磁-介电组件及制造方法
【专利摘要】一种制造复合磁-介电盘组件的方法包括：形成介电陶瓷环形圆筒，形成磁陶瓷棒，将所述磁陶瓷棒同轴地装配在所述介电陶瓷圆筒内部，使用包括陶瓷材料的粘合剂将所述磁陶瓷棒接合到所述介电陶瓷圆筒以形成棒与圆筒组件，以及切割所述棒与圆筒组件以形成多个复合磁-介电盘形组件。所述磁-介电盘组件可被用作例如环形器、隔离器或相似的电气组件的部件。
【专利说明】磁-介电组件及制造方法
[0001]本申请为于2008年12月16日提交的名称为“磁-介电组件及制造方法”的中国专利申请200880131632.4的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求在2008年10月20日提交的名称为“MAGNETIC-DIELECTRICASSEMBLIES AND METHODS OF FABRICATION” 的美国临时专利申请 61/106，841 的优先权，并通过引入将其并入到本文中以用于所有目的。
【技术领域】
[0004]本发明涉及用于形成具有粘合剂材料的陶瓷组件的材料和方法，该粘合剂材料具有希望的磁特性、磨蚀特性和热特性。
【背景技术】
[0005]环形器和隔离器是在诸如微波系统的射频(RF)系统中使用的无源电气器件以允许信号沿一个方向通过而对相反方向上的反射能量提供高隔离。低互调(circulator)隔离器可被用于蜂窝基站组合器和放大器。环形器和隔离器通常包括这样的组件，该组件包括在介电环内同心地设置的盘形铁氧体(ferrite)或其他铁磁陶瓷元件。介电环同样地通常由陶瓷材料制成。 [0006]一种制造这样的磁-介电组件的方法为使用有机粘合剂将陶瓷铁氧体棒粘合到陶瓷介电管中，随后使用圆锯(annular saw)切割。经切割的段被切割为带有裕量，然后被研磨到最终的厚度和平坦度。使用有机粘合剂的组件在加工期间经常会变热，导致粘合剂在切割的表面处膨胀，产生表面凸起并降低总的表面平滑度，这会影响诸如隔离器的器件的性能。此外，在一些情况下，软化的粘合剂会粘附到切割刀片(cutting blade)的部分上，导致切割刀片折曲或弯曲，这同样降低了平滑度和/或增加了经切割的磁-介电组件的厚度变化。许多有机粘合剂具有显著的高频磁和/或电损耗角正切(loss tangent)。
[0007]有助于直接切割到磁-介电盘组件的尺寸的另一方法为使用不利用粘合剂的共烧组件。然而，由于两种材料的热膨胀的差异，共烧组件不能用于所用的电介质和磁材料的组合。
【发明内容】
[0008]通过将具有相对高的热导率的材料的颗粒引入到用于接合电介质和磁陶瓷材料的粘合剂中，可以减轻或消除粘合剂在介电-磁组件的切割期间的发热和膨胀。由此，可以减轻或消除粘合剂材料向切割刀片的转移。与在射频系统的部件中的常规环氧树脂相比，包括具有比粘合剂基体(matrix)的介电常数高的介电常数的材料的颗粒的粘合剂可以提供更低的高频磁和/或电损耗角正切。向粘合剂中引入相对的研磨的、高热导率颗粒材料还导致具有高热导率的粘合剂，这有助于将用其接合的介电-磁组件直接加工到尺寸，而不需要随后研磨或磨制到尺寸。除了节省人工之外，还可以增加来自从其切割出磁-介电盘组件的磁棒/介电管组件的部件的产量。在一些应用中，该产量的增加为约30%。用根据本发明的方面的磁-介电盘组件形成的环形器或隔离器的插入损耗减小。
[0009]根据本发明的一个实施例，提供了一种用于制造磁-介电组件的方法。所述方法包括:将粘合剂施加到介电陶瓷环形圆筒的内表面中的至少一个的至少一部分和磁陶瓷棒(magnetic ceramic rod)的表面的至少一部分,所述粘合剂包括陶瓷材料；以及将所述磁陶瓷棒同轴地装配在所述介电陶瓷环形圆筒内部以形成磁-介电组件。一些方法还可包括提供所述介电陶瓷环形圆筒和/或提供所述磁陶瓷棒。
[0010]根据一个方面，施加所述粘合剂的步骤包括施加包括基体的粘合剂，所述基体具有的介电常数低于所述陶瓷材料的介电常数。在一些方面中，所述基体具有的热导率低于所述陶瓷材料的热导率。
