波導的製造方法

2023-11-07 07:33:07 1

專利名稱：波導的製造方法
技術領域：
本發明涉及用於射頻信號的波導裝置，尤其涉及陶瓷波導延遲裝置的製造方法。
背景技術：
波導裝置，尤其是波導延遲線裝置被用來向電子電路中插入預選時間延遲，即輸 入信號在已知長度的時間過去後到達裝置的輸出的裝置。已經使用過的各種類型的延遲 線，如多層陶瓷、空氣管路、印刷電路板上的傳輸線、氣腔波導。對於高頻應用，要獲得可接 受等級的信號損耗，波導是必需的。

發明內容
根據本發明的陶瓷波導延遲線的製造方法首先包括以下步驟提供多個介電材料 片或介電材料片狀物，每一片包括施加到其各自的相對的側表面的金屬材料層。可應用絲 網印刷工藝在上述片的表面上形成無金屬材料的區域。然後，這些片被放入爐中燒制，以將 金屬材料層熔合到這些片上。作為絲網印刷工藝的替代，可使用雷射在片的燒制之後從片 上移除金屬材料並在片的表面上形成無金屬材料的區域。然後這些片被堆疊在一起以形成 芯部，該芯部之後被乾燥，隨後被燒制。將金屬材料區域施加到該芯部的外表面。隨後該芯 部被在爐中乾燥並燒制。通過下文中對該方法的詳細描述、附圖和附加的權利要求，該方法的其他的優點 和特徵將更凸顯出來。


以下，通過結合附圖的描述，可以更好地理解本發明的上述及其它特徵，其中圖1為介電波導延遲線裝置的放大透視圖；圖2是圖1所示裝置沿圖1中的截面線A-A的簡化的垂直剖視圖；圖3為該裝置的其中一個介電壁的放大垂直剖視圖；圖4為圖1所示裝置的其中一個端部片狀物的放大的透視分解圖；圖5A和5B為根據本發明的製造圖1-4所示的波導延遲線的方法的流程圖。
具體實施例方式如圖1和2所示，波導延遲線裝置或設備10包括一個伸長的平行六面體或伸長的 盒子狀的陶瓷介電材料的剛性芯部12。芯部12包括頂表面16、底表面18、第一側表面20、 相對的第二側表面22、端部表面24以及相對的端部表面26。由芯部12的相鄰側表面限定
4出多個垂直邊緣28。芯部12具有金屬化和非金屬化區域或圖案的外表面層圖案40。該金屬化區域優 選為導電的含銀材料表面層。圖案40包括較寬廣的金屬化區域或圖案，其覆蓋整個頂表面 16、整個底表面18 (未示出)、整個側表面20和22 (未示出)以及部分端部表面24和26， 以限定波導延遲線裝置10的地電極和外部或外圍邊界。芯部12由堆疊在一起的多個大致為矩形的金屬化介電壁或片狀物50A_50H(圖 2-4)製成，多個介電壁或片狀物並排靠近地堆疊在一起，並被布置在介電壁或片狀物 50A-50H的相對側的金屬片70(圖2)所間隔開。每個金屬片70包括獨立的金屬片60和 61 (圖3)，如圖2所示，其在所有的片狀物50A-50H於製造過程中被結合到一起後變成單一 金屬片70。在示出的實施例中，芯部12由片狀物5(^，、5( 、50(、500、5(^、5(^、506和50!1(圖 2)製成。每個片狀物50A-H(其中，以分別在圖3和圖4中所示的片狀物50E和50H為代 表)分別具有相對且平行的前、背表面52、54 ；相對且平行的頂表面和底表面55、56 ；相對 且平行的側表面57、58(圖4)；在示例性實施例中示出了 8個片狀物，也可用更多或更少的 片狀物。例如，在一個實施例中，可使用20個片狀物。金屬片60(圖3)由覆蓋每個片狀物50A-50H的前表面52的金屬化層而限定。金 屬片61 (圖3)由覆蓋每個片狀物50A-50H的背表面54的金屬化層而限定。每個內部的壁或片狀物50B-50G(其中，以圖3所示的片狀物50E為代表)具有一 個大致上為矩形的上部窗口、區域或開孔62 (圖3)以及下部窗口、區域或開口 64 (圖3)，他 們分別形成在相對的片61、60中(圖3)。每個窗口 62、64在片狀物的每個表面52、54限定 一個非金屬化範圍或區域68 (圖3)，即暴露介電材料的區域68。雖然未示出，但是可以理解的是，片狀物50B-50G適合於從某個介電片狀物到其 下一個相鄰介電片狀物以窗口 62和64排列成的交替或錯開關係被堆疊起來。