CN104485496A - 用于滤波器腔体的材料及滤波器腔体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于滤波器腔体的材料，用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属形成的复合材料，金属的添加量使复合材料热导率高于170W/m·K，热膨胀系数为6.5～11ppm/℃；本发明的复合材料除了性能上适合于制作腔体以外，还具有与介质谐振器陶瓷材料相同或者相近似的热膨胀系数，介质谐振器与腔体不必采用现有的一体化成型结构，降低了加工制造的难度；同时，具有相对较高的导热率，能够满足导热需要，降低了滤波器自损耗使温度升高造成的工作频率不稳定的问题；形成的腔体抗弯强度高、脆性小，减少了后续加工以及使用过程碎裂的风险，适合于多个谐振器的复杂结构腔体，消除应力集中的负面影响以及保证后续装配和使用。

Description

用于滤波器腔体的材料及滤波器腔体

技术领域

本发明属于通信滤波器领域，尤其涉及一种用于滤波器腔体的材料领域。

背景技术

滤波器(filter)是一种用来消除干扰杂讯的器件，在通信领域应用较为广泛且必须；随着无线基站的小型化发展，对滤波器的小型化要求越来越高，介质谐振滤波器因其尺寸紧凑、热稳定性良好和Q性能高而广泛地应用于卫星通信设备和地面蜂窝式基站设备中。

在上述应用中，双端焊接型TM模介质滤波器(简称TM模介质滤波器)具有体积小、低损耗、高温度稳定的优点。这种滤波器要求介质谐振器与盖板和腔体的底部进行焊接连接(其中盖板与腔体焊接或是螺钉连接)，保证良好的机械强度和电气连接性能。现有技术中，介质谐振器一般采用陶瓷材料制作，陶瓷材料具有特定范围的热膨胀系数，而腔体和盖板一般采用铝合金等金属材料加工形成，金属材料的热膨胀系数与陶瓷材料差异巨大，导致焊接冷却易出现焊点疲劳断裂，再者后续使用过程由于使用温度剧烈变化(-55℃～55℃)也会极易导致滤波器由于冷热应力损坏，影响滤波器产品整体的使用寿命和使用性能。

为解决上述问题，出现了采用与介质谐振器同样的材料一体化成型的腔体，该方案较好的解决了介质谐振器与腔体和盖板热膨胀系数不一致的问题，但是，实际使用中，这种技术方案具有如下缺点：

a.介质谐振器属于陶瓷材料，一体化成型带有多个谐振器的复杂结构腔体极其困难，导致成型加工成本极高；且复杂结构腔体导致应力集中，后续烧结过程收缩变形开裂会导致腔体的尺寸精度很难保证；

b.与采用铝合金等金属材料的腔体比较，介质陶瓷材料的腔体脆，后续装配、使用过程中极易损坏，降低使用寿命；

c.介质陶瓷材料的腔体的热导率低，不利于散热。

由此可见，新设计的方案仅仅解决了热膨胀系数问题，从而带来了另外的负面影响。

因此需要一种滤波器腔体材料，具有与介质谐振器陶瓷材料相同或者相近似的热膨胀系数，并且具有相对较高的导热率，能够满足导热需要，同时，在机械性能方面也能满足制作滤波器腔体的需要，与现有的一体成型结构相比，更适合于多个谐振器的复杂结构腔体，消除应力集中的负面影响以及保证后续装配和使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于滤波器腔体的材料及滤波器腔体，具有与介质谐振器陶瓷材料相同或者相近似的热膨胀系数，并且具有相对较高的导热率，能够满足导热需要，同时，在机械性能方面也能满足制作滤波器腔体的需要，与现有的一体成型结构相比，更适合于多个谐振器的复杂结构腔体，消除应力集中的负面影响以及保证后续装配和使用。

本发明的用于滤波器腔体的材料，用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属形成的复合材料，金属的添加量使复合材料热导率高于170W/m·K，热膨胀系数为6.5～11ppm/℃。

