CN115084821A - 三维射频器件的制作方法及三维射频器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子信息微波器件与制造技术领域，提供一种三维射频器件的制作方法及三维射频器件。该三维射频器件的制作方法先通过低温共烧陶瓷技术制作出切片，并在切片上形成功能结构，将各个切片组合联结后，即可形成对应功能的三维射频器件，这样一来，在切片上形成功能结构时，所受到的限制更小，加工方式也更为简单，同时，叠加后形成的三维射频器件的功能结构的尺寸也更加精准。利用该制作方法制作出的三维射频器件包括但不限于滤波器、耦合器、滤波天线等。

Description

三维射频器件的制作方法及三维射频器件

技术领域

本发明涉及电子信息微波器件与制造技术领域，特别涉及一种三维射频器件的制作方法及三维射频器件。

背景技术

随着移动通信技术进入5G时代，大规模MIMO(多进多出，是为提高信道容量，在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道的天线系统)技术的发展，加上基站集成化、小型化、轻量化等要求的不断提高，通信系统对微波三维射频器件提出了更高的要求，在满足原有指标的基础上，还要满足体积小、高集成度的要求，三维射频器件已经成为5G设备小型化的关键。例如在对于5G高频通信系统中，对滤波器提出了新的要求。为了提高通信系统的容量和降低信道间的相互干扰，要求滤波器具有较陡峭的带外抑制特性；而提高信噪比则要求滤波器具有较低的插入损耗特性和通带内较良好的线性相位特性；为了综合降低整个系统的体积，又对滤波器提出了体积小，易于集成的要求等。

常用金属腔体三维射频器件体积越小，性能指标越差，在高频段不具竞争力。微波介质陶瓷在满足核心性能要求的前提下，具有重量轻、抗温漂特性好、小型化等综合优点，在下一代滤波器领域引起了极大的关注。

目前，三维射频器件主要以传统的制作方法为主，先烧结整体陶瓷介质块，再进行一系列切割等操作，由于加工精度有限会给微波三维射频器件的设计带来很多限制。为了提高射频元件的性能和设计的灵活度，有必要提供一种更加灵活、尺寸精度更高、应用更为广泛的三维射频器件制作方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维射频器件的制作方法，旨在解决现有的三维射频器件制作方法制作精度不高，受到的局限性较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维射频器件的制作方法，包括如下步骤：

制作多个独立的三维射频器件的切片；

在所述切片上加工形成所需的功能结构，所述功能结构用于在各所述切片组合后形成用于实现所述三维射频器件电性能的结构；

将具有所述功能结构的所述切片堆叠组合形成对应的所述三维射频器件。

在一个实施例中，所述切片采用低温共烧陶瓷技术制成。

在一个实施例中，所述切片的厚度为1-200μm。

在一个实施例中，所述切片组合形成的所述三维射频器件内部具有调谐结构。

本发明还提出一种三维射频器件，所述三维射频器件或所述三维射频器件的部分结构依前文所述的制作方法制作而成。

在一个实施例中，所述三维射频器件为级联三角型拓扑结构滤波器，所述级联三角型拓扑结构滤波器包括多个叠加的三角型拓扑结构滤波器切片，所述三角型拓扑结构滤波器切片上开设有细槽结构，各所述三角型拓扑结构滤波器切片上的所述细槽结构的位置相对应。

在一个实施例中，所述级联三角型拓扑结构滤波器包括10-100片所述三角型拓扑结构滤波器切片，所述细槽结构的槽口宽度为0.1-1.0mm。

在一个实施例中，所述三维射频器件为折叠型拓扑结构滤波器，所述折叠型拓扑结构滤波器包括第一折叠型拓扑结构滤波器切片以及位于所述第一折叠型拓扑结构滤波器切片下方的第二折叠型拓扑结构滤波器切片，所述第一折叠型拓扑结构滤波器切片上开设有第一功能结构以及第二功能结构，所述第二折叠型拓扑结构滤波器切片上开设有第一功能结构，所述第一折叠型拓扑结构滤波器切片与所述第二折叠型拓扑结构滤波器切片上的所述第一功能结构位置相对应。

