专利名称：共享连续电路的集成环行器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种提供连续电路迹线的器件、系统和方法，且更特定地涉及一种提供包括环行器和连续电路迹线中的其他电子部件的连续电路迹线的器件、系统和方法，避免了人工互连和阻抗匹配的需要。
背景技术：
使用环行器来隔离和传输电子信号是公知的。环行器为多端口器件，其在一个端口接收射频(RF)信号，并将其路由至相邻端口，同时对其余端口隔离或去耦合RF信号。目前，环行器用于操作于非常高频率的应用。例如，环行器通常用在用于雷达和通信系统的微波电路 和微波发射和接收(T/R)模块。传统的环行器设计可以包括y型RF导体，具有三个端口连接器，三个端口连接器放置于一对铁氧体基板之间。磁铁放置在铁氧体基板的上方和下方以在铁氧体元件内产生DC偏置磁场，以提供三个端口连接器之间的传输路径的不可逆操作。薄金属片或包层放置在每个磁铁下方的每个铁氧体基板的外表面上，以为环行器提供接地面并提供对伪RF辐射的屏蔽。部件然后放置在钢壳体或外壳内以保持提供磁铁产生的磁场的回路，同时为部件屏蔽外部磁场。虽然环行器是极其有效率的器件，传统环行器具有一些不足。首先，将传统环行器安装在电路板上需要在环行器将要被安装的位置处在电路板中切割比环行器封装稍大的开孔。环行器然后被放置在该开孔内，并且端口连接器使用手动互连，例如焊接、带状电缆等被附接至电路板上的外部电路迹线。如图IA所示，源自Kane (“Kane”)的美国专利No. 4，761，621，印刷电路环行器在本领域是公知的。但是，通常即使那些制作为印刷电路部件的环行器仍然使用传统方法被连接至外部电子部件(例如，电阻器、滤波器、另外的环行器)。换句话说，外部部件被表面安装或通过孔安装然后焊接到印刷电路板(PCB)上。结果，由于环行器的端口引线313、401、 403通常由不同材料制成，并且与外部部件407、409、413具有不同的阻抗值，且由于这些部件407、409、413被焊接至板，因此在互连处存在阻抗失配，其导致环行器电性能的恶化。阻抗失配必须利用带状连接器或其他已知的方法校正以将端口连接器同电路迹线的阻抗匹配。如图IB所示,源自Andre ( “Andre”)的美国专利No. 3，334，317,尝试校正该阻抗失配包括使用多级阻抗匹配段IObUOc以执行常规阻抗转换。这增加了制作过程的复杂度，且需要基于环行器的工作频率范围进行调节。换句话说，工作在两个不同频率的两个谐振器需要阻抗匹配段10b、10c，其基于它们的频率具有不同的尺寸(即宽度)。另外，环行器和电路迹线之间的不连续存在于连接端口。手动互连还导致端口连接器处的插入损耗、来自不期望的RF信号的干扰增加、以及环行器的高的性能可变性。并且，手动互连倾向于具有不良热性能，其可能导致可能通过电路的信号功率的量的减少。常规环行器的另一个不足在于环行器与外部电路部件不处于同一平面。这使得难以有效地提供环行器和电路的公共接地。典型地，必须模制金属板以与环行器产生的轮廓一致，且使其粘结至环行器和外部电路二者的背面。该非平面接地面可能导致环行器电性能的下降。常规环行器的再一个不足在于其制作昂贵，且不能够利用自动制作过程来制作。 例如，用于常规环行器的铁氧体基板倾向于是脆弱的，并且可能在自动制作过程中损坏。另夕卜，部件，尤其是谐振器、铁氧体元件以及磁铁必须要精确对准以确保环行器正确操作。从而，全部或至少部分常规环行器必须手动组装，且部件必须利用夹具或对准框进行对准。一旦部件正确对准，它们通常用手密封在钢外壳中。弹簧或其他压缩机构通常置于外壳内以确保铁氧体材料保持同谐振器的持续接触。不幸的是，这一组装过程不论在时间，还是在金钱上都是昂贵的。已经采取一些尝试来解决这些同常规环行器关联的问题。例如，一种方法通过将环行器级联在共同的封装里，尝试减小两个或更多个环行器之间的阻抗失配。该环行器包括两个或更多个级联在一起的RF导体，它们被设置在两个长方形铁氧体基板之间。单个阻抗匹配元件耦合在级联的环行器谐振器的耦合连接端口之间以改进环行器的性能。不幸地，这一方法仍然必须使用手动互连来将级联环行器连接至外部电路。并且，环行器元件被没置在容易损坏的两个铁氧体基板之间。另一解决方案为设计制作大量环行器的成本有效的方法。该方法包括将环行器迹线沉积在中心电介质基板上。预钻有开口的一系列电介质垫片设置在铁氧体元件周围，该铁氧体元件靠在中心基板每侧的顶部上。钢板之后放置在基板层的每侧上。外部垫片之后放置在钢盘的顶部上。外部垫片包含蚀刻得往下至钢板的数个通孔以提供与地的电接触。 然后在外部垫片上钻数个通孔，并填充有导电材料以提供用于表面安装环行器到电路板的接触。虽然该方法使用廉价·材料，这一环行器具有一些不足。首先，钢盘只覆盖环行器迹线的一部分，这不能为环行器迹线提供足够的接地，从而不能充分地为环行器迹线屏蔽伪RF 信号。并且，由于环行器设计为表面安装，环行器不与外部电路成一直线，因此电路的接地面是非平面和非连续的。外部电路和环行器之间的接地面必须由带状电缆或其他连接器桥接，其导致电低效。并且，由于环行器是表面安装的，它使用手动互连来连接环行器至外部电路，其导致环行器和外部电路之间的阻抗失配。因此，本领域需要低成本环行器，其使用能够使用常规PCB技术组装的标准电介质材料。本领域进一步需要可以集成在电路内的环行器，其中环行器的电路迹线和电子电路的迹线是部分相同的连续电路迹线，无需使用手动互连。还进一步需要具有连续接地面， 并且可以插入在电路板中以便环行器迹线与来自外部电路的部件的迹线成一直线的环行器。
发明内容
