CN101107748B - 具有键合垫片的超高频环行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子组件连接，更确切地，尤其涉及用于制造绝缘器或电子环行器的超高频电子组件。印刷电路板不断提高的小型化导致出现了越来越小的组件。因而，环行器安装在尺寸为1至2厘米数量级的外罩里。在印刷电路板上安装这样的组件涉及能够使组件具有以高精度定义的几何形状的自动化技术。本发明的环行器(10)包括包含在电子键合垫片(130)中的机械定位辅助设备(133)，可以使安装问题最小化并获得环行器间更好的可重现性。更具体地，每一垫片具有与电路连接的中央传导核(131)、围绕该中央核(131)的电绝缘体(132)、以及包括定位装置的机械中心件(133)。而且，构成环行器的电子部分(9)在压力作用下安装于其机械外罩(110，111)中。结果是获得比传统外罩便宜的简略式外罩。

Description

具有键合垫片的超高频环行器

技术领域

本发明涉及电子组件连接，更确切地，特别是涉及用于制造绝缘器或电子环行器的超高频电子组件。

背景技术

在超高频系统中，环行器是具有三个端口以用于把信号从第一个端口引导至其他两个端口之一的系统，如图1和图2中的优选例所示。图1中，从端口1起始的第一个弧形箭头表示的发射信号E被引导至端口2。相反地，由端口2起始的第二个弧形箭头表示的接收信号R被引导至端口3。这样，发射信号E被无额外损耗地与接收信号R隔离。

有多种引导信号的方法。通常，通过非互易效应来获得隔离效果。我们已知某些物理效应例如法拉第效应不遵循时间可逆向性，即电磁波根据其传播方向而具有不同的表现。铁磁类的磁性材料具有表现这种特性的磁化系数χ。磁化系数的值取决于波的传播方向。也可以说根据波是左旋圆偏振还是右旋圆偏振，磁化系数不同。正是利用这种效应获得强大的环行器。则可以没有显著损耗地隔离发射信号和接收信号，这在不同的方向都是必须的。

传统地，如图3所示，环行器10主要包括：

·谐振电磁腔9，其是充满介电材料12并由电或磁类的屏障限制的体积。作为一般原则，为应用于环行器，该腔具有扁平圆盘的形式，该腔包括：

○中心电路13，主要包括：

○共面的线；

○位置互相成120度并延伸至腔外的超高频电路的连接轨迹；

○位于中心电路13之上和之下的两个铁氧体元件14；

○位于铁氧体元件之上和之下的两个接地面15；

○由安装在两个永磁体16之间的第一接地面、第一铁氧体、电路、第二铁氧体和第二接地面构成的装配体；

○图3中未显示的其他元件，可以用于通过极性片、热补偿或机械维护来保证场的均匀性。

·保护性机械外罩11。

印刷电路板不断提高的小型化导致出现了越来越小的组件。因而，环行器安装在尺寸为1至2厘米数量级的外罩里。在印刷电路板上安装这样的组件涉及能够使组件具有以高精度定义的几何形状的自动化技术。

对于环行器电路的给定的工作频率，环行器的焊点相对其要安装的电路的轨迹的任何定位偏移将反映在：

·危及装配体可靠性的焊接脆化的风险；

·活动轨迹和电路接地之间的短路风险；

·反映为电路中的显著损耗的阻抗破碎(impedance breaks)。

另外，延伸至金属壳外的连接轨迹元件是易碎的。在这些元件被最终安装在印刷电路上之前的各种环行器的处理操作中，它们尤其可能被弯曲、折叠、或打碎，从而导致组件的损耗。

已经尝试了很多技术方案：

·包括各种形状的介电插槽的混合方案，以及，

·基于印刷电路的连接元件。

但是，这些方案不能简单地达成环行器的自动表面安装布线。尤其当在印刷电路上焊接安装组件时，在装配体包括具有不同膨胀率的印刷电路的情况下，温度的升高反映为引起设备内的额外应力。

本发明试图改善这些问题。本发明的环行器包括包含在电子键合垫片中的机械定位辅助设备，可以使安装问题最小化并获得环行器间更好的可重现性。

发明内容

在本发明的环行器中，环行器的电路部分在压力作用下安装于其外罩中。结果是获得比通过需要特别加工操作——例如攻丝或攻螺纹——的保护部分来进行装配的传统外罩更便宜的简略式外罩。

而且，本新颖的方案中通孔的共轴性可以获得更容易操作和运输而不需特别保护的组件。因此，组件的可靠性提高而其成本降低。

显然，本发明的设备不只限于环行器类型的超高频组件的领域，还可以应用于任何需要准确定位主要电子连接的表面安装电子组件。

更确切地，本发明的主题是电子组件，包括机械外罩以及含有至少一个电路和至少两个将为组件和外部印刷电路提供电子互连的电子键合垫片的电子装配体，其特征在于电子键合垫片包括能使其在外罩中准确定位的机械装置。

