CN112210761B - 一种5g天线移相器表面可焊金属的沉积工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，包括：S1.多弧沉积形成伪合金层：多弧电流80‑150A，负压600‑800V，沉积时间1‑10min；S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量50‑300sccm，降低起弧电流至30‑60A，降低负压至10‑90V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为1‑5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积厚度不低于8微米；S3.多弧沉积制备表面防氧化层。本发明提出的移相器腔体处理工艺方法，通过对伪合金层的设计，使得基底层与后续的金属膜层的结合力都非常好(特别是在高盐雾环境下)，从而使其抗剥离强度较高。能实现大规模、低成本的生产，能够实现对环境污染的电镀的替代。
Description
技术领域
本发明属于移动通信基站天线技术领域，主要涉及一种5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺。
背景技术
在移动通信网络覆盖中，电调基站天线是覆盖网络的关键设备之一，而移相器又是电调基站天线的核心部件，移相器性能的优劣直接决定了电调基站天线的性能，进而影响到网络覆盖质量，故移相器在移动基站天线领域的重要性是不言而喻的。目前板状天线主流移相器主要采用腔体移相器，但这类腔体主要采用铝合金拉制而成，而此材料无法直接进行焊接。目前天线移相器腔体(铝型材)表面处理工艺采用电镀铜、电镀锡工艺方案满足电缆屏蔽层与腔体焊接导通，成本较高；然而铝型材电镀铜和锡存在电镀层脱落隐患，天线长期使用有短路失效风险；同时因为电镀的不均匀性，结合强度低，影响后期移相器三阶交调性能，增加返修成本；同时当移相器微波网络为多路设计时，需要的腔体长度较长，电镀面积较大，造成急剧的成本上升，以及处理时环境污染的问题。CN201610768798.3公开了一种天线移相器铝型材腔体表面电弧喷涂方法，包括以下步骤：S1、对铝型材腔体表面进行导电氧化；S2、将腔体上不需要焊接的地方覆盖；S3、在腔体焊接位置进行喷砂处理；S4、在焊接位置依次喷铜、喷锡。上述电弧喷涂方法也存在膜层不均匀致密的问题，且工艺较复杂。
因此，研究开发一种结合强度高、致密性好，无环境污染的移相器腔体的表面沉积工艺，具有极大的市场价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，通过对伪合金层的设计，使得基底层与后续的金属膜层的结合力高，抗剥离强度得以增强，工艺步骤和参数使膜层致密性好，无环境污染。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，包括如下步骤：
S1.多弧沉积形成伪合金层：对铝基移相器腔体进行多弧沉积，多弧电流80-150A，负压600-800V，沉积时间1-10min，在铝基移相器腔体表面形成微区融化，实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合；
S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量50-300sccm，降低起弧电流至30-60A，降低负压至10-90V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为1-5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积时间0.1-2h，沉积厚度不低于8微米；
S3.多弧沉积制备表面防氧化层：关闭磁控电源，降低多弧起弧电流至1-10A，真空气压为0.1-1Pa，负压为10-50V，沉积时间0.1-10min，沉积金属锡，沉积厚度10-200nm。
本发明5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，先在铝基移相器腔体表面通过电弧沉积技术形成伪合金层，使得基底层与后续的金属膜层的结合力高；然后再沉积金属Cu或者Ni，在沉积过程中采用多弧等离子体和磁控相互叠加进行沉积，提高了离化率和膜基结合强度。最后沉积锡防氧化层。本发明沉积的膜层与基体结合强度不低于100N，且80℃盐雾溶度为5％的环境下，500h后结合强度大于70N。
本发明中所述的伪冶金层为：移相器基体在多弧等离子体的作用下，微区形成高温发生融化，等离子体与基体元素Al发生冶金结合，这层称为伪冶金层；伪冶金层的厚度为表面1-100纳米纵深。
电弧沉积是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使金属靶材蒸发物质与气体都发生电离作用，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件表面。
在本发明中，优选地，S2和S3处理过程中，铝基移相器腔体表面温度不超过300℃。确保铝基移相器腔体的性能稳定性。
在本发明中，优选地，S1所述铝基移相器腔体表面形成微区融化时，其表面的测量温度为450-500℃。实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合。
在本发明中，优选地，S3所述多弧沉积制备表面防氧化层过程中，起弧方式为脉冲式起弧，起弧频率10-50Hz。锡的熔点231℃，沉积过程中非常容易发生局部温度过高而发生融化；在Sn电弧沉积过程中，起弧方式为脉冲式起弧，起弧频率10-50Hz有利于避免发生局部温度过高。
