CN113451729A - 一种表贴式微带环行器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种表贴式微带环行器采用高抛光度的旋磁铁氧体作为基板，采用微带电路来作为电路信号传输层，取代传统表贴的带线结构，与传统带线结构表贴环行器相比，小型化表贴式微带环行器在使用过程中具有重量轻、尺寸小，结构简单，可靠性高，安装使用方便的特点。本产品高温稳定（‑65度~125度）、安装便捷，在85℃的工作环境中，寿命最高可达40000小时。与现有环行器相对，本方案具有更可靠的性能，更简单的结构，更便捷的安装方式，更优良的温度适应性能，更适合于各种大规模自动化生产的微波电路中。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，尤其是指一种表贴式微带环行器及其制备方法。
背景技术
环行器作为基础电子元器件的一个重要部分，近些年随着现代通信技术的急速发展，对表贴式环行器有着极大的应用需求，而表贴式的微带环行器有着易安装、结构简单、生产效率高、可靠性高的特点是现代段的环行器产品的重要发展方向。表贴式小型化微带环行器，是近些年国际、国内环行器行业一个重要研发方向，与传统的微带环行器相比该产品为易安装、表面贴装环行器。传统的微带隔离器或者环行器制造过程相对简单，但是，传统的微带环行器存在安装较为繁琐，组件壳体需要掏孔，端口位于电路传输面，需要进行二次焊接或键合等操作，使用过程较为繁琐。有必要对传统的微带环行器生产技术做进一步研究改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺设计合理、使用效果好的表贴式微带环行器及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种表贴式微带环行器的制备方法，其制作步骤为：
A、基片打孔：采用打孔机对铁氧体基片上需要制作金属化接地通孔的地方进行打孔，打孔尺寸应严格按照同轴接口电路设计要求制作；
B、溅射：使用磁控溅射机对铁氧体基片进行溅射工艺，将基片各面做上打底的膜层；
C、光刻：采用紫外光刻机进行曝光，在溅射好的膜层上预制电路涂层；
D、蚀刻：刻蚀金属膜：将基板浸泡在蚀刻液中进行蚀刻；刻蚀掉基板上不需制作电路的部分；
E、电镀：对表面电路进行镀金处理；
F、划片：采用划片机将制作完成的大基板切成特定尺寸的旋磁基板小片；
G、焊接：将衬底与旋磁基板通过焊料焊接到一起，再将同轴导针与旋磁基板通过焊料焊接到一起；
H、粘接：将介质片一面涂上粘胶粘到旋磁基板的微带电路上方；在介质片的上表面再次涂上粘胶，将永磁体粘到此面；
I、固化：粘接完成的工件，放入高温箱进行固化处理，固化后构成产品的基本结构；
J、测试：将固化完成的产品装入接入专用的测试工装，进行电性能测试及检验。
按上述方法制备的一种表贴式微带环行器，它包括带有衬底、旋磁基板、同轴导针、微带单路、粘胶、焊料、介质片、永磁体，其中，衬底上设有个同轴圆形的接口，衬底表面通过镀金或镀银包覆，旋磁基板上设有微带电路，微带电路的端口处设有金属化接地通孔；衬底与旋磁基片之间应采用焊料焊接；同轴导针呈圆柱形，其上部插入旋磁基板的金属化接地通孔内，下部直径与衬底上的同轴圆形接口直径相匹配；微带电路的端口与金属化通孔连接，介质片、永磁体依次通过粘胶粘接在微带单路表面。
所述的衬底、旋磁基片、旋磁基片、同轴导针之间分别通过相应的焊料焊接。
所述的同轴导针上部直径比旋磁基板的金属化接地通孔的直径小0.01mm~1mm。
所述的旋磁基板上的的微带单路通过焊料与同轴导针相连。
下述内容作为上述步骤上的优选：
在步骤A中，铁氧体基片上打孔可以采用激光打孔与机械打孔，所打通孔尺寸（长、宽或直径）为0.1mm~1.5mm。
在步骤B中，使用磁控溅射机进行溅射工艺，将本底真空抽至（10-3~10-5）Pa时，开始溅射。溅射时Ar气体流量设置为50~100sccm，直流溅射功率设置为1000-3000W，溅射时间设置为240~1200s。
在步骤C中，采用紫外光刻机进行曝光，光强范围设置为55~60*100 μw/cm2，曝光时间设置为5~40s。
在步骤D中，蚀刻液的温度设置为70~100℃，蚀刻时间为5~40s。
在步骤E中，将待镀产品置于镀槽，开启电源，设置电流密度为0.1~1A/dm2，电镀时间为10~30min，电镀后的金层厚度为0.1μm~5μm。