窗口 62、64 形成用於適合於通過延遲裝置10傳播的電磁波的波導路徑的一部分。端部片狀物50H(圖2和4)限定出輸入饋送通道或管道84 (圖4)，其限定了內部 金屬化表面(未示出)，該內部金屬化表面延伸通過片狀物50H的整個內部，並分別終止於 片狀物的前、背表面52、54的開口。同樣地，相對的外部端部片狀物50A(圖2)限定了一個內部的金屬化的輸出饋送 通道或管道(未示出)，與管道84在片狀物50H中的結構相似，其延伸通過片狀物50A的整 個內部，並在片狀物的前、背表面52、54中分別限定開口。外部端部片狀物50H的表面54限定了金屬化層或金屬化區域42B(圖4)，其限定 了金屬化區域42的一部分，並鄰接金屬化區域42。大致圓形的金屬化區域82 (圖4)完全 包圍饋送通道80的開口。大致圓形的非金屬化區域44 (圖4)完全包圍金屬化區域82。雖然未示出，但是可以理解的是，在各個片狀物50A、50H的表面限定片61的金屬 也與覆蓋各個饋送通道內表面的金屬相連通並形成一個整體。根據本發明的製造工藝，片狀物50A-H以鄰接的關係結合在一起，同時使各自的 窗口 62、64對準疊加，然後在爐中燒制，以使各個片狀物50A-50H上的片60和61結合或熔 合在一起，以在介電壁或片狀物50A-50H的每個之間形成單一的片70。每個片70與限定在 芯部12外表面上的金屬化區域42電連接，並在片的外部邊緣沿表面16、18、20和22與金屬化區域42相連接。因此金屬化區域42與片70電氣連通且電氣連接。一個同軸外螺紋連接器100(圖1和4)被安裝到延遲裝置10的每個端部，以為電 信號提供連接。圖1和4僅示出了其中一個連接器100，其耦接到片狀物50H的外側表面 54。共軸連接器100具有金屬外凸緣102 (圖4)、終端104 (圖4)以及他們之間的用於連接 到內螺紋連接器(未示出)的螺紋外表面106。金屬中心銷108(圖4)延伸穿過每個連接 器100。中心銷108通過絕緣體110 (圖4)與凸緣102絕緣。在組裝過程中，利用焊料120(圖1)將凸緣102焊接到圍繞非金屬化區域44的金 屬化部分42A。可以理解的是，波導延遲線裝置10為電磁信號提供時間延遲，該電磁信號首先通 過片狀物50A的連接器(未示出)和輸入饋送孔(未示出)被饋送，然後通過延遲線10、並 且尤其是通過其各個壁的各自的上部和下部窗口 62、64，以之字形、交互的或蜿蜒的路徑被傳播。相鄰片狀物50A-50H之間的片70是作為屏障，在電磁信號在輸入連接器和耦接到 端部片狀物50H的輸出連接器100之間傳播時，其強制電磁信號遵循頂表面和底表面16、18 之間且穿過各個窗口 62、64的之字形、交互的或蜿蜒的路徑。信號所走過的交互蜿蜒的路徑增加了電磁信號傳播路徑的長度，且因此也增加了 電磁信號的時間延遲。製造波導延遲線的方法參考圖2、5A和5B，下面描述根據本發明的製造波導延遲線10的方法200。方法 200首先包括在步驟202中，通過擠壓硬模(die)或模子中的陶瓷粉末而形成芯部12的每 個介電片狀物或介電壁50A-50H。可向陶瓷粉末中添加合適的粘合劑，以在擠壓過程中增強 粉末的粘結。美國專利No. 6，900，150中公開了用於本發明的合適的陶瓷粉末的的細節，該專 利的內容通過弓I用於此全部被包括進來。外部介電片狀物或介電壁50A和50H在步驟206中受到額外的操作。在步驟206 中，利用例如衝壓機或針的工具，在介電片狀物或介電壁50A和50H中衝壓或擠壓出信號輸 入和輸出饋送孔。然後在步驟204中，將所有介電片狀物50A-50H放入爐中，並在約1300至 1400攝氏度之間的溫度下燒制4小時，以使陶瓷粉末燒結成堅固的塊體。然後，在步驟208 中，將介電片狀物或介電壁50A-50H放置在固定裝置中，並被拋光或磨平以形成光滑、平坦 表面。可使用施加到墊或圓盤上的漿狀磨料來拋光片狀物50A-50H。在步驟210中，在每個介電片狀物或介電壁50A-50H的前表面52上塗覆金屬化材 料層或片60。