一种大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片及其生产方法与流程

文档序号:12066404阅读:301来源:国知局

本发明涉一种大功率氮化铝陶瓷基板衰减片,特别涉及一种大功率氮化铝陶瓷基板100瓦的衰减片及其生产方法。



背景技术:

目前大多数通讯基站都是应用大功率陶瓷负载片来吸收通信部件中反向输入功率,大功率陶瓷负载片只能单纯地消耗吸收多余的功率,而无法对基站的工作状况做实时的监控,当基站工作发生故障时无法及时地作出判断,对设备没有有保护作用。而衰减片不但能在通信基站中可吸收通信部件中反向输入的功率,而且能够抽取通信部件中部分信号,对基站进行实时监控,从而对设备形成有效保护。

衰减片作为一个功率消耗元件,不能对两端电路有影响,也就是说其应与两端电路都是匹配的。目前国内100W-30dB的氮化铝陶瓷衰减片,其衰减精度不仅大多只能做到1G频率以内,少数能做到2G,且衰减精度和设备配备的VSWR较难控制,输出端得到的信号不符合实际要求。特别是在衰减片使用频段高于2G时,其衰减精度往往达不到要求,回波损耗变大,满足不了2G以上的频段应用要求。为了满足3G即以上频段衰减片的需求,现有技术CN201110205641公开了一种100W-30dB的氮化铝陶瓷衰减片,虽然能够满足3G网络的需求,但是由于其电阻结构设计不合理,其衰减精度只能达到30dB±1,无法适应现阶段3G频段中对衰减片具有高精度衰减的需求,同时根本无法满足到现有的4G网络和5G网络的需求,因此,目前国内3G频段以上的网络中所用到的衰减精度达到100瓦30dB±0.5以上的衰减片主要还是依靠进口的产品,同时现有技术中缺乏对于精度更高的150瓦30dB的衰减片有效的生产方法,导致整体生产产品的次品率和使用寿命存在明显的缺陷。



技术实现要素:

针对上述现有技术的不足,本发明要解决的技术问题是提供一种阻抗满足50±1.5Ω,在3G频段内衰减精度为可达30±0.6dB以内,最佳衰减精度可达30±0.1dB,驻波要求在3G频段输入端为1.2以内,输出端为1.25以内,能够满足目前4G网络的应用要求且能够承受100瓦的功率的大功率氮化铝陶瓷基板衰减片。

为了解决现有技术的缺陷,本发明的第一目的在于提供一种高精度大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片,其特征在于:包括一8.9*5.7*1mm的氮化铝基板,所述氮化铝基板的背面印刷有背导层,所述氮化铝基板的正面印刷有导线及电阻,所述导线连接所述电阻形成衰减电路,所述衰减电路的包含5个电阻R1、R2、R3、R4和R5,在输入端电阻R1、R2并联,输出端电阻R4、R5并联,其中输入端的电阻大小相等,输出端的电阻大小相等,输入端电阻面积大于输出端电阻面积,电阻R3再分别与输入端和输出端的电路串并联,并且设置在输入端和输出端的电阻之间同时竖直排列于基板上焊盘中央,所述电阻上印刷有玻璃保护膜,所述玻璃保护膜及导线上印刷有第一黑色保护膜,所述第一黑色保护膜上印刷有一层介质层,所述介质层结构上有两个竖直对称分布R3两侧的对称长方形凸起,所述介质层上印刷有第二黑色保护膜,所述衰减片的衰减精度为30±0.6dB以内。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片,优选的,所述介质层上印刷有第二黑色保护膜;所述介质层的银浆浆料由如下重量份的组分组成,银铬金属粉80-85重量份,玻璃粉8-10重量份,有机载体15-18重量份,三者重量份之和为100。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片,优选的,所述输入端电阻面积设置为最大值,输出端电阻设置为最小值;所述银浆浆料的银铬金属粉中银粉占85-90重量份,铬粉占10-15重量份,所述衰减片的衰减精度为30±0.3dB以内。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片,优选的,所述背导层、导线由导电银浆印刷而成,所述电阻由电阻浆料印刷而成。

