在特高介電常數(shù)隔離器/循環(huán)器接點(diǎn)中的阻抗匹配的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】 在特高介電常數(shù)隔離器/循環(huán)器接點(diǎn)中的阻抗匹配[0001 ] 通過(guò)引用結(jié)合的任何優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年7月23日遞交的、名稱(chēng)為“在特高介電常數(shù)隔離器/循環(huán)器接點(diǎn)中的阻抗匹配”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.62/028, 125的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)施例一般地涉及用于電子應(yīng)用尤其是用于隔離器/循環(huán)器接點(diǎn)的阻抗匹配的組合物和材料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]這里公開(kāi)了一種循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式，該循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)包括鐵氧體盤(pán)對(duì)，該鐵氧體盤(pán)對(duì)的每一個(gè)鐵氧體盤(pán)具有外緣，復(fù)合介電材料圍繞在該鐵氧體盤(pán)對(duì)的每一個(gè)鐵氧體盤(pán)的外緣，中心導(dǎo)體位于該鐵氧體盤(pán)對(duì)之間，該中心導(dǎo)體包括從中心導(dǎo)體的中心延伸出去的多個(gè)傳輸線(xiàn)，該復(fù)合介電材料包括具有第一介電常數(shù)的第一介電常數(shù)分段和具有第二介電常數(shù)的第二介電常數(shù)分段，該第一介電常數(shù)分段定在該多個(gè)傳輸線(xiàn)的每一個(gè)的上方對(duì)齊，并且第一介電常數(shù)小于第二介電常數(shù)。
[0005]在一些實(shí)施例中，該復(fù)合介電材料通?？蔀榄h(huán)形。在一些實(shí)施例中，該第一介電常數(shù)分段的材料足以允許在傳輸線(xiàn)的生產(chǎn)誤差范圍內(nèi)的傳輸線(xiàn)的寬度。
[0006]在一些實(shí)施例中，該中心導(dǎo)體可包括彼此間隔約120度的三個(gè)傳輸線(xiàn)，并且該復(fù)合介電材料包括被放置在傳輸線(xiàn)的正上方和正下方的三個(gè)第一介電常數(shù)分段。在一些實(shí)施例中，該接點(diǎn)還可以包括位于鐵氧體盤(pán)對(duì)的外表面上的接地板對(duì)。
[0007]在一些實(shí)施例中，該第二介電常數(shù)材料具有至少30的介電常數(shù)。在一些實(shí)施例中，該第一介電常數(shù)材料具有小于30的介電常數(shù)。在一些實(shí)施例中，該復(fù)合介電材料對(duì)于頻率在1.8至2.7GHz范圍內(nèi)可以具有25mm或更小的直徑。
[0008]在一些實(shí)施例中，該接點(diǎn)具有4個(gè)端口和4條傳輸線(xiàn)。在一些實(shí)施例中，該接點(diǎn)具有6個(gè)端口和6條傳輸線(xiàn)。在一些實(shí)施例中，該中心導(dǎo)體和傳輸線(xiàn)可被配置成微帶構(gòu)造。
[0009]本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種形成循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的方法的實(shí)施例，包括插入鐵氧體桿到單件的具有第一介電常數(shù)的介電常數(shù)管中，在具有第一介電常數(shù)的介電常數(shù)管上切割出槽以形成第一介電常數(shù)分段，將具有第二介電常數(shù)的第二介電常數(shù)分段插入并固定到該槽中以形成交替的第一介電常數(shù)和第二介電常數(shù)組裝件，該第一介電常數(shù)和第二介電常數(shù)不同，將該交替的第一和第二介電常數(shù)組裝件切片，形成具有由第一介電常數(shù)分段和第二介電常數(shù)分段交替圍繞的鐵氧體桿的盤(pán)。
