损耗降低的2端口式不可逆电路元件。
为了实现上述目的，本发明方式一的不可逆电路元件，包括永久磁铁；
铁氧体，由所述永久磁铁施加直流磁场；
第1中心电极，被配置于所述铁氧体上，并且一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接；
第2中心电极，以与所述第1中心电极电绝缘的状态交叉地配置于所述铁氧体上，并且一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接；
第1匹配电容器，电连接于所述输入端口和所述输出端口之间；
电阻，电连接于所述输入端口和所述输出端口之间；
第2匹配电容器，电连接于所述输出端口和所述接地端口之间；
电路基板，在表面上形成有端子电极，
该不可逆电路元件特征在于，
所述铁氧体是长方体形状，
所述第1中心电极，通过在与铁氧体的主面连续的侧面所设置的电极将在所述铁氧体的一对主面上形成的电极膜连接而形成，
所述第2中心电极，通过在与铁氧体的主面连续的侧面所设置的电极将在所述铁氧体的一对主面上形成的电极膜连接，并至少缠绕3匝而形成，缠绕在最外侧的电极膜的宽度尺寸比缠绕在内侧的电极膜的宽度尺寸大。
所述不可逆电路元件是，通过将第1中心电极和第2中心电极以相互电绝缘的状态交叉地配置在长方体形状的铁氧体上，已经是插入损耗小的2端口式的集中常数式隔离器。特别地，利用电极膜至少在铁氧体上缠绕3匝而形成笫2中心电极，使缠绕在最外侧的电极膜的宽度尺寸比缠绕在内侧的电极膜的宽度尺寸大，因此，第2中心电极的Q增大，
4进一步降低插入损耗。
优选，在所述不可逆电路元件中，第2中心电极的缠绕在最外侧的电极膜向外侧方向鼓出。可以以高空间效率增大电极膜的宽度尺寸且不损害绝缘性。
另外，也可以将铁氧体配置成，其主面在与电路基板的表面垂直的方向上，这种情况下，优选用一对永久磁铁夹持铁氧体的主面而构成一体化的铁氧体磁铁组合体。由于形成平行的磁场分布，所以，可以得到小型且磁效率高的不可逆电路元件。
另外，优选在电路基板上至少内置有第1匹配电容器和第2匹配电容器。可以使电路紧凑地构成，并可谋求不可逆元件本身的小型化。
发明效果
根据本发明，可以得到使第2中心电极的Q增大的、并进一步使插入损耗降低的2端口式的不可逆电路元件。
图1是本发明涉及的不可逆电路元件(2端口式隔离器)的一实施例的分解立体图。
图2是表示带中心电极的铁氧体的立体图。
图3是表示铁氧体的立体图。
图4是表示形成于铁氧体的主面的中心电极的说明图。
图5是表示电路基板内的电路构成的方框图。
图6是表示2端口式隔离器的第1电路例的等效电路图。
图7是表示2端口式隔离器的第2电路例的等效电路图。
图8是表示插入损耗特性的曲线图，曲线A是本实施例的，曲线B表示比较例的。，
图9是表示比较例的中心电极的说明图。
图中20-电路基板；30-铁氧体磁铁组合体；32-铁氧体；32a、 32b-主面；35-第1中心电极；36-第2中心电极；36a、 36c、 36e、 36g、 36i、
536k、 36m、 36o-电极膜；41-永久磁铁；Pl國输入端口 ； P2画输出端口；P3-接地端口； Wl、 W2-电极膜宽度尺寸。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的不可逆电路元件的实施例进行说明。图l表示了作为本发明所涉及的不可逆电路元件的一实施例的2端口式隔离器的分解立体图。该2端口式隔离器是集中常数式隔离器，大致由作为屏蔽材料起作用的板状磁轭IO、密封用树脂11、电路基板20、由铁氧体32和永久磁铁41构成的铁氧体磁铁组合体30构成。并且，在图l中，图示了以下要说明的构成电路的芯片电阻45和连接用焊锡46。
