CN102731103B - 一种超材料谐振子及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超材料谐振子的制备方法及谐振子，其制备方法为：在微波介质陶瓷片表面涂覆一层热固性树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；将金属箔覆在半固化微波介质陶瓷片表面形成预压整体；将预压整体置于真空环境下热压、固化形成覆金属箔的微波介质陶瓷片；然后加工金属微结构，将多个含有金属微结构的微波介质陶瓷片叠合、封装。采用热固性树脂胶作为粘结剂，不仅损耗低，而且耐高温，金属箔也不易剥离微波介质陶瓷片（即结合强度高），所以制备的谐振子在使用过程中不会因为温度过高使胶熔化而变形，使该谐振子可以用在大功率器件里。
Description
【技术领域】
本发明涉及滤波器领域，尤其涉及一种超材料谐振子及其制备方法。
【背景技术】
超材料是近十年来发展起来的对电磁波起调制作用的材料。超材料一般是由一定数量的金属微结构附在具有一定力学、电磁学的基板上，这些具有特定图案和材质的微结构会对经过其身的特定频段的电磁波产生调制作用。
超材料谐振子是指含金属微结构的微波陶瓷谐振子，用于制作小体积高性能的滤波器。目前常用在陶瓷板上加工金属微结构有如下几种方法：
1、在陶瓷板的单面或双面覆上铜箔后经高温1065℃~1085℃加热，使铜金属通过高温熔炼、扩散过程与Al2O3或AlN产生共晶熔体，使铜金属被紧密而坚固的贴在陶瓷板上，形成复合板，然后以蚀刻方式制备金属微结构，但该法不适合高介电微波介质陶瓷的覆铜，并且工艺过程复杂、成本高。
2、先将陶瓷板表面涂一层导电有机胶，之后电镀铜，形成覆铜陶瓷板，再蚀刻出金属微结构，但该方法铜的粘结性能差，并且陶瓷板本身不导电，需要先图导电有机胶使之导电，工艺复杂且成本高。
3、采用低温共烧工艺，但LTCC工艺较难掌握，存在不少技术难题。例如无压空气中烧结导致分层和翘曲现象；为了保护较低的烧结温度（<Ag-Pd合金的熔点），必须加入一些低熔点的助烧剂，而助烧剂又导致了高损耗。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种超材料谐振子，采用热固性树脂胶作为粘结剂，不仅损耗低，而且耐高温，制备的谐振子在使用过程中不会因为温度过高使胶熔化而变形，使该谐振子可以用在大功率器件里。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种超材料谐振子的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
在微波介质陶瓷片表面涂覆一层热固性树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
将金属箔覆在所述半固化微波介质陶瓷片表面形成预压整体；
将预压整体置于真空环境下热压，半固化后的热固性树脂胶液在热压过程中固化，形成覆金属箔的微波介质陶瓷片；
在覆有金属箔的微波介质陶瓷片上加工出多个金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
将多个含有金属微结构的微波介质陶瓷片叠合、封装，获得所需的超材料谐振子。
将所述预压整体置于真空环境下热压、固化的具体过程为：在真空环境下，并且压力不大于2.9MPa、温度不大于200℃的条件下热压40~60分钟，半固化后的热固性树脂胶液在这一过程中固化。
所述将多个含有金属微结构的微波介质陶瓷片叠合、封装的具体过程为：将热固性树脂胶液涂覆到所述的每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，然后对齐叠合、热压，半固化后的热固性树脂胶液在热压过程中固化完成封装。
涂覆到所述微波介质陶瓷片表面所采用的热固性树脂胶液与封装过程中所采用的热固性树脂胶液相同或不相同。
所述金属箔为电镀金属箔。
所述电镀金属箔的粗糙面贴覆于所述半固化微波介质陶瓷片表面。
所述热固性树脂胶液为酚醛树脂胶液、环氧树脂胶液、不饱和聚酯树脂胶液或硅醚树脂胶液。
加工所述金属微结构所用的金属为金、银、铜、铝或银钯合金。
一种超材料谐振子，由上述方法制备的超材料谐振子。
本发明的有益效果为：采用热固性树脂胶作为粘结剂，不仅损耗低，而且耐高温，金属箔也不易剥离微波介质陶瓷片（即结合强度高）；并且制备的谐振子在使用过程中不会因为温度过高使胶熔化而变形，使该谐振子可以用在大功率器件里；该工艺简单，降低了成本。
【附图说明】
图1为本发明制备方法的流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种超材料谐振子的制备方法，包括以下步骤：如图1所示
a、将高温烧结后的、厚度为1mm～2mm的微波介质陶瓷片表面磨平并清洗；
