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Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz und Verfahren zu dessen Herstellung - Dokument DE10015966A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10015966A1 16.11.2000
Titel Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz und Verfahren zu dessen Herstellung
Anmelder NEC Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Myohga, Osamu, Tokio/Tokyo, JP;
Furuya, Mitsuru, Tokio/Tokyo, JP;
Okada, Yoshitsugu, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Glawe, Delfs, Moll & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 30.03.2000
DE-Aktenzeichen 10015966
Offenlegungstag 16.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2000
IPC-Hauptklasse H01P 1/387
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz mit ausreichender Festigkeit, um Rißbildungen bzw. Brüche oder Abblätterungen zu verhindern, und zwar während des Herstellungsprozesses des Zirkulators und des Montageprozesses eines MIC-(Mikrowellen-integrierten)-Schaltungsmoduls, auf dem der Zirkulator montiert ist, sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz besteht aus einem Zirkulator-Stapelkörper (8) mit einer GND-(Masse)-Schicht (4-1), einem Ferrit (2) und einer SIG-Schaltung (3-1), die auf einem Isolationssubstrat (1) gestapelt ist.
Wenn man die Frequenz einer elektromagnetischen Welle vergrößert, herkömmlicherweise ein Intervall zwischen einer SIG-(Signal)-Schaltung (3-1) und einer GND-Schaltung (4-1) verschmälert werden, was zu einer Verringerung der Festigkeit eines Ferrits (2) führt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Verringerung der durch äußere Kräfte einwirkenden Spannung unter Verwendung des Substrats (1) das Auftreten von Rissen bzw. Brüchen oder Abblätterungen in dem als dünne Schicht gebildeten Ferrit (2) verhindert.
Durch Bilden von Löchern, die bewirken, daß die GND-Schicht (4-1) zu einer Fläche hin freiliegt, auf der die SIG-Schaltung (3-1) gebildet ist, an einem Eingabe/Ausgabe-Abschnitt des Zirkulators für Hochfrequenzen kann darüber hinaus eine elektrische Verbindung zwischen der nach außen hin nicht freiliegenden GND-Schicht (4-1) und dem äußeren ...

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mikrostreifen-Zirkulator, der insbesondere in einem Band von Hochfrequenzen einschließlich von Frequenzen im Millimeterwellenbereich oder höheren Frequenzen verwendet wird, sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein Zirkulator ist eine irreversible Schaltungsvorrichtung mit einer Charakteristik, die fast keine Abschwächung in einer Übertragungsrichtung der Signale, jedoch eine starke Abschwächung in einer zur Übertragungsrichtung der Signale umgekehrten Richtung erzeugt. Insbesondere wird der Mikrostreifen-Zirkulator in einer Übertragungsschaltung von mobilen Geräten, wie z. B. einem tragbaren Telefon oder dergleichen verwendet. Herkömmlicherweise sind als Zirkulator dieser Bauart ein Verbundsubstrat-Zirkulator (wie in Fig. 15A und 15B gezeigt) und ein Einfachsubstrat-Zirkulator (wie in Fig. 16 gezeigt) bekannt, die beide z. B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 61-288486 offenbart sind. In dem Verbundsubstrat-Zirkulator, wie er in Fig. 15A und 15B gezeigt ist, ist in der Mitte eines Aluminiumoxid-Keramik-Isolationssubstrats 21 ein scheibenförmiges Ferrit 22 eingebettet. Eine GND-(Masse)-Schicht 24 ist an einer Seite des Isolationssubstrats 21 gebildet, und eine SIG-(Signal)-Schaltung 23 ist auf der anderen Seite des Isolationssubstrats 21 gebildet. Die SIG-Schaltung 23 hat einen kreisförmigen Abschnitt auf dem Ferrit 22 und drei Linienabschnitte, die so ausgebildet sind, daß sie sich radial von dem kreisförmigen Abschnitt erstrecken.

Diese Linienabschnitte bilden einen Mikrostreifen-Linien- Übertragungsweg für Signale, und der kreisförmige Abschnitt bildet die irreversible Schaltung, die durch Magnetismus aktiviert wird, der dem Ferrit 22 zugeführt wird. Ein Magnetfeld wird in dem Ferrit 22 erzeugt, um der Schaltung eine irreversible Charakteristik zu verleihen. Der Verbundsubstrat-Zirkulator bietet einen Vorteil, der darin besteht, daß, da der Induktionsverlust der Aluminiumoxid-Keramik kleiner als der des Ferrits ist, sein elektrischer Verlust stärker verringert werden kann als bei dem Zirkulator, dessen Substrat 21 nur unter Verwendung des Ferrits 22 gebildet ist, wie in Fig. 16 gezeigt. Andererseits bietet der Einzelsubstrat-Zirkulator den Vorteil, daß er einfach aufgebaut werden kann und mit geringen Hosten hergestellt werden kann. In beiden Fällen wird als Ferrit 22 ein scheibenförmiges Ferrit mit einer Dicke von etwa 0,1 mm verwendet.

In dem Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz muß für die Übertragung von Signalen in dem Hochfrequenzband ein Intervall zwischen der SIG-Schaltung 23 und der GND-Schicht 24 schmaler gemacht werden als in einem Band von Niederfrequenzen. Es ist daher notwendig, das scheibenförmige Ferrit 22, das zwischen der SIG-Schaltung 23 und der GND-Schicht 24 angeordnet ist, dünn zu machen. Wenn die Dicke des Ferrits 22 etwa 0,1 mm ist, nimmt die Festigkeit des scheibenförmigen Ferrits 22 ab, was zu häufigen Rissen bzw. Brüchen in dem scheibenförmigen Ferrit 22 führt, und zwar während des Herstellungsprozesses des Zirkulators oder während des Montageprozesses eines MIC-(Mikrowellen-integrierten) Schaltungsmoduls, auf dem der Zirkulator montiert ist. Bei der herkömmlichen Zirkulator treten dadurch Probleme auf, daß solche Rißbildungen bzw. Brüche oder Abblätterungen, wie oben beschrieben, sehr oft auftreten.

In Anbetracht dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz bereitzustellen, der eine ausreichende Festigkeit hat, um Brüche bzw. Rißbildungen oder Abblätterungen bei Herstellungsprozessen des Zirkulators oder bei Montageprozessen eines MIC-(Mikrowellen-integrieten)Schaltungsmoduls, auf dem der Zirkulator montiert ist, zu verhindern, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz bereitgestellt, welcher aufweist:

einen Zirkulator-Stapelkörper, bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit, einer Isolationsschicht, die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht, die auf einer Oberfläche einer Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht enthält, sowie einer SIG-Schaltung, die auf einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht enthält; und

ein Isolationssubstrat, auf dem die GND-Schicht als die niedrigste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper gestapelt ist.

Durch den obigen Aufbau des Mikrostreifen-Zirkulator kann eine aufgrund äußerer Kräfte auf den Zirkulator einwirkende Spannung durch das Isolationssubstrat absorbiert werden. Dies ermöglicht eine Verringerung der Spannung, die auf das scheibenförmige Ferrit einwirkt, das auf dem Isolationssubstrat angeordnet ist.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz bereitgestellt, welcher aufweist:

einen Zirkulator-Stapelkörper bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit, einer Isolationsschicht, die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht, die auf einer Oberfläche einer Schicht ausgebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht enthält, sowie einer SIG-Schaltung, die auf der anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht enthält;

ein Isolationssubstrat, auf dem die GND-Schicht als niedrigste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper gestapelt ist; und

ein Loch, durch welches die GND-Schicht zu einer Fläche hin freigelegt wird, auf der die SIG-Schaltung gebildet ist.