本发明的实施例涉及一种产生包括一个或多个环行器和一个或多个外部电子部件的连续电路迹线的器件、系统和方法。在连续电路迹线里制作这些部件的能力消除了部件之间产生的阻抗失配。这继而消除了利用例如部件和相邻线路和迹线之间的宽度可变的阻抗匹配段进行物理阻抗匹配的需要。该技术使环行器的低成本印刷电路板(PCB)制作成为可能，且克服了通常与PCB环境中的印刷环行器关联的性能损耗。本发明实施例可包括包含第一基板和印刷在第一基板上的连续电路迹线的器件， 连续电路迹线包括第一环行器图案和第一外部部件。环行器图案可包括中心导体元件和三个或更多个连接端口。在一些实施例中，环行器图案可进一步包括设置在中心导体元件周围的非连续环以改进环行器加载。在其它实施例中，中心导体元件可包括一个或多个缝隙以改进环行器加载。第一外部部件可包括各种RF电子部件。RF电子部件可包括，举例但不是限制地， 第二环行器图案、滤波器、天线、功分器或功率合成器。在一些实施例中，该电路可进而包括在具有第一环行器图案和第一外部部件的连续的电路迹线中的第二外部部件。为改进环行器性能，该第一基板可相对较薄。在一些实施例中，第一基板的厚度在大约0.001和O.010 英寸之间。在一些实施例中，该器件可以进而包括设置在第一基板下面的第二基板。第二基板可包括，例如，第一侧上的包层，开孔，以及插入开孔中且近似与中心导体元件对准的铁氧体元件。在一些实施例中，导电材料可设置在铁氧体元件上方，与包层电接触以形成连续接地面。第一磁铁也可设置在铁氧体下方。
本发明实施例还可包括第一基板、印刷在第一基板第一侧的第一连续电路迹线， 第一连续电路迹线包括第一环行器图案和第一外部部件，印刷在第一基板第二侧的第二连续电路迹线，第二连续电路迹线包括至少第二环行器图案。如上，第一和第二环行器各自可包括中心导体元件和三个或更多个连接端口。在一些实施例中，第一环行器和第二环行器可与第一基板中的导电通孔连接。本发明的实施例可进而包括设置在第一基板下面的第二基板。第二基板可包括， 第一侧上的包层，第一开孔，以及插入第一开孔中且近似与中心导体元件对准的第一铁氧体元件。导电材料可设置在第一铁氧体元件上方，与第二基板第一侧上的包层电接触且能够形成连续接地面。在一些实施例中，第一磁铁可设置在铁氧体元件下方。第一基板的厚度可在大约O. 001和O. 010英寸之间。第二基板的厚度可在大约 O. 01和O. 07英寸之间。在优选实施例中，导电材料包括导电薄膜粘合剂。在一些实施例中， 印刷在第一基板第二侧上的第二连续电路迹线可包括第二环行器图案和第二外部部件。在一些实施例中，第三基板可设置在第一基板上方。第三基板可包括第一侧上的包层，第二开孔，以及第二铁氧体元件。第二铁氧体元件可插入第二开孔中、且可近似与中心导体元件对准。在优选实施例中，导电材料可设置在第二铁氧体元件上方，以便其与第三基板第一侧上的包层电接触以形成连续接地面。该器件可进而包括第二磁铁，其可设置在第二铁氧体元件上方。本发明的另外一些实施例可包括产生集成电路的方法，包括提供第一基板和在第一基板的第一侧上印刷包括第一环行器图案和第一外部部件的连续电路。该方法可进而包括提供包括在至少一侧上的金属层的第二基板，以及在第二基板中产生尺寸和形状被设计为接受第一铁氧体盘的第一开孔。第一铁氧体盘可插入在该开孔中，且导电材料可放置在第一铁氧体盘上以便导电材料与第一铁氧体盘和第二基板上的金属层电接触以形成连续接地面。第一磁铁可放置在第一铁氧体盘下，且第二基板可接合至第一基板底部。本发明实施例可进而包括提供第三基板，其包括至少一侧上的金属层。第二开孔可在第三基板中形成，且尺寸和形状设计为接受第二铁氧体盘。第二铁氧体盘可插入在该开孔中，且导电材料可放置在该铁氧体盘上以便导电材料与第一铁氧体盘和第三基板上的金属层电接触以形成连续接地面。在一些实施例中，第二磁铁可放置在第二铁氧体盘上方。 第三基板可接合至第一基板顶部。在一些实施例中，第二连续电路迹线可印刷在第一基板的第二侧上，包括至少第二环行器。通过回顾公开实施例的以下详细说明，参考附图和权利要求，本发明的各个方面可更加清楚地理解和领会。
图IA是具有常规通孔安装电阻器的印刷电路板(PCB)上的印刷环行器的图示。图IB是包括阻抗匹配元件的常规环行器的图示。
图IC是包括调节片的常规环行器的图示。图ID是由于不连续电路迹线而具有失配端口连接的常规环行器的图示。图2A是根据本发明一些实施例的与微带电路配合使用的环行器组装件的分解视图的图示。图2B是根据本发明一些实施例的环行器组装件的电路迹线分解视图的图示。图2C是根据本发明一些实施例的与微带电路组装件集成的环行器组装件的分解视图的图不。图3是根据本发明一些实施例的与图2A中微带电路组装件集成的环行器组装件的俯视图的图示。图4是根据本发明一些实施例的沿图3中4-4线得到的环行器组装件的横截面图的图示。图5是根据本发明一些实施例的与带状线电路配合使用的环行器组装件的示例性实施例的分解视图的图示。图6是根据本发明一些实施例的集成于带状线电路组装件的环行器组装件的分解视图的图不。图7是根据本发明一些实施例的集成于带状线电路组装件的环行器组装件的俯视图的图不。图8A和SB，共同作为图8，是根据本发明一些实施例的沿图7中8-8线得到的环行器组装件的横截面图的图示。图9是根据本发明一些实施例的沿图7中9-9线得到的环行器组装件的等距视图的图示。图10是根据本发明一些实施例的集成于带状线电路组装件的环行器组装件的另一个实施例的分解视图的图示。图11是根据本发明一些实施例的包含两个集成环行器组装件的带状线电路组装件的俯视图的图示。
图12是图示根据本发明一些实施例的用于产生环行器组装件的方法的逻辑流程图。