[0011]根据一个或多个方面，所述陶瓷材料包括粉末氧化铝(alumina)，以及在一些方面，所述粘合剂还包括环氧基体(epoxy matrix)。根据一些方面,所述粉末氧化招包括具有从约0.1微米到约10微米的范围的中值直径(median diameter)的基本上球形的颗粒。根据一些方面，所述粘合剂包括每克粘合剂约0.4到约1.2克的粉末氧化铝，以及根据一些方面，所述粉末氧化铝具有大于约99%的纯度。根据一些方面，所述陶瓷材料具有从约18W/(m.K)到约40W/(m.K)的范围的热导率。例如，所述陶瓷材料可以为约94%的氧化娃(silica),其具有约18.4W/(m.K)的热导率或在一些情况下约为至少0.08cal/(sec.cm.K)(至少33.5ff/(m.K))的热导率，或者所述陶瓷材料甚至可以为约99.5%的氧化硅，其具有约40W/(m.K)的热导率。 [0012]根据一个或多个方面，所述方法还包括切割所述磁-介电组件以形成至少一个磁-介电盘组件。根据一些方面，切割所述磁-介电组件包括锯所述磁-介电组件。根据一些方面，切割所述磁-介电组件包括利用所述陶瓷材料从锯片去除粘合剂。根据一些方面，所述方法包括选择所述粘合剂和所述陶瓷材料以提供具有足够热导率的粘合剂，以便切割所述磁-介电组件不会导致所述粘合剂的熔化。
[0013]根据一些方面，切割所述磁-介电组件包括形成具有希望的尺寸参数的至少一个磁-介电盘组件。根据一个或多个方面，所述希望的尺寸参数为厚度、厚度变化、表面粗糙度以及圆度(circularity)中的至少一个。根据一些方面，在切割之后且在任何进一步的处理之前所述至少一个磁-介电盘组件的厚度的变化小于0.025mm。
[0014]根据一些方面，所述铁磁陶瓷盘的第一表面与所述介电陶瓷环的第一端表面共面，并且所述磁陶瓷盘的第二表面与所述介电陶瓷环的第二端表面共面。
[0015]根据一些方面，所述方法还包括选择所述粘合剂和陶瓷材料以使所述粘合剂具有这样的介电常数，该介电常数使得包括所述至少一个磁-介电盘组件的微波隔离器在900MHz的频率下的插入损耗减小约0.2分贝。
[0016]根据本发明的另一实施例，提供了一种磁-介电组件。所述组件包括:通过粘合剂同轴地固定在介电陶瓷环内的铁磁陶瓷盘，所述粘合剂包括选择氧化铝、氧化钛(titania)、氧化娃以及氧化错(zirconia)的粉末陶瓷,然而还可以使用相似的低损耗介电粉末。根据另一方面，所述磁-介电组件被安装在耦合到射频电路中的电气器件中。所述铁磁陶瓷盘典型地包括钇铁石榴石，所述介电陶瓷环包括MgO-CaO-ZnO-Al2O3-TiO2。
[0017]根据一些方面，所述电气器件为环形器和隔离器中的至少一种。[0018]根据另一方面，可制造包括环形器和隔离器中的至少一种的电气器件。
[0019]根据另一方面，包括环形器和隔离器中的至少一种的电气器件可被安装到电气系统中。
[0020]根据另一方面，包括环形器和隔离器中的至少一种的电气器件可被改造到现有设备中。
[0021]根据另一方面，磁-介电盘组件可被改造到现有的隔离器或环形器中。
[0022]根据另一实施例，提供了一种粘合剂，其包括每克粘合剂0.4到1.2克的研磨剂。根据一些方面，所述粘合剂还包括环氧树脂(epoxy)。根据一些方面，通过将研磨剂引入到树脂和硬化剂中的至少一种中来制备所述粘合剂。 [0023]根据又一实施例，提供了一种将第一陶瓷部件接合到第二陶瓷部件的方法。所述方法包括:将包括陶瓷材料的粘合剂施加到所述第一陶瓷部件的第一表面和所述第二陶瓷部件的第二表面中的至少一个；以及使所述第一陶瓷部件的所述第一表面与所述第二陶瓷部件的所述第二表面接触。根据一些方面，所述方法还包括以每克粘合剂0.4到1.2克的所述陶瓷材料来加载所述粘合剂。所述方法还可包括固化所述粘合剂。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面参考附图来讨论至少一个实施例的各方面。在没有按比例绘制的附图中，通过相似的标号来表示在各附图中示例的每个相同或基本相同的部件。为了清楚起见，并非每一个部件都被标示在每个附图中。附图用于示例和解释的目的，因而不旨在作为对本发明的限制的定义。在附图中:
