介质波导滤波器及其制备方法

文档序号:785729 发布日期:2021-04-09 浏览:5次 >En<

阅读说明:本技术 介质波导滤波器及其制备方法 (Dielectric waveguide filter and method for manufacturing the same ) 是由 金志刚 黎健 曾卓玮 于 2020-12-30 设计创作,主要内容包括:本公开涉及介质波导滤波器及其制备方法,该介质波导滤波器的制备方法包括:形成介质本体,所述介质本体包括相对设置的第一表面和第二表面,所述第一表面设置有盲孔;在所述盲孔的底部进行光刻,形成用于调低频率的辅助孔;在所述介质本体的表面形成图案化的金属层。本公开实施例提供的技术方案中,通过采用光刻工艺,在盲孔底部形成用于调低频率的辅助孔,可实现将滤波器的频率向低频调节,改善了生产过程中频率偏高批次产品的频率无法下调的问题;且由于采用了非接触调试方法,相比于传统打磨调试方式,有利于减少损耗,降低调试成本。(The present disclosure relates to a dielectric waveguide filter and a method for manufacturing the same, the method for manufacturing the dielectric waveguide filter includes: forming a medium body, wherein the medium body comprises a first surface and a second surface which are oppositely arranged, and the first surface is provided with a blind hole; photoetching the bottom of the blind hole to form an auxiliary hole for adjusting the frequency; and forming a patterned metal layer on the surface of the dielectric body. According to the technical scheme provided by the embodiment of the disclosure, the auxiliary hole for adjusting the frequency is formed at the bottom of the blind hole by adopting a photoetching process, so that the frequency of the filter can be adjusted to a low frequency, and the problem that the frequency of a batch of products with higher frequency cannot be adjusted downwards in the production process is solved; and because the non-contact debugging method is adopted, compared with the traditional polishing debugging mode, the method is beneficial to reducing loss and debugging cost.)

介质波导滤波器及其制备方法

技术领域

本公开涉及通信技术领域,尤其涉及一种介质波导滤波器及其制备方法。

背景技术

随着通信技术的发展,对通信装置中滤波器(包括陶瓷介质波导滤波器,简称陶瓷滤波器)的尺寸和性能方面要求较高,陶瓷滤波器在5G领域的应用具有优势,随着5G基站大规模建设,其将充分受益于5G技术带来的变革。陶瓷滤波器的制备方式主要是在介质陶瓷表面镀上金属层,在金属层上去掉不需要的金属材料形成所需的金属图案,即进行去金属化处理,以形成耦合电容图形,实现滤波的功能。

为满足陶瓷滤波器的频率需求,在陶瓷滤波器的生产加工中,需要对其频率进行调试。传统采用人工打磨的方式去除不需要的金属材料,但该方式形成微小尺寸的难度较大,且耗材较多,成本较高。为了改善上述问题,可采用光刻工艺进行频率调试。但光刻工艺中,光源从上往下垂直光刻,限制了调试只能从低频往高频方向调试,在批量生产中无法对频率高的产品(即滤波器)进行电性能调试。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题,本公开提供了一种介质波导滤波器及其制备方法。

本公开提供了一种介质波导滤波器的制备方法,包括:

形成介质本体,所述介质本体包括相对设置的第一表面和第二表面,所述第一表面设置有盲孔;

在所述盲孔的底部进行光刻,形成用于调低频率的辅助孔;

在所述介质本体的表面形成图案化的金属层。

在一些实施例中,所述形成介质本体包括:

将陶瓷介质材料压制成生坯;

在预设温度下将所述生坯烧结成陶瓷介质本体。

在一些实施例中,当所述介质波导滤波器的频率需要降低时,增大所述辅助孔的深度和/或增大所述辅助孔的截面面积。

在一些实施例中,所述在所述盲孔的底部进行光刻,包括:

在预设光束半径和预设光束能量下,光刻所述盲孔的底部;