在一个实施例中，所述三维射频器件为耦合器，所述耦合器包括多个叠加的耦合器切片，所述耦合器切片上开设有用于形成传输端口的第一功能结构以及用于形成隔离端口的第二功能结构，各所述耦合器切片上开设的第一功能结构及第二功能结构的位置相对应。

在一个实施例中，所述三维射频器件为基片集成镜像介质波导天线，所述基片集成镜像介质波导天线包括基片集成镜像介质结构以及设于所述基片集成镜像介质结构两端的基片集成波导板，所述基片集成镜像介质结构由多个基片集成镜像介质切片叠加而成。

本发明的有益效果：该三维射频器件的制作方法先制作出单个的三维射频器件的切片，并在切片上形成功能结构，将各个切片组合联结后，即可形成具有对应功能的三维射频器件，这样一来，在切片上形成功能结构时，所受到的限制更小，加工方式也更为简单，同时，叠加后形成的三维射频器件的孔槽等结构的尺寸也更加精准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三维射频器件的制作方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的三维射频器件的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的级联三角型拓扑结构滤波器的立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的三角型拓扑结构滤波器切片的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的折叠型拓扑结构滤波器的立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第一折叠型拓扑结构滤波器切片的立体结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第二折叠型拓扑结构滤波器切片的立体结构示意图；

图8为本发明实施例提供的耦合器的立体结构示意图；

图9为本发明实施例提供的耦合器切片的立体结构示意图；

图10为本发明实施例提供的基片集成镜像介质波导天线的立体结构示意图。

主要元件符号说明：

三维射频器件的制作方法-100；三维射频器件-200；级联三角型拓扑结构滤波器-10；三角型拓扑结构滤波器切片-11；细槽结构-111；折叠型拓扑结构滤波器-20；第一折叠型拓扑结构滤波器切片-21；第一功能结构-211；第二功能结构-212；第二折叠型拓扑结构滤波器切片-22；第三功能结构-221；耦合器-30；耦合器切片-31；输入端口-311；输出端口-312；隔离端口-313；基片集成镜像介质波导天线-40；基片集成波导板-41；基片集成镜像介质结构-42。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

请参阅图1，所示为本申请的一种三维射频器件的制作方法100的流程图，包括如下步骤：

制作多个独立的三维射频器件200的切片；

在所述切片上加工形成所需的功能结构，所述功能结构用于在各所述切片组合后形成用于实现所述三维射频器件200电性能的结构；

将具有所述功能结构的所述切片堆叠组合形成对应的所述三维射频器件200。

本实施例中提出的三维射频器件的制作方法100，先制作出单个的三维射频器件200的切片，并在切片上形成功能结构，将各个切片组合联结后，即可形成具有对应功能的三维射频器件200，这样一来，在切片上形成功能结构时，所受到的限制更小，加工方式也更为简单，同时，叠加后形成的三维射频器件200的孔槽等结构的尺寸也更加精准。

具体的，利用本实施例中的制作方法制作三维射频器件200的过程中，无需再制作整体陶瓷块之后再进行切割，只需要制作出单个切片，在单个切片上进行蚀刻等加工，最后利用切片构建整体的陶瓷三维射频器件200。根据本实施例的制作方法制成的三维射频器件200，最后整体三维射频器件200由每个切片合成得到，相对传统的制作方法来说成本更低、更容易实现5G时代器件小型化和集成化的要求。且本制作方法是在每个切片上进行相应的操作，以在切片上形成用于实现三维射频器件200电性能的功能结构，而非传统加工方法中的机床切槽实现，对各种功能结构的尺寸并没有严格的限制，可以实现传统方法中无法实现的尺寸加工。

本实施例中，制作同一三维射频器件的时候，所使用的切片的种类可以为多种，具体来说，各切片上的功能结构是为了在切片组合后形成三维射频器件200所需要的结构，而最终三维射频器件200需要形成的结构可能是穿透状的，或者是开槽状的，甚至是内部镂空状的，且具体的形状甚至可能是不规则的，因此，各切片上形成的功能结构不一定是完全一致的，也就是说，存在制作同一三维射频器件200所用的切片并不完全相同的情况。

本实施例中制得的三维射频器件200可以列举的有介质谐振器、滤波器、耦合器等微波和毫米波器件，基于此种制作方法可以在满足尺寸的基础上依然具有良好的工作特性。同时制作成本较低，使得器件更易适合工业大规模生产。