在本发明中，具体地，S3所述多弧沉积制备表面防氧化层过程中，通过100-200mT的强直流磁场控制弧斑在锡靶中心烧蚀，锡靶为圆形，直径为50-80mm，弧斑烧蚀直径为40-60mm。以免烧蚀至外表面。
具体地，所述沉积工艺使用的设备包括圆形炉体、磁控设备、多弧沉积设备和抽真空设备，圆形炉体内设置有可旋转的圆环平台，圆环平台上放置有若干个工件机构，圆环平台内侧设有若干个磁控靶材，圆环平台外侧设有若干个多弧靶材；所述工件机构内放置有多个铝基移相器腔体。多弧靶材连接方式为O圈连接密封，磁控靶材密封方式为金属密封；机械泵连接真空室，分子泵设置在真空室的正下方，与真空室通过O圈连接。更具体的结构如附图1中所示。进一步地，圆环平台的转速为1-2r/min，工件机构的自转速度为5-10r/min。所述圆环平台上的铝基移相器数量不低于1500个，铝基移相器的长度为10-600mm。所述圆环平台外侧的多弧靶材总数量为30-40个，圆环平台内侧的磁控靶材数量为6-10个。本发明设备的设计，能够实现大规模低成本的生产，能够实现对环境污染的电镀的替代。
铝基移相器腔体在真空腔室内运动方式为自转+公转，移相器腔体靠近多弧靶时主要为多弧沉积；当移相器腔体转至内圈时为磁控溅射镀膜；多弧镀膜沉积速度快，表面容易形成微孔；磁控沉积速度慢，但形成的膜层致密性好；在多弧沉积-磁控沉积混合交替沉积过程中容易实现高致密的膜层的沉积，提高移相器的耐盐雾腐蚀能力以及焊接结合强度。此外，自转速度为公转速度的5-10倍，可减低多弧或磁控的单元循环层的厚度，多弧层厚度越小，后续沉积磁控时填孔的能力越强；膜层整体更加光滑、平整；倍数过低多弧沉积厚度过厚，填孔效果变差，膜层致密性差；转速速度过高，膜层循环层数过多、界面过多，影响整体膜层内应力，最终导致结合强度偏差。
通过本发明的处理工艺方法和设备，本发明中膜层与基体结合强度不低于100N；且80℃盐雾溶度为5％环境下，500h后结合强度大于70N。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明提出的移相器腔体处理工艺方法和设备，通过对伪合金层的设计，使得基底层与后续的金属膜层的结合力都非常好(特别是在高盐雾环境下)，从而使其抗剥离强度较高。
2、本发明相关工艺和设备对铝基移相器表面处理，其设备使用寿命高，成本低，能实现大规模、低成本的生产，能够实现对环境污染的电镀的替代。
3、基于多弧技术能够实现超低熔点的锡的弧光放电沉积。
附图说明
图1为本发明5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺流程示意图。
图2为本发明5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺设备结构示意图。
图3为本发明5G天线铝基移相器腔体镀膜面结构。
在图2中：201观察窗，202真空室门，203工件机构，204内环孪生磁控靶材，205真空室右侧，206多弧靶材，207高阀，208抽气机组，209真空室左侧。
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，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
下述实施例所采用的原料如无特殊说明，均为市售。
下述实施例使用的设备如图2所示，本发明使用的设备包括圆形炉体、磁控设备、多弧沉积设备和抽真空设备，圆形炉体内设置有可旋转的圆环平台，圆环平台上放置有若干个工件机构，圆环平台外侧设有多弧靶材总数量为30-40个，圆环平台内侧设有磁控靶材数量为6-10个。所述工件机构内放置有多个铝基移相器腔体。圆环平台的转速为1-2r/min，工件机构的自转速度为5-10r/min，自转速度为圆环平台转速的5-10倍。所述圆环平台上的铝基移相器数量不低于1500个，铝基移相器的长度为10-600mm。本发明使用的设备的设计，能够实现大规模、低成本的生产，能够实现对环境污染的电镀的替代。
实施例1:
S1.多弧沉积形成伪合金层：对铝基移相器腔体进行多弧沉积，多弧电流100A，负压800V，沉积时间5min，在该条件下产生瞬间高温，在铝基移相器腔体表面形成微区融化，其表面的测量温度为450-500℃，实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合；工件公转速度2r/min，自转速度10r/min；
S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量200sccm，降低起弧电流至30A，降低负压至90V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积时间2h，沉积厚度10微米；
S3.多弧沉积制备表面防氧化层：关闭磁控电源，降低多弧起弧电流至10A，真空气压为0.5Pa，负压为50V，沉积时间10min，沉积金属锡，沉积厚度200nm。其中，起弧方式为脉冲式起弧，起弧频率50Hz。
实施例2:
S1.多弧沉积形成伪合金层：对铝基移相器腔体进行多弧沉积，多弧电流100A，负压800V，沉积时间5min，在该条件下产生瞬间高温，在铝基移相器腔体表面形成微区融化，其表面的测量温度为450-500℃，实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合；工件公转速度1r/min，自转速度5r/min；
S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量200sccm，降低起弧电流至30A，降低负压至10-90V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积时间2h，沉积厚度8微米；
