JP2018186328A - サーキュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させながら低コスト化、小型化できるサーキュレータを得ること。【解決手段】サーキュレータ１００は、複数の信号端子６０ａと、複数の信号端子６０ａを取り囲む複数のグランド端子６０ｂと、ダイパッド６と、信号パターン３０ａを有し、ダイパッド６上に設けられるフェライト基板３と、信号端子６０ａと信号パターン３０ａとを電気的に接続するワイヤ３２と、複数の信号端子６０ａ、複数のグランド端子６０ｂ及びダイパッド６が露出するように、ダイパッド６、フェライト基板３及びワイヤ３２を覆うモールド樹脂４からなるモールドパッケージ５０と、モールドパッケージ５０上に設けられる永久磁石２とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、非可逆回路素子であるサーキュレータに関する。

特許文献１に開示されるサーキュレータは、表面実装によりサーキュレータを樹脂基板上に配置することで、接着工程を不要とし、またワイヤボンドを不要として、製作コストを低減している。

特許第６０００４６６号公報

しかしながら特許文献１に開示されるサーキュレータは、基板中に表裏導通ＶＩＡが必要であり、これによる基板の製作コストが増加すると共に基板の信頼性が低下するという課題がある。また特許文献１に開示されるサーキュレータでは、表裏導通ＶＩＡ内への接着剤のブリードアウトを避けるために、スペーサからＶＩＡまでの距離を離す必要があり、パターンが大型化するという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性を向上させながら小型化できるサーキュレータを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のサーキュレータは、複数の信号端子と、複数の信号端子を取り囲む複数のグランド端子と、ダイパッドと、信号パターンを有し、ダイパッド上に設けられるフェライト基板と、信号端子と信号パターンとを電気的に接続するワイヤと、複数の信号端子及び複数のグランド端子が露出するように、ダイパッド、フェライト基板及びワイヤを覆う樹脂からなるモールドパッケージと、モールドパッケージ上に設けられる永久磁石とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、信頼性を向上させながら小型化できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るサーキュレータの断面図 図１に示すモールドパッケージ内のモールド成形前のフェライト基板及びダイパッドをＸ軸方向の一方側から見た図 図１に示すモールドパッケージをＸ軸方向の他方側から見た図 本発明の実施の形態２に係るサーキュレータが備えるモールドパッケージのモールド成形前のフェライト基板及びダイパッドをＸ軸方向の一方側から見た図 図４に示すフェライト基板に設けられるパターンを示す図 図４に示すフェライト基板に設けられるグランドパターンを示す図 図４に示すモールドパッケージをＸ軸方向の他方側から見た図 本発明の実施の形態２に係るサーキュレータが備える導電膜に接続されるスルーホールを示す図

以下に、本発明の実施の形態に係るサーキュレータ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。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るサーキュレータの断面図である。図２は図１に示すモールドパッケージ内のモールド成形前のフェライト基板及びダイパッドをＸ軸方向の一方側から見た図である。図３は図１に示すモールドパッケージをＸ軸方向の他方側から見た図である。

図１に示すように多層樹脂基板１は、多層樹脂基板１のＸ軸方向の一端側の第１の板面１ａと、多層樹脂基板１のＸ軸方向の他端側の第２の板面１ｂとを有する。多層樹脂基板１の第１の板面１ａには、導電性のグランドパターンである第１のグランド面１１ａが設けられる。多層樹脂基板１の第２の板面１ｂには、導電性のグランドパターンである第２のグランド面１１ｂが設けられる。また多層樹脂基板１の中には内層グランド面１１ｃが設けられる。多層樹脂基板１には、Ｘ軸方向に伸びる複数のグランドＶＩＡホール１２と、Ｘ軸方向に伸びる複数の信号ＶＩＡホール１３とが形成される。複数のグランドＶＩＡホール１２及び信号ＶＩＡホール１３は、Ｙ軸方向に互いに離間して配列される。図１では、左手系のＸＹＺ座標において、サーキュレータ１００及び多層樹脂基板１の配列方向がＸ軸方向とされ、複数のグランドＶＩＡホール１２の配列方向がＹ軸方向とされ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向がＺ軸方向とされる。