如图2和图4所示，在铁氧体32的正反主面32a、 32b上形成了电绝缘的第1中心电极35和第2中心电极36。在这里，铁氧体32形成为长方体形状，并具有相互平行的第1主面32a和第2主面32b。
此外，在图4中，标以斜线的部分是电极，若与图2关联地进行说明，则图4 (A)表示形成于第l主面32a的第2层中的第1中心电极35的电极膜，图4 (B)表示形成于第1主面32a的第1层中的第2中心电极36的电极膜。图4 (C)表示形成于铁氧体32的上面32c和下面32d中的电极。图4 (D)表示形成于第2主面32b的第1层中的第2中心电极36的电极膜。图4 (E)表示形成于第2主面32b的第2层中的第1中心电极35的电极膜。
永久磁铁41,例如通过环氧树脂系的粘接剂42 (参照图1)，按照与铁氧体32的主面32a、 32b大致垂直方向对该主面32a、 32b施加磁场的方式，与主面32a、 32b粘接，形成铁氧体磁铁组合体30。永久磁铁41的主面，其尺寸与所述4失氧体32的主面32a、 32b相同，并以相互的外形一致的方式，使主面彼此相对而配置。
如图4 ( A)所示，笫1中心电极35,在铁氧体32的第1主面32a中，以从右侧下部向上并分支成2^f艮的状态，向左上方相对长边以比较小^/角度倾斜而形成，并上升至左上方，,过上面32c上的中继用电极35a,绕至第2主面32b，如图4(E)所^，在第2主面32b中，以在透视状态下与第l主面32a重合并分支成2根的状态而形成，其一端与形成于下面32d的连接用电极35b连接。另外，第1中心电极35的另一端与形成于下面32d的连接用电极35c连接。这样，第1中心电极35在铁氧体32上缠绕一匝。而且，第1中心电极35与以下要说明的第2中心电极36,以在其之间形成绝缘膜(未图示)被相互绝缘的状态交叉。
第2中心电极36,如图4 (B)、 (D)所示那样，首先，第0.5匝的36a，在第1主面32a中以从下边向左上相对长边以比较大的角度倾斜并与第1中心电极35交叉的状态形成，通过上面32c上的中继用电极36b绕到第2主面32b，第1匝的36c，在第2主面32b中以基本垂直地并与第1中心电极35交叉的状态形成。第l匝的36c的下端部，通过下面32d的中继用电极36d绕到第1主面32a,第1.5匝的36e，在第l主面32a中以与第0.5匝的36a平行并与第1中心电极35交叉的状态形成，通过上面32c上的中继用电极36f绕到第2主面32b。
以下同样地，在铁氧体32的主面32a、32b上分别形成第2匝的36g、中继用电极36h、第2.5压的36i、中继用电极36j、第3匪的36k、中继用电极361、第3.5匝的36m、中继用电极36n、第4匝的36o。另夕卜，第2中心电极36的两端，分别与形成于铁氧体32的下面32d的连接用电极35c、 36p连接。此外，连接用电极35c，作为第1中心电极35和第2中心电极36的各自的端部的连接用电极而被共用。
即，第2中心电极36为在铁氧体32上以螺旋状缠绕4匝的电极。在此，所谓匝数，是将中心电极36分别横切一次第l或第2主面32a、32b的状态计算为0.5匝。而且，根据需要设定中心电极35、 36的交叉角，并调整输入阻抗和插入损耗。