为解决现有技术的缺陷,本发明的另一个目的在于提供一种高质量的生产高精度大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片的方法,其特征在于,包括如下具体步骤:(1)清洁基板步骤:选取尺寸为8.9*5.7*1mm的氮化铝基板,采用95%以上的无水酒精清洗基板,溶剂挥发完毕后,于2小时内进行印刷导体步骤;(2)印刷背导层:采用厚膜印刷工艺,选用张力为的25±1N的网版,控制温度保持在25±2℃,将浆料通过网版印刷到基板的正面,放置15min后,将基板放入烘箱预烘,预烘结束后进行高温烧结;(3)印刷正导层步骤:采用与印刷背面导体相同的方式印刷正导层;(4)印刷正面电阻步骤:在正面导体上进一步印刷电阻,采用与印刷背面导体相同的方式一次性将电阻R1、R2、R4和R5,进一步印刷电阻R3,放入烘箱预烘,预烘结束后进行高温烧结;(5)印刷绿色玻璃保护膜步骤:采用与印刷正面导体相同的方式印刷绿色玻璃保护膜,将基板放入烘箱预烘,预烘结束后,在低于电阻高温烧结的温度下进行烧结;(6)调阻程序:采用双调电阻的方法,分别将电阻R1和R2以及R4和R5之间的导体同时切割,设置电阻R1、R2、R3、R4和R5,其中输入端的电阻大小相等,输出端的电阻大小相等,输入端电阻面积大于输出端电阻面积,电阻R3再分别与输入端和输出端的电路串联形成混联电路,并且设置在输入端和输出端的电阻之间同时竖直排列于基板上焊盘中央,所述衰减电路中输入端和输出端电阻的边缘与电阻中间导线边缘保持一致;(7)第一黑色保护膜印刷步骤:采用与印刷正面导体相同的方式印刷,黑色保护膜印刷操作结束后,放置留平,同时进行预烘干,预烘后,对产品进行高温烘烤,黑色保护膜彻底固化;(8)双U型介质层印刷步骤:所述第一黑色保护膜上于输出端电阻R4和R5之间印刷一层双U型介质层,其印刷工艺与第一黑色保护膜的印刷工艺相同;(9)第二黑色保护膜印刷步骤:与第一黑色保护膜印刷方式相同;(10)产品端接地银浆印刷步骤:将正导层和背导层通过端接地银浆导通,形成完整电路;(11)电镀处理步骤。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片的生产方法,优选的,所述步骤(2)和步骤(3)中预烘过程的预烘温度为165℃,预烘时间为15min,高温烧结的温度为850-900℃,步骤(2)中烧结时间为15-20min,步骤(3)中高温烧结的时间为15-20min。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片的生产方法,优选的,所述步骤(4)中预烘过程的预烘温度为170℃,预烘时间为15-20min,高温烧结的温度为800-850℃,烧结时间为15-20min。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片的生产方法,优选的,所述步骤(5)、步骤(7)-(9)中预烘过程的预烘温度为180℃,预烘时间为20-25min,高温烧结的温度为600-650℃,烧结时间为20-25min。

所述的大功率氮化铝陶瓷基板100瓦衰减片的生产方法,优选的,所述步骤(11)的电镀处理操作中,采用先电镀镍,再电镀银的电镀顺序。

本发明中涉及的介质层的银浆浆料中,所述银浆浆料的银铬金属粉中银粉占85-90重量份,铬粉占10-15重量份;所述银粉的粒度为5~6μm,此粒度范围的银粉所制得的介质浆料效果更好。

所述玻璃粉和有机载体可以采用现有技术CN2015101030206中所述的成分和配比的玻璃粉,包括如下成分,SiO2、B2O3、ZnO、Bi2O3、 ZrO2、MgO,玻璃粉的各组分的重量百分比为,SiO2为10~30%,B2O3为 10~20%,ZnO为35~55%,Bi2O3为5~15%,ZrO2为1~4%,MgO为1~4%。

