CN113640927A - 一种5g光通信模块用多层结构封装陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷及其制备方法，包括至少四层相互叠合的陶瓷块，分别为第一陶瓷层、第二陶瓷层、第三陶瓷层和第四陶瓷层，第二陶瓷层上表面还设有射频线路上接地层，第三陶瓷层上相互间隔设置有多条带状线，带状线包括射频线路组和控电线路组，第四陶瓷层的上表面设有射频线路下接地层，射频线路上接地层与射频线路下接地层分别将射频线路组的上表面和下表面覆盖，第一陶瓷层上表面设有外壳上接地层，第四陶瓷层的下表面设有外壳下接地层，且外壳上接地层和外壳下接地层通过第一接地连接线、第二接地连接线连接。本发明实现高频高速下插入损耗指标、反射损耗指标、导通电阻指标满足市场使用要求和确保量产一致性。
Description
技术领域
本发明涉及5G光通信模组技术领域，更具体地说，是涉及一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷及其制备方法。
背景技术
5G光通信模块外壳由金属和陶瓷部件构成气密结构腔体，陶瓷电路基板和裸芯片通过后封装工艺封装在金属外壳内部，提供高强度机械支撑、气密保护、内外电路连接、光电信号转换等功能，光通信器件的电信号和光信号通过外壳的输入输出端口传输，因高速、高频信号传输产生的热量通过导热性良好陶瓷和外壳传导到封装外壳外部，提供高可靠性封装陶瓷及外壳。
传统3G/4G光通信模组采用玻璃封装或封装陶瓷，主要解决电控线路和导通线路技术，5G光通信模组对高频特性和高传输速率提出要求，需要封装陶瓷射频性能插入损耗值、反射损耗值、低引线导通电阻值满足一定要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，该陶瓷的射频性能、传速速率满足光通信光模块高频高速使用要求，本发明的第二个目的在于提供一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷的制备方法。
为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，包括至少四层相互叠合的陶瓷块，分别为第一陶瓷层、第二陶瓷层、第三陶瓷层和第四陶瓷层，所述第二陶瓷层上表面还设有射频线路上接地层，第三陶瓷层上相互间隔设置有多条带状线，所述带状线包括射频线路组和控电线路组，所述带状线采用厚膜印刷方式，并通过钨浆将控电线路组、射频线路组印刷在第三陶瓷层上，所述第四陶瓷层的上表面设有射频线路下接地层，射频线路上接地层与射频线路下接地层分别将射频线路组的上表面和下表面覆盖，第一陶瓷层上表面设有外壳上接地层，所述第四陶瓷层的下表面设有外壳下接地层，且外壳上接地层和外壳下接地层通过第一接地连接线、第二接地连接线连接。
作为优选方案：所述第三陶瓷层上的射频线路组和控电线路组的布置方式如下，从第三陶瓷层的一端至另一端依次设置第一控电线路、第二控电线路、第一射频接地线、射频线路、第二射频接地线、第三控电线路、第四控电线路、第五控电线路和第六控电线路。
作为优选方案：所述射频线路上接地层与射频线路下接地层的距离B为1.1mm-1.6mm。
作为优选方案：所述带状线的宽度W为0.25mm-0.4mm；相邻两条带状线的距离S为0.45mm-0.8mm，所述带状线的厚度T为12um。
作为优选方案：所述第一陶瓷层、第二陶瓷层的宽度相同且为A，所述第三陶瓷层、第四陶瓷层的宽度相同且为B，A小于B。
作为优选方案：所述第一陶瓷层、第二陶瓷层成U型，且U型开口的端面与第三陶瓷层、第四陶瓷层的侧边齐平，所述第一接地连接线、第二接地连接线分别由U型两个开口端面延伸至第三陶瓷层、第四陶瓷层的侧边。
作为优选方案：所有带状线的一端相互聚拢，且位于第一陶瓷层、第二陶瓷层的U型开口内。
作为优选方案：所述带状线采用厚膜印刷方式，并通过钨浆将控电线路组、射频线路组印刷在对应的陶瓷块上。
作为优选方案：所述陶瓷块采用导热系数为14-21W/mK且Al2O3含量在90％-96％氧化铝陶瓷。
作为优选方案：所述陶瓷块采用介电常数为9.2-9.8且Al2O3含量在90％-96％氧化铝陶瓷。
为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案：
如上所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选用90％-96％氧化铝陶瓷粉，添加烧结助剂、着色剂，以及聚乙烯醇缩丁醛粘合剂、塑化剂、分散剂、消泡剂，进行球磨混合，制备成具有一定粘度的陶瓷浆料；
步骤2、将步骤1中的陶瓷浆料通过流延成型设备制备成具有粘结性的一定厚度的生瓷膜带；
步骤3、将生瓷膜带按工艺制程分别进行切片、冲片、冲腔；
步骤4、将外壳上接地层、外壳下接地层、带状线、射频线路上接地层、射频线路下接地层分别印刷在相应的陶瓷块上；
步骤5、根据封装陶瓷整体结构，将第一陶瓷层、第二陶瓷层、第三陶瓷层和第四陶瓷层进行叠合，叠合成陶瓷巴块；