具体实施例方式为方便理解本发明各种实施例的原理和特征，下面解释各种示例性实施例。虽然详细描述了本发明的优选实施例，应该理解其他实施例是预期的。从而，本发明不意图将其范围限制为以下说明中提出的或图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例，能够以各种方式实践或实现。此外，在描述优选实施例时，为清楚起见将选用特定的术语。还必须注意到，如用在说明书和附加权利要求中的，单数形式“一”、“一个”和“该” 包括复数引用，除非文本另外明确表示。例如，对部件的引用也意图包括多个部件的组合。 对包含“一”部件的系统的引用也意图包括除命名的这个之外的其他部件。此外，在描述优选实施例时，为清楚起见选用术语。意图是每个术语预期了其能被本领域技术人员所理解的最广泛的意思，且包括了所有的技术等价物，其以相似的方式工作以实现相似目的。范围在此处可表示为从“大约”或“大致” 一个特定值和/或到“大约”或“大致” 另一个特定值。当表示这样一个范围时，其他示例性实施例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。词语“包含”、“含有”或“包括”传达了至少一个命名的复合物、元件、物品或方法步骤出现在组合物或物品或方法中，但是并不排除出现其他复合物、材料、物品、方法步骤， 即使其他这样的复合物、材料、物品、方法步骤与所命名的具有相同的功能。还应理解到一个或多个方法步骤的提及并不排除出现另外的方法步骤，或在明确指定的那些步骤之间插入方法步骤。类似地，还应该理解在组合物中提及一个或多个部件并不排除出现不同于那些明确指定的部件以外的其他部件。各种片、缝隙和其他特征可用于改变，示例却非限制地，谐振器的频率响应、带宽或加载特性。例如，如来自Kane的图IA和ID所示，环行器可包括被不连续环包围的中心三角形导电部分。环中的缝隙作用为加载机构，且能够使得谐振器的整体尺寸减小。如上所述，来自Andre的图IB描绘了包括中心圆形导电部分28的环行器，其具有包括阻抗匹配段IOb和IOc的端口 10。来自授予Tresselt ( “Tresselt”)的美国专利No. 3，854，106的图IC描绘了一种具有安装在端口上的片34的中心圆形导电部分。这些片能够依照应用使得环行器的带宽变宽或变窄。为清楚起见，此处使用的术语“环行器”通常指的是环行器，包括各种设计，且包括用于“调节”环行器的部件(例如，片、缝隙、阻抗匹配段)。影响环行器自身操作的部件，与整体电路相反，被认为是环行器的一部分，而不是“外部”部件。换句话说，如此处所用，图 1B-1D仅描绘环行器，不带有任何外部部件。另外，环行器的实际设计对本发明实施例是不
重要的。 如此处使用的外部部件或外部电子部件可包括，举例但并非限制地，另外的环行器、滤波器、天线、功分器或功率合成器。这些部件与环行器放置在同一电路中，但在环行器外面，且主要用于修改通过电路的信号(与调节环行器自身相反)。图2C，例如，描绘了具有滤波器210的连续电路迹线中的环行器110。在这个构造中，滤波器210将被认为是“外部的”电子部件。术语“连续电路迹线”，如此处使用的，可包括印刷、气相沉积(“溅射”)、层压、蚀亥IJ、或用不同方法沉积或制作在印刷电路板(PCB)上的电路。这些电路通过在PCB和部件上印刷各种部件而制成，并通过使用印刷导体、或迹线，而不是手动互连、焊接、或其他机械连接手段而连接。PCB制作降低了成本，减小或消除了连接中的阻抗失配。结果，阻抗匹配测量，例如那些上面描述的，变为不必要。本发明实施例因此涉及一种用于提供包括一个或多个环行器和一个或多个外部电子部件(例如环行器、电阻器或滤波器)的连续电路迹线的装置、系统和方法。一个或多个环行器和一个或多个外部部件可制作在连续电路迹线上，从而不需要手动互连。这一点， 除了别的之外还降低了生产成本、提高了可靠性和性能，且减小了产品尺寸。图2A为根据本发明一些实施例的环行器组装件100的分解视图。环行器组装件 100在通常称为“微带”构造中含有单个接地面。环行器组装件100包括第一基板105，其由非铁电介质材料制成，且用于支承电路迹线110。典型地，第一 和随机微纤维玻璃的组合，PTFE和陶瓷的组合， 聚酰安和包括聚酰安和玻璃的聚酰胺组合物，聚酰胺膜，环氧树脂(例如氰酸酯、双酰胺三嗪(bisamalemide tiazine)等。但是,对于专门应用,第一基板105还可由半导体材料制成，该半导体材料例如但不限于硅(Si)、砷化镓(GaAs)，锑化铟(InSb)，硫化镉(CdS)，以及硒化镉(CdSe)。使用标准PCB制作技术，例如物理气相沉积(PVD)(也称为“溅射”)，化学气相沉积(CVD)等将电路迹线110施加在于基板105的一侧。电路迹线110为导电材料，例如金 (Au)，银(Ag)，铜(Cu)，铝(Al)，钛(Ti)等，首先施加在基板105上。包含电路元件图案的掩模，在此情形下图案在导电材料上形成环行器图案115或环行器部件115。环行器图案 115可包括中心导体部115A和三个或更多个连接端口 115B。在一些实施例中，如所示的，环行器图案115可包括一个或多个缺口、不连续外部环、或其他部件以改变或调节环行器115 的行为。暴露的导电材料从基板移走。掩模然后被移走，留下想要的电路迹线110。由这种方式形成的环行器100的电路迹线110形成连续迹线，没有不连续或不规则。可替换地，环行器电路迹线110可放置在基板105的一侧，并通过导电通孔175穿过基板105连接到第二环行器电路迹线170，如图2B所示。使用第二环行器电路迹线170可通过增加带宽、降低插入损耗、提高隔离度来增加性能。环行器电路迹线110可具有任何常规环行器的形式。在图2A中，环行器电路迹线 110含有RF谐振器和三个导电传送带，其从三角形谐振器的点延伸，并终止于用于连接到外部电路的电极或接触衬垫(未显示)处。尽管电路迹线Iio描绘为具有三角形状的RF 谐振器，本领域技术人员将意识到在不脱离本发明的范围的情况下，电路迹线110可为采用含有中心谐振器和从中心RF谐振器延伸的三个等间距的导电传送带的任何形状。如上所述，环行器110还可包括各种调节元件以修改环行器110的行为。