有机载体包括有机溶剂、增稠剂、表面活性剂和流平剂,有机载体包括如下重量份的组分,有机溶剂为88~95份,增稠剂为5~10 份,表面活性剂为0.5~3份和流平剂为0.5~3份。

在一些实施方式中,所述有机溶剂为丁基卡比醇、二甲苯、无水乙醇的混合物,所述丁基卡比醇、二甲苯、无水乙醇等质量混合。所述增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇的混合物,所述聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇等质量混合。所述表面活性剂为卵磷脂,所述流平剂为蓖麻油。

本发明的技术方案具有如下有益效果:(1)本发明涉及的衰减片以8.9*5.7*1mm的氮化铝基板作为基板,把传统的3电阻或5电阻串联设计,通过串并联原理设计成5电阻,并设计成完整的非对称电路,为了在此尺寸的氮化铝基板上把功率容量最大化,将电路输入端的电阻面积最大化,而输出端的电阻面积最小化的非对称设计,因而在电阻值达到设计的理论值后还无法达到理想的衰减值,通过在第一黑色保护膜上于输出端电阻R4和R5之间印刷特定结构的介质干扰层的方法调整衰减片衰减值,获得了在0~3GHz全频段的衰减值可达到30±0.6dB以内,进一步通过对介质层浆料的成分进行调配,在3GHz的部分频段内获得衰减值可达到30±0.3dB以内,其中部分频段的精度可达到30±0.1dB,实现了衰减片衰减精度提升100倍以上。

该衰减片以8.9*5.7*1MM的氮化铝基板作为基准,在第一黑色保护膜上加印了一层介质层,这样能够有效的改善衰减片的衰减精度,使得该衰减片在上述氮化铝基板的尺寸规格下可到达阻抗50±1.5Ω,在3G频段以内衰减精度为30±0.6dB以内,驻波要求在3G频段输入端为1.2以内,输出端为1.25以内,能够满足目前4G网络的应用要求且能够承受100瓦的功率的技术要求,打破了原来衰减片只能应用于低频的局面,通过对介质层浆料的成分进行调配,使得衰减片同样能应用于高频率的4G的网络,在4GHz频段以内衰减精度可以达到30±0.8dB。

本发明涉及的衰减片的生产方法,将输入端和输出端的两个电阻采用并联的设计,从而使得整个电路变成由五个电阻组成,并且创造性分别将输入端两个电阻以及输出端的两个电阻的表面电阻率设计成一样,从而实现了输入输出端的四个电阻R1、R2、R4、R5可以一次性印刷完成,相比传统的生产工艺大大节约生产时间,同时还进一步提高了产品的性能。

在印刷正背导层的步骤中,通过对印刷背导和正导层顺序的固定,进一步保证了产品后续步骤中的焊接效果。同时,在印刷操作中通过放置流平,通过预烘和烧结温度的精确控制,使得预烘过程浆料不会产生表干现象,保证了溶剂的完全挥发,在后续的高温烧结工序中,不会出现由未挥发溶剂形成的小气泡,把印刷的银层顶破,形成小凹坑,造成银浆表面不平滑,从而增大信号通过的噪声,对高频产生影响,降低高频的特性。

在印刷正面电阻、绿色玻璃保护膜步骤和印刷黑色保护膜步骤中,同样采用预烘和烧结步骤,有效地避免了一次性烧结造成产品次品率升高,同时,在上述步骤中采用逐级降低烧结温度的方式,并结合烧结时间的精确控制,有效地避免了后续的烧结步骤对于前序步骤中已烧结电阻和保护膜的破坏,充分保证了产品的合格率、产品的性能以及产品持续使用的寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图;