Durch die Ausbildung des Loches, welches die GND-Schicht zu der Fläche hin freilegt, auf der die SIG-Schaltung gebildet ist, kann eine elektrische Verbindung in einem Übertragungsweg der Signale zwischen dem Zirkulator und externen Vorrichtungen erleichtert werden. Durch Anschließen eines Verbindungsdrahtes an die Oberfläche der durch das Loch freigelegten GND-Schicht kann die elektrische Verbindung mit dem GND-Abschnitt der externen Vorrichtung leicht hergestellt werden.

In dem vorgenannten ist eine bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die SIG-Schaltung einen kreisförmigen Abschnitt, der auf dem scheibenförmigen Ferrit gebildet ist, sowie Linienabschnitte hat, die sich radial von dem kreisförmigen Abschnitt erstrecken, und wobei GND- Durchgangslöcher, die verwendet werden, um zwei Punkte elektrisch zu verbinden, zwischen denen der Linienabschnitt eingebracht ist, und die auf einer Fläche der Isolationsschicht angeordnet sind, auf der die Linienabschnitte gebildet sind, zu der GND-Schicht hin auf jedem der Linienabschnitte gebildet sind.

Durch die obige Ausgestaltung kann der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz ohne weiteres an äußere Vorrichtungen angeschlossen werden, wie z. B. durch Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen dem Ende des Linienabschnitts der SIG-Schaltung und des SIG-Schaltung-Anschlusses der äußeren Schaltungen sowie zwischen dem Ende des GND-Durchgangslochs und dem GND-Anschluß der äußeren Vorrichtung unter Verwendung einer Drahtverbindung oder dergleichen, wodurch es möglich wird, einen coplanaren Übertragungsweg der Signale zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und äußeren Vorrichtungen zu bilden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem SIG-Durchgangslöcher (3-2) aufweist, die verwendet werden, um eine Fläche an einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats auf dem der Zirkulator-Stapelkörper gestapelt ist, zu der SIG-Schaltung hin elektrisch zu verbinden, sowie GND-Durchgangslöcher aufweist, die verwendet werden, um zwei Punkte elektrisch zu verbinden, zwischen denen das SIG-Durchgangsloch eingebracht wird, und die an einer Fläche an einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats, auf dem der Zirkulator-Stapelkörper gestapelt ist, zu der GND-Schicht hin angeordnet sind.

Durch die obige Ausgestaltung ist es möglich, ohne weiteres die elektrische Verbindung zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und äußeren Vorrichtungen bereitzustellen, z. B. indem man die elektrische Verbindung zwischen dem Endabschnitt des SIG-Durchgangslochs und dem SIG-Schaltungsanschluß der äußeren Vorrichtungen sowie zwischen dem Endabschnitt des GND-Durchgangslochs und dem GND-Anschluß der äußeren Vorrichtungen unter Verwendung einer Verdrahtung erzeugt, wodurch der coplanare Übertragungsweg von Signalen zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und äußeren Vorrichtungen gebildet werden kann.

Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Erhebung aufweist, die an Endabschnitten des GND-Durchgangslochs und des SIG- Durchgangslochs gebildet sind, welche verwendet werden, um den Zirkulator für Hochfrequenz mit externen Vorrichtungen elektrisch zu verbinden.

Durch Verwendung der Erhebung für die Verbindung kann ein elektrischer Verlust bei den Verbindungsabschnitten stärker verringert werden als im Falle der Verwendung der Drahtverbindung.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Verbindungsschicht aufweist, die zwischen dem Ferrit und der GND-Schicht angeordnet ist.

Durch Verwenden der Verbindungsschicht kann die Festigkeit der unteren Oberfläche des Ferrits erhöht werden. Dies kann eine Verformung des Ferrits verhindern, die auftreten kann, wenn an den Zirkulator für Hochfrequenz aufgrund äußerer Kräfte eine Spannung angelegt wird, wodurch die an das Ferrit angelegte Spannung weiter verringert wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht eine scheibenförmige Form mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des scheibenförmigen Ferrits ist.

Durch den obigen Aufbau kann die an das Ferrit angelegte Spannung unter Verwendung der Verbindungsschicht ausreichend verringert werden. Jede beliebige Form der Verbindungsschicht kann verwendet werden, solange die Verbindungsschicht dazu ausgelegt ist, eine Gesamtoberfläche der unteren Fläche des Ferrits abzudecken.

Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht aus elektrisch leitfähigen Materialien besteht.

Durch Verwenden leitfähiger Materialien für die Verbindungsschicht ist es nicht notwendig, das Vorhandensein der Verbindungsschicht zu berücksichtigen, wenn man sich für ein Intervall zwischen der GND-Schicht und der SIG-Schaltung entscheidet, wodurch der Entwurf des Zirkulators vereinfacht wird, das heißt, daß aufgrund der Funktionsweise der Verbindungsschicht als GND (Masse) das Intervall zwischen der GND-Schicht und der SIG-Schaltung alleinig auf der Grundlage des scheibenförmigen Ferrits oder der Isolationsschicht und nicht aufgrund der Verbindungsschicht bestimmt werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht aus elektrisch isolierenden Materialien besteht.

Durch Verwendung isolierender Materialien für die Verbindungsschicht kann ein Kurzschluß zwischen der SIG-Schaltung und der GND-Schicht verhindert werden. Selbst wenn eine leitfähige Substanz zwischen dem Freiraum zwischen der Isolationsschicht und dem scheibenförmigen Ferrit während des Herstellungsprozesses eindringt, kann ein elektrischer Kontakt zwischen der SIG-Schaltung und der GND-Schicht verhindert werden, da die Verbindungsschicht zwischen der SIG- Schaltung und der GND-Schicht die leitfähige Substanz daran hindert, hier einzudringen. Wenn man das Intervall zwischen der GND-Schicht und der SIG-Schaltung bestimmt, muß man jedoch in diesem Fall die Dicke, die Form sowie die dielektrische Konstante der Verbindungsschicht berücksichtigen.

Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Ferrit aus einem Hartmagnet- Ferrit besteht.

Durch Verwenden des Hartmagnet-Ferrits ist es möglich, das Ferrit zu magnetisieren, um einen Permanentmagneten herzustellen, nachdem der Herstellungsprozess für den Zirkulator für Hochfrequenz abgeschlossen ist. Dadurch ist es nicht mehr nötig, irgendeine magneterzeugende Vorrichtung an einer äußeren Stelle zu montieren, um die irreversible Charakteristik zu erhalten, wodurch der Aufbau des Zirkulators vereinfacht wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Ferrit aus einem Weichmagnet- Ferrit besteht.

Durch die Verwendung des Weichmagnet-Ferrits kann das Bearbeiten des Ferrits erleichtert werden. Solange das Ferrit in einem magnetisierten Zustand ist, ist es aufgrund innerer Spannungen schwierig, das Ferrit in dünne Scheiben zu verarbeiten, die jeweils eine Dicke von einigen 10 µm haben. Wenn das Weichmagnet-Ferrit verwendet wird, wird eine leichte Verarbeitung von ihm ermöglicht, da sich das Ferrit in keinem magnetisierten Zustand befindet. Allerdings muß in diesem Fall die magneterzeugende Vorrichtung, wie z. B. ein Permanentmagnet, an einer oberen Stelle des Ferrits montiert werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolationsschicht zur Verstärkung auf einer Fläche an einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats montiert ist, auf dem der Zirkulator- Stapelkörper gestapelt ist.

