CN113381150B - 基于电容并联的隔离器用塑封外壳及隔离器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电容并联的隔离器用塑封外壳及隔离器，属于微波元器件技术领域，包括引脚金属部分（61）、载体金属部分（62）和塑料部分（63），所述载体金属部分（62）上设置有形状大小相同的三个电容接地引脚，三个电容接地引脚均向内弯折形成用于容纳上层芯片电容（8）和下层芯片电容（9）的容纳腔（62e），所述上层芯片电容（8）与下层芯片电容（9）在所述容纳腔（62e）内上下并联；本发明相对于传统塑封外壳设计可提高端口电容容量，可实现内部元件全国产化制作600MHz～700MHz的集总参数环行器/隔离器，还可减小单个电容的尺寸，增大单个电容的厚度；利于电容制作，降低低频器件制作的物料成本。

Description

基于电容并联的隔离器用塑封外壳及隔离器
技术领域
本发明涉及微波元器件技术领域，尤其涉及一种基于电容并联的隔离器用塑封外壳及由该塑封外壳组成的隔离器。
背景技术
当前5G通讯Sub6GHz频段范围是450MHz～6GHz，属于低频通信领域（相对于通信来说mm波称为高频）。低频通讯由于其传播距离远、穿透能力强，受到各国通讯运营商的青睐，中国广电和中国移动已经加快了在700MHz的频段布局，土耳其的电信运营商Turk Telekom已在探索N71频段（617MHz～698MHz）在5G通讯上的应用，低频的通讯基站设备对系统中具备小型化特征的集总参数隔离器/隔离器需求更加迫切。
目前，传统的低频集总参数非互易磁性器件即隔离器的结构如图1所示，主要包括上金属外壳1、锶恒磁2、中心导体模组3、单层芯片电容4、射频电阻5、塑封外壳6和下金属外壳7；其中，上金属外壳1和下金属外壳7都为铁制的金属外壳，为器件提供封闭磁路；锶恒磁2为器件提供外加的恒定磁场；中心导体模组3为电路的非互易结，起能量环行作用；单层芯片电容4与中心导体模组3构成LC回路；射频电阻5提供50欧姆匹配负载；塑封外壳6为信号传输提供传输路径，同时作为内部元件（包括单层芯片电容4和射频电阻5）焊接安装的载体。
上述的传统低频集总参数隔离器的结构中，其塑封外壳6的具体结构如图2所示，主要包括引脚金属部分61、载体金属部分62和塑料部分63；其中，引脚金属部分61为两个单独的引脚（提供信号传输），载体金属部分62提供接地和元件焊接安装载体位置，塑料部分63为两个金属部分组合（即引脚金属部分61和载体金属部分62）提供载体，为内部元件防护提供屏障；
上述的传统塑封外壳电容安装位置如图3所示， 图中2.2mm*1mm的尺寸和3.3mm*1mm的尺寸位置为电容安装位置，电容的最大制作尺寸为2.05mm*0.95mm；
上述的传统塑封外壳主要存在以下问题：
低频集总参数非互易磁性器件在设计时电容容值随着频率的降低而增大，当前电容一类瓷材料仅仅能够做到介电常数140；对于758MHz～803MHz集总参数隔离器/隔离器，目前设计的塑封外壳最大电容安装尺寸2.1mm*1mm，电容厚度需做到0.1mm～0.13mm左右才能满足其17PF～22PF电容容值设计要求。由于高介电常数的一类瓷材料研发困难，电容制作厚度在0.16mm以下就会导致电容制作的容量离散性大，无法大批量供应，导致当前低频集总参数隔离器/环行器批量生产无法实现。若继续采用上述传统电容及塑封外壳设计，对于后续通讯使用的600MHz～700MHz的集总参数环行器/隔离器设计将造成很大困难。
发明内容
本发明的目的之一，就在于提供一种基于电容并联的隔离器用塑封外壳，从而在塑封外壳尺寸和电容安装尺寸均固定的情况下，实现更低频段的隔离器设计，该发明亦可应用到低频段的环行器设计。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于电容并联的隔离器用塑封外壳，包括引脚金属部分、载体金属部分和塑料部分，所述载体金属部分上设置有形状大小相同的第一电容接地引脚、第二电容接地引脚和第三电容接地引脚，还设置有一个中间接地板，其中，所述第一电容接地引脚与中间接地板左右相对设置，所述第二电容接地引脚与第三电容接地引脚左右相对设置，所述第一电容接地引脚、第二电容接地引脚和第三电容接地引脚均向内弯折形成用于容纳上层芯片电容和下层芯片电容的容纳腔，所述容纳腔的底部与中间接地板的上表面平齐。
作为优选的技术方案：所述引脚金属部分和载体金属部分采用磷青铜材料冲压成型并电镀镍银。进一步优选C5191磷青铜，厚度优选0.13mm。可以确保芯片电容焊接牢靠。本领域技术人员能够理解的，采用其他牌号的其他已知的用于制作塑封外壳金属部分的材料，也能实现本发明。