金屬層可以是包含懸浮在介質中的銀顆粒的溶液，其通過絲網印刷、噴塗、電 鍍或浸漬來施加。使用絲網印刷工藝來塗覆表面52還可形成窗口 64。在步驟214中，外部的介質片狀物或介質壁50A和50H經歷額外的工藝，其中利用 噴塗或浸漬工藝使每個饋送孔的內表面被塗覆上金屬層。然後方法200進行到步驟212。片狀物50A和50H中的饋送孔的內表面如上所述被塗覆後，在步驟212中，介電片 狀物或介電壁50A-50H以及金屬片60在低溫爐中於約100攝氏度下被乾燥約5分鐘。在 步驟216中，將介電片狀物50A-50H放置到爐中，在約800至900攝氏度下放置約30分鐘， 以使金屬層60結合到每個介電片狀物50A-50H上。
在步驟218中，在每個介電片狀物或介電壁50A-50H的背表面54塗覆金屬材料層 或片61。金屬層61可以是包含懸浮在介質中的銀顆粒的溶液，其通過絲網印刷、噴塗、電鍍或浸漬來施加。該介質可以是松樹油或萜烯。使用絲 網印刷工藝來塗覆表面54還可形成窗口 62。背表面54被塗覆後，在步驟220中，每個介電片狀物或介電壁50A-50H在低溫爐 中於100攝氏度下被乾燥約5分鐘。在步驟222中，將介電片狀物50在800至900攝氏度 下放置約30分鐘，以使金屬層61永久地結合到每個介電片狀物50A-50H上。另外，作為上述絲網印刷工藝形成窗口 62和64的替代，可以理解的是，在步驟222 後，可利用雷射燒蝕工藝在表面52和54上形成窗口 62和64，該雷射燒蝕工藝例如公開在 美國專利No. 6，834，429中，通過雷射燒蝕工藝，片狀物50A-50H前、背表面52、54上的金屬 化材料的被選擇的範圍或區域被從其上移除，以限定各個窗口 62、64，各個窗口包括片狀物 50A-50H上暴露介電材料的區域或範圍。在步驟224中，額外的金屬材料層被施加到每個介電片狀物或介電壁50A-50H 的背表面54上，以使相鄰的介電片狀物50相互粘結。之後，在步驟226中，介電片狀物 50A-50H彼此相鄰地堆疊在一起以形成芯部12，並被放入固定裝置中加壓。在步驟228中， 將芯部12放入爐中，在約100攝氏度下放置約5分鐘以使其乾燥。然後在步驟230中，芯部被放入爐中於約800至900攝氏度下燒制約30分鐘，以 將芯部12的片狀物50A-50H結合或熔合在一起。在步驟232中，通過絲網印刷、噴塗或類似工藝，將金屬材料層施加到芯部12的外 表面的第一側面。塗覆之後，在步驟234中，將第一側面上的金屬化材料層42在低溫爐中 於約100攝氏度下乾燥約5分鐘。在步驟236中，通過絲網印刷、噴塗或類似工藝，將金屬材料層施加到芯部12的外 表面的第二側面。塗覆之後，在步驟238中，將芯部12第二側面上的金屬材料層在低溫爐 中於約100攝氏度下乾燥約5分鐘。在步驟240中，通過絲網印刷、噴塗或類似工藝，將金屬材料層施加到芯部12的外 表面的第三側面。塗覆之後，在步驟242中，將第三側面上的金屬材料層在低溫爐中於約 100攝氏度下乾燥約5分鐘。在步驟244中，通過絲網印刷、噴塗或類似工藝，將金屬材料層施加到芯部12的外 表面的第四側面。塗覆之後，在步驟246中，將第四側面上的金屬材料層在低溫爐中於約 100攝氏度下乾燥約5分鐘。施加到芯部12外表面的每個側面上的金屬材料層共同限定金屬化層或區域42， 在步驟248中，通過將芯部12放置於爐中，在約800至900攝氏度下放置約30分鐘，使該 金屬化層或區域42結合到芯部12的全部四個側面。在步驟250中，焊膏被施加到片狀物50A、50H的饋送孔中及其各自連接器100的 凸緣102上。在步驟252中，連接器100的銷108被插入到饋送孔80和84中。然後，在步 驟254中，芯部12和連接器100被放入回流爐，使焊膏回流以將連接器以位於各自饋送孔 上的方式接附到芯部12的端部。如果需要的話，在步驟256中，可對完成的波導延遲線10進行電測試。雖然圖5A和5B中所示的步驟以特定的順序排列，但是可以理解的是，圖5A和5B中的一些步驟可以不同的順序重新排列，或者完全被省略，仍然可以製造出如上所述的波 導延遲線10。 在不背離本發明新穎特徵的精神和範圍的情況下可實現上述方法的多種變化和 修改。可以理解的是，不應試圖認為或推斷有對於此處描述和闡明的具體方法的任何限定。 當然，旨在通過附加權利要求覆蓋所有落入權利要求範圍的變型。