In einigen Fällen kann es vorkommen, daß nach dem Ausbilden des Zirkulator-Stapelkörpers auf dem Isolationssubstrat eine Verwindung des Isolationssubstrats aufgrund thermischer Verformung der jede Schicht bildenden Materialien auftritt. Daher kann durch Verwendung der Isolationsschicht zur Verstärkung eine derartige Verwindung wirkungsvoll verringert werden.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz, welches die folgenden Schritte aufweist:

Bilden eines Zirkulator-Stapelkörpers, bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit, einer Isolationsschicht, die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht, die auf einer Oberfläche, einer Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht enthält, sowie einer SIG-( Signal)-Schaltung, die auf einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolaltionsschicht enthält; und

Bilden eines Isolationssubstrats, auf dem die GND- Schicht gestapelt ist, als niederste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper.

Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz, welches die folgenden Schritte aufweist:

Bilden eines Zirkulator-Stapelkörpers bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit, einer Isolationsschicht, die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht, die auf einer Oberfläche einer Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht umgibt, sowie einer SIG-( Signal)-Schaltung, die auf einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit und die Isolationsschicht enthält;

Bilden eines Isolationssubstrats, auf dem die GND- Schicht als niederste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper gestapelt ist; und

Bilden eines Lochs, wodurch bewirkt wird, daß die GND- Schicht zu einer Fläche hin freiliegt, auf der die SIG- Schaltung bei einem Eingabe/Ausgabe-Abschnitt des Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz gebildet ist.

Die obigen Aufgaben sowie weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnung, wobei:

Fig. 1A eine Draufsicht eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, und Fig. 1B eine Querschnittsansicht davon ist;

Fig. 2A eine Draufsicht eines abgewandelten Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, Fig. 2B eine Querschnittsansicht davon ist und Fig. 2C eine Ansicht davon von unten ist;

Fig. 3 ein schematisches Schaubild ist, daß einen Zustand zeigt, bei dem der Zirkulator für Hochfrequenz von Fig. 1A und 1B mit einem MIC-Modul unter Verwendung einer Drahtverbindung verbunden ist;

Fig. 4A eine Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, bei dem der Zirkulator für Hochfrequenz von Fig. 1A und 1B mit dem MIC-Modul unter Verwendung von Erhebungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden ist und Fig. 4B eine Querschnittsansicht davon ist;

Fig. 5A eine Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, bei dem der Zirkulator für Hochfrequenz von Fig. 2A, 2B und 2C mit dem MIC-Modul unter Verwendung von Erhebungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden ist und Fig. 5B eine Querschnittsansicht davon ist;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm eines weiteren abgewandelten Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines dritten abgewandelten Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz des ersten Ausführungsbeispiels ist;

Fig. 8A eine Draufsicht des Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist und Fig. 8B eine Querschnittsansicht davon ist;

Fig. 9A eine Draufsicht eines abgewandelten Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz des zweiten Ausführungsbeispiels ist und Fig. 9B eine Querschnittsansicht davon ist;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm ist, das einen Zustand zeigt, bei dem der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz von Fig. 8A und 8B mit einem MIC-Modul unter Verwendung einer Drahtverbindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verbunden ist;

Fig. 11 ein von einem anderen Winkel aus betrachtetes schematisches Diagramm ist, das einen Zustand zeigt, bei dem der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz von Fig. 8A und 8B mit dem MIC-Modul durch Drahtverbindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verbunden ist;

Fig. 12A eine Draufsicht ist, die einen Zustand zeigt, bei dem der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz von Fig. 8A und 8B mit dem MIC-Modul unter Verwendung von Erhebungen verbunden ist und Fig. 12B eine Querschnittsansicht davon ist;

Fig. 13 ein schematisches Diagramm eines weiteren abgewandelten Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist;

Fig. 14 ein schematisches Diagramm eines dritten abgewandelten Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist;

Fig. 15A eine Draufsicht eines herkömmlichen Mikrostreifen- Zirkulators für Hochfrequenz und Fig. 15B eine Querschnittsansicht davon ist; und

Fig. 16 eine schematische Ansicht des herkömmlichen Zirkulators für Hochfrequenz ist.

Es werden nun die besten Arten der Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Verwendung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der begleitenden Zeichnung ausführlicher beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Der Aufbau und die Funktionsweise eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird anhand von Fig. 1A bis 7 im folgenden beschrieben.

Wie in Fig. 1A und 1B gezeigt, ist in dem Mikrostreifen- Zirkulator für Hochfrequenz dieses Ausführungsbeispiels auf einem Isolationssubstrat 1 mit einer Dicke, die eine ausreichende Festigkeit erzeugen kann, um Risse oder Abblätterungen beim Herstellungsprozess des Zirkulators zu verhindern, ein Zirkulator-Stapelkörper 8 gebildet, der aus einer GND-(Masse)-Schicht 4-1, einer Verbindungsschicht 5, einem Ferrit 2, einer Isolationsschicht 6-1 und einer SIG-Schaltung 3-1 besteht.

Das scheibenförmige Ferrit 2 ist in der Mitte der Verbindungsschicht 5 angeordnet, um die herum die Isolationsschicht 6-1 gebildet ist. Die SIG-Schaltung 3-1 hat einen kreisförmigen Abschnitt auf dem Ferrit 2 sowie drei Linienabschnitte, die sich von diesem kreisförmigen Abschnitt radial erstrecken. Der kreisförmige Abschnitt bildet eine irreversible Schaltung, die durch dem Ferrit 2 zugeführten Magnetismus aktiviert wird, und die Linienabschnitte bilden einen Mikrostreifen-Linien-Übertragungsweg für Signale. Ein Ende des Linienabschnitts dient als Eingabe/ Ausgabe-Anschluß-Abschnitt, von und zu äußeren Vorrichtungen. GND- Durchgangslöcher 4-2, die verwendet werden, um zwei Punkte, zwischen denen der Linienabschnitt angeordnet ist, mit der GND-Schicht zu verbinden, sind an jedem Ende der Linienabschnitte ausgebildet. Jedes Durchgangsloch ist an der Oberfläche des Linienabschnitts freigelegt.

Selbst wenn eine Dicke der Schicht, die sowohl das Ferrit 2 als auch die Isolationsschicht 6-1 enthält, etwa 0,05 mm beträgt, können gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch Erhöhen der Festigkeit des Isolationssubstrats 1 Risse oder Abblätterungen in dem Ferrit 2 verhindert werden. Bei dem Aufbau, in dem das Isolationssubstrat 1 unter der GND- Schicht 4-1 angeordnet ist, ist die Art und Weise der elektrischen Verbindung der GND-Schicht 4-1 mit äußeren Vorrichtungen ein Problem, da die GND-Schicht 4-1 nach außen hin nicht freiliegt. Allerdings sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel die GND-Durchgangslöcher vorgesehen, durch welche die GND-Schicht 4-1 ohne weiteres mit äußeren Vorrichtungen unter Verwendung einer Drahtverbindung elektrisch verbunden werden kann.