[0025]图1为根据本发明的实施例的用于制造磁-介电盘组件的方法的流程图；
[0026]图2为根据本发明的方面的介电陶瓷环形圆筒的透视图；
[0027]图3为根据本发明的方面的磁陶瓷棒的透视图；
[0028]图4为棒与圆筒组件的顶平面图，示例了在图2的圆筒中插入的图3的棒；
[0029]图5为根据本发明的方面的从棒与圆筒组件切割的多个磁-介电盘组件的透视图；
[0030]图6为包括根据本发明的方面的隔离器的射电电路(radio circuit)的示意图；
[0031]图7为根据本发明的方面的环形器的局部分解图；以及
[0032]图8为沿线A-A截取的与图7的环形器相似的环形器的剖视平面图。
【具体实施方式】
[0033]应理解，这里讨论的材料、方法以及装置的实施例在应用上并不局限于在以下描述中阐述或在附图中示例的部件的结构和设置的细节。所述材料、方法以及装置能够以其他的实施例实施并能够通过各种方式实践或执行。在本文中提供的【具体实施方式】的实例仅仅用于示例的目的而不旨在限制。特别地，不旨在从任何其他实施例的相似作用中排除关于任何一个或多个实施例讨论的步骤、元件以及特征。同样，本文中使用的措辞和术语用于描述的目的，而不应被视为限制。本文中使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其各种变形表示涵盖在其后列出的项及其等价物以及附加的项。
[0034]本发明的实施例和方面涉及用于接合材料的粘合剂，特别地，涉及用于接合电介质和磁陶瓷元件以形成磁-介电组件的粘合剂、包含这些组件的电气器件以及用于形成这些组件的方法。
[0035]通过图1的流程图示例了用于制造磁-介电复合盘组件的根据本发明的实施例的方法。在图2中示例了根据本发明的方面的环形介电圆筒200，在图3中示例了根据本发明的方面的磁陶瓷棒300。
[0036]在图1的步骤10中，例如，通过用介电陶瓷材料的水合前体(hydratedprecursor)填充具有适宜尺寸的模子(mold),接着使用适宜的金属模具(die set)和液压机按压并干燥材料，从而由介电陶瓷形成环形圆筒。在一些方面中，使用在约500psi到约5000psi之间的范围的压力以按压该材料。该介电陶瓷材料可以为可用于构建磁-介电复合组件的任何介电陶瓷材料，例如但不限于，具有组合物MgO-CaO-ZnO-Al2O3-TiO2的陶瓷材料。随后在步骤20中，烧制未烧制的或“生材(green)”圆筒。该烧制步骤可包括对陶瓷材料的烧结。该烧制步骤可以发生在任何适宜的烧制装置中，例如但不限于，高温炉或窑中。可以根据特定应用的要求来选择烧制圆筒的温度斜坡(ramp)速率、热炼温度(soaktemperature)以及时间。例如,如果在烧制之后的材料中希望小晶粒，则与希望较大晶粒的应用相反，可选择较快的温度斜坡和/或较低的热炼温度和/或较短的烧制时间。此外，前体材料的不同的量和/或形式和/或颗粒尺寸的使用会导致对诸如温度斜坡速率和热炼温度和/或时间的参数的不同要求，以便向加热后的圆筒提供希望的特性。可以在适宜或希望的温度下并以足以提供一个或多个希望的特性的时长来进行圆筒的烧结，该一个或多个希望的特性例如为但不限于晶粒尺寸、杂质水平、压缩率、拉伸强度、密度或孔隙度。例如，可以以约1310°C的温度和约2小时到约12小时(在一个方面中为约六小时)的时长烧制具有组合物MgO-CaO-ZnO-Al2O3-TiO2的材料。