附图标记说明:基板1,导线2,玻璃保护膜-3,第一黑色保护膜4,第二黑色保护膜5,介质层6。

具体实施方式

制备例1

玻璃粉采用熔炼法制得,称取SiO2 20g、B2O3 15g、ZnO 55g、Bi2O37g、 ZrO2 2.5g、MgO 0.5g,充分混合放入坩埚中,在1180℃温度下加热熔化,经过水淬,球磨得到所需的玻璃粉,玻璃粉的粒度为2~8μm;在60℃下,制备有机溶液,称取4.2g丁基卡比醇、4.2g二甲苯、4.2g无水乙醇、0.55g聚乙烯醇缩丁醛、0.55g聚乙二醇、0.15g卵磷脂、0.15g蓖麻油充分搅拌即得;选取粒度为5μm的Ag粉77g,粒度为1.5μm的玻璃粉8g,充分混合后,加入15g的有机载体中充分混合研磨,得到所需的介质层浆料。

制备例2

玻璃粉采用熔炼法制得,称取SiO2 20g、B2O3 15g、ZnO 55g、Bi2O37g、 ZrO2 2.5g、MgO 0.5g,充分混合放入坩埚中,在1180℃温度下加热熔化,经过水淬,球磨得到所需的玻璃粉,玻璃粉的粒度为2~8μm;在60℃下,制备有机溶液,称取4.2g丁基卡比醇、4.2g二甲苯、4.2g无水乙醇、0.55g聚乙烯醇缩丁醛、0.55g聚乙二醇、0.15g卵磷脂、0.15g蓖麻油充分搅拌即得;选取粒度为6μm的Ag粉72g,粒度为1.5μm的玻璃粉10g,充分混合后,加入18g的有机载体中充分混合研磨,得到所需的介质层浆料。

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。

实施例1:

如图1所示,该100瓦衰减片,包括一8.9*5.7*1mm的氮化铝基板,所述氮化铝基板1的背面印刷有背导层,所述氮化铝基板的正面印刷有导线2及电阻,所述导线连接所述电阻形成衰减电路,所述衰减电路的包含5个电阻R1、R2、R3、R4和R5,在输入端电阻R1、R2并联,输出端电阻R4、R5并联,其中输入端的电阻大小相等,输出端的电阻大小相等,输入端电阻面积大于输出端电阻面积,电阻R3再分别与输入端和输出端的电路串并联,并且设置在输入端和输出端的电阻之间同时竖直排列于基板上焊盘中央,所述电阻上印刷有玻璃保护膜3,所述玻璃保护膜及导线上印刷有第一黑色保护膜4,所述第一黑色保护膜上与输出端电阻R4和R5之间印刷一层介质层6,所述介质层结构上有两个竖直对称分布R3两侧的对称长方形凸起,所述介质层上印刷有第二黑色保护膜5,具体步骤为:(1)清洁基板步骤:(1)清洁基板步骤:将氮化铝基板,采用95%以上的无水酒精清洗基板,溶剂挥发完毕后,于2小时内进行印刷导体步骤;(2)印刷背导层:采用厚膜印刷工艺,选用张力为的25±1N的网版,控制温度保持在25±2℃,将浆料通过网版印刷到基板的正面,放置15min后,将基板放入烘箱预烘,预烘结束后进行高温烧结,预烘温度为165℃,预烘时间为15min,高温烧结的温度为850℃,烧结时间为15min;(3)印刷正导层步骤:采用与印刷背面导体相同的方式印刷正导层;所述正导层包括焊盘和微带线,预烘温度为165℃,预烘时间为15min,高温烧结的温度为850℃,烧结时间为20min;(4)印刷正面电阻步骤:在正面导体上进一步印刷电阻,采用与印刷背面导体相同的方式一次性将电阻R1、R2、R4和R5,进一步印刷电阻R3,放入烘箱预烘,预烘结束后进行高温烧结;预烘过程的预烘温度为170℃,预烘时间为20min,高温烧结的温度为800℃,烧结时间为15min(5)印刷绿色玻璃保护膜步骤:采用与印刷正面导体相同的方式印刷绿色玻璃保护膜,将基板放入烘箱预烘,预烘结束后,在低于电阻高温烧结的温度下进行烧结;(6)调阻程序:采用双调电阻的方法,分别将电阻R1和R2以及R4和R5之间的导体同时切割,在输入端电阻R1、R2并联,输出端电阻R4、R5并联,其中输入端的电阻大小相等,输出端的电阻大小相等,输入端电阻面积大于输出端电阻面积,输入端电阻面积设置为最大值,输出端电阻设置为最小值,电阻R3再分别与输入端和输出端的电路串并联,并且设置在输入端和输出端的电阻之间同时竖直排列于基板上焊盘中央,所述衰减电路中输入端和输出端电阻的边缘与电阻中间导线边缘保持一致;(7)第一黑色保护膜印刷步骤:黑色保护膜印刷操作结束后,放置留平,同时进行预烘干,预烘后,对产品进行高温烘烤,黑色保护膜彻底固化;(8)双U型介质层印刷步骤:在第一黑色保护膜上印刷一层介质层,其印刷工艺与第一黑色保护膜的印刷工艺相同,采用制备例1中获得的浆料印刷介质层;(9)第二黑色保护膜印刷步骤:与第一黑色保护膜印刷方式相同;步骤(5)和(7)-(9)中预烘过程的预烘温度为180℃,预烘时间为20min,高温烧结的温度为600℃,烧结时间为20min;(10)产品端接地银浆印刷步骤:将正导层和背导层通过端接地银浆导通,形成完整电路;(11)电镀处理操作中,采用先电镀镍,再电镀银的电镀顺序。