步骤6、将陶瓷巴块进行温等静压、切割、烧结，获得单个黑色氧化铝封装陶瓷；
步骤7、将烧结后的封装陶瓷进行外部连接线路印刷，再烧结，获得5G光通信高频高速模组用多层结构封装陶瓷，其中第一接地连接线、第二接地连接线将外壳上接地层和外壳下接地层连接起来，形成共同接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过采用带状线结构，并设计了特殊的带状线的分布结构，实现了在2GHz-40GHz频率范围优异的射频性能：1)插入损耗≧-1dB；2)反射损耗≦-15dB，满足5G光通信光模块对射频特性要求；3)低引线导通电阻值≦0.2Ω；传输速率可满足10Gbps、25Gbps、40Gbps、100Gbps，满足5G光通信光模块对传输速率要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明的爆炸结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图。
图中的附图标记为：1、第一陶瓷层；11、外壳上接地层；2、第二陶瓷层；21、射频线路上接地层；3、第三陶瓷层；31、第一控电线路；32、第二控电线路；33、第一射频接地线；34、射频线路；35、第二射频接地线；36、第三控电线路；37、第四控电线路；38、第五控电线路；39、第六控电线路；4、第四陶瓷层；41、射频线路下接地层；42、外壳下接地层；5、第一接地连接线；6、第二接地连接线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。
此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，包括至少四层相互叠合的陶瓷块，分别为第一陶瓷层1、第二陶瓷层2、第三陶瓷层3和第四陶瓷层4，所述第二陶瓷层2上表面还设有射频线路上接地层21，第三陶瓷层3上相互间隔设置有多条带状线，所述带状线包括射频线路组和控电线路组，所述第四陶瓷层4的上表面设有射频线路下接地层41，射频线路上接地层21与射频线路下接地层41分别将射频线路组的上表面和下表面覆盖，第一陶瓷层1上表面设有外壳上接地层11，所述第四陶瓷层4的下表面设有外壳下接地层42，且外壳上接地层11和外壳下接地层42通过第一接地连接线5、第二接地连接线6连接。
所述第一陶瓷层1、第二陶瓷层2的宽度相同且为A，所述第三陶瓷层1、第四陶瓷层2的宽度相同且为B，A小于B。所述第一陶瓷层1、第二陶瓷层2成U型，且U型开口的端面与第三陶瓷层3、第四陶瓷层4的侧边齐平，所述第一接地连接线5、第二接地连接线6分别由U型两个开口端面延伸至第三陶瓷层3、第四陶瓷层4的侧边。所有带状线的一端相互聚拢，且位于第一陶瓷层1、第二陶瓷层2的U型开口内。
所述带状线采用厚膜印刷方式，并通过钨浆将控电线路组、射频线路组印刷在对应的陶瓷块上。
所述第三陶瓷层3上的射频线路组和控电线路组的布置方式如下，从第三陶瓷层3的一端至另一端依次设置第一控电线路31、第二控电线路32、第一射频接地线33、射频线路34、第二射频接地线35、第三控电线路36、第四控电线路37、第五控电线路38和第六控电线路39。
所述射频线路上接地层21与射频线路下接地层41的距离B为1.1mm-1.6mm。所述带状线的宽度W为0.25mm-0.4mm；相邻两条带状线的距离S为0.45mm-0.8mm，所述带状线的厚度T为12um。
所述陶瓷块采用导热系数为14-21W/mK且Al2O3含量在90％-96％氧化铝陶瓷。所述陶瓷块采用介电常数为9.2-9.8且Al2O3含量在90％-96％氧化铝陶瓷。在微波高频电路中，采用低介电常数材料，可以提升信号传输速度，降低信号传输时延；结合设计微带线或带状线结构电路，使封装陶瓷射频性能、传速速率满足光通信光模块高频高速使用要求。
本发明所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、选用90％-96％氧化铝陶瓷粉，添加烧结助剂、着色剂，以及聚乙烯醇缩丁醛粘合剂、塑化剂、分散剂、消泡剂，进行球磨混合，制备成具有一定粘度的陶瓷浆料；
步骤2、将步骤1中的陶瓷浆料通过流延成型设备制备成具有粘结性的一定厚度的生瓷膜带；
步骤3、将生瓷膜带按工艺制程分别进行切片、冲片、冲腔；
步骤4、将外壳上接地层、外壳下接地层、带状线、射频线路上接地层、射频线路下接地层分别印刷在相应的陶瓷块上；
步骤5、根据封装陶瓷整体结构，将第一陶瓷层、第二陶瓷层、第三陶瓷层和第四陶瓷层进行叠合，叠合成陶瓷巴块；
步骤6、将陶瓷巴块进行温等静压、切割、烧结，获得单个黑色氧化铝封装陶瓷；
步骤7、将烧结后的封装陶瓷进行外部连接线路印刷，再烧结，获得5G光通信高频高速模组用多层结构封装陶瓷，其中第一接地连接线、第二接地连接线将外壳上接地层和外壳下接地层连接起来，形成共同接地。
本发明的射频线路及主要参数、性能如下表。