有利地，每个键合垫片包括与电路连接的中央传导核、围绕该中央核的电绝缘体、以及包括定位装置的机械中心件。而且中央核大致为圆柱形，电绝缘体是基本为圆柱形的环形套筒，机械中心件也是基本为圆柱形的环形套筒，不同圆柱体的回转轴相统一。

有利地，该机械中心件包括至少一个槽，其轴平行于构成键合垫片的各种圆柱体零件的轴，并且该外罩包括至少一个容纳槽的滑座。

有利地，该机械外罩主要包括底部零件和顶部零件，顶部零件被“扣入”底部零件，电子装配体在压力作用下被支撑于这两个零件之间。

电子装配体特别工作在超高频范围内；组件可以是环行器或超高频绝缘器。

有利地，垫片的中央核、绝缘体和机械中心件布置为可以提供电路的共面线和外部印刷电路的传导线之间的阻抗的连续性。而且，如果绝缘体的介电常数是ε_r，D是其外径，d是其内径，则键合垫片的阻抗Zc大致为 $Z_C=\frac{138}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}.{\mathrm{Lof}}_{10}\left(\frac{D}{d}\right).$

这样，为了在超高频范围内为PTFE绝缘器提供50欧姆的阻抗，电绝缘器的外径D和其内径d之比大约等于3，外径D在1.5毫米至5毫米之间，内径d在0.45毫米至1.5毫米之间。

附图说明

通过阅读以下以非限制性实施例方式作出的描述以及参考附图，可以更好地理解本发明，本发明的其他优点也将显而易见。

·图1和图2表示超高频环行器的工作原理；

·图3是环行器的简化截面图；

·图4表示本发明的环行器的分解图；

·图5表示键合垫片的安装的分解图；

·图6和图7分别显示了安装在外罩底部零件内的腔9的俯视图和侧视图；

·图8和图9是将外罩的顶部零件安装在其底部零件中的侧视图。

具体实施方式

作为非限制性实施例，图4表示本发明的环行器10的分解图。其主要包括：

·电磁腔9；

·机械外罩11，主要包括底部零件110和顶部零件111。

电磁腔9包括：

·中心电路13，必要地包括：

○共面的线134，终止于；

○位置互相成120度并且延伸至腔外的超高频电路的连接区域135；

·位于中心电路13之上和之下的两个铁氧体元件14；

·位于铁氧体元件14之上和之下的两个接地面15；

·装配体，包括安装在两个含有极性部分17和永磁体16的磁性装配体之间的第一接地面15、第一铁氧体14、电路13、第二铁氧体14和第二接地面15。极性部分可以使永磁体的磁场保持均匀；

·用于为腔提供热补偿的第一机械部分18；

·机械上保护在其外罩内受到压力的腔的第二机械部分19；

·三个垫片130，在电路的连接轨迹和安装环行器的印刷电路之间提供连接。

键合垫片130提供环行器的共面的线134至印刷电路的准确并可重现的电路连接。

图5是键合垫片的分解图。其包括：

·连接至电路13的连接区域135之一的中央传导核131；

·围绕该中央核的电绝缘体132；

·包括定位装置136的机械中心件133。

例如如图5所示，中央核131大致为圆柱形，电绝缘体132是基本为圆柱形的环形套筒，机械中心件133也是基本为圆柱形的环形套筒，各种圆柱体的回转轴统一，核131装配在套筒132中，该套筒132装配在机械中心件133中。

传导核131提供垫片130和共面的线134之间的电子接触，其一端装配于榫槽关节或如图5所示的共轴线134的连接区域135上的孔中，另一端被中心件133约束的绝缘套筒132保护。

当在印刷电路上焊接安装传导核时，为了保证结构的稳定性，重要的是连接区域中的金属核装配体通过高熔点焊接操作进行生产。例如，金属/金属电焊操作在使用中可以不添加焊料，对于钢/钢类型，其熔点位于1200度的区域，或对于黄铜/黄铜类型，其熔点位于600度的区域。这种方法提供了高度可靠的印刷电路上的装配体，同时，当在连续加热点布线时，这些焊点的损坏风险被大大降低。

机械中心件133包括两个槽136，其轴平行于构成垫片的各种圆柱体零件的轴。该槽136装配于提供于金属外罩底部零件110的滑座113中。这种布置可以把键合垫片130准确定位于印刷电路平面中。金属核、绝缘体、和作为接地屏蔽的其中心件的尺寸被最优化以避免位于接收印刷电路上的超高频传导线和构成环行器的传导部分的共面的线之间的阻抗中断。