其中,所述辅助孔的截面面积与所述光束半径呈正比例,所述辅助孔的深度与所述光束能量呈正比例。

在一些实施例中,所述金属层的图案包括圆形、椭圆形、多边形及组合图形中的至少一种。

在一些实施例中,所述金属层的材料包括银。

在一些实施例中,所述金属层的形成方式包括:浸银、电镀、喷涂、丝印或镀膜。

本公开还提供了一种介质波导滤波器,包括介质本体,所述介质本体包括相对设置的第一表面和第二表面,所述第一表面设置有盲孔,所述盲孔底部叠加设置有用于调低频率的辅助孔;且所述介质本体的表面设置有图案化的金属层。

在一些实施例中,所述介质本体采用陶瓷材料,所述金属层采用银材料,所述盲孔采用压制烧结形成,所述辅助孔采用激光光刻形成。

在一些实施例中,通过增大所述辅助孔的截面面积和/或增大所述辅助孔的深度,降低所述介质波导滤波器的频率。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点:

本公开实施例提供的介质波导滤波器的制备方法中,在介质本体的第一表面设有盲孔,在盲孔底部先进行光刻形成用于调低频率的辅助孔之后,再进行介质本体表面金属化,可以利用辅助孔将该介质波导滤波器的频率调低,即实现频率往低频移动,解决了批量生产过程中介质波导滤波器的频率偏高的问题;同时采用光刻工艺,其为非接触调试方式,克服了传统打磨调试方式中的磨损问题,有利于降低损耗,降低成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种介质波导滤波器的制备方法的流程示意图;

图2为本公开实施例提供的一种介质波导滤波器中,在盲孔底部叠加辅助孔的结构示意图;

图3为本公开实施例提供的一种介质本体与现有介质本体的结构对比示意图;

图4为本公开实施例提供的一种介质波导滤波器与现有介质波导滤波器的结构对比示意图;

图5为本公开实施例提供的一种介质波导滤波器与现有介质波导滤波器的性能对比示意图;

图6为本公开实施例提供的一种频率随辅助孔的深度变化的曲线;

图7为本公开实施例提供的一种频率随辅助孔的半径变化的曲线;

图8为本公开实施例提供的两种不同光刻半径下,辅助孔的光刻效果图;

图9为本公开实施例提供的另一种介质波导滤波器与现有介质波导滤波器的性能对比示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点,下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开,但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施;显然,说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。

滤波器频率调试方式中,若采用人工打磨的加工方式实现去除介质本体表面的部分金属层,由于微波介质陶瓷材料具有高脆性、高硬度等特点,用传统的人工打磨的实现方式在介质本体的表面刻蚀耦合电容微槽的难度大,且容易破坏陶瓷表面;同时,传统的人工打磨为机械加工方式,该方式存在耗材磨损,即耗材随着长时间使用易产生尺寸偏差,不易工业化管控,且耗材更替导致加工成本较高。

针对此,可采用光刻工艺,例如激光刻蚀的方式实现金属层的图案化过程。其中,激光刻蚀的基本原理是将高光束质量的小功率激光束聚焦成极小光斑,在焦点处形成很高的功率密度,使材料在瞬间汽化蒸发,形成孔、缝、槽等结构,最终形成耦合电容相关图形,该激光刻蚀工艺具有非接触、无污染和可实现微米线度精细加工、自动化集成能力强的优点。

由此,采用激光刻蚀的方式对陶瓷滤波器表面的金属层进行图案化,可实现电极制作和频率调试;且采用激光刻蚀替代传统的人工转头打磨调试的方式,刻蚀精度高,生产可控,调试效率提高;且由于不存在磨头损耗,极大的降低了调试成本。

应用激光刻蚀的频率调试(即激光调试)方法中,采用激光光刻去除介质本体表面的部分金属层,例如银,可使滤波器频率升高,即通带往高频移动,以达到滤波器的电性能指标要求。

