CN107039735B - 一种叠层片式功率分配模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叠层片式功率分配模块，包括输入电极、输出电极、上盖、下盖以及中间层，中间层包括叠层设置的旁路电容内电极、功率分配线圈及耦合电容内电极，功率分配线圈的数量至少为两个且相互并联；旁路电容内电极的一端连接功率分配线圈的公共端，另一端接地；功率分配线圈的公共端连接输入电极，每个功率分配线圈的非公共端连接一输出电极；每两个并联的功率分配线圈的非公共端之间连接一耦合电容内电极以及一隔离电阻。本发明在上盖和下盖之间叠层制作旁路电容内电极、功率分配线圈和耦合电容内电极，产品高度集成、体积小、焊接性好、适合高密度表面贴装，插入损耗小、隔离度高、相位及幅度平衡性优，既满足装配要求又满足电性能要求。

Description

一种叠层片式功率分配模块及其制造方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别涉及一种叠层片式功率分配模块及其制造方法。

背景技术

随着电子装备向小型化、轻量化和集成化方向的迅速发展，电子整机和系统的体积越来越小，元器件的安装密度也越来越大，这就需要相应元器件不断向小型化方向发展。微波功率分配模块是将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的元器件。传统的功率分配模块多为组装型器件，体积大，安装方式复杂，插入损耗大，隔离度不高，在性能和装配方式上均不能满足需求，因此需要提出一种新型的功率分配模块以解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种叠层片式功率分配模块，旨在解决传统功率分配模块占用空间大、装配不便、隔离度低以及插入损耗大的问题。

本发明是这样实现的，叠层片式功率分配模块，包括输入电极、输出电极、上盖、下盖以及位于所述上盖和下盖之间的中间层，所述中间层包括叠层设置的旁路电容内电极、功率分配线圈以及耦合电容内电极，所述功率分配线圈的数量至少为两个且相互并联；所述旁路电容内电极的一端连接所述功率分配线圈的公共端，另一端接地；所述功率分配线圈的公共端连接所述输入电极，每个所述功率分配线圈的非公共端连接一所述输出电极；每两个并联的所述功率分配线圈的非公共端之间连接一所述耦合电容内电极以及一隔离电阻，且所述耦合电容内电极和隔离电阻并联，所述隔离电阻内置于所述上盖和下盖之间。

本发明的另一目的在于提供一种叠层片式功率分配模块的制造方法，包括下述步骤：

将基体材料与粘合剂、溶剂、分散剂、增塑剂充分球磨混合成浆料；

将所述浆料制作成下盖和上盖；

在所述上盖和下盖之间叠层制作：

第一介质层，并在所述第一介质层上制作旁路电容内电极；

第二介质层，并在所述第二介质层上制作至少两个并联的功率分配线圈，在相互并联的功率分配线圈的非公共端之间连接隔离电阻，并且使所述功率分配线圈的公共端与所述旁路电容内电极的一端连接；

第三介质层，并在所述第三介质层上制作耦合电容内电极，并且使相互并联的两个功率分配线圈的非公共端分别连接所述耦合电容内电极的两端，使所述耦合电容内电极和隔离电阻并联，形成半成品；

对所述半成品进行切割、倒角、排胶、烧结分离获得半成品单体；

在所述半成品单体的外表面设置输入电极、输出电极和接地电极，并使所述输入电极连接所述功率分配线圈的公共端，输出电极连接所述功率分配线圈的非公共端，使所述旁路电容内电极的另一端连接所述接地电极，获得叠层片式功率分配模块。

本发明取缔传统的将耦合电容器件、旁路电容器件和功率分配器件组装为模块整体的结构，在上盖和下盖之间叠层制作旁路电容内电极、功率分配线圈和耦合电容内电极，整体产品高度集成、体积小、便于装配、焊接性好、可靠性高，适合高密度表面贴装，安装效率高，并且插入损耗小、隔离度高、相位平衡及幅度平衡性优，各部分达到有机匹配，实现信号能量分配系列化，保证产品满足不同频段的功率分配要求。同时将隔离电阻集成于输出端之间，可广泛应用于卫星通信系统、天线系统、车载信息系统、无线通信系统等的信号能量分配。