[0037]在步骤30中，可以将圆筒200的外部表面205加工到希望的外径和/或希望的圆度和/或希望的光滑度。在步骤S40中，可以相似地将圆筒200的内部表面215加工到希望的内径和/或希望的圆度和/或希望的光滑度。在一些实施例中，希望使外部表面205和内部表面215 二者具有相似的度数或圆度和/或光滑度，以便例如有助于棒在圆筒200内的居中。在其他实施例中，希望使外部表面205和内部表面215具有不同的度数或圆度和/或光滑度，以便例如容纳要求非圆形外表面的应用或有助于将物体粘合到外表面205和/或内表面215。棒的优选尺寸依赖于应用，但在一些方面中，其直径在约IOmm到约40mm的范围，且其长度在约15mm到约40mm的范围。管内径和长度可对应于棒直径和长度，在一些方面中具有最闻为约5mm的壁厚度。应该理解，可以以相反的次序执行步骤30和40,或将步骤30和40组合为单个步骤。
[0038]返回到图1，在步骤15中，例如使用诸如在共同待审的名称为“EnhancedHexagonal Ferrite Material and Methods of Preparation and Use Thereof”的美国专利申请12/130,800中描述的方法来由磁陶瓷材料形成棒300，通过引用将该申请的全部内容并入本文以用于所有目的。棒300可以由诸如钇铁石榴石(HG)的任何适宜磁陶瓷材料或任何其他适宜的铁磁石榴石或尖晶石形成。
[0039]然后在步骤25中烧制未烧制的或“生材”棒。该烧制步骤可包括对陶瓷材料的烧结。该烧制步骤可以发生在任何适宜的烧制装置中，例如高温炉或窑中。根据与以上关于陶瓷圆筒讨论的相似的因素，对于特定的应用，烧制温度和持续时间变化，这些因素例如为但不限于，所选择的材料类型、希望的孔隙度、前体材料颗粒(如果存在)的形式和/或尺寸、希望的晶粒尺寸以及希望的密度。例如，可以在从约1300°C到约1500°C，例如1310°C的温度下，烧制YIG材料约两小时到约十二小时的时长(在一些方面中，约八小时的时长)。上列因素中的一些还可以作为在步骤15中按压烧制前的棒的压力的结果而变化。例如，如果在烧制之前，以约5000psi的压力按压生材HG棒，则与在烧制前以约500psi按压的情况相比，该棒在烧制之后具有较低的孔隙度。
[0040]在步骤35中，可以将棒300的外表面或外部表面305加工到希望的直径、圆度以及光滑度。在一些方面中，以在尺寸上具有约0.0025mm的精度的标准测微计来测量所有尺寸。在一些方面中，通过与具有范围约0.1微米到约I微米的范围的表面粗糙度的标准表面比较，来测量表面粗糙度。棒300的外表面305的圆度可以与环形圆筒200的内部表面215的圆度相似，以便例如有助于使棒300在环形圆筒200内居中。棒300的外表面305的圆度可以与环形圆筒200的内部表面215的圆度相似，以便例如有助于使棒300在环形圆筒200内居中。根据例如用于在圆筒200内部固定棒300的粘合剂的类型和表面粗糙度如何影响该粘合剂的粘合强度，棒300的外表面305的光滑度可以与环形圆筒200的内部表面215和/或外部表面205的光滑度相似或不同。棒的直径可以稍小于环形圆筒的内径，例如比环形圆筒的内径小了 Omm到0.025mm之间，以便棒可以被装配在圆筒内，如下所述，以给出紧密配合。棒300的外表面305和圆筒200的内部表面215 二者可被加工至精确的容差，在一些方面中具有使用适宜的测微计测量的约0.005mm的容差，以促进棒与圆筒之间的粘合并有助于使棒在圆筒内共轴地居中和对准。这还将有助于组件的同心性。在一些方面中，在装配之前在适宜的介质中超声清洁管和棒的表面。
[0041]在步骤50中，使用适宜的粘合剂分配器或注射器将粘合剂施加到棒300的外表面305和环形圆筒200的内部表面215中的一者或两者的至少一部分上。