环行器组装件100还具有设置在第一基板105下的第二基板120。第二基板120也由电介质材料制成，且优选地由用于构造PCB的电介质材料制成，如上所述。基于设计标准，第二基板120可由与第一基板105相同的电介质材料制成，或者可以由不同电介质材料制成。第二基板120包括近似与环行器电路迹线110对准的开孔125。开孔125在形状上典型为圆的；但是，开孔也可为任何多边形，例如正方形、三角形、五边形、六边形等。第二基板120的底侧包括形成连续接地面的包层130。包层130为导电材料的薄层，导电材料例如铜、金、银、招、钛等。环行器组装件100还含有设置于第二基板120的开孔125内的铁氧体元件135。 铁氧体元件135形状上为圆形，并具有与开孔125的直径匹配的直径以便其严格贴在开孔 125内。尽管铁氧体元件135典型地描述为圆形，铁氧体元件135将具有与开孔125相同的形状，以确保铁氧体元件135将其自身同环行器电路迹线110对准，且使得第二基板120和铁氧体元件135之间的不连续最小化。导电材料140设置在铁氧体元件135下方。导电材料140比开孔125稍大，以确保其与包层130电接触，由此提供横跨环行器电路迹线110的连续接地面。导电材料140典型地非常薄，大致在O. 001英寸到O. 003英寸的范围。结果，导电材料140大致与包层130 共面，其与常规环行器相比提供改进的屏蔽和改进的电性能。在一个示例性实施例中，导电材料140为导电薄膜粘合剂，其可被切割为任何想要的形状。导电薄膜粘合剂140简单地粘接到第二基板120的包层130，以保证其完全覆盖开孔125，由此确保连续接地面。除了完成接地面以外，导电带还提供到铁氧体元件135的额外支承，由此进一步确保其在开孔125 内，且消除了常规环行器所需的外部支承壳体。在另一个示例性实施例中，导电材料140可为导电粘合剂，例如导电双组分环氧物。导电双组分环氧物横在熔融状态时跨开孔施加于薄层内，典型地具有大约O. 001英寸到O. 003英寸之间的厚度，且允许修复。在又一示例性实施例中，导电材料140可简单地为金属薄膜。金属薄膜可使用粘合剂薄珠固定到包层。
环行器组装件100还含有放置在导电材料140下方且与铁氧体材料135和环行器电路迹线Iio 二者近似对准的磁铁145。在一个示例性实施例中，磁铁145为永久磁铁,且极化为产生通过铁氧体材料135和环行器电路迹线110的直流(DC)偏置磁场。磁铁145 由导电材料140保持在合适位置。环行器组装件100还可含有设置在磁铁145下方的轭155。轭155典型地比磁铁 145稍大，且具有板160和围绕板160周边延伸的柄165。柄165的高度足以覆盖磁铁145， 以提供DC磁场回路和对外部磁场的足够屏蔽。环行器组装件100还包含位于环行器电路迹线110的三个导电带中的每个的端部的三个连接衬垫(未显示)，其将电路组装件100电连接至外部电路。连接衬垫可为鼠洞 (mouse hole),其在本领域是已知的。可替换地,连接衬垫可形成在第二基板120的下侧， 作用为表面安装部件。图2C示出了含有环行器组装件100的微带电路200的分解视图。如图所示，环行器组装件100包含圆形加载机构，且完全集成在微带电路200内，而不是通过常规环行器所需的手动互连而连接。微带电路200包含沉积或蚀刻在第一基板105上的连续电路迹线 205。连续电路迹线205包含至少一个环行器电路迹线110，其电连接到至少一个其他的外部RF导体210 (与环行器关联的部件相对，如上所述)。RF部件210可为滤波器部件、耦合器部件、或任何其他类型的RF部件。RF部件210甚至可为另一环行器。由于环行器电路迹线110集成在包含RF部件210的连续电路迹线205内，在环行器电路迹线110和RF部件210之间就不存在非连续或手动互连。环行器组装件100的集成与常规环行器设计相比提供了数个优点。首先，由于常规环行器设计需要环行器和外部电路元件之间的互联，在互连处总是存在阻抗失配，其导致系统中不期望的信号退化。但是，由于环行器电路迹线110 集成在电路迹线205，在环行器电路迹线110和电子部件210之间不存在阻抗失配。因此， 在环行器组装件100和其他连接RF部件210之间的接口处存在很少甚至不存在信号退化。 其次，由于互连桥接电路迹线中的不连续，常规环行器倾向于在互连处具有高插入损耗。由于本发明消除了任何互联，与那些互连相关联的插入损耗被消除。另外，通过消除互连，当将环行器组装件100连接入微带电路200时，不存在允许RF干扰进入微带电路200的不连续性。结果，在环行器组装件100中不期望的RF信号产生的干扰极大地减小。在外侧表面包含包层130的第二基板120设置在第一基板105下方。第二基板120 包含与连续电路迹线205的环行器电路迹线110对准的开孔125。典型地，第一基板105 比第二基板薄的多。第一基板105的厚度在大约O. 001英寸到O. 010英寸范围内，而第二基板120的厚度在大约O. 010英寸到O. 070英寸范围内。在一个示例性实施例中，第一基板105的厚度在大约O. 003英寸到O. 007英寸范围内，更优选地为O. 005英寸，而第二基板 120的厚度在大约O. 01英寸到O. 07英寸范围内，更优选地为O. 03英寸。本领域技术人员将意识到第一基板105和第二基板120的厚度并不必须被此处提供的数值所限定，而可调节为特定设计所要求的任何厚度。铁氧体元件135放置在开孔125内。铁氧体元件135下面为导电材料140。在示例性实施例中，导电材料140由导电薄膜粘合剂制成，其横跨铁氧体元件135布置。导电材料140比开孔125稍大。这允许导电材料140与包层130电接触且在整个连续导电迹线 205上形成连续接地面。保持在整个连续导电迹线205上连续的接地面，为微带电路200提供对不期望的外部RF信号的改进的屏蔽。