本发明使该射频线路插入损耗指标、反射损耗指标、低引线导通电阻值满足光5G通信模组高频高速特性要求。本发明可应用于Sub6GHz频段范围内的5G光通信高频高速模组。
本发明公开了一种采用低介电常数低介电损耗的优良高频特性材料、采用多层带状线结构设计的封装陶瓷及其制备方法。主要应用于5G光通信高网络高速光模块及其封装。采用高导热特性90％-96％黑色氧化铝陶瓷，射频信号、低导通电阻的电路采用带状线结构设计方法，实现了高频高速下插入损耗指标、反射损耗指标、导通电阻指标满足市场使用要求和确保量产一致性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：包括至少四层相互叠合的陶瓷块，分别为第一陶瓷层(1)、第二陶瓷层(2)、第三陶瓷层(3)和第四陶瓷层(4)，所述第二陶瓷层(2)上表面还设有射频线路上接地层(21)，第三陶瓷层(3)上相互间隔设置有多条带状线，所述带状线包括射频线路组和控电线路组，所述带状线采用厚膜印刷方式，并通过钨浆将控电线路组、射频线路组印刷在第三陶瓷层(3)上，所述第四陶瓷层(4)的上表面设有射频线路下接地层(41)，射频线路上接地层(21)与射频线路下接地层(41)分别将射频线路组的上表面和下表面覆盖，第一陶瓷层(1)上表面设有外壳上接地层(11)，所述第四陶瓷层(4)的下表面设有外壳下接地层(42)，且外壳上接地层(11)和外壳下接地层(42)通过第一接地连接线(5)、第二接地连接线(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所述第三陶瓷层(3)上的射频线路组和控电线路组的布置方式如下，从第三陶瓷层(3)的一端至另一端依次设置第一控电线路(31)、第二控电线路(32)、第一射频接地线(33)、射频线路(34)、第二射频接地线(35)、第三控电线路(36)、第四控电线路(37)、第五控电线路(38)和第六控电线路(39)。
3.根据权利要求1所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所述射频线路上接地层(21)与射频线路下接地层(41)的距离B为1.1mm-1.6mm。所述带状线的宽度W为0.25mm-0.4mm；相邻两条带状线的距离S为0.45mm-0.8mm，所述带状线的厚度T为12um。
4.根据权利要求1所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所述第一陶瓷层(1)、第二陶瓷层(2)的宽度相同且为A，所述第三陶瓷层(1)、第四陶瓷层(2)的宽度相同且为B，A小于B。
5.根据权利要求1所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所述第一陶瓷层(1)、第二陶瓷层(2)成U型，且U型开口的端面与第三陶瓷层(3)、第四陶瓷层(4)的侧边齐平，所述第一接地连接线(5)、第二接地连接线(6)分别由U型两个开口端面延伸至第三陶瓷层(3)、第四陶瓷层(4)的侧边。
6.根据权利要求7所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所有带状线的一端相互聚拢，且位于第一陶瓷层(1)、第二陶瓷层(2)的U型开口内。
7.根据权利要求1所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所述陶瓷块采用导热系数为14-21W/mK且Al2O3含量在90％-96％氧化铝陶瓷。
8.根据权利要求1所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷，其特征在于：所述陶瓷块采用介电常数为9.2-9.8且Al2O3含量在90％-96％氧化铝陶瓷。
9.如权利要求1至8所述的一种5G光通信模块用多层结构封装陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、选用90％-96％氧化铝陶瓷粉，添加烧结助剂、着色剂，以及聚乙烯醇缩丁醛粘合剂、塑化剂、分散剂、消泡剂，进行球磨混合，制备成具有一定粘度的陶瓷浆料；
步骤2、将步骤1中的陶瓷浆料通过流延成型设备制备成具有粘结性的一定厚度的生瓷膜带；
步骤3、将生瓷膜带按工艺制程分别进行切片、冲片、冲腔；
步骤4、将外壳上接地层(11)、外壳下接地层(42)、带状线、射频线路上接地层(21)、射频线路下接地层(41)分别印刷在相应的陶瓷块上；
步骤5、根据封装陶瓷整体结构，将第一陶瓷层(1)、第二陶瓷层(2)、第三陶瓷层(3)和第四陶瓷层(4)进行叠合，叠合成陶瓷巴块；
步骤6、将陶瓷巴块进行温等静压、切割、烧结，获得单个黑色氧化铝封装陶瓷；
步骤7、将烧结后的封装陶瓷进行外部连接线路印刷，再烧结，获得5G光通信高频高速模组用多层结构封装陶瓷，其中第一接地连接线(5)、第二接地连接线(6)将外壳上接地层(11)和外壳下接地层(42)连接起来，形成共同接地。
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