作为优选的技术方案：所述塑料部分采用LCP塑料进行注塑成型，进一步优选LCP塑料的牌号为E130i，该牌号的塑料流动性好，且成型后强度较高。本领域技术人员能够理解的，采用其他牌号的其他已知的用于制作塑封外壳塑料部分的材料，也能实现本发明。
作为优选的技术方案：所述第一电容接地引脚、第二电容接地引脚和第三电容接地引脚的上部宽度比上层芯片电容的宽度短，进一步优选短0.1mm，上层芯片电容在该设计下焊接时不易造成焊锡短路。
作为优选的技术方案：所述第一电容接地引脚、第二电容接地引脚和第三电容接地引脚的上部折弯位置宽度为0.3 mm～0.4mm。
本发明的目的之二，在于提供一种采用上述的塑封外壳制成的隔离器，技术方案为，包括从上至下依次装配的上金属外壳、锶恒磁、上层芯片电容、中心导体模组、下层芯片电容、射频电阻、塑封外壳以及下金属外壳；其中，所述塑封外壳包括引脚金属部分、载体金属部分和塑料部分，所述载体金属部分上设置有形状大小相同的第一电容接地引脚、第二电容接地引脚和第三电容接地引脚，所述第一电容接地引脚、第二电容接地引脚和第三电容接地引脚均向内弯折形成容纳腔，所述上层芯片电容与下层芯片电容在所述容纳腔内上下并联。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明较传统塑封外壳设计可提高端口电容容量，可实现内部元件全国产化制作600～700MHz的集总参数隔离器/环行器，还可减小单个电容的尺寸，增大单个电容的厚度；利于电容制作，降低低频器件制作的物料成本。
附图说明
图1为传统的低频集总参数隔离器的分解结构图；
图2为图1中塑封外壳的结构示意图；
图3为图2中传统塑封外壳的电容安装位置示意图；
图4为本发明实施例的低频集总参数隔离器的分解结构图；
图5为图1中塑封外壳的结构示意图；
图6为本发明的隔离器上下电容并联路径示意图；
图7为本发明的隔离器用塑封外壳生产来料示意图；
图8为本发明的隔离器输入输出两端口的驻波仿真曲线；
图9为本发明的隔离器插入损耗的仿真曲线；
图10为本发明的隔离器的隔离度仿真曲线。
图中：1、上金属外壳；2、锶恒磁；3、中心导体模组；4、单层芯片电容；5、射频电阻；6、塑封外壳；61、引脚金属部分；61a、输出端口信号传输引脚；61b、输入端口信号传输引脚；62、载体金属部分；62a、第一电容接地引脚；62b、第二电容接地引脚；62c、第三电容接地引脚；62d、中间接地板；62e、容纳腔；62f、弯折槽；63、塑料部分；7、下金属外壳；8、上层芯片电容；9、下层芯片电容；10、中心导体传输线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
参见图4，一种低频集总参数隔离器，包括从上至下依次装配的上金属外壳1、锶恒磁2、上层芯片电容8、中心导体模组3、下层芯片电容9、射频电阻5、塑封外壳6以及下金属外壳7；
其中，所述塑封外壳6的结构如图5和图6所示，包括两个引脚金属部分61（分别为输出端口信号传输引脚61a和输入端口信号传输引脚61b、载体金属部分62和塑料部分63，所述载体金属部分62上设置有形状大小相同的第一电容接地引脚62a、第二电容接地引脚62b和第三电容接地引脚62c，还设置有一个中间接地板62d，其中，所述第一电容接地引脚62a与中间接地板62d左右相对设置，所述第二电容接地引脚62b与第三电容接地引脚62c左右相对设置，所述第一电容接地引脚62a、第二电容接地引脚62b和第三电容接地引脚62c均向内弯折形成容纳腔62e，所述上层芯片电容8与下层芯片电容9在所述容纳腔62e内上下并联，其中，上层芯片电容8与下层芯片电容9之间设置中心导体传输线10；
本实施例中，塑封外壳6的金属部分即引脚金属部分61与载体金属部分62均采用0.13mm厚的C5191磷青铜材料冲压成型并电镀镍银，以确保芯片电容焊接牢靠；
本实施例中，所述塑封外壳6的塑料部分63采用E130i的LCP塑料进行注塑成型，该牌号的塑料流动性好，且成型后强度较高；
本实施例中，所述塑封外壳6设计的第一电容接地引脚62a、第二电容接地引脚62b和第三电容接地引脚62c的上部宽度比上层芯片电容8的宽度短0.1mm，这样可以使上层芯片电容8在该设计下焊接时不易造成焊锡短路；
参见图7，所述塑封外壳6在来料时上部的三个电容接地引脚（即第一电容接地引脚62a、第二电容接地引脚62b和第三电容接地引脚62c）与塑料部分63侧壁平行向上，且在冲压成型时对上部电容接地引脚后期折弯处进行冲弯折槽62f处理，冲槽采用60°的三角槽设计，保证折弯位置宽度0.3～0.4mm，方便后续装配成型；