Wie in Fig. 2A, 2B und 2C gezeigt, kann der Zirkulator für Hochfrequenz mit äußeren Vorrichtungen elektrisch verbunden werden, indem man ein SIG-Durchgangsloch 3-2 anbringt, das dafür ausgelegt ist, eine Fläche an einer gegenüberliegenden Seite einer Oberfläche des Isolationssubstrats 1, auf dem der Zirkulator-Stapelkörper 8 gestapelt ist, mit der SIG-Schaltung 3-1 elektrisch zu verbinden, und das GND- Durchgangsloch 4-2 dazu ausgelegt ist, zwei Punkte, zwischen denen das SIG-Durchgangsloch angeordnet ist, auf der Fläche an der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats 1, auf dem der Zirkulator-Stapelkörper 8 gestapelt ist, mit der GND-Schicht 4-1 elektrisch zu verbinden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz eingebettet, um in einem schichtartigen MIC-Modul verwendet zu werden, welches den Mikrostreifen-Übertragungsweg von Signale oder dergleichen hat sowie eine Funktion zum Durchführen einer Signalverarbeitung, wie z. B. Verstärkung der Hochfrequenzsignale, aufweist.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind ein Eingang/ Ausgang-Anschlußabschnitt 7 der SIG-Schaltung 3-1 und des GND-Durchgangslochs 4-2 des Zirkulators in Fig. 1A und 1B mit einem Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 9 des MIC-Moduls unter Verwendung einer Drahtverbindung 10 elektrisch verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel wird das MIC-Modul, dessen Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 9 denselben Aufbau hat wie der des Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitts 7 des Zirkulators von Fig. 1A und 1B, zur Verbindung mit dem Zirkulator von Fig. 1A und 1B verwendet. Allerdings muß an diesem Punkt ein Au-(Gold)-Film durch Galvanisierung oder dergleichen in einem Bereich verwendet werden, bei dem die Drahtverbindung für eine Verbindung zwischen der SIG-Schaltung 3-1 und dem GND-Durchgangsloch 4-2 verwendet wird. Wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, wird der coplanare Übertragungsweg des Signals zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und dem MIC-Modul gebildet, indem man eine elektrische Verbindung zwischen dem Ende des Linienabschnitts des SIG-Schaltung 3-1 und dem SIG-Schaltungsanschluß des MIC-Moduls sowie zwischen einem Ende des GND-Durchgangslochs 4-2 und dem GND-Anschluß des MIC-Moduls durch Drahtverbindung bildet.

Wie in Fig. 4A und 4B gezeigt, kann auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und dem MIC-Modul hergestellt werden, indem man den Eingang/ Ausgang-Anschlußabschnitt 7 des Zirkulators so aufbaut, daß eine GND-Erhebung 12 auf dem GND-Durchgangsloch 4-2 gebildet wird und eine SIG-Erhebung 11 auf einem Endabschnitt der SIG-Schaltung 3-1 gebildet wird, indem man den Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 9 des MIC-Moduls mit einem GND-Anschluß 4-3 und einen SIG-Anschluß 3 auf dem MIC-Modul ausbildet und indem man außerdem den Zirkulator für Hochfrequenz so anbringt, daß er gegenüber von dem MIC-Modul angeordnet ist. In diesem Fall wird der coplanare Übertragungsweg des Signals auch zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und dem MIC-Modul gebildet. Somit kann ein Übergangsbereich zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und dem MIC-Modul unter Verwendung der Erhebung für die elektrische Verbindung größer gemacht werden als in dem Fall, bei dem die Drahtverbindung 10 verwendet wird, was zu einer Verringerung des elektrischen Verlustes bei dem Verbindungsabschnitt führt.

Fig. 5B zeigt ein Beipiel der elektrischen Verbindung zwischen dem Zirkulator für Hochfrequenz und dem MIC-Modul, in dem die SIG-Erhebung 11 auf einem SIG-Durchgangsloch 3-2 des Zirkulators für Hochfrequenz gebildet ist und eine GND- Erhebung 12 auf dem GND-Durchgangsloch 4-2 gebildet ist. Bei diesem Aufbau ist der Zirkulator für Hochfrequenz auf dem MIC-Modul montiert und seine SIG-Schaltung 3-1 bildet nach außen hin Kontakte. Nachdem der Zirkulator für Hochfrequenz auf dem MIC-Modul montiert ist, kann daher die SIG-Schaltung 3-1 fein eingestellt werden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können auch Aluminiumoxid, Glaskeramik oder AIN (Aluminiumnitrid) als Materialien für das Isolationssubstrat 1 verwendet werden. Als GND-Schicht 4-1 kann ein Cu-(Kupfer)-Film, ein Cr-(Chrom)-Film, oder ein Cu/Cr-Film verwendet werden, der durch Galvanisierung aufgetragen wird. Die Verbindungsschicht 5 muß das Ferrit 2 festhalten können, das als diskretes Teil gesondert gebildet ist. Daher kann die Verbindungsschicht 5 auf einer Gesamtoberfläche der GND-Schicht 4 gebildet werden, wie in Fig. 1A und 1B gezeigt, oder sie kann so ausgebildet werden, daß sie eine scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des scheibenförmigen Ferrits 2 ist, wie in Fig. 6 gezeigt. In jedem Fall kann durch Ausbilden der Verbindungsschicht 5 bei einer unteren Fläche des Ferrits 2 die Festigkeit erhöht werden. Wenn dem Zirkulator für Hochfrequenz aufgrund äußerer Kräfte eine Spannung zugeführt wird, kann daher eine Verformung des Ferrits 2 verhindert werden, indem man die Verbindungsschicht 5 verwendet. Dies gestattet es, die dem Ferrit zugeführte Spannung durch das Ferrit 2 abzuschwächen.

Als Material für die Verbindungsschicht 5 kann entweder ein Isolationsmaterial oder ein leitendes Material verwendet werden. Wenn ein leitendes Material als Material für die Verbindungsschicht 5 verwendet wird, wird ein Abstand zwischen der GND-Schicht 4-1 und der SIG-Schaltung 3-1 auf der Grundlage des scheibenförmigen Ferrits 2 oder einer Isolationsschicht 6-1 und nicht gemäß der Verbindungsschicht 5 bestimmt, da auch die Verbindungsschicht 5 selbst als GND- (Masse)-Anschluß dient. Daher ist es nicht notwendig, das Vorhandensein der Verbindungsschicht 5 zu berücksichtigen, wenn man den Abschnitt zwischen der GND-Schicht 4-1 und der SIG-Schaltung 3-1 bestimmt.

Wenn ein Isolationsmaterial als Material für die Verbindungsschicht 5 verwendet wird, kann darüber hinaus selbst dann, wenn eine leitfähige Substanz in den Freiraum zwischen der Isolationsschicht 6-1 und dem scheibenförmigen Ferrit 2 während des Herstellungsprozesses eindringt, eine elektrische Verbindung zwischen ihnen verhindert werden, da die Verbindungsschicht 2 zwischen der SIG-Schaltung 3-1 und der GND-Schicht 4-1 verhindern kann, daß die leitfähige Substanz dort einbringt. Wenn der Abstand zwischen der GND- Schicht 4-1 und der SIG-Schaltung 3-1 bestimmt wird, müssen allerdings in diesem Fall die Dicke, die Form sowie die dielektrischen Konstante der Verbindungsschicht 2 berücksichtigt werden. Das scheibenförmige Ferrit 2 kann entweder ein Weichmagnet-Ferrit oder ein Hartmagnet-Ferrit sein. Wenn ein Weichmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, ist es notwendig, einen Permanentmagneten an einem oberen Ort des Zirkulators anzubringen. Wenn andererseits das Hartmagnet-Ferrit als das Ferrit 2 verwendet wird, ist der Permanentmagnet nicht erforderlich, da es als Permanentmagnet verwendet werden kann.

Wenn in dem Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Isolationsubstrat mit einer Dicke von etwa 0,5 mm verwendet wird, tritt selbst dann, wenn der Zirkulator-Stapelkörper 8 auf einer Seite gebildet wird, keine Verwindung in dem Isolationssubstrat 1 auf. Wenn allerdings die Dicke des Isolationssubstrats 1 etwa 0,2 mm oder weniger ist, tritt eine Verwindung auf, die sogar visuell bestätigt werden kann. In diesem Fall läßt sich das Auftreten der Verwindung wirkungsvoll verringern, indem man eine Isolationsschicht 6-2 zur Verstärkung an einer Fläche an der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats 1 bildet, auf dem der Zirkulator-Stapelkörper 8 gestapelt ist.

Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.