[0010]在一些實(shí)施例中，該槽可完全延伸穿過(guò)該管的直徑。在一些實(shí)施例中，該槽可間隔約120度。在一些實(shí)施例中，該介電常數(shù)管具有25_或更小的直徑。
[0011]本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種分段的循環(huán)器/隔離器的實(shí)施例，該分段的循環(huán)器/隔離器包括具有外緣的鐵氧體盤(pán)；多個(gè)第一介電常數(shù)分段，圍繞該鐵氧體盤(pán)的外緣，并且在相鄰第一介電常數(shù)材料分段之間具有間隙；和多個(gè)第二介電常數(shù)材料分段，圍繞該鐵氧體盤(pán)的外緣且位于該間隙中，該多個(gè)第二介電常數(shù)材料分段的介電常數(shù)高于多個(gè)第一介電常數(shù)分段的介電常數(shù)，該多個(gè)第一介電常數(shù)材料分段和多個(gè)第二介電常數(shù)材料分段的組合形成了圍繞鐵氧體盤(pán)外緣的環(huán)。
[0012]在一些實(shí)施例中，鐵氧體盤(pán)包括具有不同介電常數(shù)的兩種材料。在一些實(shí)施例中，多個(gè)第一介電常數(shù)材料的每一個(gè)的寬度要足以允許在傳輸線(xiàn)生產(chǎn)誤差之上的傳輸線(xiàn)的寬度。
[0013]在一些實(shí)施例中，分段的循環(huán)器/隔離器還可以包括第二分段循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)，該第二分段循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)包括中心導(dǎo)體，該中心導(dǎo)體包含間隔約120度的三個(gè)傳輸線(xiàn)，該多個(gè)第一介電常數(shù)分段被放置在傳輸線(xiàn)的正上方和正下方。在一些實(shí)施例中，分段的循環(huán)器/隔離器還可以包括位于該盤(pán)的外表面上的接地板對(duì)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1示意性地示出了如何設(shè)計(jì)、制造和使用具有本申請(qǐng)描述的一個(gè)或多個(gè)特征的材料。
[0015]圖2描述了釔基石榴石的晶格結(jié)構(gòu)。
[0016]圖3是描述材料性質(zhì)相對(duì)釩在由化學(xué)式Y(jié)2.152xBi0.5Ca0.35+2xZr0.35VxFe4.65 x012 (其中x=0.1-0.8)表示的晶體組合物中的變化的水平而變化的示意圖。
[0017]圖4是描述材料性質(zhì)相對(duì)(Zr，Nb)在由化學(xué)式Bi0.9Ca0.9xY2.! a9x(ZrQ.7Nbai)xFe5。.&Α2(其中χ = 0.5-1.0)表示的晶體組合物中的變化的水平而變化的示意圖。
[0018]圖5A-5G是描述由化學(xué)式Bia9CaQ.9+2xZra7NbaiVxFe4.2 x012表示的晶體組合物中的釩的變化水平處的焙燒溫度和各個(gè)特性之間的關(guān)系的示例圖，其中χ = 0到0.6。
[0019]圖6是描述最佳線(xiàn)寬相對(duì)釩含量在由化學(xué)式Bia9Caa9+2xZrQ.7NbaiVxFe4.2 x012(其中X = 0-0.6)表示的晶體組合物中變化的組合物而變化的示意圖。
[0020]圖7是示出由化學(xué)式Bi
1.4^3^.05
2xZr0.55VxFe4.45 x012(其中 χ = 0-0.525)表示的晶體組合物的性質(zhì)的示意圖。
[0021]圖8示出了用于制造具有這里所述的一個(gè)或多個(gè)特征的改性的合成石榴石的示例工藝流程。
[0022]圖9示出了具有這里所述的一個(gè)或多個(gè)石榴石特征的示例的鐵氧體器件。
[0023]圖10示出了作為示例組合物BiQ.5Y2.5 xCaxZrxFe5含量的函數(shù)的各種性質(zhì)，其中Bi+3含量基本固定在近似0.5，而Zr +4含量從0到0.35變化。
[0024]圖11示出了作為示例組合物BixY2.65辦。.3辦。.3和4.65012的Bi含量的函數(shù)的各種性質(zhì)，其中Zr+4含量基本上固定在約0.35，而B(niǎo)i +3的含量變化。