共轴通孔的阻抗必要地取决于三个主要参数，它们是：

·电绝缘体132的介电常数ε_r；

·电绝缘体的外径D；

·电绝缘体的内径d；

在几百兆赫兹至20千兆赫兹的频率区域内，可以证明，作为第一个估计，键合垫片的阻抗Zc是：

$Z_C=\frac{138}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}.\mathrm{Log}\left(\frac{D}{d}\right)$

这样，如果电绝缘体由PTFE构成，其介电常数ε_r约等于2.1，为了获得50欧姆左右的阻抗Zc，比率D/d必须在3左右。

对于几百兆赫兹的频率，d和D大约为1.5毫米和5毫米，对于几千兆赫兹的频率，d和D大约为0.9毫米和3毫米，最后，对于等于或大于10千兆赫兹的频率，d和D大约为0.45毫米和1.5毫米。

垫片130的设计使其可以连接平行于印刷电路所在平面的水平输出轨迹和和电路自身。

机械外罩11必要地包括底部零件110和顶部零件111。它提供：

·在超高频电路，也称作“条状线”，的位置的定位和保护，

·在环行器的铁氧体14的位置的定位和保护；

·在极化部分17和永磁体18的位置的定位和保护；

·在设计用于保证组件稳定性的热补偿器19的位置的定位和保护；

·对回送磁场线的组件的机械限制功能。

图6和图7分别显示了安装于外罩底部零件110中的腔9的俯视图和侧视图。共面的线134通过连接区域135连接至键合垫片130的核131。核131通过绝缘体132与机械中心件133绝缘。中心件133位于外罩的底部零件110的不同滑座113中。

腔9的高度略超过在图7中由虚线表示的对应于外罩的底部零件110的高度的平面PP，因此当顶部零件111安装于底部零件110中时，其被加压保护。

为金属外罩11保留的结构是基于可以被夹在一起的预成形的机械板结构，以避免使用螺钉，从而可以限制装配体的成本。与通过机械加工切槽的钢外罩相比，制造折叠板还可以大量节约成本。

图8和图9显示了把顶部零件111扣合于底部零件110中的原理。底部零件110具有底面和第一提升边112。顶部零件111具有盖子和具有配合于第一提升边112下的第二提升边113的侧面部分，如图9中圆形部分的细节所示。因此，零件111被如图9中白色箭头所示的提升边112和腔9之间的压力保护。使顶部零件111的侧面部分的中心变薄以使顶部零件111具有足够的灵活性以被容易快速地扣入底部零件110中。

Claims (8)

1.一种电子组件(10)，包括机械外罩(11)以及含有至少一个电路(13)、至少两个为电子组件(10)和外部印刷电路提供电子互连的电子键合垫片(130)的电子装配体(9)，其特征在于，每个电子键合垫片(130)包括与所述电路(13)连接的中央传导核(131)、围绕该中央传导核(131)的电绝缘体(132)、以及包括定位装置(136)的机械中心件(133)，中央传导核(131)为圆柱形，电绝缘体(132)是为圆柱形的环形套筒，机械中心件(133)也是为圆柱形的环形套筒，各种圆柱体的回转轴被统一，机械中心件(133)包括至少一个槽(136)，机械中心件(133)的轴平行于构成电子键合垫片(130)的各种圆柱形零件的轴，还在于机械外罩(11)包括至少一个容纳槽的滑座(113)。

2.如权利要求1所述的电子组件(10)，其特征在于机械外罩(11)主要包括底部零件(110)和顶部零件(111)，顶部零件通过耦合装置(112，113)“扣入”底部零件中，电子装配体(9)在这两个零件之间的压力下被支撑。

3.如权利要求2所述的电子组件(10)，其特征在于机械外罩(11)的底部零件(110)和顶部零件(111)由折叠钢板制成。

4.如权利要求1所述的电子组件(10)，其特征在于电子装配体(9)在超高频范围内工作。

5.如权利要求4所述的电子组件(10)，其特征在于该电子组件是环行器或超高频隔离器。

6.如权利要求4或5所述的电子组件(10)，其特征在于电子键合垫片(130)的中央传导核(131)为圆柱形、电绝缘体(132)为圆柱形的环形套筒、机械中心件(133)也为圆柱形的环形套筒，各种圆柱体的回转轴被统一，中央传导核(131)装配在电绝缘体(132)中，所述电绝缘体(132)装配到机械中心件(133)中，中央传导核(131)、电绝缘体(132)、和机械中心件(133)布置为可以提供电路的共面线和外部印刷电路的传导线之间的阻抗的连续性。

7.如权利要求6所述的电子组件，其特征在于如果电绝缘体(132)的介电常数是ε_r，其外径是D，其内径是d，则电子键合垫片(130)的阻抗Zc等于

8.如权利要求7所述的电子组件，其特征在于电绝缘体(132)的外径D和内径d之比等于3，并且该外径D在1.5毫米至5毫米之间，该内径d在0.45毫米和1.5毫米之间。

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