附图说明

图1是本发明实施例提供的叠层片式功率分配模块的透视图；

图2是本发明实施例提供的叠层片式功率分配模块的分解结构示意图；

图3是本发明实施例提供的叠层片式功率分配模块的等效电路图；

图4是本发明实施例提供的叠层片式功率分配模块的立体图；

图5是本发明实施例提供的叠层片式功率分配模块的制造方法流程图。

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，以下结合附图及实施例，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

请参阅附图1～3，本发明提供一种叠层片式功率分配模块，包括输入电极01、输出电极02、上盖03、下盖04以及位于上盖03和下盖04之间的中间层，该中间层包括依次叠层设置的旁路电容内电极05、功率分配线圈06以及耦合电容内电极07，功率分配线圈06的数量至少为两个且相互并联；旁路电容内电极05的一端连接功率分配线圈06的公共端061(即输入端)，另一端接地；功率分配线圈06的公共端061连接输入电极01，每个功率分配线圈06的非公共端062(即输出端)连接一输出电极02；相互并联的两个功率分配线圈06的非公共端062之间连接一耦合电容内电极07，并且还连接一隔离电阻17，该隔离电阻17和耦合电容内电极07并联，即两个非公共端062分别连接一耦合电容内电极07的两个极片和隔离电阻17的两端。可以理解，当功率分配线圈06为两个时，输出电极02为两个，耦合电容内电极07和隔离电阻17各为一个且并联，当功率分配线圈06为三个时，输出电极02对应有三个，每两个功率分配线圈06并联，隔离电阻17和耦合电容内电极07也各为三个，且一个隔离电阻17和一个耦合电容内电极07并联且连接两个输出电极02。同理当功率分配线圈06为更多个时，可以构成更多组并联电路，即将一路输入分配为多路输出。本实施例不再一一进行举例。

具体地，上盖03和下盖04作为叠层片式功率分配模块的最外层结构，中间层被夹持于上盖03和下盖04之间，中间层由上述旁路电容内电极05、功率分配线圈06以及耦合电容内电极07构成，且该三者是叠层设置的。而旁路电容内电极05和耦合电容内电极07自然各包含两个极片，即为双层结构，功率分配线圈06则是多层结构，通常由较多圈导线063螺旋绕制成一功率分配线圈06。在本实施例中，旁路电容内电极05、功率分配线圈06以及耦合电容内电极07均由片状的介质层承载，即每一电容极片及每一圈导线063均由片状的介质层承载，部分介质层还开设有用于将其上方和下方的相应电极或线圈连通的导电通孔，以实现电路连接关系。

进一步参考图2，旁路电容内电极05包括旁路电容上电极051和旁路电容下电极052，由第一介质层08承载，该第一介质层08至少包括两个第一子介质层081，分别承载旁路电容上电极051和旁路电容下电极052；功率分配线圈06由第二介质层09承载，该第二介质层09至少包括多个第二子介质层091，每个第二子介质层091承载一圈导线063；隔离电阻17可以设置于第二子介质层091上，也可以单独占用一介质层；耦合电容内电极07包括耦合电容上电极071和耦合电容下电极072，由第三介质层10承载，第三介质层10至少包括两个第三子介质层101，分别承载耦合电容上电极071和耦合电容下电极072。在第一介质层08和第二介质层09之间还设置第一中间介质层11，在第二介质层09和第三介质层10之间还设置第二中间介质层12。

继续参考图2，在两个第三子介质层101和第二中间介质层12上各设有一第一连接点13，具体可以是导电通孔，该第一连接点13将一个功率分配线圈06的非公共端062与耦合电容上电极071连通。在承载耦合电容下电极072的第三子介质层101和第二中间介质层12上各设有一第二连接点14，具体可以是导电通孔，该第二连接点14将另一个功率分配线圈06的非公共端062与耦合电容下电极072连通，进而将相互并联的两个功率分配线圈06的非公共端062分别与一个耦合电容内电极的两个电极片连接。另外，功率分配线圈06的公共端061和非公共端062可以引出至第二介质层09的侧面，用于分别连接输入电极01和输出电极02。当然，也可以将耦合电容上电极071和耦合电容下电极072引出至第三介质层10的侧面，同样实现与输出电极01和输出电极02的连接，进而实现功率分配。进一步地，在第一中间介质层11和承载旁路电容上电极051的第一子介质层081上分别设置一第三连接点15，具体可以是导电通孔，该第三连接点15将旁路电容上电极051和功率分配线圈06的公共端061连接，进而实现将旁路电容内电极05的一端与功率分配线圈06的公共端061及输入电极01连接起来。进一步参考图1，输入电极01和输出电极02设置于上盖03、下盖04和中间层的侧面，或者设置于上盖03、下盖04和中间层的侧面并向上盖03的上表面和下盖04的下表面延伸，图1所示即为这种结构。还可进一步设置接地电极16，设置于上盖03、下盖04及中间层的侧面，或设置于上盖03、下盖04和中间层的侧面并向上盖03的上表面和下盖04的下表面延伸，或设置于下盖04的底部，该旁路电容内电极05的一端连接该接地电极16。输入电极01的数量可以为一，设置于上盖03、下盖04和中间层的一个侧面，和功率分配线圈06的公共端061连接，输出电极02的数量和功率分配线圈06的数量相同，优选设置于输入电极01的相对侧，和功率分配线圈06的非公共端062一对一连接。旁路电容下电极052可以引出一个或多个连接端053和接地电极16连接。