但是,相关技术中的激光调试,由于其光源由上往下进行垂直光刻,即介质本体表面的金属层逐渐减薄,使得频率调试只能从低频往高频方向调试,而无法将频率偏高的产品再向低频方向调试,从而无法对频率偏高的滤波器进行频率调试。

针对上述问题,本公开实施例提供一种介质波导滤波器的制备方法,采用在介质本体的第一表面的盲孔底部进行光刻后,再进行金属化的方法,可以使滤波器的频率向低频移动,改善批量生产中频率偏高的问题。具体地,该方法也可称为介质波导滤波器激光逆调试方法,具体包括:压制、烧结陶瓷后获得滤波器基体,即介质本体;在滤波器基体的孔(即盲孔)内进行光刻,将辅助孔叠加形成于盲孔的底部;对光刻后的滤波器基体进行表面金属化工艺,形成滤波器。进一步地,通过增大光刻圆直径和/或深度,可控制频率向低频移动,且实现移频变化量的控制。

下面结合图1-图9对本公开实施例提供的介质波导滤波器的制备方法、由该制备方法形成的介质波导滤波器以及可实现的有益效果进行示例性说明。

在一些实施例中,图1示出了本公开实施例的一种介质波导滤波器的制备方法。如图1所示,该制备方法包括如下步骤。

S110、形成介质本体。

其中,介质本体包括相对设置的第一表面和第二表面,第一表面设置有盲孔。

其中,第一表面指向第二表面的方向可称为介质波导滤波器的高度方向,第一表面和第二表面在介质波导滤波器的高度方向隔开。

其中,盲孔的开口设置在第一表面,其深度方向与介质波导滤波器的高度方向相同,且盲孔的深度小于介质本体的高度。第一表面至少设置一个盲孔,可选的,在第一表面的中心设置一个盲孔,或者在第一表面对称设置两个或更多个盲孔,本公开不限定。

可选的,介质本体的四个角可设置倒圆角和/或倒直角,以提高耦合能量。

在一些实施例中,在采用陶瓷介质本体的情况下,该步骤可包括:

步骤一:将陶瓷介质材料压制成生坯。

步骤二:在预设温度下将生坯烧结成陶瓷介质本体。

具体地,可利用压制模具,通过压制、烧结的过程,由陶瓷介质材料形成陶瓷介质本体。

其中,预设温度可基于陶瓷介质材料设置,也可为一温度范围,例如1000℃、1100℃-1200℃或其他温度范围,本公开不限定。

S120、在盲孔的底部进行光刻,形成用于调低频率的辅助孔。

其中,在介质本体上盲孔的底部首先进行光刻,例如采用激光刻蚀,形成继续向第二表面凹陷的频率调节孔,该频率调节孔称为辅助孔,可用于调低频率。

示例性地,图2示出了本公开实施例的一种介质本体中的,在盲孔底部叠加辅助孔的结构。参照图2,Z方向代表介质波导滤波器的高度方向,也是盲孔的深度方向;在介质本体200的第一表面201设置盲孔211,盲孔211可在前述压制烧结步骤中形成;在盲孔211的底部叠加形成辅助孔212。

需要说明的是,图2中仅示例性地示出了单个频率孔(可包括盲孔和辅助孔,也可理解为辅助孔)的截面,在其他实施方式中,频率孔的数量和分布方式可基于介质波导滤波器的需求设置,本公开实施例不限定。

示例性地,图3示出了本公开实施例的一种介质本体与现有介质本体的结构对比图。参照图3,本公开实施例提供的介质波导滤波器20中,介质本体200的第一表面201设置盲孔211,且在盲孔211的底部叠加形成辅助孔212;而现有的介质波导滤波器001中,介质本体01仅包括盲孔011,盲孔011的底部未叠加设置辅助孔或其他结构。