[0025]圖12示出了作為圖11的示例組合物的Bi含量的函數(shù)的介電常數(shù)和密度。
[0026]圖13示出了作為擴(kuò)大超過(guò)圖10的示例組合物的0.35的限制的Zr含量的函數(shù)的各個(gè)特性的圖。
[0027]圖14示出了對(duì)于圖13的示例組合物當(dāng)Bi含量近似是1.4并且Zr含量近似是0.55時(shí)作為V+5含量的函數(shù)的各個(gè)特性的圖。
[0028]圖15A和15B示出了對(duì)于具有這里所述的一個(gè)或多個(gè)特征的鐵氧體器件可以實(shí)現(xiàn)的尺寸減小的示例。
[0029]圖16A和16B示出了具有如這里所述的鐵氧體器件的循環(huán)器/隔離器的實(shí)施例。
[0030]圖17示出了兩個(gè)示例25mm循環(huán)器的插入損耗和回流損耗圖，其中一個(gè)基于具有14.4的介電常數(shù)的YCaZrVFe石榴石系統(tǒng)，另一個(gè)基于具有26.73的介電常數(shù)的無(wú)釔的BiCaZrVFe石植石系統(tǒng)。
[0031 ] 圖18A和18B示出了圖17的具有高介電無(wú)釔的BiCaZrVFe石榴石系統(tǒng)的示例10mm循環(huán)器器件的s參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0032]圖19示出了封裝循環(huán)器模塊的示例。
[0033]圖20示出了可以實(shí)現(xiàn)這里所述的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形器/隔離器器件的示例RF系統(tǒng)。
[0034]圖21示出了循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的示意圖。
[0035]圖22示出了現(xiàn)有技術(shù)的循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的實(shí)施例。
[0036]圖23示出了具有中心導(dǎo)體和傳輸線(xiàn)的循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的實(shí)施例的部件分解圖。
[0037]圖24示出了循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0038]圖25示出了在蝕刻工藝中的傳輸線(xiàn)的實(shí)施例。
[0039]圖26A-D示出了具有高和低介電常數(shù)材料兩者的公開(kāi)的循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的實(shí)施例。
[0040]圖27示出了形成具有高和低介電常數(shù)材料兩者的公開(kāi)的循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的方法的實(shí)施例。
[0041]圖28示出了使用公開(kāi)的循環(huán)器/隔離器接點(diǎn)的實(shí)施例的低于共振寬帶器件的s參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0042]圖29示出了可以實(shí)現(xiàn)以制備具有如這里所述的一個(gè)或多個(gè)特征的陶瓷材料的工
Ο
[0043]圖30示出了可以實(shí)現(xiàn)以由這里所述的粉末材料形成成形物體的工藝。
[0044]圖31示出了圖30的工藝的不同階段的示例。
[0045]圖32示出了可實(shí)現(xiàn)以燒結(jié)例如在圖30和圖31的示例中形成的成形物體的工藝。
[0046]圖33示出了圖32的工藝的不同階段的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0047]本文提供的標(biāo)題-如果存在的話(huà)-僅是為了方便，并且不必然影響本公開(kāi)的范圍或含義。