并且，由于导电材料140由薄膜制成，典型地为大约O. 001英寸，导电材料140与包层130基本是共平面的，这改进了微带电路200的电性能，这是由于沿着接地面的路径长度基于上与沿着连续电路迹线205的路径长度相同。磁铁145设置在导电材料140下方,与铁氧体兀件135近似对准。磁铁145用于感应通过铁氧体元件135的偏置磁场。轭155可以然后用粘合材料150接合到磁铁145上， 以提供偏置磁场的回路，还为环行器组装件100屏蔽不期望的外部磁场。图3为根据本发明一些实施例的图2中包含集成环行器组装件100的微带电路 200的俯视图。在图中示出包含环形器电路迹线110和另一 RF部件210的连续电路迹线 205。第二基板120 (未显不)放置在第一基板105的下方,其包含放置在开孔125内的铁氧体材料135。如图中所见，铁氧体材料135与环行器电路迹线110的中心RF谐振器近似对准。导电材料140延伸超过开孔125，以提供与在第二基板120 (未显示)的背面上的包层130 (未显示)的电连接。导电材料140也近似与开孔125对准。图4是沿图3的4-4线得到的微带电路200部分的横截面图。包含环行器电路迹线Iio的连续电路迹线205放置在第一基板105的顶面。第一基板105由非铁电介质材料的薄层构成，例如PTFE或其他用于制作PCB的材料。第一基板105相对较薄，具有厚度T1, 在大约O. 001英寸到O. 010英寸范围内，而第二基板120具有厚度T2,在大约O. 010英寸到 O. 070英寸范围内。在一个示例性实施例中，第一基板105具有厚度T1，在大约O. 003英寸到O. 007英寸范围内，更优选地为O. 005英寸，而第二基板120具有厚度T2，在大约O. 01英寸到O. 07英寸范围内，更优选地为O. 03英寸。本领域技术人员将意识到第一基板105和第二基板120分别的厚度T1和T2并不必须被此处提供的数值所限定，而可调节为特定设计所要求的任何厚度。连续电路迹线205典型地以非常薄的层沉积在第一基板105的顶面， 具有厚度T3 (在大约O. 0008英寸到O. 0015英寸范围内)。利用本领域已知的标准电路板粘合剂，第二基板120接合至第一基板105的底部。 第二基板120也由非铁电介质材料制成，它们用于PCB的构造，例如PTFE等。在一个示例性实施例中，第二基板120和第一基板105由相同的电介质材料制成。但是，本领域技术人员将意识到第一基板105和第二基板120也由具有不同介电常数的不同的非铁电介质材料制成，如特定应用所要求。第二基板120的底部还包含为微带电路200提供接地面的薄包层 130。铁氧体材料135集成在第二基板120内。铁氧体材料135设置在已被铣在第二基板120中的开孔125内，可替换地，使用常规热阻抗、非导电粘合材料，例如本领域已知的双组分环氧物，铁氧体材料135可粘附到开孔125中。铁氧体材料135的厚度与第二基板120 的厚度T2基本相同，因此铁氧体材料135的顶部、第二基板120的顶部、铁氧体材料135的底部和第二基板120的底部形成基本共面的表面。这允许第一基板105平置在第二基板 120上，在第二基板120和铁氧体材料135的接口处没有任何明显的高度变化，因为任何变化可能对第一基板105产生应力。第一基板105中的应力可导致在第二基板120和铁氧体材料135之间的接口上的第一基板105的破裂甚至断裂，这可导致性能退化甚至带状线电路200的完全失效。使铁氧体材料135的底部和第二基板120的底部基本共面的需要提供平面接地面，这在前已讨论过。 导电材料140设置在第二基板120下侧。导电材料140延伸超过开孔125的边界，以便提供与在第二基板120下侧的包层130的充分电接触，由此为微带电路200提供连续接地面。除了横跨铁氧体元件135提供连续接地面之外，导电材料140还将铁氧体元件 135接合在第二基板120的开孔125内。另外，导电材料140具有足够的弹性，以适应由于制作公差在第二基板120和铁氧体元件135之间的厚度的微小变化。磁铁145比开孔125 大，也与铁氧体元件135对准，以确保铁氧体元件135被完全覆盖。最后，轭155用粘合材料150接合至磁铁145。轭155的柄165 (图2)从板160 (图2)以向上方向延伸，且完全围绕磁铁145，由此为磁铁145屏蔽可干扰环行器组装件100工作的外部磁场。图5为根据本发明一些实施例的布置为带状线构造的环行器组装件500示例性实施例的分解视图。环行器组装件500包括支承环行器电路迹线506的第一基板503。第一基板503由非铁电介质材料的薄层构成，例如PTFE或其他用于制作PCB的材料。环行器电路迹线506包含三角形中心谐振器和三个导电传送带，其在三角形中心谐振器的外围周围等间距。本领域技术人员将意识在不脱离本发明的范围的情况下其他形状可用于中心谐振器。环行器组装件500还包含位于第一基板503下方的第二基板512和位于第一基板 503上方的第三基板533，由此形成层状结构。第二基板512和第三基板533也由非铁电介质材料制成。在示例性实施例中，第二基板512和第三基板533由用于第一基板503的相同的电介质材料制成。在另一个不例性实施例中，第二基板512和第三基板533由与用于第一基板503的电介质材料不同的电介质材料制成。第二基板512包含设置在底外部表面(未显不)上的第一包层515。类似地,第三基板533包含沉积顶外部表面(未显不)上的第二包层536。第一和第二包层515和536 通过使用标准沉积技术，例如PVD、CVD等，沉积金属薄层而形成。第二基板512和第三基板 533分别各自包含开孔518和539。开孔518和539与第一基板503上的环行器电路迹线 506对准。