图3中仅示例性地示出了6个频率孔,且呈2排3列的阵列分布,在其他实施方式中,频率孔的数量还可为其他数量,采用其他排布方式,本公开实施例不限定。

S130、在介质本体的表面形成图案化的金属层。

其中,图案化的金属层为具有预设镂空图案的金属层,可采用掩膜镀膜的方式形成,也可采用先镀层后取出预设区域的金属层的方式形成。

示例性地,图4示出了本公开实施例的一种介质波导滤波器与现有介质波导滤波器的结构对比图,在理解为在图3的基础上,在介质本体的表面金属化之后的结构。其中,001代表现有的介质波导滤波器,其为未光刻调试陶瓷产品;20代表本公开实施例提供的介质波导滤波器,205代表金属层,其为光刻调试后陶瓷产品。对比可知,本公开实施例在现有的介质本体的盲孔211内,叠加设置辅助孔212之后,再形成金属层205。

示例性地,图5示出了本公开实施例的一种介质波导滤波器与现有介质波导滤波器的性能对比示意图。其中,横坐标X代表频率,单位为赫兹(Hz);纵坐标Y代表插入损耗(Insertion Loss),单位为分贝(dB);L001代表现有介质波导滤波器的电性能曲线,L301代表本公开实施例的介质波导滤波器的电性能曲线,图5中的曲线共用同一横坐标。经对比可知,将光刻调试后的介质波导滤波器的电性能优于未经光刻调试的介质波导滤波器的电性能。

在上述实施方式中,可通过设置辅助孔的深度和截面面积尺寸控制频率向低频移动的频移变化量;对应地,可调节光刻设备中光刻圆直径和深度参数控制频移变化量,下文中进行示例性说明。

在一些实施例中,当介质波导滤波器的频率需要降低时,增大辅助孔的深度和/或增大辅助孔的截面面积。

其中,辅助孔的深度为辅助孔沿介质波导滤波器的高度方向的高度,其截面面积为辅助孔垂直于其深度方向的截面的面积,也可理解为辅助孔平行于第一平面的截面的面积。且辅助孔的深度越深,介质波导滤波器的频率越低;辅助孔的截面面积越大,介质波导滤波器的频率越低。由此,通过增大辅助孔的深度和辅助孔的截面面积中的至少一个参量,即可实现降低介质波导滤波器的频率。

示例性地,图6示出了本公开实施例的一种频率随辅助孔的深度变化的曲线。其中,横坐标Hs代表辅助孔的深度,单位为毫米(mm);纵坐标re代表介质波导滤波器的响应,可为频率;L31代表频率随深度的变化趋势曲线。如图6所示,随着辅助孔的深度增大,介质波导滤波器的频率变小,即频率往低频移动。

示例性地,图7示出了本公开实施例的一种频率随辅助孔的半径变化的曲线。其中,横坐标R2代表辅助孔的半径,单位为微米(μm);纵坐标re代表介质波导滤波器的响应,可为频率;L32代表频率随半径的变化趋势曲线。如图7所示,随着辅助孔的半径增大,介质波导滤波器的频率变小,即频率往低频移动。

在一些实施例中,在图1的基础上,S120中的在盲孔的底部进行光刻,具体可包括:

在预设光束半径和预设光束能量下,光刻盲孔的底部。

其中,辅助孔的截面面积与光束半径呈正比例,辅助孔的深度与光束能量呈正比例。

基于此,通过增大预设光束半径,可增大辅助孔的半径,降低介质波导滤波器的频率;通过增大光束能量,可增大辅助孔的深度,降低介质波导滤波器的频率。

其中,预设光束半径和预设光束能量的数值可基于介质波导滤波器的频率需求设置,本公开实施例不限定。

示例性地,图8示出了本公开实施例中,两种不同光刻半径下,辅助孔的光刻效果图。其中,盲孔211的半径R00相同时,第一辅助孔2121的半径R01大于第二辅助孔2122的半径R02,则对应介质波导滤波器的频率,前者小于后者。