グランドＶＩＡホール１２のＸ軸方向の一端は第１のグランド面１１ａに接続される。グランドＶＩＡホール１２のＸ軸方向の他端は第２のグランド面１１ｂに接続される。信号ＶＩＡホール１３のＸ軸方向の一端はトリプレート線路１４に接続される。信号ＶＩＡホール１３のＸ軸方向の他端は信号パッド１５に接続される。

多層樹脂基板１の内部に設けられるトリプレート線路１４は、第１のグランド面１１ａと内層グランド面１１ｃとの間に位置する。すなわちトリプレート線路１４は同一電位のグランドに取り囲まれるように設けられている。

実施の形態１に係るサーキュレータ１００は、多層樹脂基板１の第２の板面１ｂ側に設けられている。サーキュレータ１００は、永久磁石２とモールドパッケージ５０とを備える。モールドパッケージ５０は、フェライト基板３と、モールド樹脂４と、導電膜５と、ダイパッド６と、導電性接続部材としてのワイヤ３２と、信号端子６０ａと、グランド端子６０ｂとで構成される。

永久磁石２は、バイアス磁界をフェライト基板３に印加する磁石であり、永久磁石２にはフェライト磁石又は希土類磁石を例示できる。フェライト磁石の材料には、六方晶のマグネトプランバイト構造を持つＳｒ（ストロンチウム）フェライト又はＢａ（バリウム）フェライトを例示できる。希土類磁石の材料には、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石、プラセオジム磁石又はサマリウム鉄窒素磁石を例示できる。

方形形状の永久磁石２のＹ軸方向の幅は、導電膜５に覆われたモールド樹脂４のＹ軸方向の幅と等しい。永久磁石２の幅をモールド樹脂４の幅と等しくすることにより、永久磁石２とモールドパッケージ５０の相対位置のばらつきが抑制されるため、永久磁石２の位置に依存して変動するサーキュレータ１００の電気特性の均一化が図れる。

フェライト基板３の実装されるダイパッド６の材料としては、Ｃｕ（銅）、コバール、Ｎｉ（ニッケル）などの磁性体を例示できる。銅の代わりに、コバール又はＮｉなどの磁性体を用いることにより、永久磁石２によりダイパッド６が磁化するため、これらの２つの磁石によりフェライト基板３内の静磁界分布がさらに均一化され、特性の揃ったサーキュレータ１００が得られる。なお、永久磁石２の外周には、ダイパッド６と同様の磁性体を設けてもよい。永久磁石２の外周及び上部に磁性体を設けることにより永久磁石２から外部への漏れ出し静磁界が低下するため、複数のサーキュレータ１００を隣接して配列した場合、隣接する永久磁石２同士の反発力が低下し、複数のサーキュレータ１００同士や、他の磁性材料同士を近くに配置できる。

モールドパッケージ５０の信号端子６０ａは、半田７を介して、多層樹脂基板１の信号パッド１５に接続される。またモールドパッケージ５０の信号端子６０ａは、ワイヤ３２を介して、フェライト基板３の信号パターン３０ａに接続される。トリプレート線路１４、信号ＶＩＡホール１３、信号パッド１５、半田７、信号端子６０ａ、ワイヤ３２及び信号パターン３０ａは、互いに電気的に接続される。

多層樹脂基板１のＹ軸方向の端面寄りに設けられる複数のグランドＶＩＡホール１２は、トリプレート線路１４及び信号ＶＩＡホール１３を取り囲むように配置されている。そのため、これらのグランドＶＩＡホール１２により、トリプレート線路１４に伝送されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の多層樹脂基板１の周囲への漏えいが抑制される。

モールドパッケージ５０のグランド端子６０ｂは、半田７を介して、多層樹脂基板１の第２のグランド面１１ｂに接続される。第１のグランド面１１ａと、多層樹脂基板１のＹ軸方向の端面寄りに設けられる複数のグランドＶＩＡホール１２と、多層樹脂基板１のＹ軸方向の端面寄りに設けられる第２のグランド面１１ｂと、グランド端子６０ｂとは、互いに電気的に接続される。