b、在微波介质陶瓷片表面涂覆一层热固性树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
c、将电镀金属箔（如电镀铜箔、电镀银箔等）粗糙面贴覆于半固化微波介质陶瓷片表面形成预压整体；粗糙面是为了加强铜箔与微波介质陶瓷片的粘结性；
d、将预压整体置于真空环境下，并且压力不大于2.9MPa、温度不大于200℃的条件下热压40~60分钟，形成覆电镀金属箔的微波介质陶瓷片；半固化后的热固性树脂胶液在这一过程中固化形成热固性树脂胶，粘结电镀金属箔和微波介质陶瓷片；
e、在覆有电镀金属箔的微波介质陶瓷片上加工出多个金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
f、将热固性树脂胶液涂覆到每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，然后对齐叠合、热压，半固化后的热固性树脂胶液在热压过程中固化完成封装；其中该步骤中所采用的热固性树脂胶液与步骤b中所采用的热固性树脂胶液可以相同也可以不相同。
其中，步骤e中金属微结构是由金属丝构成的具有一定几何形状的平面或者立体结构，如工字形、雪花形等，可以采用丝网印刷技术制备出金属微结构，也可以采用其他蚀刻、光刻、离子刻等技术，加工金属微结构所采用的金属为金、银、铜、铝或银钯合金。
采用的热固性树脂胶液为酚醛树脂胶液、环氧树脂胶液、不饱和聚酯树脂胶液或硅醚树脂胶液等，其介电损耗低（小于0.006GHz）且固化后的热固性树脂胶耐高温，粘结性比普通的胶强，金属箔不易剥离微波介质陶瓷片。由上述方法制备的谐振子在使用过程中不会因为温度过高使热固性树脂胶熔化而变形，使该谐振子可以用在大功率器件里。
实施例一
a、将高温烧结后的、厚度为1mm的微波介质陶瓷片表面磨平并清洗；
b、在微波介质陶瓷片表面（单面）涂覆一层环氧树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
c、将电镀铜箔的粗糙面贴覆于半固化微波介质陶瓷片的涂覆有环氧树脂胶液一面形成预压整体；
d、将预压整体置于真空环境下，并且压力为2.9MPa、温度为200℃的条件下热压40~60分钟，形成覆电镀铜箔的微波介质陶瓷片，半固化后的环氧树脂胶液在这一过程中固化形成环氧树脂胶，粘结电镀铜箔和微波介质陶瓷片；
e、在覆有电镀铜箔的微波介质陶瓷片上蚀刻出多个工字形金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
f、将环氧树脂胶液涂覆到每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，根据谐振子实际所需的厚度然后对齐叠合，在压力为2.5MPa、温度为180℃的条件下热压40~60分钟，半固化后的环氧树脂胶液在这一热压过程中固化完成封装，获得所需的超材料谐振子。
实施例二
a、将高温烧结后的、厚度为1.2mm的微波介质陶瓷片表面磨平并清洗；
b、在微波介质陶瓷片表面（双面）涂覆一层环氧树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
c、将电镀铜箔的粗糙面贴覆于半固化微波介质陶瓷片的表面形成预压整体；
d、将预压整体置于真空环境下，并且压力为2.5MPa、温度为200℃的条件下热压40~60分钟，形成覆电镀铜箔的微波介质陶瓷片，半固化后的环氧树脂胶液在这一过程中固化形成环氧树脂胶，粘结电镀铜箔和微波介质陶瓷片；
e、在覆有电镀铜箔的微波介质陶瓷片上蚀刻出多个工字形金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
f、将酚醛树脂胶液涂覆到每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，根据谐振子实际所需的厚度然后对齐叠合，在压力为2.3MPa、温度为180℃的条件下热压40~60分钟，半固化后的酚醛树脂胶液在这一热压过程中固化完成封装，获得所需的超材料谐振子。
实施例三
a、将高温烧结后的、厚度为1.5mm的微波介质陶瓷片表面磨平并清洗；
b、在微波介质陶瓷片表面（单面）涂覆一层酚醛树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
c、将电镀铜箔的粗糙面贴覆于半固化微波介质陶瓷片的涂覆有酚醛树脂胶液一面形成预压整体；
d、将预压整体置于真空环境下，并且压力为2.9MPa、温度为200℃的条件下热压40~60分钟，形成覆电镀铜箔的微波介质陶瓷片，半固化后的酚醛树脂胶液在这一过程中固化形成酚醛树脂胶，粘结电镀铜箔和微波介质陶瓷片；