采用本实施例的设计，该设计塑封外壳的端口电容容量可以由传统塑封外壳设计的极限容量16～21PF提高到20～32PF的极限容量，电容的尺寸可以由传统设计的2.15mm*0.95mm减小到1.5mm*0.95mm～2.0mm*0.95mm，单个电容的厚度可以由传统设计的0.12mm～0.15mm增加到0.17mm～0.25mm，从而利于电容制作，低频器件制作的电容物料成本可以由传统设计的18元～20元降低到8元～12元。
本实施例中，在600MHz～700MHz频段范围对N71频段中的617MHz～652MHz进行隔离器设计，仿真计算的电性能曲线结果参见图8～图10。
从图中可以看出，该型产品的仿真设计可达驻波比1.4以下，插入损耗在0.6dB以下，隔离度15dB以下。依据工程经验该型产品最终能够实现-40℃～125℃下驻波比＜1.8，插入损耗＜1.1dB,隔离度＞10dB,满足用户对该频段隔离器的指标要求。
617MHz～652MHz隔离器三个端口的仿真设计电容容值为22.83PF、21.72PF、25.26PF，依据工程经验和仿真模型与实际装配容值差异得出，最终该型号隔离器所需的三个端口电容实际容值在24 PF～25PF、23 PF～24PF、27 PF～28PF。
根据本发明中的塑封外壳设计和国内芯片电容制作能力可选用以下厚度和容值的电容适配该型隔离器：
24PF～25PF的容值需求由尺寸L*W*T=2mm*0.91mm*0.17mm容值13.25PF和尺寸L*W*T=1.8mm*0.9mm*0.18mm容值11.1PF的两颗电容构成；
23PF～24PF的容值需求由尺寸L*W*T=2mm*0.91mm*0.17mm容值13.25PF和尺寸L*W*T=1.8mm*0.9mm*0.19mm容值10.5PF的两颗电容构成；
27PF～28PF的容值需求由尺寸L*W*T=3mm*0.9mm*0.25mm容值13.4PF和尺寸L*W*T=2.5mm*0.9mm*0.2mm容值13.9PF的两颗电容构成。
实施例2
本实施例中，第二电容接地引脚62b和第三电容接地引脚62c的上部宽度比上层芯片电容8的宽度短0.3mm，其余与实施例1相同。
以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电容并联的隔离器用塑封外壳，包括引脚金属部分（61）、载体金属部分（62）和塑料部分（63），其特征在于：所述载体金属部分（62）上设置有形状大小相同的第一电容接地引脚（62a）、第二电容接地引脚（62b）和第三电容接地引脚（62c），还设置有一个中间接地板（62d），其中，所述第一电容接地引脚（62a）与中间接地板（62d）左右相对设置，所述第二电容接地引脚（62b）与第三电容接地引脚（62c）左右相对设置，所述第一电容接地引脚（62a）、第二电容接地引脚（62b）和第三电容接地引脚（62c）均从载体金属部分的边缘向上伸出并向内弯折形成用于容纳上层芯片电容（8）和下层芯片电容（9）的容纳腔（62e），所述容纳腔（62e）的底部与中间接地板（62d）的上表面平齐。
2.根据权利要求1所述的基于电容并联的隔离器用塑封外壳，其特征在于：所述引脚金属部分（61）和载体金属部分（62）采用磷青铜材料冲压成型并电镀镍银。
3.根据权利要求2所述的基于电容并联的隔离器用塑封外壳，其特征在于：所述磷青铜材料为C5191磷青铜材料。
4.根据权利要求1所述的基于电容并联的隔离器用塑封外壳，其特征在于：所述塑料部分（63）采用LCP塑料进行注塑成型。
5.根据权利要求4所述的基于电容并联的隔离器用塑封外壳，其特征在于：所述LCP塑料牌号为E130i。
6.根据权利要求1所述的基于电容并联的隔离器用塑封外壳，其特征在于：所述第一电容接地引脚（62a）、第二电容接地引脚（62b）和第三电容接地引脚（62c）的上部宽度比上层芯片电容（8）的宽度短。
7.根据权利要求1所述的基于电容并联的隔离器用塑封外壳，其特征在于：所述第一电容接地引脚（62a）、第二电容接地引脚（62b）和第三电容接地引脚（62c）的上部折弯位置宽度为0.3mm～0.4mm。
8.采用权利要求1-7任一项所述的塑封外壳制成的隔离器，其特征在于，包括从上至下依次装配的上金属外壳（1）、锶恒磁（2）、上层芯片电容（8）、中心导体模组（3）、下层芯片电容（9）、射频电阻（5）、塑封外壳（6）以及下金属外壳（7）；所述上层芯片电容（8）与下层芯片电容（9）在所述容纳腔（62e）内上下并联。
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