在本实施例中，上盖03、下盖04和用于承载各内电极和线圈的片状介质层的基体材料优选为介质陶瓷，具体可以采用NPO、C0G等可以用于微波频段的微波介质陶瓷。在采用该材料时，该功率分配模块即为微波功率分配模块。当然，也可以采用适用其他频段的材料，使该功率分配模块适用于其他频段的功率分配。

在本实施例中，旁路电容内电极05、功率分配线圈06以及耦合电容内电极07采用纯银、银钯合金或金制作。银钯合金的银：钯＝100～0:0～100。

如图4，该整个功率分配模块的外形可以呈立方体状，其将耦合电容内电极07、功率分配线圈06和旁路电容内电极05以及上盖03和下盖04集成于一体，取缔传统的将耦合电容器件、旁路电容器件和功率分配器件组装为模块整体的结构，整体产品高度集成、体积小、便于装配、焊接性好、可靠性高，适合高密度表面贴装，安装效率高，并且插入损耗小、隔离度高、相位平衡及幅度平衡性优，各部分达到有机匹配，实现信号能量分配系列化，保证产品满足不同频段的功率分配要求。同时将隔离电阻集成于输出端之间，可广泛应用于卫星通信系统、天线系统、车载信息系统、无线通信系统等的信号能量分配。

本发明进一步提供一种上述叠层片式功率分配模块的制造方法，如图5，该方法包括下述步骤：

在步骤S101中，将基体材料与粘合剂、溶剂、分散剂、增塑剂充分球磨混合成浆料。

在该步骤中，基体材料可以为NPO、C0G等可以用于微波频段的微波介质陶瓷，也可以采用适用其他频段的介质材料，陶瓷材料为优选，其导热性佳。混合成的浆料的粘度优选为10－500Pa S。

在步骤S102中，将浆料制作成下盖04和上盖03。具体可以将浆料流延制作成膜带，经叠压制作成下盖04和上盖03。

在步骤S103中，在上盖03和下盖04之间叠层制作：

第一介质层08，并在所述第一介质层08上制作旁路电容内电极05；

第二介质层09，并在所述第二介质层09上制作至少两个并联的功率分配线圈06，并在相互并联的功率分配线圈06的非公共端之间连接隔离电阻17，并且使所述功率分配线圈06的公共端061与所述旁路电容内电极05的一端连接；

第三介质层10，并在所述第三介质层10上制作耦合电容内电极07，并且使相互并联的两个功率分配线圈06的非公共端062分别连接所述耦合电容内电极07的两端，耦合电容内电极07和隔离电阻17并联，形成半成品。

该步骤S102和S103可以是按照时间先后顺序进行的，即先制作上盖03和下盖04，然后在下盖04上制作中间层，再将上盖03覆盖在中间层之上。也可以是交叉进行的，如先制作下盖04，再在下盖04上制作中间层，然后制作上盖03并将其覆盖于中间层上，当然，上盖03与下盖04在同一工序中制作更有利于资源利用和提高效率。

在上述步骤S103中，可以将隔离电阻17制作在第二介质层09上，也可以在第二介质层09上另外设置一介质层用于制作隔离电阻17，本实施例不进行限定，隔离电阻可以但不限于采用氧化钌材料制作。