本实施例中的切片具体采用低温共烧陶瓷技术制成，低温共烧陶瓷技术是一种能够集成互连、无源元件和封装的多层陶瓷制造技术，在现代电子设备制造中发挥着越来越重要的作用。优异的高频特性、高密度集成度、高性能的材料制备技术，利用低温共烧陶瓷技术，本实施例中制得的三维射频器件的切片具有低损耗性和高可靠性。

在一个可选的实施例中，切片的厚度为1-200μm。可以理解的，根据需求的不同，切片的厚度可以为50μm、100μm、150μm、200μm等等。

本实施例中，制作同一三维射频器件200所采用的切片的各个切片的厚度一致，在更多的实施例中，根据需求的不同，制作同一三维射频器件200所采用的切片的厚度也可不同。

在一个实施例中，切片组合形成的三维射频器件内部具有调谐结构。本实施例在切片组合的过程中，位于内部的切片组合后，形成位于三维射频器件200内部的调谐结构，实现相应的功能，这是传统的制作方法无法实现的。具体的，可以通过切片的叠加层数来确定调谐结构的设置位置。

本发明还提出一种三维射频器件200，三维射频器件200或三维射频器件200的部分结构依前文的制作方法制作而成。本实施例中的三维射频器件200在制作过程中易批量生产，且相对于传统的三维射频器件200来说制作精度更高。

如图3，在一个具体的实施例中，三维射频器件200为级联三角型拓扑结构滤波器10，级联三角型拓扑结构滤波器10包括多个叠加的三角型拓扑结构滤波器切片11，三角型拓扑结构滤波器切片11上开设有细槽结构111，各三角型拓扑结构滤波器切片11上的细槽结构111的位置相对应。

图4为级联三角型拓扑结构滤波器10中单个三角型拓扑结构滤波器切片11的结构示意图，三角型拓扑结构滤波器切片11上具有细槽结构111，在传统的三维射频器件200结构中，刻蚀出这种细槽结构111对切割工艺有很高的要求，且切割后的精度往往差强人意。本实施例中的单个三角型拓扑结构滤波器切片11厚度为100μm，在这种厚度下，在切片上切割或刻蚀出细槽结构111都更为简单，对切割工艺的要求也不高，且切割精度更高，从而使得形成的级联三角型拓扑结构滤波器10的精度更高。

具体的，在对三角型拓扑结构滤波器切片11上切割细槽结构111的时候，需先将三角型拓扑结构滤波器切片11进行对位，确定每个三角型拓扑结构滤波器切片11上的细槽结构111位置对正，以确保三角型拓扑结构滤波器切片11叠加后各个切片上的细槽结构111相对应，进而确保级联三角型拓扑结构滤波器10的精度。

可选的，根据切片厚度及需求的不同，级联三角型拓扑结构滤波器10包括10-100片三角型拓扑结构滤波器切片11，细槽结构111的槽口宽度为0.1-1.0mm。本实施例中，级联三角型拓扑结构滤波器10具体包括50片三角型拓扑结构滤波器切片11，细槽结构111的槽口宽度具体为0.5mm。

如图4，本实施例中的单个三角型拓扑结构滤波器切片11上所刻蚀出的细槽结构111包括位于三角型拓扑结构滤波器切片11两端的T字形细槽结构111，以及位于两组T字形细槽结构111之间的一字形细槽结构111，两组T字形细槽结构111的横槽与一字形细槽结构111相平行，且两组T字形细槽结构111的横槽与一字形细槽的长度皆为21mm。

本实施例中的级联三角型拓扑结构滤波器10可在1.8GHz-1.88GHz工作频带内呈现出良好的回波损耗等工作特性，同时级联三角型拓扑结构滤波器10特性中含有两个传输零点，呈现出较好的带外抑制特性。

如图5-7，在一个实施例中，三维射频器件200为折叠型拓扑结构滤波器20，折叠型拓扑结构滤波器20包括第一折叠型拓扑结构滤波器切片21以及位于第一折叠型拓扑结构滤波器切片21下方的第二折叠型拓扑结构滤波器切片22，第一折叠型拓扑结构滤波器切片21上开设有第一功能结构211以及第二功能结构212，第二折叠型拓扑结构滤波器切片22上开设有第一功能结构211，第一折叠型拓扑结构滤波器切片21与第二折叠型拓扑结构滤波器切片22上的第一功能结构211位置相对应。