ダイパッド６は、半田７を介して、多層樹脂基板１の中央寄りに設けられる第２のグランド面１１ｂに接続される。第１のグランド面１１ａと、多層樹脂基板１の中央寄りに設けられる複数のグランドＶＩＡホール１２と、多層樹脂基板１の中央寄りに設けられる第２のグランド面１１ｂと、半田７と、ダイパッド６とは、互いに電気的に接続される。

フェライト基板３の上面側、すなわちフェライト基板３の永久磁石２側の面は、モールド樹脂４で覆われている。またモールドパッケージ５０の上面側、すなわちモールドパッケージ５０のフェライト基板３側の面は、モールド樹脂４で覆われている。従って、フェライト基板３の信号パターン３０ａと、ワイヤ３２と、モールドパッケージ５０の信号端子６０ａと、モールドパッケージ５０のグランド端子６０ｂとは、モールド樹脂４で覆われている。

一方、モールドパッケージ５０の下面側、すなわちモールドパッケージ５０の多層樹脂基板１側の面は、モールド樹脂４で覆われることなく露出している。従って、モールドパッケージ５０の信号端子６０ａ及びグランド端子６０ｂは、それぞれの多層樹脂基板１側の面がモールド樹脂４で覆われることなく露出している。なお、図３に示すモールドパッケージ５０の放熱用の導体パターン６０ｃ(ダイパッド６に等しい)もモールド樹脂４で覆われることなく露出している。

図１に示すように、モールド樹脂４の表面には、導電膜５が形成されている。導電膜５は、無電解メッキ又は導電性接着剤等の導電性を有する被膜であり、メッキ被膜の材料には、Ｎｉ又はＡｇ（銀）等を例示でき、導電性接着剤には、銀粒子を含むエポキシ材料等を例示できる。モールド樹脂４の上側には、導電膜５を介して、永久磁石２が設けられている。永久磁石２は、接着等により導電膜５に固定される。なお、導電膜５への永久磁石２の固定方法は、接着に限定されず、導電膜５に永久磁石２を固定できれば接着以外の方法でもよく、例えばネジなどの締結部材で固定してもよい。また実施の形態１では、モールド樹脂４に導電膜５が設けられているが、導電膜５を省いて直接モールド樹脂４に永久磁石２を固定してもよい。但し導電膜５は電磁シールドの機能を果たすため、モールド樹脂４に導電膜５が設けるほうが望ましい。導電膜５による効果の詳細は後述する。

図１に示すように、モールドパッケージ５０を構成するフェライト基板３及びダイパッド６は、Ｘ軸方向に積層され、フェライト基板３は、接着剤等でダイパッド６に固定される。その後トランスファーモールド等により上部をモールド樹脂４で封止され、最後に導電膜５が被膜される。

フェライト基板３は、第１の板面３１ａ及び第２の板面３１ｂを有する。第１の板面３１ａは、フェライト基板３のＹ軸方向の一端側の板面である。第２の板面３１ｂは、フェライト基板３のＹ軸方向の他端側の板面である。図２に示すように、フェライト基板３の第２の板面３１ｂ側には、円形の信号パターン３０ａが設けられている。またモールドパッケージ５０には、図２及び図３に示すように、複数の信号端子６０ａと、複数のグランド端子６０ｂとが設けられている。

図２に示すように、モールドパッケージ５０の複数の信号端子６０ａは、フェライト基板３の信号パターン３０ａの周囲全体を取り囲むように互いに離間して配置されている。モールドパッケージ５０の複数のグランド端子６０ｂは、信号端子６０ａの周囲全体を取り囲むように互いに離間して配置されている。図３に示すモールドパッケージ５０の信号端子６０ａ及びグランド端子６０ｂは、リフロー工程等で図１に示す多層樹脂基板１上に表面実装される。