另外，通过将电极用导体填充在铁氧体32的上下面32c、 32d上所形成的凹部37中(参照图3)来形成连接用电极35b、 35c、 36p和中继用电极35a、 36b、 36f、 36h、 36j、 361、 36n。另外，在上面32c中，以与各种电极平行的方式形成有虚凹部38，且形成有虚电极39a、 39b。这种电极，预先在主铁氧体基板上形成通孔，并在利用电极用导体填充该通孔后，在将通孔分开的位置进行切断而形成。此外，各种电极，也可以在凹部37、 38上作为导体膜而形成。
但是，在本实施例中，作为特征性的构成是，在第2中心电极36的最外侧缠绕的电极膜36a、 36c、 36m、 36o的宽度尺寸Wl形成为比在内侧缠绕的电极膜36e、'36g、 36i、 36k的宽度尺寸W2大。此夕F，在后面叙述其作用效果。
作为铁氧体32,使用了 YIG铁氧体等。可以将第1和第2中心电极35、 36和各种电极，通过印刷、转印、光刻等工艺作为银或银合金的厚膜或薄膜而形成。作为中心电极35、 36的绝缘膜，可以使用玻璃和氧化铝等电介体厚膜、聚酰亚胺等的树脂膜等。这些也可以通过印刷、转印、光刻等工艺来形成。
永久磁铁41，使用通常的锶系、钡系、镧钴系的铁氧体磁铁。铁氧体磁铁，由于与金属磁铁是导体的情况相比也是电介体，所以在磁铁内可以无损失地分布高频磁通。因此，即使将永久磁铁41与中心电极35、36接近地配置，以插入损耗为代表的电特性也几乎不会恶化。另外，由于铁氧体32的饱和磁化的温度特性和永久磁铁41的磁通密度的温度特性接近，所以在将铁氧体32和永久磁铁41组合而构成隔离器的情况下，隔离器的电气特性依赖于温度的程度小而具有良好的特性。
电路基板20,是在多张电介体薄片上形成规定的电极并通过层叠、烧结而形成的层叠式基板，在其内部，如图5所示，内置有匹配用电容器Cl、 C2、 CS1、 CS2,在外面附加有终端电阻R (芯片电阻45，参照图l)。另外，在上面分别形成有端子电极25a 25e，在下面分别形成有外部连接用端子电极26、 27、 28。
参照图5和图6、图7的等效电路，对这些匹配用电路元件和第1和第2中心电极35、 36之间的连接关系进行说明。此外，图6所示的等效电路表示了本发明所涉及的不可逆电路元件(2端口式隔离器)中的基本的第1电路例，图7所示的等效电路表示第2电路例。在图5中表示图7所示的第2电路例的构成。
也就是，在电路基板20的下面形成的外部连接用端子电极26作为输入端口 Pl而起作用，此端子电极26通过匹配用电容器CS1与匹配用电容器Cl和终端电阻R(端子电极25d)的连接点21a连接。另夕卜，此连接点21a，通过形成于电路基板29的上面的端子电极25a和形成于铁氧体32的下面32d中的连接用电极35b与第1中心电极35的一端连接。
第1中心电极35的另一端和第2中心电极36的一端，通过形成于铁氧体32的下面32d的连接用电极35c和形成于电路基板20的上面的端子电极25b,与终端电阻R (端子电极25e)和电容器C1、 C2连接。
另一方'面，形成于电路基板20的下面的外部連接用端子电极27作为输出端口起作用，此电极27通过匹配用电容器CS2，与电容器C2、Cl和终端电阻R (端子电极25e)的连接点21b连接。
第2中心电极36的另一端，通过形成于铁氧体32的下面32d的连
8接用电极36p以及形成于电路基板20的上面的端子电极25c，与形成于电容器C2和电路基板20的下面的外部连接用端子电极28之间的连接点21c连接。外部连接用端子电极28作为接地端口 P3起作用。
所述铁氧体磁铁组合体30，被配置于电路基板20上，铁氧体32的下面32d的各种电极通过焊锡46进行回流焊接而与电路基板20上的端子电极25a、 25b、 25c—体化，并且永久磁铁41的下面通过粘接剂与电路基板20—体化。另外，芯片电阻45通过焊锡46与端子电极25d、25e连接。