[0042]可以基于若干个 标准选择粘合剂，这些标准例如为强度、耐热性、传导性、固化/干燥时间、粘性、耐水性、生物降解能力以及对所选择的陶瓷粉末的并入易度或对所选择的陶瓷粉末的承载能力。该粘合剂可以选自可以在不存在空气的情况下固化的粘合剂的组，以有助于对在空气可能不能到达的诸如经装配的棒与圆筒组件内的区域中的粘合剂的干燥。在一些方面中，粘合剂可以为这样的环氧树脂，通过例如在利用抹刀或相似工具的手动掺合或利用掺合机在混合树脂与硬化剂之前将粉末形式的至少一种陶瓷材料混合到环氧树脂和/或环氧硬化剂中而向该环氧树脂添加该至少一种陶瓷材料。适宜的环氧树脂可以为例如可以从Ciba Specialty Chemicals或Dow Corning获得的室温固化树脂。可以使用的其他粘合剂包括基于硅酮(silicone)或氨基甲酸乙酯的材料。该陶瓷材料可被添加的量的范围为每克粘合剂约0.4到约1.2克的陶瓷材料，从而形成加载的粘合剂。如果添加到粘合剂的陶瓷材料太少，例如，每克粘合剂小于约0.4克的陶瓷，则加载后的粘合剂在随后切割利用被加载的粘合剂而接合的组件期间会发热和膨胀。如果添加了不足够的陶瓷材料，则加载后的粘合剂的介电常数还可以通过未加载的粘合剂基体的介电常数而被不充分地修改。如果向粘合剂添加了太多的陶瓷材料，例如，每克粘合剂大于约1.2克的陶瓷，则加载后的粘合剂会在保持部件之间的粘合方面较低效；并且部分陶瓷材料不能被充分地粘合在加载后的粘合剂基体内，因而随后会从其脱离。陶瓷材料可以为粉末的形式。粉末可以包括具有在约0.1微米到约10微米的范围的中值直径的基本上为圆形的颗粒、具有约2微米长乘0.5微米宽的尺寸的细长颗粒、具有约2微米横宽(across)和0.5微米厚度的尺寸的板状颗粒、或其组合。在一些方面中，可以使用诸如激光anaeometer的颗粒尺寸测量设备测量这些颗粒尺寸。粉末的颗粒的一个或多个物理尺寸可以在中值上和/或下最多变化约5微米。陶瓷材料可包括例如但不限于氧化铝、氧化钛、氧化硅、或相似的低介电损耗材料或其组合的材料。陶瓷材料可具有大于约99%的纯度。陶瓷材料可具有与该陶瓷材料被混入其中的环氧树脂或其他粘合剂基体不同的热导率和/或介电常数。陶瓷材料可具有与该陶瓷材料被混入其中的环氧树脂或其他粘合剂基体不同的硬度和/或磨蚀性。可以选择特定的粘合剂基体以及特定类型和量的陶瓷加载(loading)，以设计加载后的粘合剂的特性，例如，所希望的介电常数、粘合性、磁化以及电容率。在一些方面中，有助于混合以及施加(粘性)和固化时间(约5分钟到约15分钟)的加载为每克粘合剂约0.6克研磨剂(abrasive)。
[0043]在步骤60中，棒300被插入在环形圆筒200的内部以形成棒与圆筒组件，例如图4中示例的磁-介电棒与圆筒组件250。一旦将棒300插入到圆筒200中，在棒300的外表面205与环形圆筒200的内表面215之间会存在间隙210，该间隙210可被加载后的粘合剂填充。间隙210的宽度可以约等于或大于在加载后的粘合剂中的陶瓷粉末颗粒的最大截面尺寸，在一个方面中，为约10微米或更大。
[0044]如步骤70所示，使加载后的粘合剂固化(硬化)。加载后的粘合剂固化所需的时间依赖于所选择的粘合剂基体和陶瓷载料的类型。在一些方面中，可以以例如热空气的形式向磁-介电棒与圆筒组 件250施加热，以有助于加载后的粘合剂的固化。在一些方面中，固化时间为约5分钟。在步骤80中，可以再次将磁-介电棒与圆筒组件250的外部表面205加工到希望的直径和/或光滑度和/或圆度。应注意，在一些方法中，步骤30可以与步骤80 一起执行，或者在固化后的棒与圆筒组件250的该点处，而不是在较早的处理中，用步骤30代替步骤80。
[0045]在步骤90中，磁-介电棒与圆筒组件250可被切割为多个盘组件400、401、402，如图5所示。可以使用诸如环形内径锯或外径锯的锯、使用金刚石或碳化硅浸溃刀片来切割磁-介电棒与圆筒组件，或通过例如水喷射或激光切割的备选方式来进行切割磁-介电棒与圆筒组件。