図３に示すように、モールドパッケージ５０の裏面の中央には、放熱及びグランド接続用の導体パターン６０ｃが設けられている。モールドパッケージ５０の裏面は、図１に示す多層樹脂基板１側の面である。導体パターン６０ｃは、複数の信号端子６０ａに取り囲まれるように設けられている。なお、サーキュレータ１００の発熱量が高い場合には、モールドパッケージ５０の導体パターン６０ｃと図１に示す第１のグランド面１１ａとの間に、放熱用ＶＩＡを設けてもよいし、コイン形状の導体を設けてもよい。放熱用ＶＩＡやコイン形状の導体を設けることにより、フェライト基板３で発生した熱が第１のグランド面１１ａに伝わり、放熱性が向上する。

このように構成された実施の形態１に係るサーキュレータ１００によれば、永久磁石２のＹ軸方向の幅をフェライト基板３のＹ軸方向の幅よりも広げることができるため、フェライト基板３内部の磁界分布が均一化され、従来構成において、永久磁石２の位置がフェライト基板３に対して変動し、フェライト基板３内の磁界が変化することによる電気特性が変動する電気特性の磁石位置感受性が低下し、電気特性の揃ったサーキュレータ１００の製造が可能となる。

また、モールド樹脂４と概略同サイズの永久磁石２を採用することにより、磁石設置誤差がさらに低減される。また実施の形態１に係るサーキュレータ１００では、モールド樹脂４が、永久磁石２とフェライト基板３との間の非導電性のスペーサを兼ねるため、特許文献１に開示されるスペーサ、すなわち永久磁石と磁性体との間に配置されるスペーサを設ける必要がない。

また実施の形態１に係るサーキュレータ１００では、永久磁石２がモールド樹脂４を介してフェライト基板３に固定される。そのため、永久磁石２をモールド樹脂４に直接固定する場合に発生する接着剤のブリードアウトがなく、信号パターン３０ａの近くに、ワイヤボンディング用のパッドの配置が可能となり、サーキュレータ１００を小型化できる。

なお、モールド樹脂４は、トランスファーモールド成形等の技術を用いることで複数のモールド樹脂４を一括で製造することが可能であり、また表面実装が可能であるためサーキュレータ１００の組立に伴うコストを低減できる。

また導電膜５は、モールド樹脂４への導電性材料の塗布により設けることができ、モールドパッケージ５０のグランド端子６０ｂと電気的に接続されると共に、多層樹脂基板１の第２のグランド面１１ｂと電気的に接続される。そのため、サーキュレータ１００全体を取り囲む形状の電磁シールド機構を追加することなく、フェライト基板３及びワイヤ３２に伝送されるＲＦ信号の周囲への漏えいが抑制され、サーキュレータ１００が実装されるモジュールの構成部品を低減でき、モジュールの小型化が図れる。また本構成により、フェライト基板３にスル−ホールや、裏面のソルダーボール又は銅ピラーといった導電性の微細接合材が不要となり、サーキュレータ１００の製造コストを低減できる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係るサーキュレータが備えるモールドパッケージのモールド成形前のフェライト基板及びダイパッドをＸ軸方向の一方側から見た図である。図５は図４に示すフェライト基板に設けられるパターンを示す図である。図６は図４に示すフェライト基板に設けられるグランドパターンを示す図である。図７は図４に示すモールドパッケージをＸ軸方向の他方側から見た図である。図８は本発明の実施の形態２に係るサーキュレータが備える導電膜に接続されるスルーホールを示す図である。

図４に示すように、フェライト基板３の第２の板面３１ｂには、第１のグランドパターン３０ｂが設けられている。第１のグランドパターン３０ｂは、信号パターン３０ａの周囲を取り囲むように設けられている。図６に示すように、フェライト基板３の第１の板面３１ａ側には、第２のグランドパターン３０ｃが設けられている。図６に示す第２のグランドパターン３０ｃは、図７に示すダイパッド６に実装される。第１のグランドパターン３０ｂ及び第２のグランドパターン３０ｃは、Ｘ軸方向に伸びる第１のスルーホール３６により電気的に接続される。また図４に示す第１のグランドパターン３０ｂと図８に示す導電膜５は、第２のスルーホール３７により電気的に接続される。第２のスルーホール３７は、図１に示すモールド樹脂４の内部に設けられている。図４中には第２のスルーホール３７の接続位置も同時に示してある。