第一铁氧体元件521插入在第一开孔518中，第二铁氧体元件542插入在第二开孔539中。铁氧体元件521和542分别典型地置于开孔518和539内。但是，铁氧体元件 521和542可使用粘合剂，例如双组分环氧物等粘接在开孔518和539内。第一导电材料524横跨第一铁氧体兀件521的底部设置。类似地,第二导电材料 545横跨第二铁氧体兀件542的顶部放置。在一个例性实施例中，导电材料524和545由导电薄膜粘合剂形成，其比开孔518和539稍大。导电薄膜粘合剂使得与包层515和536 电接触，以提供两个连续接地面，其为环行器电路迹线506屏蔽不期望的RF辐射。可替换地，不使用导电薄膜粘合剂，导电材料524和545可由导电粘合剂形成，例如导电双组分环氧物。典型地，导电材料524和545相对较薄。结果，导电材料524和545与包层515和 536大致共面。环行器组装件500还包含设置在第一铁氧体元件521下方的第一磁铁527。类似地，第二磁铁548放置在第二铁氧体元件542上方。第一磁铁527和第二磁铁548都与环行器电路迹线506近似对准，以产生通过铁氧体元件521和542和环行器电路迹线506的 DC偏置磁场。
环行器组装件500还可包含具有顶板557和底板560的轭554。轭554的顶板557 放置在第二磁铁548的顶部。第一粘合材料551可在顶板557和第二磁铁548之间插入以将顶板557粘附到第二磁铁548上。类似地，底板560设置在第一磁铁527的底部，并可以通过第二粘合材料530接合到第一磁铁527。在示例性实施例中，第一粘合材料551和第二粘合材料530由用于横跨第二基板509和第三基板533而完成接地面的相同导电材料制成。轭554还可包含至少一个柄563,其在顶板557和底板560之间延伸，且提供磁铁 527和548感应的磁场的回路。在示例性实施例中，轭554包括两个柄563，它们穿过第一基板503的第一对切口，第二基板512的第二对切口、第三基板533的第三对切口，并连接至底板560。轭554的顶板557和底板560与磁铁527和548具有大致相同或稍大的尺寸， 以为环行器电路迹线506提供足够的屏蔽。尽管轭554已经被描述具有两个柄563，本领域技术人员将意识到轭554可具有单个柄563或放置在环行器电路迹线506的三条导电带中间的三个柄563。第一对切口的每个、第二对切口的每个以及第三对切口的每个被边缘镀覆以为环行器组装件500提供额外的屏蔽和隔离。环行器组装件500还包含位于环行器电路迹线506的三个导电带中的每个的端部的三个连接衬垫(未显示)，其将环行器组装件500电连接至外部电路。连接衬垫可为鼠洞，其在本领域是已知的。可替换地，连接衬垫可形成在第二基板512的底侧用于作为表面安装器件。连接衬垫可以通过蚀刻通孔穿过第二基板512向上直至三条导电带的每个而形成在第二基板512的底侧上。通孔然后由导电材料例如铜、金、银、铝等填充。根据本发明一些实施例的带状线电路600示于图6-9。带状线电路600包括至少一个集成于带状线电路600的环行器组装件500 (图5)。根据本发明一些实施例，环行器组装件500与在蚀刻在第一基板603上的连续电路迹线606中的至少一个外部RF部件609 集成。RF部件609可为滤波器部件、耦合器部件、或任何其他类型的电子部件。由于环行器电路迹线605与连续电路迹线606集成，在环行器电路迹线506和RF部件609之间不存在不连续或互连。与微带电路200 —样，这一构造与常规环行器设计相比提供了数个优点， 包括环行器组装件500和其他电子部件609之间改进的阻抗匹配，低插入损耗，对不期望的 RF信号的改进的屏蔽，和更高的可靠性。尽管示出带状线电路600具有与单个RF部件609 集成的单个环行器组装件500，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下， 带状线电路600可扩展为包括与任何数量的RF部件609集成的任何数量的环行器组装件 500。第二基板612和第三基板633分别设置在第一基板603的下方和上方,并且在它们各自的外表面上沉积有包层615和636。第二基板612和第三基板633分别包含开孔 618和639，它们与环行器电路迹线605近似对准。铁氧体元件621和642设置在开孔618 和639内。导电材料624和645覆盖开孔618和639。在示例性实施例中，导电材料624和 645由导电薄膜粘合剂制成，其横跨铁氧体元件621和642布置。由于导电薄膜粘合剂624 和645比开孔618和639大，薄膜粘合剂与包层615和636电接触且在整个连续导电迹线 606上形成连续接地面。保持在整个连续导电迹线606上连续的接地面，为带状线电路600 提供对不期望的外部RF信号的改进的屏蔽。并且，由于导电材料624和645由导电薄膜粘合剂制成(其厚度典型地为大约O. 001英寸)，导电膜与包层615和636基本是共平面的， 这进一步改进了电性能，这是由于沿着接地面的路径长度基于上与连续电路迹线606的路径长度相同。磁铁627和648设置在导电材料624和645的下方和上方,且与铁氧体兀件 621和642近似对准。轭654可以然后用粘合材料630和651接合至磁铁627和648，以提供DC偏置磁场的回路，还为环行器组装件500 (图5)提供对不期望的外部磁场的屏蔽。图7为根据本发明一些实施例的带状线电路600的俯视图。承载连续电路迹线 606 (以虚线示出)的第一基板603 (未显示)设置在第二基板612 (未显示)和第三基板 633之间。连续电路迹线606包括电连接至RF部件609的环行器电路迹线605。由于环行器电路迹线605和RF部件609集成在同一连续电路迹线606，在环行器电路迹线605和RF 部件609之间不存在互连。