[发明专利]一种YIG谐振子、YIG振荡器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种钇铁石榴石YIG谐振子、YIG振荡器及其制作方法。

背景技术

YIG谐振子由于在微波波段有很高的Q值，其调谐频率与大小尺寸无关，在偏置磁场作用下，其谐振频率呈线性变化。因而YIG谐振子常用来制作YIG振荡器、YIG滤波器。YIG谐振子由YIG单晶体和耦合环构成，而YIG单晶体一般是采用YIG小球或YIG薄膜。如图1所示，为传统的两种通用YIG谐振子的结构模型图，依次为通用YIG小球谐振子和YIG薄膜谐振子。两种结构模型谐振子的等效电路图如图2所示，即YIG谐振子等效为一个电感电容电阻并联结构。

YIG谐振子的装配和调试作为纯手工操作的工序，受各种条件影响带来相当多的不确定因数。对于YIG小球谐振子，需要支撑杆使YIG小球悬空在磁场正中间，这大大降低了器件的可靠性，同时由于震颤效应而降低频率稳定度、产生相位噪声，此外还需使用加热器及其他辅助元件来使YIG小球谐振子达到温度稳定以减少环境温差的影响。对于YIG薄膜谐振子，由于YIG薄膜是粘结在陶瓷基板上，因而可靠性也不理想，同时由于耦合环仍靠手工绕制制作，造成产品的不一致性也不能进行批量生产。

传统的YIG振荡器由分立的YIG谐振子与振荡匹配电路两部分组成。如图3所示，为YIG振荡器的拓扑形式，根据振荡器工作原理要求，有源部分应在尽可能宽的频带范围内提供负阻，并且其负阻幅值应考虑YIG谐振耦合结构的损耗，以抵消其在不同频段所带来的损耗，通常情况下这种损耗是随频率的增加而增加的。在宽带范围内满足足够的负阻余量是器件宽带工作的先决条件，并且其阻抗虚部应避免呈现为容性电抗而导致与YIG的感性负载发生寄生振荡，这种不随磁场变化的固定振荡频率将限制器件的宽带工作范围。利用反馈元件可以在一定范围内调整有源部分的负阻幅值大小和频率范围。要达到两个倍频程以上的宽带负阻，就需要一种可以在一定范围内随磁场动态变化的反馈元件，如YIG谐振子反馈回路。利用YIG谐振子磁场—阻抗变化的特性来提供动态反馈，使其在工作频带内成为随磁场(频率)变化的反馈元件，以满足持续变化的负阻需要，这是任何固定反馈元件所无法提供的。

YIG振荡器传统工艺流程如图4所示，其工艺流程要陶瓷基片溅射光刻，YIG小球需要使用支撑杆固定在使用手工绕制的金丝耦合环中，双极性NPN管芯、MMIC放大器、电源芯片粘结在陶瓷基片上，宽带振荡匹配电路、去耦电容、偏置扼流电感以及传输线靠金丝键合连接，在批量生产中耦合环和小球的位置一致性较差，金丝键合长度不一致，导致器件一致性难以保证；并且，采用当前工艺制得的YIG振荡器的集成度相对较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种YIG谐振子、YIG振荡器及其制作方法。

具体的，本发明提供的一种YIG谐振子，包括耦合环和布置于所述耦合环中的YIG单晶，其特征在于，

所述耦合环为通过低温共烧铁氧体工艺按预设的耦合类型布置于多层陶瓷基板中的耦合环；所述YIG单晶镶嵌于所述耦合环中，并通过低温共烧陶瓷工艺与所述耦合环烧结为一体。

其中，所述耦合环布置于所述多层陶瓷中为垂直立体结构。

所述耦合类型包括：1/2耦合环、3/4耦合环、整环和双耦合环。

所述YIG单晶为YIG单晶小球或者为YIG单晶薄膜。

本发明还提供一种制作上述YIG谐振子的方法，包括：在生瓷带上依次进行打孔、填孔、烘干、印刷布线、叠片、层压、切割、排胶和烧结的操作，其特征在于，所述方法中：

在所述生瓷带上打孔时，还根据预先设计的耦合环类型，以打孔的方式在所述生瓷带上制作耦合环架构，并通过导电材料填孔步骤得到YIG谐振子的耦合环；

在所述生瓷带上打孔时，还根据所述耦合环的架构，在所述生瓷带上制作YIG单晶空腔；

在所述切割操作后、排胶前，还进行将YIG单晶镶嵌于所述YIG单晶空腔内的操作。

本发明还提供一种应用上述YIG谐振子的YIG振荡器，所述YIG振荡器由直流源、谐振回路、自屏蔽磁路和其他微波电路组成，其中，所述谐振回路由至少一个YIG谐振子和电磁铁调谐回路组成，其特征在于，

所述YIG振荡器包括多层陶瓷基板，所述多层陶瓷基板中顶层和中间层用于根据预先设计的电路布局布置所述微波电路；底层陶瓷基板为接地层；

所述顶层和中间层陶瓷基板上设有YIG谐振子空腔，所述空腔内镶嵌有YIG谐振子；且所述顶层和中间层陶瓷基板间通过金属过孔互通连接。