为了使各种电极与电路基板20的各端子电极连接，除了回流焊接以外，也可以是利用焊锡凸块或金凸块的连接，或者导电膏、导电性粘接剂的连接等。
另外，作为永久磁铁41和电路基板20之间的粘接剂，适用热固化性的单液性或双液性的环氧树脂系粘接剂。即，在铁氧体磁铁组合体30和电路基板20之间的接合中，通过并用钎焊和粘接而使接合更可靠。
电路基板20,使用将玻璃和氧化铝或其他的电介体的混合物焙烧而成的材料，或使用由树脂或玻璃与其他的电介体形成的复合基板。对于内部或外部的电极，使用银或银合金的厚膜、铜厚膜、铜箔等。
然而，在以上的构成所形成的2端口式隔离器中，第1中心电极35的一端与输入端口 Pl连接，另一端与输出端口 P2连接，第2中心电极36的一端与输出端口 P2连接，另一端与接地端口 P3连接，所以与以往的2端口式隔离器比较，可以做成插入损耗小的2端口式的集中常数式隔离器。所谓以往的2端口式隔离器是，第l中心电极的一端与输入端口连接，另一端与接地端口连接，第2中心电极的一端与输出端口连接，另一端与接地端口连接的类型。
并且，在工作时，在第2中心电极36中流动较大的高频电流，在第1中心电极35中几乎不流动高频电流，从而，由第1中心电极35和第2中心电极36产生的高频磁场的方向由第2中心电极36的配置决定。通过决定高频磁场的方向，可以以不妨碍其磁路的方式配置铁氧体32，易于进一步降低插入损耗。
另外，第1中心电极35和第i中心电极36，由于通过电极膜形成于铁氧体32的主面32a、 32b,所以可以尺寸精度高地形成为小型。特别地，如图4所示那样，在第2中心电极36的最外侧缠绕的电极膜36a、36c、 36m、 36o的宽度尺寸Wl形成为比在内侧缠绕的电极膜36e、 36g、
936i、 36k的宽度尺寸W2大，由此减少第2中心电极36的直流成分， 且增大Q,进而减少插入损耗。
在利用厚膜或薄膜来形成中心电极35、 36的情况下，可以高精度 地形成。但是，不能避免膜形成时的印刷渗入和光刻加工引起的溶解剩 余、对绝缘体部的扩散，而产生几乎与膜厚同等的渗入和过蚀刻或欠蚀 刻。通常，通过将电极膜设置成高频的趋肤深度的数倍来实现低的损耗， 在微波波段下设置成7-20jLim左右的厚度。这种情况下，需要将电极膜 间的绝缘间隙设成，作为从左右开始的渗入余量分别设成7-20nm，作 为中央部的绝缘带设成20-30 jim，至少共计为34-70 jum的间隙。
在本实施例中，通过增大在空间上有裕度的最外侧的电极膜36a、 36c、 36m、 36o的宽度尺寸Wl,可以保持对各电极膜间来说所需要的 间隙，并且可谋求Q的增大，以实现插入损耗的降低。
图8的曲线A表示本实施例中的插入损耗特征。曲线B表示将第2 中心电极36的电极膜全部设成相同尺寸W2的比较例中的插入损耗特 性。比较例中的第1中心电极35和第2中心电极36的形状如图9所示。
进而，对于铁氧体磁铁组合体30，通过将铁氧体32和一对永久磁 铁41利用粘接剂42来一体化，形成机械上稳定，不会由于振动和冲击 而变形、破损的坚固的隔离器。这种隔离器最适于移动式的通信装置。
在本实施例中，电路基板20是多层电介体基板。由此，可以在内 部内置电容器等电路元件，可以实现隔离器的小型化、薄型化，由于在 基板内进行电路元件间的连接，所以可以期待可靠性的提高。也可以利 用电阻膜形成电阻R，并内置于电路基板20中。当然，电路基板20没 有必要一定是多层的，也可以是单层的，也可以将匹配用电容器等设成 芯片式而外置。