这允许带状线电路600具有更好的电特性，例如电路部件之间的改进的阻抗匹配、改进的信号传输、以及改进的通过连续电路迹线606的热分布。另外，包层636覆盖第三基板633的整个外部或顶面。导电材料645延伸超过开孔639，以提供与包层636的电接触，以形成整个连续电路迹线606上的连续接地面。这允许环行器电路迹线605和RF部件609共享公共接地。环行器电路迹线605和RF部件609 具有公共接地与常规环行器相比提供数个优点。公共接地面提供了使连续电路迹线606免于外部RF辐射的增强的屏蔽。公共接地面还增加了线隔离，减小了来自带状线电路600的辐射发射以提高带状线电路600的电性能。参考图8A、8B和图9，示出了带状线电路600的一部分的横截面图。特别地，图8A 为沿图7中8-8线得到的电路组装件600的横截面的图示，而图SB为图8A示出的横截面的放大图。图9示出沿图7中9-9线得到的带状线电路600的等距视图的图示。横截面图示出第一基板603与第二和第三基板612和633的相对厚度。第一基板603具有厚度T1,在大约O. OOl英寸到O. 010英寸范围内。第二和第三基板612和633典型地具有相同厚度 T2,比第一基板603厚度大，在大约O. 01英寸到O. 07英寸范围内。在优选实施例中，第一基板603具有厚度T1，在大约O. 003英寸到O. 007英寸范围内，更优选地为大约O. 005英寸，而第二基板120具有厚度T2，在大约O. 01英寸到O. 07英寸范围内，更优选地为大约O. 03英寸。连续电路迹线606部分的细节在图SB中示出，以显示相对厚度。典型地，连续电路迹线 606非常薄，具有厚度T3，通常在大约O. 25盎司/米2(oz/m2)至1.0(OZ/m2)范围内。第一基板603和第三基板633之间的任何间隙805 (图8B)由标准热稳定粘合剂填充，这在PCB 制作中是众所周知的。由于环行器组装件500和RF部件609之间互连的消除，连续电路迹线606沿着其整个路径基本是均匀的。电路迹线606的均匀导致沿着连续电路迹线606的改进的热分布，这允许带状线电路600处理更高功率的信号。图10是根据本发明一些实施例的包含与至少一个其他RF部件集成的环行器组装件的带状线电路组装件1000的另一个示例性实施例的图示。带状线电路1000等同于图6 所示的带状线电路600，除了轭654已从环行器组装件500上消除之外。虽然带状线电路已示出具有集成于电路迹线606的单环行器元件，本领域技术人员将意识到带状线电路组装件600可包含集成于电路迹线内的任何数量的环行器组装件。 图11是另一示例性的带状线电路1100的图示，根据本发明其包含具有分别串联连接的环行器电路迹线1120和1125的两个环行器组装件1110和1115，环行器电路迹线1120和 1125集成于连续电路迹线1115(其包括至少一个其他电子元件1030)内。如在图、中看到的，环行器电路迹线1120和1125通过公共电路迹线1115连接至RF部件1130，而不使用互连。并且，环行器组装件1105和1110与RF部件1130共享公共接地面，其中公共接地面 1130在整个连续电路迹线1115上延伸。图12为图示根据本发明一些实施例的用于制作环行器组装件100的过程1200的流程图。过程1200允许通过使用容易获得的低成本材料大规模生产高度可靠、便宜的环行器组装件100，且消除手动组装微带环行器组装件100的需要。虽然过程1200描述为制作微带环行器组装件100，本领域技术人员将意识到过程1200还可适用于制作根据本发明的带状线环行器500 (图5)。并且，本领域技术人员将意识到方法1200同样适用于制作包括集成环行器组装件的微带线电路200 (图2)和带状线电路600 (图6)。过程1200从1205开始，其中在第一基板105上产生电路迹线110，其中连续电路迹线包含至少一个环行器电路迹线110。第一基板105由非铁电介质材料制成，例如用于制作PCB的电介质材料。例如，第一基板105可由PTFE或PTFE与玻璃、玻璃纤维、树脂、陶瓷等组合而制成。典型地，承载连续电路迹线110的第一基板105是相对薄的。例如，在示例性实施例中，第一基板105具有厚度T1，在大约O. 003英寸到O. 007英寸范围内，更优选地为大约O. 005英寸。可使用任何本领域中已知的常规方法将连续电路迹线110沉积在第一基板105 上。例如，通过物理气相沉积(也称为“溅射”)、化学气相沉积、电沉积、层压等可将连续电路迹线110沉积在第一基板105上。可替换地，第一基板105的一侧可包含包层一侧，并且连续电路迹线110可使用标准技术蚀刻。连续电路迹线110的设计与常规环行器使用的环行器部件相比提供了数个优点。例如，由于连续电路迹线110置于非铁电介质基板上，环行器组装件100的连续迹线110可使用常规PCB技术制作。其次，非铁电介质比用于常规环行器的含铁基板更耐用。常规含铁基板典型地由铁氧体制成，或由金属粉末压制，其倾向于易碎、容易损坏、尺寸受限、昂贵且通常不与其他RF部件兼容。因此，对通常用于第一基板的PCB使用的材料的使用使得环行器组装件100比常规环行器更加坚固，因此有益于自动化制作。在1210，在第二基板120中切割开孔125，在当第二基板120接合至第一基板105 时，将允许开孔125与电路迹线110近似对准的位置。开孔125完全钻穿第二基板120和包层130。这个“通钻”过程同现有环行器相比具有数个优点。开孔125避免了在基板上铣凹槽至很小且精确的公差相关的问题，在基板上铣凹槽至很小且精确的公差很难达到、容易出问题、制作昂贵。在1215，通过将包括包层130的第二基板120放置在第一基板105下的至少一侧上而产生叠层。粘合材料，例如适于RF电路的接合膜放置在第一基板105和第二基板120 之间。第二基板120也由用于制作PCB的非铁电介质材料构造。