Zunächst wird die GND-Schicht 4-1 auf dem Isolationssubstrat 1 durch Galvanisieren oder dergleichen gebildet. Dann wird die Verbindungsschicht 5 auf der GND-Schicht 4-1 gebildet, auf der das scheibenförmige Ferrit 2 montiert wird. Anschließend wird die Isolationsschicht 6-1 gebildet, die eine Dicke hat, die größer als diejenige des Ferrits 2 ist. Um Durchgangslöcher, wie z. B. das GND-Durchgangsloch 4-2 und das SIG-Durchgangsloch 3-2, zu bilden, wird eine Mustergebung auf dem Isolationssubstrat 6-1 und der Verbindungsschicht 5 durchgeführt. Diese Löcher können auch durch einen Locherzeugungsprozess gebildet werden, nachdem die Verbindungsschicht 5 und die Isolationsschicht 6-1 gebildet worden sind. Die Isolationsschicht 6-1 wird dann bearbeitet, so daß eine obere Fläche des Ferrits 2 und diejenige der Isolationsschicht 6-1 in einer Ebene sind. Auf einer Ebene, bei der das Ferrit 2 und die Isolationsschicht 6-1gebildet sind, wird die SIG-Schaltung 3-1 montiert, so daß ein kreisförmiger leitender Abschnitt auf dem scheibenförmigen Ferrit 2 angebracht wird. Das Durchgangsloch wird dann gebildet, indem man das Loch mit leitfähigen Materialien füllt.

Wenn das GND-Durchgangsloch 4-2 und das SIG-Durchgangsloch 3-2 auf dem Isolationssubstrat 1 gebildet sind, kann das Isolationssubstrat 1, in welchem ein als Durchgangsloch verwendetets Loch vorab gebildet wurde, verwendet werden. Das Loch kann ohne weiteres mittels eines keramischen Grünschichtverfahrens gebildet werden.

Ein Ferrit, das vorab zu einer Scheibenform mit einer Dicke von einigen 10 µm verarbeitet worden ist, wird als Ferrit 2 dieses Ausführungsbeispiels verwendet. Wenn das Hartmagnet- Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, tritt in dem Material durch Magnetismus eine innere Spannung auf, solange das Ferrit 2 in dem magnetisierten Zustand ist. Wenn das Ferrit 2 zu dünnen Scheiben verarbeitet wird, werden diese deshalb durch die innere Spannung leicht zerstört. In diesem Fall wird daher das Ferrit 2 in dünne Scheiben geschnitten, die jeweils eine Dicke von einigen 10 µm haben, und zwar in einem Zustand, bei dem das Ferrit 2 entmagnetisiert ist, woraufhin es magnetisiert wird, nachdem alle Herstellungsprozesse abgeschlossen sind. Wenn das Weichmagnet-Ferrit als das Ferrit 2 verwendet wird, kann es ohne weiteres in einem Zustand ohne Magnetismus verarbeitet werden.

Es werden nun Konfigurationen eines Beispiels des Mikrostreifen-Zirkulators beschrieben, der gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.

Tabelle 1 zeigt Kombinationen und Konfigurationen mit verschiedenen gefertigten Zirkulatoren. Die Konfigurationsbedingungen werden durch die Ziffern 1 bis 9 zum Ausdruck gebracht. Die verschiedenen Zirkulatoren werden durch die Ziffern 1 bis 10 bezeichnet. Kreisförmige Markierungen (O) stellen kombinierte und ausgewählte Konfigurationsbedingungen sowie die Kreiszahl dar. Tabelle 1



Konfigurationsbedingung 1a: die Verbindungsschicht 5 wird auf der Gesamtoberfläche der GND-Schicht 4 gebildet.

Konfigurationsbedingung 2a: die Verbindungsschicht 5 wird so gebildet, daß sie eine scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des Ferrits 2 ist.

Konfigurationsbedingung 3a: der Eingang/ Ausgang-Anschlußabschnitt 7 ist auf der Fläche gebildet, auf der die SIG- Schaltung 3-1 montiert ist.

Konfigurationsbedingung 4a: der Eingang/ Ausgang-Anschlußabschnitt 7 ist auf der Fläche der gegenüberliegenden Seite zur Fläche des Isolationssubstrats 1 gebildet, auf dem der Zirkulator montiert ist.

Konfigurationsbedingung 5a: die Verbindungsschicht 5 besteht aus elektrisch isolierenden Materialien:

Konfigurationsbedingung 6a: die Verbindungsschicht 5 besteht aus elektrisch leitfähigen Materialien.

Konfigurationsbedingung 7a: das Ferrit 2 besteht aus dem Weichmagnet-Ferrit.

Konfigurationsbedingung 8a: das Ferrit 2 besteht aus dem Hartmagnet-Ferrit.

Konfigurationsbedingung 9a: die Isolationsschicht 6-2 zur Verstärkung ist ausgebildet.

In diesem Ausführungsbeispiel wurde der Durchmesser des Ferrits 2 so bestimmt, daß er 0,6 mm betrug, und seine Dicke war 0,05 mm. Der Durchmesser des kreisförmigen leitfähigen Abschnitts der SIG-Schaltung 3-1 war 0,56 mm und die Breite der Mikrostreifen-Linie war 0,13 mm. Als Weichmagnet-Ferrit wurde ein Ni-Zn-(Nickel-Zink)-Ferrit verwendet. Als Hartmagnet-Ferrit wurde Sr-(Strontium) -Ferrit verwendet.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 und 2 ist die Verbindungsschicht 5 auf der Gesamtoberfläche der GND-Schicht 4 gebildet, und der Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 7 ist auf der Fläche gebildet, auf der die SIG-Schaltung 3-1 montiert ist. Bei dem Zirkulator mit der Nummer 1 wird das Isolationsmaterial 1 für die Verbindungsschicht 5 verwendet, und bei dem Zirkulator mit der Nummer 2 wird das leitfähige Material für die Verbindungsschicht 5 verwendet. Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 3 und 4 ist der Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 7 auf der Fläche auf der gegenüberliegenden Seite von der Fläche des Isolationssubstrats 1 gebildet, auf dem der Zirkulator montiert ist, und das Material für die Verbindungsschicht 5 wird wie im Falle der Zirkulatoren mit den Nummern 1 und 2 ausgetauscht. Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 5-8 ist die Verbindungsschicht 5 so ausgebildet, daß sie eine scheibenförmige Gestalt mit einem geringfügig größeren Durchmesser als demjenigen des Ferrits 2 hat, und die Fläche, auf der der Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 7 gebildet ist, und die Form der Verbindungsschicht 5 werden wie im Falle der Zirkulatoren mit dem Nummern 1 bis 4 ausgetauscht.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 bis 8 wird das Hartmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet, während bei dem Zirkulator mit der Nummer 9 das Weichmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, und der Permanentmagnet wird an die obere Stelle des Ferrits 2 gebracht, um die irreversible Schaltungscharakteristik zu bekommen. Bei dem Zirkulator mit der Nummer 9 sind die Konfiguration der Verbindungsschicht 5 und die Fläche, auf der der Eingang/ Ausgang-Anschlußabschnitt 7 gebildet ist, dieselben wie bei dem Zirkulator mit der Nummer 1.

Um die irreversiblen Schaltungskenngrößen des Zirkulators mit jeder Nummer zu überprüfen, wird eine Messung der Kenngrößen mit einem Abschlußwiderstand, der mit einem Endabschnitt einer der drei Mikrostreifen-Linien verbunden ist, und im isolierten Zustand durchgeführt. Das Ergebnis der Messung zeigt, daß bei dem Zirkulator mit der Nummer 9, der das Weichmagnet-Ferrit verwendet, die Charakteristik einer Funktion als Isolator innerhalb eines Frequenzbereichs von 40 bis 50 GHz erzielt werden kann, und bei dem Zirkulator mit den Nummern 1 bis 8, die das Hartmagnet-Ferrit verwenden, die Charakteristik einer Funktion als Isolator innerhalb des Frequenzbereichs von 70 GHz bis 80 GHz erzielt werden kann.