e、在覆有电镀铜箔的微波介质陶瓷片上蚀刻出多个工字形金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
f、将酚醛树脂胶液涂覆到每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，根据谐振子实际所需的厚度然后对齐叠合，在压力为2.9MPa、温度为180℃的条件下热压40~60分钟，半固化后的酚醛树脂胶液在这一热压过程中固化完成封装，获得所需的超材料谐振子。
实施例四
a、将高温烧结后的、厚度为2mm的微波介质陶瓷片表面磨平并清洗；
b、在微波介质陶瓷片表面（单面）涂覆一层不饱和聚酯树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
c、将电镀铜箔的粗糙面贴覆于半固化微波介质陶瓷片的涂覆有不饱和聚酯树脂胶液一面形成预压整体；
d、将预压整体置于真空环境下，并且压力为2.9MPa、温度为180℃的条件下热压40~60分钟，形成覆电镀铜箔的微波介质陶瓷片，半固化后的不饱和聚酯树脂胶液在这一过程中固化形成不饱和聚酯树脂胶，粘结电镀铜箔和微波介质陶瓷片；
e、在覆有电镀铜箔的微波介质陶瓷片上蚀刻出多个工字形金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
f、将环氧树脂胶液涂覆到每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，根据谐振子实际所需的厚度然后对齐叠合，在压力为2.9MPa、温度为180℃的条件下热压40~60分钟，半固化后的环氧树脂胶液在这一热压过程中固化完成封装，获得所需的超材料谐振子。
实施例五
实施例五相对于上述四个实施例的不同点在于：重复步骤a、b、c制备多片预压整体，将多片预压整体叠合，相邻预压整体之间用牛皮纸、钢板隔开，一起置于真空环境下、且压力不大于2.9MPa、温度不大于200℃的条件下热压40~60分钟，形成多片覆电镀铜箔的微波介质陶瓷片，后续步骤与上述实施例相同，不再赘述；同时热压节约了工艺、扩大了生产规模。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (9)
1.一种超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
在微波介质陶瓷片表面涂覆一层热固性树脂胶液，经半固化处理后形成半固化微波介质陶瓷片；
将金属箔覆在所述半固化微波介质陶瓷片涂有热固性树脂胶液的表面形成预压整体；
将预压整体置于真空环境下热压，半固化后的热固性树脂胶液在热压过程中固化，形成覆金属箔的微波介质陶瓷片；
在覆有金属箔的微波介质陶瓷片上加工出多个金属微结构，制得含有金属微结构的微波介质陶瓷片；
将多个含有金属微结构的微波介质陶瓷片叠合、封装，获得所需的超材料谐振子。
2.根据权利要求1所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，将所述预压整体置于真空环境下热压、固化的具体过程为：在真空环境下，并且压力不大于2.9MPa、温度不大于200℃的条件下热压40～60分钟，半固化后的热固性树脂胶液在这一过程中固化。
3.根据权利要求1所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述将多个含有金属微结构的微波介质陶瓷片叠合、封装的具体过程为：将热固性树脂胶液涂覆到所述的每一个含有金属微结构的微波介质陶瓷片表面并半固化，然后对齐叠合、热压，半固化后的热固性树脂胶液在热压过程中固化完成封装。
4.根据权利要求3所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，涂覆到所述微波介质陶瓷片表面所采用的热固性树脂胶液与封装过程中所采用的热固性树脂胶液相同或不相同。
5.根据权利要求1所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述金属箔为电镀金属箔。
6.根据权利要求5所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述电镀金属箔的粗糙面贴覆于所述半固化微波介质陶瓷片表面。
7.根据权利要求1所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂胶液为酚醛树脂胶液、环氧树脂胶液、不饱和聚酯树脂胶液或硅醚树脂胶液。
8.根据权利要求1所述的超材料谐振子的制备方法，其特征在于：加工所述金属微结构所用的金属为金、银、铜、铝或银钯合金。
9.一种超材料谐振子，其特征在于，包括权利要求1～8任一项制备的超材料谐振子。
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