モールド樹脂４の外周が導電膜５で電気的に閉じられているため、電気的要求特性の実現等でフェライト基板３のサイズの増加に伴いモールド樹脂４を大型化した場合、グランド面が全周閉じられることによるキャビティ共振が動作周波数に近くなる恐れがある。実施の形態２によれば、ダイパッド６と導電膜５とが、第１のスルーホール３６及び第２のスルーホール３７で電気的に接続されるため、共振周波数が上昇し所望のサーキュレータ動作が確保される。なお第１のスルーホール３６及び第２のスルーホール３７の数量と位置は、動作周波数により決定され、またモールド樹脂４及びフェライト基板３の誘電率により決定される。なお、第１のグランドパターン３０ｂは、第１のスルーホール３６及び第２のスルーホール３７が配置された領域のみに帯状に配置してもよい。信号端子６０ａの一部を、多層樹脂基板１内のグランドＶＩＡホール１２に接続されたグランド端子６１とし、第１のグランドパターン３０ｂとグランド端子６１とをワイヤで接続することにより、ＲＦ端子を取り囲むようにグランド端子が配置可能となり、信号パターン３０ａ上のＲＦ信号を多層樹脂基板１のトリプレート線路１４に低反射で電気的に接続可能となる。

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。

１ 多層樹脂基板、１ａ，３１ａ 第１の板面、１ｂ，３１ｂ 第２の板面、２ 永久磁石、３ フェライト基板、４ モールド樹脂、５ 導電膜、６ ダイパッド、７ 半田、１１ａ 第１のグランド面、１１ｂ 第２のグランド面、１１ｃ 内層グランド面、１２ グランドＶＩＡホール、１３ 信号ＶＩＡホール、１４ トリプレート線路、１５ 信号パッド、３０ａ 信号パターン、３０ｂ 第１のグランドパターン、３０ｃ 第２のグランドパターン、３２ ワイヤ、３６ 第１のスルーホール、３７ 第２のスルーホール、５０ モールドパッケージ、６０ａ 信号端子、６０ｂ，６１ グランド端子、６０ｃ 導体パターン、１００ サーキュレータ。

Claims (5)

1. 複数の信号端子と、
   前記複数の信号端子を取り囲む複数のグランド端子と、
   ダイパッドと、
   信号パターンを有し、前記ダイパッド上に設けられるフェライト基板と、
   前記信号端子と前記信号パターンとを電気的に接続するワイヤと、
   前記複数の信号端子及び前記複数のグランド端子が露出するように、前記ダイパッド、前記フェライト基板及び前記ワイヤを覆う樹脂からなるモールドパッケージと、
   前記モールドパッケージ上に設けられる永久磁石と
   を備えることを特徴とするサーキュレータ。
2. 前記樹脂の外周を覆う導電膜を備え、
   前記複数のグランド端子は前記導電膜と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のサーキュレータ。
3. 前記フェライト基板は、
   前記信号パターンの周囲を取り囲むように前記フェライト基板の一端側に設けられる第１のグランドパターンと、
   前記ダイパッドと対向して前記フェライト基板の他端側に設けられる第２のグランドパターンと、
   前記第１のグランドパターンと前記第２のグランドパターンとを電気的に接続する第１のスルーホールと
   を備え
   前記樹脂には、前記導電膜と前記第１のグランドパターンとを電気的に接続する第２のスルーホールが設けられることを特徴とする請求項２に記載のサーキュレータ。
4. 前記永久磁石は、方形形状であり、
   前記永久磁石の幅は、前記樹脂の幅と等しいことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のサーキュレータ。
5. 前記ダイパッドは磁性体で構成されることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のサーキュレータ。

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