Wenn bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 bis 9 die Isolationsschicht 6-1 dünner gemacht wird, besteht die Gefahr einer Verwindung in dem Isolationssubstrat 1, während bei den Zirkulatoren mit der Nummer 10 keine Verwindung auftrat, da die Isolationsschicht 6-2 zur Verstärkung gebildet wurde.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 bis 10 kam es während des Herstellungsprozesses oder während des Montageprozesses der MIC-Module, auf denen das MIC-Modul montiert wird, weder zu Rissen noch Abblätterungen in dem Substrat.

Wenn der Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz unter Verwendung der Erhebung mit dem MIC-Modul verbunden wurde, wurde elektrische Verlust um mehr als 0,2 dB gegenüber dem Fall verringert, bei dem sie unter Verwendung der Drahtverbindung 10 gekoppelt sind.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 8A ist eine Draufsicht eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz eines zweites Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und Fig. 8B ist eine Querschnittsansicht davon.

Wie in Fig. 8A und 8B gezeigt, ist in dem Mikrostreifen- Zirkulator der vorliegenden Erfindung auf einem Isolationssubstrat 1 mit einer Dicke, die genügend Festigkeit bieten kann, um Risse oder Abblätterungen bei Montageprozessen des Zirkulators zu verhindern, ein Zirkulator-Stapelkörper 18 gebildet, bestehend aus einer GND-(Masse)-Schicht 4, einer Verbindungsschicht 5, einem Ferrit 2, einer Isolationsschicht 6-1 und einer SIG-Schaltung 3-1.

Das scheibenförmige Ferrit 2 ist in der Mitte der Verbindungsschicht 5 angeordnet, um die herum die Isolationsschicht 6-1 gebildet ist. Die SIG-Schaltung 3-1 hat einen kreisförmigen Abschnitt auf dem Ferrit 2 sowie drei Linienabschnitte, die sich von diesem kreisförmigen Abschnitt radial erstrecken. Eine irreversible Schaltung ist gebildet, die durch Magnetismus aktiviert wird, der dem Ferrit 2 an dem kreisförmigen Abschnitt zugeführt wird, und ein Mikrostreifen-Linien-Übertragungsweg von Signalen ist an dem Linienabschnitt ausgebildet. Ein Ende des Linienabschnitts wird als Eingang/Ausgang-Abschnitt zu und von externen Vorrichtungen verwendet. Im Gegensatz zum Falle des ersten Ausführungsbeispiels sind Löcher 13 an der Stelle des Eingang/Ausgang-Abschnitts durch die Isolationsschicht 6-1 gebildet, und die Verbindungsschicht 5 sowie diese Löcher bewirken, daß die GND-Schicht 4 nach oben hin freiliegt.

Selbst wenn die Dicke einer Schicht, welche sowohl das Ferrit 2 als auch die Isolationsschicht 6-1 enthält, etwa 0,05 mm beträgt, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch Erhöhen der Festigkeit des Isolationssubstrats 1 verhindert werden, daß sich Risse oder Abblätterungen in dem Ferrit 2 bilden. Bei der Konfiguration, in der das Isolationssubstrat 1 unter GND-Schicht 4 angeordnet ist, ist die Art und Weise, wie die GND-Schicht 4 mit äußeren Vorrichtungen elektrisch verbunden werden kann, ein Problem, da die GND- Schicht 4 nach außen hin nicht freiliegend ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Löcher 13 gebildet, durch welche die GND-Schicht 4 ohne weiteres mit äußeren Vorrichtungen unter Verwendung einer Drahtverbindung verbunden werden kann.

Die Löcher 13 können so angeordnet sein, daß der Linienabschnitt der SIG-Schaltung 3-1 zwischen die Löcher 13 gebracht wird, wie in Fig. 8A gezeigt, oder sie können in einer Verlängerungslinie am Ende des Linienabschnitts der SIG-Schaltung 3-1 angeordnet sein, wie in Fig. 9A gezeigt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Zirkulator für Hochfrequenz zur Verwendung in einem schichtartigen MIC-Modul eingebettet, welches den Mikrostreifen-Übertragungsweg für Signale oder dergleichen hat sowie eine Funktion aufweist, um eine Signalverarbeitung durchzuführen, wie z. B. die Verstärkung der Hochfrequenzsignale.

Fig. 10 und 11 zeigen Beispiel einer elektrischen Verbindung zwischen einem Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 14 der SIG-Schaltung 3-1 und der GND-Schicht 4 sowie einen Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 15 des MIC-Moduls unter Verwendung einer Gratverbindung 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das MIC-Modul, dessen Eingang/ Ausgang-Anschlußabschnitt 15 dieselbe Struktur hat wie derjenige des Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 14 des Zirkulators, für die Verbindung mit dem Zirkulator verwendet. Allerdings muß an diesem Punkt ein Au-(Gold)-Film durch Galvanisierung oder dergleichen an einem Bereich gebildet werden, bei dem die Drahtverbindung für die Verbindung zwischen der SIG- Schaltung 3-1 und der GND-Schicht 4-1 ausgebildet wird.

Wie man in Fig. 12A und 12B sieht, kann auch die elektrische Verbindung zwischen dem Zirkulator und dem MIC-Modul durch Erhebungen gebildet werden, indem eine GND-Erhebung 12 an den Löchern 13 des Zirkulators gebildet wird, indem man eine SIG-Erhebung 13 an einem Endabschnitt der SIG- Schaltung bildet, um den Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 14 des Zirkulators bereitzustellen, indem man den Eingang/Ausgang-Anschlußabschnitt 15 des MIC-Moduls bildet, welches einen GND-Anschluß 16 und einen SIG-Anschluß 17 auf dem MIC-Modul hat, und indem man den Zirkulator für Hochfrequenz so anbringt, daß er gegenüber dem MIC-Modul angeordnet ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können Aluminiumoxid, Glaskeramik oder AlN (Aluminiumnitrid) als Materialien für das Isolationssubstrat 1 verwendet werden. Als GND-Schicht 4 kann ein Cu-(Kupfer)-Film, ein Cr-(Chrom)-Film oder ein Cu/Cr-Film durch Galvanisierung verwendet werden. Von der Verbindungsschicht 5 wird verlangt, daß sie das Ferrit 2 befestigt, das als diskretes Teil gesondert ausgebildet ist. Daher kann die Verbindungsschicht 5 auf einer Gesamtoberfläche der GND-Schicht ausgebildet werden, wie in Fig. 8A und 8B gezeigt, oder sie kann so ausgebildet werden, daß sie eine scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des scheibenförmigen Ferrits 2 ist, wie in Fig. 13 gezeigt. In beiden Fällen kann die Festigkeit der unteren Schicht des Ferrits 2 erhöht werden, indem man die Verbindungsschicht 5 bildet. Wenn dem Zirkulator für Hochfrequenz aufgrund äußerer Kräfte eine Spannung zugeführt wird, kann somit eine Verformung des Ferrits 2 verhindert werden, indem man die Verbindungsschicht 5 verwendet. Dies gestattet es, daß die dem Ferrit zugeführte Spannung durch das Ferrit 2 abgeschwächt wird.