在该步骤S103中，可以以下盖04为基底按照由下向上的顺序制作第一介质层08、旁路电容内电极05、第二介质层09、功率分配线圈06、第三介质层10及耦合电容内电极07，可选的，下盖04可以直接作为第一介质层08。在制作第一、第二、第三介质层的同时，可以根据需要在相应介质层上开设导电通孔，以便于介质层上下电路的导通，例如功率分配线圈06的导通，功率分配线圈06和旁路电容内电极05的导通，功率分配线圈06和耦合电容内电极07的导通等。另外，在制作各内电极和功率分配线圈06时，需要根据设计将部分电极引出至各介质层侧面，以便于和后续制作的端电极(输入电极01、输出电极02和接地电极16)连接。

具体的实施过程可以如下所述，在下盖04上制作第一子介质层081，在第一子介质层081上制作旁路电容下电极052，并且将旁路电容下电极052引出若干引线053于第一子介质层081侧面，用于和后续制作的接地电极16连接。在旁路电容下电极052上制作另一第一子介质层081，并在其上制作旁路电容上电极051。然后制作第一中间介质层11并在其上开设导电通孔，然后连续制作若干层第二子介质层091并开设导电通孔，并在每层上制作导线063，并且通过第二子介质层091的导电通孔将导线063连通形成功率分配线圈06，可以在第二介质层09的不同位置制作两个以上的功率分配线圈06，若干个功率分配线圈06在最下层的第二子介质层091上具有公共端061，作为输入端，旁路电容上电极051也向上穿过第一中间介质层11和第二子介质层091与该公共端061连接。在最上层的第二子介质层091上，不同的功率分配线圈06的非公共端062各自引出，用于连接后续制作的端电极。制作好功率分配线圈06后，再制作隔离电阻17，并且使之两端连接相互并联的功率分配线圈的非公共端。隔离电阻17可以和功率分配线圈位于同一介质层上，也可以单独设置一介质层。然后制作第二中间介质层12并开设导电通孔，然后制作两个第三子介质层101并在其上制作耦合电容下电极072和耦合电容上电极071，其数量为功率分配线圈06的数量减1，并且通过第二中间介质层12和第三子介质层101上的导电通孔将耦合电容上电极071和耦合电容下电极072分别与并联的功率分配线圈06的非公共端062连接。在制作好中间层后，将上盖03覆盖于中间层的上表面。

在步骤S104中，对半成品进行切割、倒角、排胶、烧结分离获得半成品单体。

在步骤S105中，在半成品单体的外表面设置输入电极01、输出电极02和接地电极16，并使输入电极01连接功率分配线圈06的公共端061，输出电极02连接非公共端062，使旁路电容内电极05的另一端连接接地电极16，获得叠层片式功率分配模块。

在该步骤中，将单体半成品放置在专用异形涂银机上，根据输入电极01和输出电极02的形状选用合适的涂银滚轮，将输入电极01和输出电极02的形状移印在单体半成品上，然后经烧银完成接地电极16的制作。

进一步地，将上了输入电极01、输出电极02和接地电极16后的产品经端头处理、分选得到叠层片式微波功率分配模块成品。

本发明实施例采用LTCC技术(低温共烧陶瓷技术)制作上述功率分配模块，取缔传统的将耦合电容器件、旁路电容器件和功率分配器件组装为模块整体的结构，在上盖03和下盖04之间叠层制作旁路电容内电极05、功率分配线圈06和耦合电容内电极07，整体产品高度集成、体积小、便于装配、焊接性好、可靠性高，适合高密度表面贴装，安装效率高，并且插入损耗小、隔离度高、相位平衡及幅度平衡性优，是一种新型的既满足装配要求又满足电性能要求的功率分配器件。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种叠层片式功率分配模块，其特征在于，包括输入电极、输出电极、上盖、下盖以及位于所述上盖和下盖之间的中间层，所述中间层包括叠层设置的旁路电容内电极、功率分配线圈以及耦合电容内电极，所述功率分配线圈的数量至少为两个且相互并联；所述旁路电容内电极的一端连接所述功率分配线圈的公共端，另一端接地；所述功率分配线圈的公共端连接所述输入电极，每个所述功率分配线圈的非公共端连接一所述输出电极；每两个并联的所述功率分配线圈的非公共端之间连接一所述耦合电容内电极以及一隔离电阻，且所述耦合电容内电极和隔离电阻并联，所述隔离电阻内置于所述上盖和下盖之间；