进一步，所述金属为金属铝；

进一步，所述金属铝的添加量按体积含量占总体积的37％～63％；

进一步，所述金属铝的添加量按体积含量占总体积的45％；

进一步，所述金属铝通过高温渗入SiC坯体后形成复合材料；或者通过粉末冶金并高温烧制形成复合材料。

本发明还公开了一种滤波器腔体，所述滤波器腔体利用所述的用于滤波器腔体的材料制成。

进一步，滤波器腔体的内表面镀有导电层；

进一步，所述导电层为厚度不小于4μm的铜层表面形成不小于4μm的银层或厚度不小于2μm的金层；

进一步，所述滤波器腔体底部还设有用于安装介质谐振器的凸台；

进一步，所述滤波器腔体包括盖板和通过盖板设置的调谐螺钉。

本发明的有益效果：本发明的用于滤波器腔体的材料及滤波器腔体，材料采用碳化硅与金属形成的复合材料，利用碳化硅的化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数与介质陶瓷材料相近以及机械性能好的特点，并利用金属材料增加复合材料的导热系数、增加机械强度(抗弯性能等)和电导能力，使得复合材料除了性能上适合于制作腔体以外，还具有与介质谐振器陶瓷材料相同或者相近似的热膨胀系数，解决介质谐振器与腔体和盖板热膨胀系数不一致的问题，介质谐振器与腔体不必采用现有的一体化成型结构，降低了加工制造的难度；同时，具有相对较高的导热率，能够满足导热需要，降低了滤波器自损耗使温度升高造成的工作频率不稳定的问题；腔体抗弯强度高、脆性小，减少了后续加工以及使用过程碎裂的风险，提高了成品率，与现有的一体成型结构相比，更适合于多个谐振器的复杂结构腔体，消除应力集中的负面影响以及保证后续装配和使用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1为本发明制作的腔体的结构示意图。

具体实施方式

本实施例的用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属形成的复合材料，金属的添加量使复合材料热导率高于170W/m·K，热膨胀系数为6.5～11ppm/℃，通过金属的添加，提高复合材料的热导率、机械强度和电导率，使得复合材料更能应用于滤波器腔体；同时，金属材料的选择应该是不破坏碳化硅本身的热膨胀系数、机械性能等，二者能够复合紧密并成为具有合适的性能的材料。

本实施例中，所述金属为金属铝；金属铝具有重量轻、热导率高的特点，并且对材料主体不会具有较大的负面影响，保证能够与碳化硅本身结合紧密，一体性好。

本实施例中，所述金属铝的添加量按体积含量占总体积的37％～63％；形成的材料具有与介质谐振器陶瓷材料具有相同或相近的热膨胀系数，保证介质谐振器与腔体焊接时以及焊接后的使用过程中能够保持变形的一致性，同时该材料具有较好的机械性能和适用于滤波器的性能。

本实施例中，所述金属铝的添加量按体积含量占总体积的45％；该含量使得复合材料的热膨胀性能最接近于介质谐振器陶瓷材料、整体机械性能(强度、硬度)、导热性能等特性的综合指标最佳。

本实施例中，所述金属铝通过700℃～900℃的高温渗入SiC坯体后形成复合材料；或者通过粉末冶金并在700℃～900℃高温烧制形成复合材料；采用高温渗入的方式将金属铝添加至SiC坯体，具有高温烧制的效果，分布均匀而牢固，整体保证复合材料的机械性能、导热性和导电性能；并且，高温渗入的方式不但保证整体均匀，还利于保证也碳化硅的自身性能，从而保证与介质谐振器陶瓷材料的同性；如果通过粉末冶金并高温烧制形成复合材料，具有上述效果的同时，两种材料混合更为均匀，各种技术参数更接近于所期待的数值。

本发明还公开了一种滤波器腔体，所述滤波器腔体1利用所述的用于滤波器腔体的材料制成。

本实施例中，滤波器腔体1的内表面镀有导电层；从而实现更为可靠的电气连接而形成接地结构。

本实施例中，所述导电层为厚度不小于4μm的铜层7表面形成不小于4μm的银层或厚度不小于2μm的金层8；结合腔体材料本身的性能，进一步保证具有良好的接地性能，并增加耐腐蚀性，提高设备使用周期。