Als Material für die Verbindungsschicht 5 können entweder ein Isolationsmaterial oder ein leitfähiges Material verwendet werden. Wenn das leitfähige Material als Material für die Verbindungsschicht 5 verwendet wird, kann ein Abstand zwischen der GND-Schicht und der SIG-Schaltung 3-1 lediglich auf der Grundlage des scheibenförmigen Ferrits 2 oder der Isolationsschicht 6-1 und nicht auf der Grundlage der Verbindungsschicht 5 bestimmt werden, da die Verbindungsschicht 5 als GND-(Masse)-Anschluß 16 arbeitet. Daher ist es nicht notwendig, das Vorhandensein der Verbindungsschicht 5 zu berücksichtigen, wenn das Intervall zwischen der GND-Schicht 4-1 und der SIG-Schaltung 3-1 bestimmt wird. Wenn das Isolationsmaterial als Material für die Verbindungsschicht 5 verwendet wird, kann darüber hinaus selbst dann, wenn eine leitfähige Substanz in den Freiraum zwischen der Isolationsschicht 6-1 und dem scheibenförmigen Ferrit 2 während des Herstellungsprozesses eindringt, ein elektrischer Kontakt dazwischen verhindert werden, da die Verbindungsschicht 2 zwischen der SIG-Schaltung 3-1 und der GND-Schicht 4-1 verhindern kann, daß die leitfähige Substanz dort eindringt. Allerdings muß man beim Bestimmen des Abstandes zwischen der GND-Schicht und der SIG-Schaltung 3- 1 die Dicke, die Form sowie die dielektrische Konstante der Verbindungsschicht 5 berücksichtigen.

Das scheibenförmige Ferrit 2 kann entweder ein Weichmagnet- Ferrit oder ein Hartmagnet-Ferrit sein. Wenn das Weichmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, ist es notwendig, einen Permanentmagneten an einer oberen Stelle des Zirkulators anzubringen. Wenn andererseits das Hartmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, wird der Permanentmagnet nicht benötigt, da es als Permanentmagnet verwendet werden kann.

Wenn bei dem Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Isolationssubstrat mit einer Dicke von etwa 0,5 mm verwendet wird, tritt in dem Isolationssubstrat 1 selbst dann keine Verwindung auf, wenn der Zirkulator-Stapelkörper 18 verwendet wird. Wenn allerdings die Dicke des Isolationssubstrats 1 etwa 0,2 mm oder weniger ist, tritt eine Verwindung auf, die visuell bestätigt werden kann. Wie in Fig. 14 gezeigt, kann bei diesem Fall durch Ausbilden einer Isolationsschicht 6-2 zur Verstärkung an einer Fläche an der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats 1, auf dem der Zirkulator-Stapelkörper 18 gestapelt ist, die Verwindung verringert werden.

Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Zunächst wird die GND-Schicht 4 auf dem Isolationssubstrat 1 durch Galvanisieren oder dergleichen gebildet. Anschließend wird die Verbindungsschicht 5 auf der GND-Schicht 4gebildet, auf der das scheibenförmige Ferrit 2 montiert ist. Daraufhin wird die Isolationsschicht 6-1 gebildet, deren Dicke größer ist als diejenige des Ferrits 2. Um Löcher zu bilden, wird eine Mustergebung auf der Isolationsschicht 6-1 und der Verbindungsschicht 5 durchgeführt, indem man eine Maske oder dergleichen verwendet. Die Löcher 13 können durch einen Lochbildungsprozess gebildet werden, nachdem die Verbindungsschicht 5 und die Isolationsschicht 6-1 gebildet wurden. Die Isolationsschicht 6-1 wird dann behandelt, so daß eine obere Fläche des Ferrits 2 und der Isolationsschicht 6-1 in einer Ebene sind. Auf einer Ebene, auf der das Ferrit 2 und die Isolationsschicht 6-1 gebildet sind, wird die SIG-Schaltung 3-1 so montiert, daß ein kreisförmiger leitfähiger Abschnitt an dem scheibenförmigen Ferrit 2 angebracht wird.

Ein Ferrit, das vorab in eine scheibenförmige Gestalt gebracht wurde, die eine Dicke von einigen 10 µm hat, wird als Ferrit 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Wenn das Hartmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, tritt in dem Material durch Magnetismus eine innere Spannung auf, solange das Ferrit 2 in einem magnetisierten Zustand ist. Wenn das Ferrit 2 zu dünnen Scheiben verarbeitet wird, werden diese deswegen leicht durch die inneren Spannungen zerstört. Daher wird in diesem Fall das Ferrit 2 in dünne Scheiben geschnitten, die jeweils eine Dicke von einigen 10 µm haben, und zwar in einem Zustand, bei dem das Ferrit 2 entmagnetisiert ist, woraufhin es magnetisiert wird, nachdem alle Herstellungsprozesse abgeschlossen sind. Wenn das Weichmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet wird, kann es in einem magnetismusfreien Zustand leicht verarbeitet werden.

Es werden nun Konfigurationen eines Beispiel des gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Mikrostreifen-Zirkulators beschrieben.

Tabelle 2 zeigt Kombinationen von Konfigurationen mit unterschiedlichen gefertigten Zirkulatoren. Die Konfigurationsbedingungen werden durch die Ziffern 1 bis 7 zum Ausdruck gebracht. Die unterschiedlichen Zirkulatoren sind durch die Nummern 1 bis 6 gekennzeichnet. Kreisförmige Markierungen (O) stellen den kombinierten und ausgewählten Konfigurationszustand sowie die Kreiszahl dar. Tabelle 2



Konfigurationszustand 1b: die Verbindungsschicht 5 ist auf der Gesamtoberfläche der GND-Schicht 4 gebildet.

Konfigurationszustand 2b: die Verbindungsschicht 5 ist so ausgebildet, daß sie eine scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des Ferrits 2 ist.

Konfigurationszustand 3b: die Verbindungsschicht 5 besteht aus elektrisch isolierenden Materialien.

Konfigurationszustand 4b: die Verbindungsschicht 5 besteht aus elektrisch leitfähigen Materialien.

Konfigurationszustand 5b: das Ferrit 2 besteht aus dem Weichmagnet-Ferrit.

Konfigurationszustand 6b: das Ferrit 2 besteht aus dem Hartmagnet-Ferrit.

Konfigurationszustand 7b: die Isolationsschicht 6-2 zur Verstärkung ist ausgebildet.

In diesem Ausführungsbeispiel sowie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels wurde der Durchmesser des Ferrits 2 auf 0,6 mm und seine Dicke auf 0,05 mm festgelegt. Der Durchmesser des kreisförmigen leitfähigen Abschnitts der SIG-Schaltung 3-1 war 0,56 mm, und die Breite der Mikrostreifen-Leitung war 0,13 mm. Als Weichmagnet-Ferrit wurde ein Ni-Zn-(Nickel-Zink)-Ferrit verwendet. Als Hartmagnet- Ferrit wurde Sr-(Strontium)-Ferrit verwendet.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 und 2 ist die Verbindungsschicht 5 auf der gesamten Oberfläche der GND- Schicht ausgebildet, und als Material für die Verbindungsschicht 5 wird entweder das Isolationsmaterial oder das leitfähige Material verwendet.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 3 und 4 ist die Verbindungsschicht 5 so ausgebildet, daß sie die scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des Ferrits 2 ist, wobei im Falle des Zirkulators mit der Nummer 1 und 2 die Materialien für die Verbindungsschicht 5 verändert sind.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 bis 4 wird das Hartmagnet-Ferrit als Ferrit 2 verwendet. Bei dem Zirkulator mit der Nummer 5 wird das Weichmagnet-Ferrit als Ferrit 2verwendet, und der Permanentmagnet wird an einer oberen Stelle des Ferrits 2 angebracht, um die irreversible Schaltungscharakteristik zu erhalten. Bei dem Zirkulator mit der Nummer 5 ist die Konfiguration der Verbindungsschicht 5 dieselbe wie bei dem Zirkulator mit der Nummer 1.