该衰减片在上述氮化铝基板的尺寸规格下可到达阻抗50±1.5Ω,经过R1、R2、R3和输出端电阻R4和R5对功率的逐步吸收,从输出端输出实际所需要的信号。设计成完全非对称电路,在3G频段以内衰减精度为30±0.1dB,驻波要求在3G频段输入端为1.2以内,输出端为1.25以内,能够满足4G网络的应用要求且能够承受100瓦的功率的技术要求,在4GHz频段以内衰减精度可以达到30±0.8dB。

实施例2

与实施例1的其他制备工艺相同,(8)双U型介质层印刷步骤中采用制备例2中获得的浆料印刷介质层,获得衰减片的基本参数与实施例1中的参数相当,在3G频段以内衰减精度为30±0.2dB,驻波要求在3G频段输入端为1.2以内,输出端为1.25以内,能够满足4G网络的应用要求且能够承受100瓦的功率的技术要求,在4GHz频段以内衰减精度可以达到30±0.8dB。。

对比例1

与实施例1的其他制备工艺相同,设置步骤(2)和步骤(3)均采用一次性烧结,高温烧结的温度为900℃,烧结时间为25min;设置步骤(4)采用一次性烧结,高温烧结的温度为850℃,烧结时间为25min;设置步骤(5)和步骤(7)-(9)采用一次性烧结,高温烧结的温度为600℃,烧结时间为30min,将输入端电阻面积设置为最大电阻面的4/5,输出端电阻面积设置为最小电阻面的1.1倍,该衰减片输入端和接地的阻抗为50±1.5Ω,输出端和接地端的阻抗为50±1.5Ω,设计成非对称电路,在3GHz频段以内衰减精度为30±1dB,无法应用于4GHz频段,不能够满足目前4G网络的应用要求。

对比例2

采用与对比例1中相同的制备工艺,其中输入端电阻面积设置为最大,输出端电阻面积设置为最小,获得所述的衰减片,该衰减片在上述氮化铝基板的尺寸规格下可到达阻抗50±1.5Ω,在4GHz频段以内衰减精度为30±0.5dB,驻波要求在4GHz频段输入端为1.2以内,输出端为1.25以内,且能够承受100瓦的功率的技术要求,但相比实施例1-2的衰减片,信号通过的噪声相对较大,对高频性能产生了一定的影响。

以上对本发明实施例所提供的一种大功率氮化铝陶瓷基板100瓦,衰减精度可达30±0.6dB以内的衰减片进行了详细介绍,实现了衰减片衰减精度提升100倍以上,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制,凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

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