[发明专利]磁-介电组件及制造方法

说明书

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。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2008年10月20日提交的名称为“MAGNETIC-DIELECTRIC ASSEMBLIES 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

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

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。

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)。

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

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。

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。

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。

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，所述粉末氧化铝包括具有从约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％的氧化硅(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33.5W/(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。