Um irreversible Schaltungskenngrößen des Zirkulators mit jeder Nummer zu überprüfen, wurde eine Messung der Kenngrößen mit einem Abschlußwiderstand, der mit einem Endabschnitt einer der drei Mikrostreifen-Linien verbunden war, und in einem isolierten Zustand durchgeführt. Das Ergebnis der Messung zeigt, daß bei dem Zirkulator mit der Nummer 5, der das Weichmagnet-Ferrit verwendet, eine als Isolator wirkende Charakteristik innerhalb eines Frequenzbereichs von 40 bis 50 GHz erzielt werden kann und in dem Zirkulator mit den Nummern 1 bis 4, der das Weichmagnet-Ferrit verwendet, eine als Isolator wirkende Charakteristik innerhalb des Frequenzbereichs von 70 bis 80 GHz erzielt werden kann.

Wenn bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 bis 5 die Isolationsschicht 6-1 dünner gemacht wird, besteht die Gefahr, daß in dem Isolationssubstrat 1 eine Verwindung auftritt, während bei den Zirkulatoren mit der Nummer 6 keine Verwindung auftrat, da die Isolationsschicht 6-2 zur Verstärkung ausgebildet wurde.

Bei den Zirkulatoren mit den Nummern 1 bis 6 traten während ihrer Herstellungsprozesse oder während der Montageprozesse des MIC-Moduls, auf dem das MIC-Modul montiert ist, weder Risse noch Abblätterungen auf.

Wie oben beschrieben, können bei dem Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz der vorliegenden Erfindung Risse oder Abblätterungen in dem Zirkulator während der Herstellungsprozesse und während der Montageprozesse des MIC-Moduls, auf dem der Zirkulator montiert ist, verhindert werden. Dies ermöglicht es, daß das Auftreten fehlerhafter Teile verringert wird. Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Zuverlässigkeit in Produktionslinien für den Zirkulator für Hochfrequenz sowie für industrielle Produkte, die den Zirkulator für Hochfrequenz enthalten, verbessert werden.

Es ist somit ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern verändert und abgewandelt werden kann, ohne daß man den Bereich der Erfindung verläßt.

Es sei noch gesagt, daß die vorliegende Erfindung die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11-093299 beansprucht, die am 31. März 1999 eingereicht wurde und hier durch Verweis enthalten ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß er aufweist:

    einen Zirkulator-Stapelkörper (8), bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit (2), einer Isolationsschicht (6-1), die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit (22) umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht (4-1), die an einer Oberfläche einer Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) enthält, sowie einer SIG-(Signal)-Schaltung (3-1), die an einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) enthält; und

    ein Isolationssubstrat (1), auf dem die GND-Schicht (4-1) als eine niedrigste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper (8) gestapelt ist.
  2. 2. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß er aufweist:

    einen Zirkulator-Stapelkörper (8), bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit (2), einer Isolationsschicht (6-1), die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit (2) umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht (4-1), die an einer Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) enthält, und einer SIG-(Signal)-Schaltung (3-1), die auf einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) enthält;

    ein Isolationssubstrat (1), auf dem die GND-Schicht (4-1) als niedrigste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper (8) gestapelt ist; und

    ein Loch (13), welches bewirkt, daß die GND-Schicht (4-1) zu einer Fläche hin freigelegt ist, auf der die SIG- Schaltung (3-1) gebildet ist.
  3. 3. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die SIG-Schaltung (3-1) einen kreisförmigen Abschnitt hat, der auf dem scheibenförmigen Ferrit (2) gebildet ist, sowie Linienabschnitte hat, die sich radial von dem kreisförmigen Abschnitt erstrecken, und wobei GND-Durchgangslöcher (4-2), die verwendet werden, um zwei Punkte elektrisch zu verbinden, zwischen denen der Linienabschnitt eingebracht ist, und die auf einer Fläche der Isolationsschicht (6-1) angeordnet sind, auf der die Linienabschnitte gebildet sind, zu der GND-Schicht (4-1) hin auf jedem der Linienabschnitte gebildet sind.
  4. 4. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem SIG-Durchgangslöcher (3-2) aufweist, die verwendet werden, um eine Fläche an einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats (1), auf dem der Zirkulator-Stapelkörper (8) gestapelt ist, zu der SIG-Schaltung (3-1) hin elektrisch zu verbinden, sowie GND-Durchgangslöcher (4-2) aufweist, die verwendet werden, um zwei Punkte elektrisch zu verbinden, zwischen denen das SIG-Durchgangsloch (3-4) eingebracht wird, und die an einer Fläche an einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats (1), auf dem der Zirkulator-Stapelkörper (8) gestapelt ist, zu der GND- Schicht (4-1) hin angeordnet sind.
  5. 5. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine Erhebung aufweist, die an Endabschnitten des GND-Durchgangslochs (4-2) und des SIG-Durchgangslochs (3-2) gebildet sind, welche verwendet werden, um den Zirkulator für Hochfrequenz mit externen Vorrichtungen elektrisch zu verbinden.
  6. 6. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine Verbindungsschicht (5) aufweist, die zwischen dem Ferrit (2) und der GND-Schicht (4) angeordnet ist.
  7. 7. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (5) eine scheibenförmige Form mit einem Durchmesser hat, der geringfügig größer als derjenige des scheibenförmigen Ferrits (2) ist.
  8. 8. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (5) aus elektrisch leitfähigen Materialien besteht.
  9. 9. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (5) aus elektrisch isolierenden Materialien besteht.
  10. 10. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Ferrit (2) aus einem Hartmagnet-Ferrit (2) besteht.
  11. 11. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Ferrit (2) aus einem Weichmagnet-Ferrit (2) besteht.
  12. 12. Mikrostreifen-Zirkulator für Hochfrequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolationsschicht (6-1) zur Verstärkung auf einer Fläche an einer gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Isolationssubstrats (1) montiert ist, auf dem der Zirkulator-Stapelkörper (8) gestapelt ist.
  13. 13. Verfahren zum Herstellen eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

    Bilden eines Zirkulator-Stapelkörpers (8), bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit (2), einer Isolationsschicht (6-1), die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit (2) umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht (4- 1), die auf einer Oberfläche einer Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) enthält, sowie einer SIG-(Signal)-Schaltung (3-1), die auf einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolaltionsschicht (6-1) enthält; und

    Bilden eines Isolationssubstrats (1), auf dem die GND- Schicht (4-1) gestapelt ist, als niederste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper (8).
  14. 14. Verfahren zum Herstellen eines Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:

    Bilden eines Zirkulator-Stapelkörpers (8), bestehend aus einem scheibenförmigen Ferrit (2), einer Isolationsschicht (6-1), die so ausgebildet ist, daß sie das scheibenförmige Ferrit (2) umgibt, einer GND-(Masse)-Schicht (4- 1), die auf einer Oberfläche einer Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) umgibt, sowie einer SIG-(Signal)-Schaltung (3-1), die auf einer anderen Oberfläche der Schicht gebildet ist, welche das scheibenförmige Ferrit (2) und die Isolationsschicht (6-1) enthält;

    Bilden eines Isolationssubstrats (1), auf dem die GND- Schicht (4-1) als niederste Schicht in dem Zirkulator-Stapelkörper (8) gestapelt ist; und

    Bilden eines Lochs (13), wodurch bewirkt wird, daß die GND-Schicht (4-1) zu einer Fläche hin freiliegt, auf der die SIG-Schaltung (3-1) bei einem Eingabe/Ausgabe-Abschnitt des Mikrostreifen-Zirkulators für Hochfrequenz gebildet ist.






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