本实施例中，折叠型拓扑结构滤波器20由第一折叠型拓扑结构滤波器切片21以及第二折叠型拓扑结构滤波器切片22构成，第一滤折叠型波器切片上具有第一功能结构211以及第二功能结构212，第二折叠型拓扑结构滤波器切片22上具有第一功能结构211，那么在第二折叠型拓扑结构滤波器切片22叠放到第一折叠型拓扑结构滤波器切片21上方时，第一折叠型拓扑结构滤波器切片21上的第一功能结构211与第二折叠型拓扑结构滤波器切片22上的功能结构会相通，而第一折叠型拓扑结构滤波器切片21上的第二功能结构212便会呈现具有一定深度的槽状。

本实施例中的折叠型拓扑结构滤波器20，通过调节叠加的第一折叠型拓扑结构滤波器切片21的片数，便可使第二功能结构212呈现出不同的深度。传统的折叠型拓扑结构滤波器20中，滤波器的介质块为一个整体，然后在整体的介质块上打入盲孔，从而形成具有一定深度的孔槽，这种制作方法不易控制孔槽的深度，且容易出现打孔尺寸偏差的情况。本实施中的折叠型拓扑结构滤波器20，可以较为轻松的控制陶瓷滤波器中打孔的深度，可使得制作尺寸误差较小，制作工艺更加简单。

具体的，本实施例中，折叠型拓扑结构滤波器20包括30片第一折叠型拓扑结构滤波器切片21以及20片第二折叠型拓扑结构滤波器切片22。可以理解的，在其他的实施例中，根据需求的不同，所使用的第一折叠型拓扑结构滤波器切片21以及第二折叠型拓扑结构滤波器切片22的片数可以相应的调整，以满足制作需求。

且本实施例中的第二折叠型拓扑结构滤波器切片22上还设有第三功能结构221，从而使得第一折叠型拓扑结构滤波器切片21与第二折叠型拓扑结构滤波器切片22叠加形成折叠型拓扑结构滤波器20后，折叠型拓扑结构滤波器20的背面也具有一个向内部凹陷一定深度的槽孔，从而满足更多的需求。

本实施例中的折叠型拓扑结构滤波器20可在3.4-3.6GHz呈现出较好的工作特性，同时折叠型拓扑结构滤波器20有两个对称的传输零点提高对外抑制特性。

如图8-9，在一个实施例中，三维射频器件200为耦合器30，耦合器30包括多个叠加的耦合器切片31，耦合器切片31上开设有用于形成传输端口的第一功能结构以及用于形成隔离端口的第二功能结构，各耦合器切片31上开设的第一功能结构及第二功能结构的位置相对应。

具体的，本实施例中的耦合器30共具有六个端口，传输端口包括输入端口311以及输出端口312，其中位于耦合器30一侧且位于耦合器30中部的一个端口为输入端口311，位于该输入端口311异侧的三个端口为输出端口312，三个输出端口312分别满足一定的功率分配比，同时位于输入端口311同侧，且位于输入端口311两边的两个端口为为隔离端口313。

本实施例中，耦合器30上开设有不同尺寸的槽，耦合器30重要的指标之一为功率分配比，本实施例通过调节槽的宽度尺寸便可实现对应的不同端口的功率分配比和耦合器30端口的匹配情况。在传统制作工艺中，通过烧结一整块陶瓷介质，再进行切割工作，而此种方法不利于实现较窄宽度槽的耦合器30，对多端口耦合器30的设计带来了一定的限制。本实施例中的耦合器30通过制作单个的耦合器切片31，而后构建整体的耦合器30，消除了以往传统方法中对于耦合器30不同端口间的槽的尺寸的限制，可以实现更灵活功率分配比的多端口耦合器30的设计及制作。

如图10，在一个实施例中，三维射频器件200为基片集成镜像介质波导天线40，基片集成镜像介质波导天线40包括基片集成镜像介质结构42以及设于基片集成镜像介质结构42两端的基片集成波导板41，基片集成镜像介质结构42由多个基片集成镜像介质切片叠加而成。