S3.多弧沉积制备表面防氧化层：关闭磁控电源，降低多弧起弧电流至10A，真空气压为0.4Pa，负压为50V，沉积时间8min，沉积金属锡，沉积厚度100nm。其中，起弧方式为脉冲式起弧，起弧频率10-50Hz。
实施例3:
S1.多弧沉积形成伪合金层：对铝基移相器腔体进行多弧沉积，多弧电流100A，负压800V，沉积时间5min，在该条件下产生瞬间高温，在铝基移相器腔体表面形成微区融化，其表面的测量温度为450-500℃，实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合；工件公转速度1r/min，自转速度5r/min；
S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量100sccm，降低起弧电流至30A，降低负压至10-90V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积时间2h，沉积厚度8微米；
S3.多弧沉积制备表面防氧化层：关闭磁控电源，降低多弧起弧电流至10A，真空气压为0.3Pa，负压为50V，沉积时间6min，沉积金属锡，沉积厚度50nm。其中，起弧方式为脉冲式起弧，起弧频率10-50Hz。
实施例4:
S1.多弧沉积形成伪合金层：对铝基移相器腔体进行多弧沉积，多弧电流100A，负压-800V，沉积时间3min，在该条件下产生瞬间高温，在铝基移相器腔体表面形成微区融化，其表面的测量温度为450-500℃，实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合；工件公转速度1r/min，自转速度5r/min；
S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量100sccm，降低起弧电流至30A，降低负压至80V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积时间2h，沉积厚度8微米。
将实施例1-4镀膜后的铝基移相器腔体在常规环境下以及盐雾环境下测试膜与铝基移相器腔体的结合力，测试方法：盐雾环境：盐液浓度：(5±1)％；试验箱温度：(35±2)℃；PH值(25℃)：6.5～7.2；盐雾沉降率：(1.0～2.0)/(80cm^2*h)；采用激光将铝基移相器表面铜膜切割成一定面积的正方形，将直径1mm的金属线一段焊接在移相器的测试点上。焊接时保证铜线和移相器垂直，焊点饱满光滑，焊点复常温后将移相器夹在拉力计上，开始加力至铜线和移相器分离，记录拉力。
测试结果如下：
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1.多弧沉积形成伪合金层：对铝基移相器腔体进行多弧沉积，多弧电流80-150A，负压600-800V，沉积时间1-10min，在铝基移相器腔体表面形成微区融化，实现膜层和铝基移相器腔体的伪冶金结合；
S2.多弧沉积形成中间焊接层：通入氩气，流量50-300sccm，降低起弧电流至30-60A，降低负压至10-90V；同时打开磁控电源，调整磁控电流为1-5A，沉积金属Cu或者Ni，沉积时间0.1-2h，沉积厚度不低于8微米；
S3.多弧沉积制备表面防氧化层：关闭磁控电源，降低多弧起弧电流至1-10A，真空气压为0.1-1Pa，负压为10-50V，沉积时间0.1-10min，沉积金属锡，沉积厚度10-200nm；
S3所述多弧沉积制备表面防氧化层过程中，起弧方式为脉冲式起弧，起弧频率10-50Hz，通过100-200mT的强直流磁场控制弧斑在锡靶中心烧蚀；
所述沉积工艺使用的设备包括圆形炉体、磁控设备、多弧沉积设备和抽真空设备，圆形炉体内设置有可旋转的圆环平台，圆环平台上放置有若干个工件机构，圆环平台内侧设有若干个磁控靶材，圆环平台外侧设有若干个多弧靶材；所述工件机构内放置有多个铝基移相器腔体。
2.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，S2和S3处理过程中，铝基移相器腔体表面温度不超过300℃。
3.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，S1所述铝基移相器腔体表面形成微区融化时，其表面的测量温度为450-500℃。
4.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，S3所述多弧沉积制备表面防氧化层过程中，锡靶为圆形，直径为50-80mm，弧斑烧蚀直径为40-60mm。
5.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，S1所述多弧沉积中，圆环平台的转速为1-2r/min，工件机构的自转速度为5-10r/min。
6.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，所述圆环平台上的铝基移相器数量不低于1500个，铝基移相器的长度为10-600mm。
7.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，所述圆环平台外侧的多弧靶材总数量为30-40个，圆环平台内侧的磁控靶材数量为6-10个。
8.根据权利要求1所述5G天线移相器表面可焊金属的沉积工艺，其特征在于，膜层与基体结合强度不低于100N；且80℃盐雾浓 度为5％环境下，500h后结合强度大于70N。
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- 2020-10-13 CN CN202011090041.6A patent/CN112210761B/zh active Active
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