[0048]公開(kāi)了制造可用于射頻(RF)應(yīng)用的高介電材料的器件和方法。特別地，這里所公開(kāi)的是可具有改進(jìn)的微型化特性還保持高RF性能的器件，可有利地被用在電子部件中。例如，可選擇特別的材料以形成具有改進(jìn)RF性能的部件。進(jìn)一步地，部件的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)于器件的RF性能是有利的。此外，結(jié)構(gòu)和材料的組合可以特別有利。
[0049]盡管以下詳細(xì)討論隔離器和循環(huán)器，但應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)不限于那些特殊的應(yīng)用，本公開(kāi)可用于進(jìn)行射頻應(yīng)用的任何部件。
[0050]圖1示意性地示出了一個(gè)或多個(gè)的化學(xué)元素(方框1)、化學(xué)化合物(方框2)、化學(xué)物質(zhì)(方框3)和/或化學(xué)混合物(方框4)如何被處理以產(chǎn)生具有一個(gè)或多個(gè)這里所述的特征的一個(gè)或多個(gè)材料(方框5)。在一些實(shí)施例中，這樣的材料可形成陶瓷材料(方框
6)，所述陶瓷材料被配置為包括期望的介電性質(zhì)(方框7)、磁性性質(zhì)(方框8)和/或高級(jí)材料性質(zhì)(方框9)。
[0051]在一些實(shí)施例中，具有一個(gè)或多個(gè)上述性質(zhì)的材料可實(shí)現(xiàn)在諸如射頻(RF)應(yīng)用的應(yīng)用(方框10)中。這樣的應(yīng)用可以包括如在這里在器件12中所述的一個(gè)或多個(gè)特征的實(shí)現(xiàn)方式。在一些應(yīng)用中，上述器件可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品11中。這里描述了這樣的器件和/或產(chǎn)品的示例。
[0052]改性的合成石榴石組合物:
[0053]這里公開(kāi)了如釔鐵石榴石(YIG)的改性的合成石榴石組合物的方法，以減少或者消除在這樣的組合物中的稀土金屬的使用。合成石榴石通常具有Α3Β5012的化學(xué)式單元，其中A和B是三價(jià)金屬離子。釔鐵石榴石(YIG)是具有Y3Fe5012化學(xué)式單元的合成石榴石，其中包括3+氧化態(tài)的釔(Y)和3+氧化態(tài)的鐵(Fe)。圖2描述了 YIG化學(xué)式單元的晶體結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，改性的合成石榴石組合物包括將釔鐵石榴石(YIG)中的一些或者全部釔(Y)用其他離子的組合來(lái)取代，以使得到的材料維持在微波應(yīng)用中期望的磁性。
[0054]在一實(shí)現(xiàn)方式中，該改性的合成石植石組合物可由通式I表不:BixCay+2xY3 x y 2zFe5y zZryVz012，其中 x = 0 到 3，y = 0 到 1，以及 z = 0 至lj 1.5，更優(yōu)選 χ = 0.5 到 1.4，y = 0.3到0.55，以及ζ = 0到0.6。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，該改性的合成石榴石組合物可由通式II表示:BixY3 x a35Ca0.35Zr0.35Fe4.65012，其中 χ = 0.5 到 1.0，優(yōu)選 χ = 0.6 到 0.8，更優(yōu)選 χ = 0.5。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，該改性的石榴石組合物可由通式III表示:Bi(Y，CahFeuM1。.^11。.^，其中Μ1取代八面體位點(diǎn)上的Fe，并且可選自下列元素中的一個(gè)或多個(gè):In、Zn、Mg、Zr、Sn、Ta、Nb、Fe、Ti和Sb，其中Mn取代四面體位點(diǎn)上的Fe，并且可選自下列元素中的一個(gè)或多個(gè):Al、Ga、W、Mo、Ge、V、Si。
[0055]在另一實(shí)現(xiàn)方式中，該改性的合成石榴石組合物可由通式IV表示:Y2.152xBi
0.5Ca0.35+2xZr0.35VxFe4.65 x012，其中χ = 0.1到0.8。圖3示出了與V的變化水平相關(guān)的材料性質(zhì)的變化。在另一實(shí)現(xiàn)方式中，該改性的合成石榴石組合物可由通式V表示:8士。.辦。.9;^2.1。.9:!汝。.7他。.1