[0046]以上对方法的描述不旨在限制。在一些根据本发明的方法中，上述步骤中的一些可以被组合，以交替的次序实施或甚至被消除。例如，在本发明的一些方面中，如果刚形成的棒300和/或圆筒200具有可接受的直径和/或光滑度和/或圆度的表面，例如，好于I微米的表面光洁度和0.025mm的圆度以及IOmm到40mm范围的直径，则可以消除加工步骤30、35、40或80中的一个或多个。此外，在根据本发明的方法的方面中可以包括未显式地描述的附加步骤。例如，如果希望扁平盘之外的形状的磁-介电组件，则可以包括附加的加工或抛光步骤。
[0047]本发明不局限于将磁陶瓷棒接合在介电圆筒内。根据本发明的方面，可以用加载后的粘合剂接合任何希望形状的介电材料和磁性材料。例如，根据本发明的方面，可以用加载后的粘合剂将介电盘接合在两个导电盘之间以形成电容器。还可以使用根据本发明的方面的加载后的粘合剂将包括金属和/或陶瓷和/或聚合物的非介电和/或非磁性材料接合到相似的材料或接合到不同类型的材料。[0048]在根据本发明的一些方面的加载后的粘合剂中的陶瓷材料的高热导率可以减轻或消除在切割或锯或以其他方式加工包括加载后的粘合剂的磁-介电棒与圆筒组件250或其他组件时粘合剂熔化或膨胀的倾向。这可以减轻或消除粘合剂从接合的部件之间的界面脱逸并沉积在用于切割组件的锯片上和/或在由该组件形成的盘或其他部件的表面上形成凸起的倾向。
[0049]本发明的又一方面涉及被设计为具有一个或多个特性的加载后的粘合剂，该一个或多个特性在圆筒和棒中的一个的特性的可接受的容差内。例如，加载后的粘合剂的介电特性可以在小于圆筒的介电特性的约50%的容差值内。然而，优选实施例涉及小于圆筒或棒的介电特性的25%的容差。由此，根据磁-介电组件的用途或应用，可以用会导致具有一种或多种希望的特性的加载后的粘合剂的一种或多种陶瓷材料来配制加载后的粘合剂。可以使用混合物定律(the law of mixtures)以有助于一种或多种希望的特性的特征化(characterization)。可以使用诸如对数混合规则(1gmixingrule)的其他近似技术来提供对例如所产生的(典型地推导出的)介电特性的估计。
[0050]在进一步切割组件时，可通过与加载后的粘合剂中的陶瓷材料接触而去除粘附到用于切割包括加载后的粘合剂的组件的锯片的粘合剂。由此，加载后的粘合剂既减小了在锯片上的粘合剂积聚的可能性又有助于去除已发生的粘合剂积聚。从锯片去除沉积的粘合剂可以减轻或消除锯片折曲或弯曲的倾向，这可以延长锯片的寿命和/或减小从组件切割的盘或其他部件的厚度变化。例如，通过根据本发明的方面的方法制造的盘组件可具有约Imm与约IOmm之间的厚度,其中厚度变化小于0.025mm。
[0051]由例如棒与圆筒组件形成的盘或其他部件的厚度变化的减小可以减轻或消除在切割步骤之后对用于去除胶粘凸起和/或将从该组件切割的盘或其他部件研磨到希望的厚度和/或光滑度的抛光或研磨步骤的需要，而该抛光或研磨步骤在一些常规方法中是必需的。当利用不包含陶瓷 材料的粘合剂接合例如陶瓷磁棒和陶瓷介电环形圆筒时，该研磨步骤是必需的。在根据本发明的方法的一些方面中，通过利用包含陶瓷材料的粘合剂而能够减少或消除研磨步骤，这导致产品产量的增加和/或材料的节约。例如，由于在利用不含有陶瓷材料的粘合剂的一些方法中构建可接受的盘厚度和光滑度所需的研磨和/或抛光，会损耗陶瓷磁棒和陶瓷介电圆筒的最多约30%的材料。通过利用根据本发明的允许消除研磨步骤或减少所需的研磨的量的方法，可以减轻或消除该材料损耗。在一些方面中，使用具有碳化硅或金刚石轮的商业表面研磨机来进行研磨。在其他方面中，利用使用浆料形式的碳化硅研磨粉末的商业研磨机。
[0052]在根据本发明的方法的一些方面中，在切割步骤之后仍然希望进行研磨步骤，以在从通过加载后的粘合剂接合的组件切割的部件中产生希望的形状和/或轮廓。在这些方面的一些中，在该研磨步骤期间可释放粘合剂被加载有的陶瓷材料，从而通过用作有助于研磨操作的研磨剂而缩短了完成该研磨步骤所需的时间。