典型地，第二基板120由与第一基板105相同材料制成，且具有相同的介电常数。但是，本领域技术人员将意识到第二基板120可由与第一基板105不同的材料制成，且具有不同的介电常数。并且，第二基板 120被制作为具有厚度T2，其比第一基板105的厚度更大。在一个示例性实施例中，第二基板120的厚度T2在大约O. 01英寸到O. 07英寸之间，更优选地为大约O. 03英寸。此时由第一基板105和第二基板120构成的叠层可接合得更加紧密以形成电路板叠层。可替换地， 接合过程可在所有元件已经对准和组装之后执行。第二基板120包含开孔125，其与第一基板105上的电路迹线110近似对准。开孔125形状典型地为圆形，且具有能够包围环行器电路迹线110的整个中心谐振器部分的直径。圆形开孔125与其他形状相比是优选的，因为圆形开孔125与其他形状开孔相比制作更容易且更便宜。虽然圆形开孔125描述为更合意，开孔125可具有任何多边形形状，例如三角形、正方形、五边形、六边形、七边形、八边形等。在1220，铁氧体元件135放置在第二基板120中的开孔125内。铁氧体元件135 典型地形成为盘形状，具有与第二基板120的厚度T2基本相等的厚度。这允许铁氧体元件 135的顶部与第二基板120的顶部共面，且铁氧体元件135的底部与第二基板120底部上的包层130共面。这防止由于不期望的挠曲而形成的任何不连续形成在电路迹线110内。 在第二基板120中使用预钻的开孔125 (其与环行器部件115近似对准)允许铁氧体元件 135为“自对准”。因此，无需使用特殊的对准夹具或结构，铁氧体元件135可以与环行器元件115相对的正确关系放置。并且，由于不再需要对准夹具，插入铁氧体元件135的过程可使用标准PCB制作技术自动化。在1225，导电材料140横跨开孔125且在铁氧体元件135之上放置，以便其与包层 130电接触。导电材料140通过与包层130电接触，完成了环行器100的接地面。通常，导电层140的厚度在大约O. 003英寸到O. 007英寸范围内。该薄导电材料提供了基本上为平面的接地面，其连续地跨过开孔125。导电层140典型地由导电带制成，其不仅完成了接地面，还将铁氧体元件135支承在开孔125内，且在环行器100的工作温度内均为热稳定的。 可替换地，导电材料140可由导电粘合剂制成，例如双组分环氧物等。接下来，在1230，磁铁145放置在导电层140下方，与铁氧体元件135近似对准。 铁磁145典型地为永久磁铁，且用导电材料140接合至铁氧体元件。典型地，导电材料为与、用于设置于磁铁145和铁氧体盘135之间的导电材料140相同的导电带。导电材料140还可由导电粘合剂等制成。在1235,轭155放置在磁铁145下方。导电材料140也设置在磁铁145和轭155之间以允许轭155接合至磁铁145。最后,在1240,以ー步过程层压叠层，也称为共接合(co-bonding)。制作的共接合过程可应用于制作具有至少ー个RF部件的至少ー个环行器，该至少ー个RF部件共享公共、连续电路迹线，其中各种组装件部件在通常称为“共接合的”或“共接合”的単一步骤中被层压或联结在一起。用于制作环行器组装件100的方法1200提供了与现有方法相比的数个优点。首先，由于环行器组装件100使用通常用于基板的PCB的标准电介质材料，而不是铁氧体基板，制作环行器组装件的成本极大地降低。其次，由于铁氧体元件135自对准，环行器组装件100可无需使用对准夹具而组装。因此，环行器组装件100可使用标准自动化PCB制作技术组装。并且，方法1200支持平板生产实践，这允许环行器组装件的大規模生产，这极大地降低了生产环行器组装件100的整体成本。在不脱离示例性实施例的精神和范围的情况下，其他可替代实施例对示例性实施例所属的本领域的技术人员来说是显而易见的。从而，本发明的范围由附加权利要求来限 定，而不是前述的描述。
权利要求
1.一种器件，包括 第一基板(105),以及 印刷在该第一基板(105)上的连续电路迹线(110)，该连续电路迹线(110)包括第一环行器图案(115)和第一外部部件； 其中该环行器图案(115)包括中心导体元件(115A)和三个或更多个连接端口(115B)。
2.权利要求I的该器件，进一步包括 设置在该第一基板(105)下的第二基板(120)，包括 第一侧上的包层(130)； 开孔(125);以及 铁氧体元件(135)，插入该开孔(125)中且与该中心导体元件(115A)近似对准； 导电材料(140)，设置在该铁氧体元件(135)上且与该包层(130)电接触以形成连续接地面；以及 第一磁铁(145),设置在该铁氧体兀件(135)下方。
3.—种产生集成电路的方法，包括 提供第一基板(105)； 在该第一基板(105)的第一侧上印刷连续电路，该连续电路包括第一环行器图案(115)和第一外部部件。
全文摘要
本发明涉及共享连续电路的集成环行器。本发明涉及一种包括集成环行器组装件的电路组装件。该电路组装件具有第一基板，其包含连续电路迹线，该连续电路迹线包括来自环行器组装件的环行器部件和来自电路组装件的至少一个电子部件。第二基板设置在第一基板下方，且包括在一个表面上的包层。第二基板包含接受铁氧体元件的开孔，其与电路迹线的环行器部件轴对准。导电材料横跨铁氧体元件放置以便其形成与包层的连续接地面，其为整个电路迹线所共用。环行器组装件还包含接合至铁氧体元件的磁铁。环行器组装件还可包括设置在磁铁下方的轭以为环行器屏蔽外部磁场。
文档编号H05K3/00GK102709657SQ20121008801
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月10日 优先权日2011年2月10日
发明者D·J·波佩尔卡, J·D·沃斯, T·沃恩 申请人:Ems科技公司