在步骤F中，将基板放置于切割机中，按照设计的切割标记进行对位，然后开始划片，设置主轴转速20000~40000r/min、划片速率1~10mm/s。
在步骤G中，同轴导针与旋磁基板通过高温焊料焊接到一起，衬底1与旋磁基板2同样通过高温焊料进行焊接。
在步骤H中，可以先将介质片7与旋磁基板2粘到一起，也先可以将介质片7与永磁体8粘到一起；无特定顺序要求。
在步骤I中，固化箱的固化温度设定为110~160℃，固化时长为50~150min；
在步骤J中，将产品置于专用的测试工装采用矢量网络分析仪进行测试，性能满足设计要求的产品即为生产合格品。
本发明的表面贴装式微带环行器由于采用了完整的接地通孔，将原本位于电路上表面的传输端口引到了器件背面接地面，实现了器件信号面与接地面的共面，更加的方便用户使用，较其他的微带转表贴方式更为可靠，且采用了标准的同轴接口，产品的电性能变化最小，一致性保持最好。使用时无需进行二次端口焊接或电路键合，减少生产工序，可以极大的提高生产效率，减小组件加工成本。通过重新进行结构设计，采用新工艺及方式将原有的表面端口金属键合方式进更改为背面焊盘锡焊的方式，产品在以下几个方面得以改进：
1、采用稳定可靠的微带电路结合全新的表面贴装使用工艺，实现高效便捷的安装方式，可以替代传统的带线表贴隔离器环行器；
2、较小的产品尺寸，便于用户安装使用，缩小组件尺寸。
3、因为去除了金属壳体，产品重量有了极大的减少。相较原有的大尺寸金属镀银壳体封装，产品重量轻、焊接面镀金，安装可靠性有极大的提高；
4、耐170℃高温，微带表贴结构隔离器环行器产品具备耐超高温焊接安装及使用的特点。
5、可在较短时间内提供定制的异形产品；
6、采用高精度、高一致性微带薄膜工艺制作的表贴式环行器，能够实现超高指标一致性的表贴隔离器环行器产品。
附图说明
图1为本发明的微带环行器结构示意图。
图2为本发明的微带环行器底部示意图。
具体实施方式
下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1和附图2，本发明所提供的技术方案为：一种表贴式微带环行器包括带有同轴圆形接口的衬底1、带有金属化接地通孔的旋磁基板2、特定尺寸同轴导针3、微带单路4、粘胶5、焊料6、介质片7、永磁体8等材料。所述衬底1上为带有3个同轴圆形的接口，圆形接口尺寸同同轴导针3的直径满足标准50欧姆阻抗设计，衬底1外表采用镀金或镀银，具备良好的可焊性。所述旋磁基板2上具备完整的微带电路4，且在端口处具备相应的金属化接地通孔。所述衬底1与旋磁基片2之间应采用焊料6焊接。所述的同轴导针3上半部分需要插入旋磁基板2的金属化接地通孔，下半部分直径应与衬底1上的同轴圆形接口直径形成标准（或接近标准）50欧姆阻抗同轴接口，所述微带电路4在端口附近处应同金属化通孔连通。所述焊料7主要用于焊接衬底1与旋磁基片2，及旋磁基片2与同轴导针3。所述介质片7与永磁体8依次通过粘胶5粘接在整个产品上方。
上述环行器的制备方法包括以下详细步骤：
1）、基片打孔：采用打孔机对铁氧体基片上需要制作金属化接地通孔的地方进行打孔，打孔尺寸应严格按照同轴接口电路设计要求制作，所打通孔直径为0.4mm。
2）、溅射：使用磁控溅射机对铁氧体基片进行溅射工艺，将基片各面做上打底的膜层。将本底真空抽至1×10-3Pa时，开始溅射。溅射时Ar气体流量设置为50sccm，直流溅射功率设置为1000W，溅射时间设置为240s。
3）、光刻：采用紫外光刻机进行曝光，在溅射好的膜层上预制电路涂层。紫外光刻机光强范围设置为5500 μw/cm2，曝光时间设置为5s。
4）、蚀刻：去掉金属膜，将基板浸泡在蚀刻液中进行蚀刻。刻蚀掉基板上不需制作电路的部分。蚀刻液温度设置为90℃，蚀刻时间为10s。
5）、电镀：对表面电路进行镀金处理；电流密度为0.3A/dm2，电镀时间为20min，电镀后的金层厚度为4μm。
6）、划片：采用划片机将制作完成的大基板切成特定尺寸的旋磁基板（2）小片。划片时主轴转速20000r/min、划片速率1mm/s。
7）、焊接：将衬底1与旋磁基板2通过焊料6在（255±5）℃的条件下焊接到一起，再将同轴导针3与旋磁基板2通过焊料6在（280±5）℃的条件下焊接到一起。
8）、粘接：将介质片7一面涂上粘胶5粘到旋磁基板2的微带电路4上方；在介质片7的上表面再次涂上粘胶5，将永磁体8粘到此面。
9）、固化：粘接完成的工件，放入150℃的高温箱进行固化2h，固化后构成产品的基本结构。