[0053]根据一些方面，从磁-介电棒与管组件切割的每个盘组件可以包括磁陶瓷盘，该盘被同心地设置在共面介电陶瓷环内并通过包括陶瓷材料的粘合剂层而被接合到该环。在一些方面中，与使用常规技术(例如，利用包括不含有陶瓷材料的粘合剂的磁-介电复合盘组件的技术)构建的环形器或隔离器相比，使用根据本发明的方面的磁-介电复合盘组件构建的诸如高频环形器或隔离器的器件呈现出较低的插入损耗。典型地相对于除了具有没有陶瓷材料的粘合剂之外基本上相同材料的组件，对于每个环形器或隔离器，在900MHz下该插入损耗降低为约0.2dB。
[0054]例如，诸如在图6中示意性示例的无线电收发机500通过使用根据本发明的方面的低损耗隔离器而使其性能增强。参考图6，被配置用于双工操作(duplex operation)的无线电收发机包括发射机520、接收机530以及开关550。隔离器510典型地为单向器件(one-way device),这有助于幅度反射功率或可能被天线560俘获并向发射机520行进的外来信号的降低。在所示例的实例中，隔离器510包括环形器，该环形器包括被耦合到口 510c的负载570。隔离器510典型地被配置为使进入输入口 510a的来自发射机520的信号大部分地离开输出口 510b并行进到天线560，而来自天线560的进入输出口 510b的信号大部分离开负载口 510c并在负载570中作为热而被耗散。从口 510b到口 510a以及从口 510a到口 510c的信号传播被高度衰减。隔离器510的使用降低了会产生干扰的在发射机520的内部的不希望的信号混合的可能性。
[0055]环形器和被耦合到一个口的负载的组合成为了诸如隔离器510的器件，由于衰减，该器件以低的功率损耗沿正向方向将RF功率从发射机520传导输出到天线560。由于阻抗失配或失调而从天线560反射的任何RF信号或者从邻近的发射天线耦合到天线560的任何RF信号将具有朝向发射机520的高损耗路径和朝向负载570的低损耗路径。由此防止了反射的功率到达发射机520，在发射机520处该反射的功率会损害发射机的放大器级的性能。在耦合信号的情况下，发射机的前置放大器级中的混合被控制为减轻或消除被称为互调的信号。
[0056]在图7和图8中示例了根据本发明的方面的隔离器510的一个实例的结构。图7为根据本发明的一些方面的隔离器510的简化分解视图，示例了部件元件的实例组织结构。隔离器510包括上和下极片/壳元件705a和705b，在其之间层叠上磁体720a、下磁体720b、上磁体接地板720c、下磁体接地板720d、上和下磁-介电盘组件400以及“Y”结中心导体715。在一个实例中,磁-介电盘组件400为由根据本发明的方法形成的磁-介电盘组件，如上所述。
[0057]图8为通过图7的线A-A的剖面观察的图7的隔离器510的平面视图。为了简明，由盘720总体代表元件720b和720d。示出了 “Y”结中心导体715a的另一可能配置，该中心导体被连接到三个口 510a、510b以及510c。隔离器510可被插入到如图6所示的RF电路中。
[0058]通过根据本发明的方面的方法形成的磁-介电复合盘组件可被安装或安置到电气器件中作为对该器件的制造的一部分。在一些方面，该电气器件为RF环形器或RF隔离器。
[0059]根据本发明的方面的RF隔离器和/或RF环形器可被安装到诸如RF电路的电路中，或者RF电路可被改造以包括根据本发明的方面的一个或多个环形器和/或隔离器。
[0060]已使用不同的方法制造并安装在电气器件中的磁-介电复合盘组件(例如，RF环形器或RF隔离器)可以被通过根据本发明的方面的方法形成的磁-介电复合盘组件取代，以通过例如降低器件的插入损耗来增强该电气器件的性能。
[0061]由此，已经描述了本发明的至少一个实施例的几个方面，应该理解，各种改变、修改和改进对于本发明的技术人员而言是显而易见的。在这样的改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并旨在在本发明 的范围内。因此，上述描述和附图仅仅是示例性的。