具体的，本实施例中基片集成镜像介质波导天线40由基片集成波导板41以及基片集成镜像介质结构42组成，而基片集成波导板41包括分别位于基片集成镜像介质结构42左右两侧的两个部分，基片集成波导板41解决了基片集成镜像介质波导天线40无法很好的组成阵列的问题，中间部分的基片集成镜像介质结构42负责充当天线的馈线。此外，基片集成镜像介质波导天线40的底部覆盖有金属层，该金属层用于充当接地层。

本实施例中的基片集成镜像介质结构42由两种尺寸不同的基片集成镜像介质切片叠加而成，具体的，位于底部的基片集成镜像介质切片的宽度与基片集成波导板41的宽度一致，位于上层的基片集成镜像介质切片的宽度小于位于底部的基片集成镜像介质切片的宽度，且上层的基片集成镜像介质切片位于底部的基片集成镜像介质切片的中部，两种基片集成镜像介质切片的长度一致。

为了使基片集成镜像介质波导天线40的导体损耗尽可能的小，我们将基片集成镜像介质波导天线40的导槽两侧开设气孔来降低基片集成镜像介质波导天线40的介电常数，但这样会使基片集成镜像介质波导天线40的结构更加复杂，从而导致建模和设计的困难。此外，常规加工方法难以避免金属接地板和介质带之间的潜在气隙，这将导致预期结果与测量结果之间的明显偏差。而本实施例中的基片集成镜像介质波导天线40，通过将基片集成镜像介质波导天线40中基片集成镜像介质结构42采用基片集成镜像介质切片叠加的方式制成，从而构成一个理想的基片集成镜像介质介质波导。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维射频器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

制作多个独立的三维射频器件的切片；

在所述切片上加工形成所需的功能结构，所述功能结构用于在各所述切片组合后形成用于实现所述三维射频器件电性能的结构；

将具有所述功能结构的所述切片堆叠组合形成对应的所述三维射频器件。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述切片采用低温共烧陶瓷技术制成。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述切片的厚度为1-200μm。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：将所述切片组合后形成的所述三维射频器件内部具有调谐结构。

5.一种三维射频器件，其特征在于：所述三维射频器件或所述三维射频器件的部分结构依权利要求1-4任一项所述的制作方法制作而成。

6.根据权利要求5所述的三维射频器件，其特征在于：所述三维射频器件为级联三角型拓扑结构滤波器，所述级联三角型拓扑结构滤波器包括多个叠加的三角型拓扑结构滤波器切片，所述三角型拓扑结构滤波器切片上开设有细槽结构，各所述三角型拓扑结构滤波器切片上的所述细槽结构的位置相对应。

7.根据权利要求6所述的三维射频器件，其特征在于：所述级联三角型拓扑结构滤波器包括10-100片所述三角型拓扑结构滤波器切片，所述细槽结构的槽口宽度为0.1-1.0mm。

8.根据权利要求5所述的三维射频器件，其特征在于：所述三维射频器件为折叠型拓扑结构滤波器，所述折叠型拓扑结构滤波器包括第一折叠型拓扑结构滤波器切片以及位于所述第一折叠型拓扑结构滤波器切片下方的第二折叠型拓扑结构滤波器切片，所述第一折叠型拓扑结构滤波器切片上开设有第一功能结构以及第二功能结构，所述第二折叠型拓扑结构滤波器切片上开设有所述第一功能结构，所述第一折叠型拓扑结构滤波器切片与所述第二折叠型拓扑结构滤波器切片上的所述第一功能结构位置相对应。

9.根据权利要求5所述的三维射频器件，其特征在于：所述三维射频器件为耦合器，所述耦合器包括多个叠加的耦合器切片，所述耦合器切片上开设有用于形成传输端口的第一功能结构以及用于形成隔离端口的第二功能结构，各所述耦合器切片上开设的第一功能结构及第二功能结构的位置相对应。

10.根据权利要求5所述的三维射频器件，其特征在于：所述三维射频器件为基片集成镜像介质波导天线，所述基片集成镜像介质波导天线包括基片集成镜像介质结构以及设于所述基片集成镜像介质结构两端的基片集成波导板，所述基片集成镜像介质结构由多个基片集成镜像介质切片叠加而成。

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