10）、测试：将固化完成的产品装入接入专用的测试工装，进行电性能测试及检验。
本方案采用抛光度高的旋磁铁氧体作为基板，采用微带薄膜或厚膜工艺来制作电路层，取代传统表贴的带线结构，与传统带线结构表贴环行器相比，小型化表贴式微带环行器在使用过程中具有重量轻、尺寸小，结构简单，可靠性高，安装使用方便的特点。本产品高温稳定（-65度~125度）、安装便捷，在85℃的工作环境中，寿命最高可达40000小时。
而且由于未采用额外的焊料，表贴式微带环行器的耐温度特性好，使用过程中可以耐250°C以上的高温，不会出现其他类型隔离器环行器内部焊料熔化的问题。
表面贴装式微带环行器，由于采用了接地通孔，将原本位于电路上表面的传输端口引导了器件背面接地面，实现了器件信号面与接地面的共面，更加的方便用户使用，使用时无需进行二次端口焊接或电路键合，可以极大的提高生产效率，且可靠性较常规隔离器环行器产品无变化。
本方案所得产品具有更可靠的性能，更简单的结构，更便捷的安装方式，更优良的温度适应性能，更适合于各种大规模自动化生产的微波电路及设备中。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种表贴式微带环行器的制备方法，采用权利要求1至权利要求6中所述的内容进行制作，其制作步骤为：
A、基片打孔：采用打孔机对铁氧体基片上需要制作金属化接地通孔的地方进行打孔，打孔尺寸应严格按照同轴接口电路设计要求制作；
B、溅射：使用磁控溅射机对铁氧体基片进行溅射工艺，将基片各面做上打底的膜层；
C、光刻：采用紫外光刻机进行曝光，在溅射好的膜层上预制电路涂层；
D、蚀刻：刻蚀金属膜：将基板浸泡在蚀刻液中进行蚀刻；刻蚀掉基板上不需制作电路的部分；
E、电镀：对表面电路进行镀金处理；
F、划片：采用划片机将制作完成的大基板切成特定尺寸的旋磁基板小片；
G、焊接：将衬底与旋磁基板通过焊料焊接到一起，再将同轴导针与旋磁基板通过焊料焊接到一起；
H、粘接：将介质片一面涂上粘胶粘到旋磁基板的微带电路上方；在介质片的上表面再次涂上粘胶，将永磁体粘到此面；
I、固化：粘接完成的工件，放入高温箱进行固化处理，固化后构成产品的基本结构；
J、测试：将固化完成的产品装入接入专用的测试工装，进行电性能测试及检验。
2.按权1所述方法制备的一种表贴式微带环行器，其特征在于：它包括带有衬底（1）、旋磁基板（2）、同轴导针（3）、微带单路（4）、粘胶（5）、焊料（6）、介质片（7）、永磁体（8），其中，衬底（1）上设有3个同轴圆形的接口，衬底（1）表面通过镀金或镀银包覆，旋磁基板（2）上设有微带电路（4），微带电路（4）的端口处设有金属化接地通孔；衬底（1）与旋磁基片（2）之间应采用焊料（6）焊接；同轴导针（3）呈圆柱形，其上部插入旋磁基板（2）的金属化接地通孔内，下部直径与衬底（1）上的同轴圆形接口直径相匹配；微带电路（4）的端口与金属化通孔连接，介质片（7）、永磁体（8）依次通过粘胶（5）粘接在微带单路（4）表面。
3.根据权利要求2所述的一种表贴式微带环行器，其特征在于：衬底（1）、旋磁基片（2）、旋磁基片（2）、同轴导针（3）之间分别通过相应的焊料（7）焊接。
4.根据权利要求2所述的一种表贴式微带环行器，其特征在于：同轴导针（3）上部直径比旋磁基板（2）的金属化接地通孔的直径小0.01mm~1mm。
5.根据权利要求2所述的一种表贴式微带环行器，其特征在于：旋磁基板（2）上的的微带单路（4）通过焊料（6）与同轴导针（3）相连。
6.根据权利要求2所述的一种表贴式微带环行器，其特征在于：在步骤B中，使用磁控溅射机进行溅射工艺，将本底真空抽至10-3~10-5Pa时，开始溅射，溅射时Ar气体流量设置为50~100sccm，直流溅射功率设置为1000-3000W，溅射时间设置为240~1200s。
7.根据权利要求2所述的一种表贴式微带环行器，其特征在于：在步骤E中，将待镀产品置于镀槽，开启电源，设置电流密度为0.1~1A/dm2，电镀时间为10~30min，电镀后的金层厚度为0.1μm~5μm。
8.根据权利要求2所述的一种表贴式微带环行器，其特征在于：在步骤F中，将基板放置于切割机中，按照设计的切割标记进行对位，然后开始划片，设置主轴转速20000~40000r/min、划片速率1~10mm/s。
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