【权利要求】
1.一种磁-介电组件，包括: 通过粘合剂而被同轴地固定在介电陶瓷环内的磁陶瓷盘，所述粘合剂包括环氧基体中的粉末陶瓷，所述粉末陶瓷选自氧化铝、氧化钛、氧化硅以及氧化锆。
2.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述磁陶瓷盘包括钇铁石榴石，并且所述介电陶瓷环包括 Mg0-Ca0-Zn0-A1203-Ti02。
3.根据权利要求1的磁-介电组件，安装在被耦合到射频电路中的电气器件中。
4.根据权利要求3的磁-介电组件，其中所述电气器件为环形器和隔离器中的至少一种。
5.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述环氧基体具有的介电常数低于所述粉末陶瓷的介电常数。
6.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述环氧基体具有的热导率低于所述粉末陶瓷的热导率。
7.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述粉末陶瓷包括具有从约0.1微米到约10微米的范围的中值直径的基本上球形的颗粒。
8.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述粘合剂包括每克环氧约0.4到约1.2克的粉末陶瓷。
9.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述粉末陶瓷具有大于约99%的纯度。
10.根据权利要求1的磁-介电组件，具有在约I毫米到约10毫米之间的厚度。
11.根据权利要求10的磁-介电组件，其中所述厚度的变化小于0.025毫米。
12.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述环氧基体和所述粉末陶瓷提供所述粘合剂具有这样的介电常数，该介电常数使得相对于除了不具有粘合剂的粉末陶瓷的基本相同材料的组件，包括所述磁-介电组件的微波隔离器在900MHz的频率下的插入损耗减小约0.2分贝。
13.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述环氧基体和所述粉末陶瓷提供所述粘合剂具有足够的热导率，以便在所述磁-介电组件的切割期间，所述粘合剂不会熔化。
14.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述粉末陶瓷具有至少0.0Scal/(sec.cm.K)的热导率。
15.根据权利要求1的磁-介电组件，所述介电陶瓷环包括Mg0-Ca0_Zn0-Al203-Ti02。
16.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述磁陶瓷盘包括钇铁石榴石。
17.根据权利要求1的磁-介电组件，其中，所述磁-介电组件用锯切割时，所述粉末陶瓷降低所述粘合剂在所述锯片上的量。
18.根据权利要求1的磁-介电组件，其中所述陶瓷盘外环形表面与所述陶瓷环的内环形表面隔开一间隙，该间隙具有的宽度大于约10微米。
19.根据权利要求18的磁-介电组件，其中所述间隙填充有所述粘合剂。
20.根据权利要求1的磁-介电组件，具有从约10毫米到40毫米的直径。
【文档编号】H01P1/387GK104022320SQ201410188266
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2008年12月16日 优先权日:2008年10月20日
【发明者】D.克鲁克香克, T.M.利, J.郑 申请人:斯盖沃克斯瑟路申斯公司