(其他实施例)
此外，本发明所涉及的不可逆电路元件不限于上述实施例，也可 以在其主旨的范围内进行各种变更。
例如，如果将永久磁铁41的N极和S极反转，则调换输入端口P1 和输出端口P2。另外，除了将铁氧体32如上述实施例所示那样纵向配 置以外，也可以进々亍横向配置(将铁氧体32的主面32a、 hb配置成与 电路基板20的表面平行)。
另外，可以对所述第1中心电极35和笫2中心电极36的形状进行 各种变更。例如，在所述实施例中，表示了第1中心电极35在铁氧体32的主面32a、 32b上分支成2条的示例，但是，也可以不进行分支。 另外，第2中心电极36至少缠绕3匝即可。
并且，第1中心电极35和第2中心电极36，除了形成于铁氧体32 的主面32a、 32b上以外，也可以利用电极膜形成于贴合后的铁氧体32 的内部。
产业上的可利用性
如以上所示，本发明用于隔离器和循环器等不可逆电路元件，特别 是在降低插入损耗方面比较优良。
权利要求
1. 一种不可逆电路元件，包括永久磁铁；铁氧体，由所述永久磁铁施加直流磁场；第1中心电极，被配置于所述铁氧体上，并且一端与输入端口电连接，另一端与输出端口电连接；第2中心电极，以与所述第1中心电极电绝缘的状态交叉地配置于所述铁氧体上，并且一端与输出端口电连接，另一端与接地端口电连接；第1匹配电容器，电连接于所述输入端口和所述输出端口之间；电阻，电连接于所述输入端口和所述输出端口之间；第2匹配电容器，电连接于所述输出端口和所述接地端口之间；电路基板，在表面上形成有端子电极，该不可逆电路元件特征在于，所述铁氧体是长方体形状，所述第1中心电极，通过在与铁氧体的主面连续的侧面所设置的电极将在所述铁氧体的一对主面上形成的电极膜连接而形成，所述第2中心电极，通过在与铁氧体的主面连续的侧面所设置的电极将在所述铁氧体的一对主面上形成的电极膜连接，并至少缠绕3匝而形成，缠绕在最外侧的电极膜的宽度尺寸比缠绕在内侧的电极膜的宽度尺寸大。
2. 如权利要求1所述的不可逆电路元件，其特征在于，所述第2中心电极的缠绕在最外侧的电极膜向外侧方向鼓出。
3. 如权利要求1或2所述的不可逆电路元件，其特征在于，所述铁氧体其主面配置在相对所述电路基板的表面垂直的方向上。
4. 如权利要求3所述的不可逆电路元件，其特征在于， ，用 一对所述永久磁铁矣持所述铁氧体的主面而构成一体化的疾氧体磁铁组合体。
5. 如权利要求4所述的不可逆电路元件，其特征在于，在所述电路基板上至少内置有所述第1匹配电容器和第2匹配电容器。
全文摘要
一种2端口式不可逆电路元件，通过提高第2中心电极的Q来降低插入损耗。不可逆电路元件(2端口式隔离器)包括永久磁铁；铁氧体(32)，由该永久磁铁施加直流磁场；第1中心电极和第2中心电极(35、36)，被配置于该铁氧体(32)上；电路基板。将形成于铁氧体(32)的主面(32a、32b)的电极膜用设置在上面的电极连接而形成第1中心电极(35)。将形成于铁氧体(32)的主面(32a、32b)的电极膜用设置在上下面的电极连接并至少缠绕3匝而形成第2中心电极(36)，且该第2中心电极(36)最外侧的电极膜(36a、36c、36m、36o)的宽度尺寸(W1)比内侧的电极膜(36e、36g、36i、36k)的宽度尺寸(W2)大。
文档编号H01P1/36GK101548427SQ200880000970
公开日2009年9月30日 申请日期2008年6月9日 优先权日2007年6月22日
发明者中嶋礼滋, 川浪崇 申请人:株式会社村田制作所