所述旁路电容内电极、功率分配线圈以及耦合电容内电极均由介质层承载，部分所述介质层开设有用于将其上方和下方的电路导通的导电通孔；

所述旁路电容内电极由第一介质层承载，所述第一介质层包括分别承载所述旁路电容内电极的旁路电容上电极和旁路电容下电极的两个第一子介质层；所述功率分配线圈由第二介质层承载，所述第二介质层包括分别承载所述功率分配线圈的每圈导线的若干个第二子介质层，所述隔离电阻设置于所述第二子介质层上，不同的第二子介质层上的导线通过所述第二子介质层的导电通孔电性连接形成一功率分配线圈；所述耦合电容内电极由第三介质层承载，所述第三介质层包括分别承载所述耦合电容内电极的耦合电容上电极和耦合电容下电极的两个第三子介质层，在所述第一介质层和第二介质层之间还设置第一中间介质层，在所述二介质层和第三介质层之间还设置第二中间介质层，在两个第三子介质层和第二中间介质层上各设有一第一导电通孔，该第一导电通孔将一个功率分配线圈的非公共端与耦合电容上电极连通，在承载耦合电容下电极的第三子介质层和第二中间介质层上各设有一第二导电通孔，该第二导电通孔将另一个功率分配线圈的非公共端与耦合电容下电极连通，在第一中间介质层和承载旁路电容上电极的第一子介质层上分别设置一第三导电通孔，该第三导电通孔将旁路电容上电极和功率分配线圈的公共端连接。

2.如权利要求1所述的叠层片式功率分配模块，其特征在于，所述输入电极和输出电极设置于所述上盖、下盖和中间层的侧面，或者设置于所述上盖、下盖和中间层的侧面并向所述上盖的上表面和下盖的下表面延伸。

3.如权利要求1所述的叠层片式功率分配模块，其特征在于，所述介质层为微波陶瓷介质层。

4.如权利要求1所述的叠层片式功率分配模块，其特征在于，还包括接地电极，设置于所述上盖、下盖及中间层的侧面，或设置于所述上盖、下盖和中间层的侧面并向所述上盖的上表面和下盖的下表面延伸，或设置于所述下盖的底部，所述旁路电容内电极的一端连接所述接地电极。

5.一种叠层片式功率分配模块的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

将基体材料与粘合剂、溶剂、分散剂、增塑剂充分球磨混合成浆料；

将所述浆料制作成下盖和上盖；

在所述上盖和下盖之间叠层制作：

第一介质层，并在所述第一介质层上制作旁路电容内电极，所述第一介质层包括两个第一子介质层，在第一子介质层上制作旁路电容下电极，在旁路电容下电极上制作另一第一子介质层，并在其上制作旁路电容上电极；

第一中间介质层，并在所述第一中间介质层上开设导电通孔；

第二介质层，并在所述第二介质层上制作至少两个并联的功率分配线圈，所述第二介质层包括若干个第二子介质层，不同的第二子介质层上的导线通过所述第二子介质层的导电通孔电性连接形成一功率分配线圈，在相互并联的功率分配线圈的非公共端之间连接隔离电阻，并且使所述功率分配线圈的公共端通过第一中间介质层上的导电通孔与所述旁路电容上电极连接；

第二中间介质层，并在所述第二中间介质层上开设导电通孔；

第三介质层，并在所述第三介质层上制作耦合电容内电极，所述第三介质层包括分别承载所述耦合电容内电极的耦合电容上电极和耦合电容下电极的两个第三子介质层，使相互并联的两个功率分配线圈的非公共端通过第二中间介质层上开设导电通孔分别连接所述耦合电容上电极和耦合电容下电极，使所述耦合电容内电极和隔离电阻并联，形成半成品；

对所述半成品进行切割、倒角、排胶、烧结分离获得半成品单体；

在所述半成品单体的外表面设置输入电极、输出电极和接地电极，并使所述输入电极连接所述功率分配线圈的公共端，输出电极连接所述功率分配线圈的非公共端，使所述旁路电容内电极的另一端连接所述接地电极，获得叠层片式功率分配模块。

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述上盖、下盖、第一介质层、第二介质层和第三介质层的基体均为微波介质陶瓷。

7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述在所述半成品单体的外表面设置输入电极、输出电极和接地电极的步骤具体为：将所述半成品单体放置在专用异形涂银机上，根据输入电极和输出电极的形状选用合适的涂银滚轮，将输入电极和输出电极的形状移印在半成品单体上，然后经烧银完成接地电极的制作。

8.如权利要求5-7任一项所述的制造方法，其特征在于，所述浆料的粘度为10－500Pa·S。

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