示例性地,介质波导滤波器通带频率要求为3400MHz-3600MHz时,图9示出了本公开实施例的一种介质波导滤波器与现有介质波导滤波器的性能对比示意图。其中,横坐标X代表频率,单位为赫兹(Hz);纵坐标Y代表插入损耗(Insertion Loss),单位为分贝(dB);L002代表现有介质波导滤波器的电性能曲线,表征未光刻陶瓷就进行金属化的产品的电性能,L302代表本公开实施例的介质波导滤波器的电性能曲线,表征经光刻调试的陶瓷金属化后的滤波器的电性能,图9中的曲线共用同一横坐标。经对比可知,光刻调试前滤波器通带偏高30MHz,光刻调试后通带频率偏低10MHz。由此,通过光刻陶瓷后再金属化的方式,可以使滤波器通带往低移动。

在一些实施例中,金属层的材料包括银。

如此,即可满足金属层的电性能需求,又可确保产品成本。在其他实施方式中,金属层的材料还可包括铜、金或其他导电材料。

在一些实施例中,金属层的形成方式包括:浸银、电镀、喷涂、丝印或镀膜。

具体地,陶瓷滤波器表面金属化的步骤,可采用如浸银、电镀、喷涂、丝印以及镀膜等方式。

在一些实施例中,金属层的图案包括圆形、椭圆形、多边形及组合图形中的至少一种。

具体地,图形可基于介质波导滤波器的需求灵活设置。

本公开实施例提供了一种介质波导滤波器的制备方法,可实现激光逆调试。该方法中,通过压制、烧结陶瓷后获得滤波器基体;在滤波器基体的盲孔内进行光刻,形成用于调低频率的辅助孔;对光刻后的滤波器基体进行表面金属化工艺,如此,在陶瓷盲孔内光刻图案,去除表面部分陶瓷,再金属化,实现频率往低移动。进一步地,介质波导滤波器陶瓷光刻面积越大,频率往低移动越多,与常规光刻去银方式频率移动方向相反;介质波导滤波器陶瓷光刻深度越深,频率往低移动越多,与常规光刻去银方式频率移动方向相反。

相较于现有的介质波导滤波器调试采用人工打磨调试,本公开实施例中采用激光调试,通过去除盲孔底部陶瓷达到移频效果,去除盲孔底部陶瓷,可使频率往低频移动;且采用激光调试,光刻陶瓷可批量自动化生产,提高生产效率,降低成本,解决生产过程中频率偏高批次产品的问题。

在上述实施方式的基础上,本公开实施例还提供了一种介质波导滤波器,该介质波导滤波器可由上述任一种介质波导滤波器的制备方法形成。

示例性地,可继续参照图3和图4,该介质波导滤波器20包括介质本体200,介质本体200包括相对设置的第一表面201和第二表面(图中未示出),第一表面201设置有盲孔211,盲孔211底部叠加设置有用于调低频率的辅助孔212;且介质本体200的表面设置有图案化的金属层205。

如此,通过在盲孔211底部设置辅助孔212,可调低频率,有利于改善生产过程中频率偏高批次产品的问题。

在一些实施例中,介质本体200采用陶瓷材料,金属层205采用银材料,盲孔211采用压制烧结形成,辅助孔212采用激光光刻形成。

如此,通过激光光刻陶瓷,可在盲孔211的底部形成辅助孔212,实现激光逆调试;同时,光刻陶瓷的刻蚀效率较高,例如需要3秒左右,可实现批量自动化生产,提高生产效率,降低成本。

在一些实施例中,通过增大辅助孔的截面面积和/或增大辅助孔的深度,降低介质波导滤波器的频率。

其中,辅助孔的深度越深,介质波导滤波器的频率越低;辅助孔的截面面积越大,介质波导滤波器的频率越低。基于此,通过增大辅助孔的深度和辅助孔的截面面积中的至少一个参量,即可实现降低介质波导滤波器的频率。

本公开实施例提供的介质波导滤波器,通过在盲孔211底部设置辅助孔212,可调低频率,有利于改善生产过程中频率偏高批次产品的问题。

需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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