本实施例中，所述滤波器腔体1底部还设有用于安装介质谐振器的凸台4；如图所示，凸台4为锥台形状，利于带中心通孔的圆柱形介质谐振器5向下定位安装和焊接，提高安装强度和良好定位，更好的实现介质谐振器5与滤波器腔体1之间的安装精度；使用时，在腔体的底部和谐振器之间印刷焊锡膏6后，再经过回流焊工艺形成焊锡层实现腔体和谐振器之间的紧固机械连接，凸台4位于谐振器中间，形成有效定位，满足带通孔的圆柱形介质谐振器的安装，更好的保证了介质谐振器与腔体的安装精度。

本实施例中，所述滤波器腔体1包括盖板2和通过盖板2设置的调谐螺钉3，所述盖板2可通过焊接或者螺栓连接于滤波器腔体1，形成整体的连接结构；当然，盖板依然采用本发明的复合材料；调谐螺钉则通过螺纹连接设置于盖板，通过旋转而实现上下移动，达到调谐的目的；利用调谐螺钉调整谐振器的频率，属于现有技术，在此不再赘述。

以下为本发明的材料的具体实施例以及应用：

实施例一

本实施例的用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属铝形成的复合材料—铝碳化硅，所述金属铝的添加量按体积含量占铝碳化硅总体积的37％，形成方式为通过冷等静压工艺成型SiC坯体，在高温下渗铝后形成，经过线切割加工形成滤波器腔体，也可采用激光切割形成；

如图所示，本实施例的滤波器腔体的内表面镀有4μm铜导电层，铜导电层表面通过电镀或者沉积形成4μm的银导电层；当然，可以采用金代替银，并减薄厚度，一般选择不小于2μm的厚度，也能实现发明目的。

本实施例中，滤波器腔体底部还设有用于安装介质谐振器的凸台；使用时，在腔体的底部和谐振器之间印刷焊锡膏后，再经过回流焊工艺形成焊锡层实现腔体和谐振器之间的紧固机械连接，凸台位于谐振器中间，形成有效定位，满足带通孔的圆柱形介质谐振器的安装，更好的保证了介质谐振器与腔体的安装精度；

本实施例中，盖板焊接于滤波器腔体，盖板上通过螺纹连接设置有调谐螺钉，该调谐螺钉与谐振器的调节部为配合。

本实施例的滤波器腔体材料以及形成的谐振腔，热膨胀系数为：6.5ppm/℃，抗弯强度为420Mpa，热导率183W/m·K。此腔体具有与介质谐振器陶瓷材料具有相近的热膨胀系数，保证介质谐振器与腔体焊接时以及焊接后的使用过程中能够保持变形的一致性，同时良好的导热率保证后续使用过程中可靠的散热性能。

实施例二

本实施例的用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属铝形成的复合材料—铝碳化硅，所述金属铝的添加量按体积含量占铝碳化硅总体积的45％，形成方式为通过将SiC和金属铝粉末冶金并在高温下烧制后形成，经过线切割加工形成滤波器腔体，也可采用激光切割形成；

如图所示，本实施例的滤波器腔体的内表面镀有6μm铜导电层，铜导电层表面通过电镀或者沉积形成4μm的银导电层；当然，可以采用金代替银，并减薄厚度，一般选择不小于2μm的厚度，也能实现发明目的。

本实施例中，滤波器腔体底部还设有用于安装介质谐振器的凸台；使用时，在腔体的底部和谐振器之间印刷焊锡膏后，再经过回流焊工艺形成焊锡层实现腔体和谐振器之间的紧固机械连接，凸台位于谐振器中间，形成有效定位，满足带通孔的圆柱形介质谐振器的安装，更好的保证了介质谐振器与腔体的安装精度；本实施例中，盖板焊接于滤波器腔体，盖板上通过螺纹连接设置有调谐螺钉，该调谐螺钉与谐振器的调节部为配合。

本实施例的滤波器腔体材料以及形成的谐振腔，热膨胀系数为：8.3ppm/℃，抗弯强度为380Mpa，热导率194W/m·K。8.3ppm/℃的热膨胀系数与介质谐振器陶瓷材料具有基本相同的热膨胀系数，保证介质谐振器与腔体焊接时以及焊接后的使用过程中能够保持变形的一致性，同时良好的导热率保证后续使用过程中可靠的散热性能。高的抗弯强度保证在安装和使用过程中正常使用。

实施例三

本实施例的用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属铝形成的复合材料—铝碳化硅，所述金属铝的添加量按体积含量占铝碳化硅总体积的63％，形成方式为通过通过凝胶-注模净尺寸成型工艺成型SiC坯体，在高温下渗铝后形成，经过线切割加工形成滤波器腔体，也可采用激光切割形成；

如图所示，本实施例的滤波器腔体的内表面镀有12μm铜导电层，铜导电层表面通过电镀或者沉积形成2μm的金导电层；当然，可以采用银代替金，并适当增加厚度，一般选择不小于4μm的厚度，也能实现发明目的。

本实施例中，滤波器腔体底部还设有用于安装介质谐振器的凸台；使用时，在腔体的底部和谐振器之间印刷焊锡膏后，再经过回流焊工艺形成焊锡层实现腔体和谐振器之间的紧固机械连接，凸台位于谐振器中间，形成有效定位，满足带通孔的圆柱形介质谐振器的安装，更好的保证了介质谐振器与腔体的安装精度；

本实施例中，盖板焊接于滤波器腔体，盖板上通过螺纹连接设置有调谐螺钉，该调谐螺钉与谐振器的调节部为配合。

本实施例的滤波器腔体材料以及形成的谐振腔，热膨胀系数为：11ppm/℃，抗弯强度为350Mpa，热导率172W/m·K。11ppm/℃的热膨胀系数与介质谐振器陶瓷材料具有相近的热膨胀系数，保证介质谐振器与腔体焊接时以及焊接后的使用过程中能够保持变形的一致性，同时良好的导热率保证后续使用过程中可靠的散热性能。高的抗弯强度保证在安装和使用过程中正常使用。

从实施例一至三的材料性能和制成腔体的情况可以看出，复合材料可以有效的提高滤波器腔体的综合性能，解决现有的滤波器腔体与谐振器材料热膨胀系数差异较大等较大差别导致的技术问题，特别是实施例二性质最优。

实际使用时，滤波器腔体内可不使用凸台而直接安装谐振器；并且由上述数据可以看出，不在滤波器腔体内表面形成导电层，也能实现发明目的，但效果稍差。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于滤波器腔体的材料，其特征在于：用于滤波器腔体的材料为碳化硅添加金属形成的复合材料，金属的添加量使复合材料热导率高于170W/m·K，热膨胀系数为6.5～11ppm/℃。

2.根据权利要求1所述的用于滤波器腔体的材料，其特征在于：所述金属为金属铝。

3.根据权利要求2所述的用于滤波器腔体的材料，其特征在于：所述金属铝的添加量按体积含量占总体积的37％～63％。

4.根据权利要求3所述的用于滤波器腔体的材料，其特征在于：所述金属铝的添加量按体积含量占总体积的45％。

5.根据权利要求2所述的用于滤波器腔体的材料，其特征在于：所述金属铝通过高温渗入SiC坯体后形成复合材料；或者通过粉末冶金并高温烧制形成复合材料。

6.一种滤波器腔体，其特征在于：所述滤波器腔体利用权利要求1至5任一权利要求所述的用于滤波器腔体的材料制成。

7.根据权利要求6所述的滤波器腔体，其特征在于：滤波器腔体的内表面形成导电层。

8.根据权利要求7所述的滤波器腔体，其特征在于：所述导电层为厚度不小于4μm的铜层表面形成不小于4μm的银层或厚度不小于2μm的金层。

9.根据权利要求6所述的滤波器腔体，其特征在于：所述滤波器腔体底部还设有用于安装介质谐振器的凸台。

10.根据权利要求6所述的滤波器腔体，其特征在于：所述滤波器腔体包括盖板和通过盖板设置的调谐螺钉。