權利要求
1.波導的製造方法，包括以下步驟提供多個介電材料片，每一片包括相對的金屬材料外層；乾燥多個介電材料片上的金屬材料層；燒制多個介電材料片以將金屬材料層熔合到介電材料上；將多個介電材料片堆疊在一起形成芯部；乾燥該芯部；燒制該芯部；在芯部的外表面施加至少一個金屬材料區域； 乾燥芯部外表面上的金屬材料區域； 燒制該芯部；以及 將至少一個連接器接附到芯部上。
2.根據權利要求1所述的方法，其中提供多個介電材料片和乾燥介電材料片上的金屬 材料層的步驟包括以下步驟將金屬材料層施加到多個介電材料片的每個片的其中一個外表面； 在爐中於約100攝氏度下乾燥多個介電材料片約5分鐘； 將另一金屬材料層施加到多個介電材料片的每個片的另一外表面；以及 在爐中於約100攝氏度下乾燥多個介電材料片約5分鐘。
3.根據權利要求1所述的方法，其中在爐中將多個介電材料片於約800至900攝氏度 的溫度下燒制約30分鐘。
4.根據權利要求1所述的方法，其中在爐中將芯部在約100攝氏度的溫度下乾燥約5 分鐘。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在爐中將芯部在約800至900攝氏度的溫度下燒 制約30分鐘。
6.根據權利要求1所述的方法，其中芯部外表面具有多個側面，向芯部外表面施加金 屬材料區域的步驟包括以下步驟將金屬材料層施加到芯部外表面的多個側面的每一個 上；並且，在將每一金屬材料層施加到芯部外表面的多個側面的每一個上之後，在爐中將芯 部於約100攝氏度下乾燥約5分鐘。
7.根據權利要求1所述的方法，其中在爐中將芯部在約800至900攝氏度下燒制約30 分鐘。
8.根據權利要求2所述的方法，還包括以下步驟在多個材料的片中所選定的片上所 選定的外表面上形成無金屬材料區域。
9.根據權利要求3所述的方法，還包括以下步驟利用雷射從選定的介電材料片的選 定外表面上移除金屬材料區域。
10.陶瓷波導延遲線的製造方法，包括以下步驟提供多個介電材料片，每一片包括施加到其各自的相對表面的金屬材料層； 在爐中燒制多個介電材料片以將金屬材料層熔合到其各自的相對表面上； 將多個介電材料片堆疊在一起形成芯部，隨後燒制該芯部； 向芯部外表面施加金屬材料區域；以及 在爐中燒制該芯部。
11.根據權利要求10所述的方法，其中提供多個介電材料片和向其各自相對側表面施 加金屬材料層的步驟包括以下步驟將金屬材料層施加到多個介電材料片中的每一個片的相對表面之一上；在爐中於約100攝氏度下乾燥多個介電材料片；將金屬材料層施加到多個介電材料片中的每一個片的相對表面的另一個上；以及在爐中於約100攝氏度下乾燥多個介電材料片。
12.根據權利要求10所述的方法，其中在爐中將多個介電材料片於約800至900攝氏 度的溫度下燒制。
13.根據權利要求10所述的方法，其中於爐中燒制芯部之前，在爐中將芯部在約100攝 氏度的溫度下乾燥。
14.根據權利要求10所述的方法，其中在爐中將芯部在約800至900攝氏度的溫度下 燒制。
15.根據權利要求10所述的方法，其中芯部外表面包括多個側面，並且向芯部外表面 施加金屬材料區域的步驟包括以下步驟將金屬材料層施加到芯部外表面的每個側面上；以及在將金屬材料層施加到芯部外表面的每一側面上之後，在爐中將芯部於約100攝氏度 下乾燥。
全文摘要
陶瓷波導延遲線的製造方法，包括以下步驟提供多個介電材料片或介電材料片狀物，每一片包括施加到其各自的相對側表面的金屬材料層。然後，這些片被放入爐中燒制，以將金屬材料層熔合到這些片上。然後這些片被堆疊在一起以形成芯部，然後該芯部被乾燥然後被燒制。一片金屬材料區域被施加到該芯部的外表面。隨後該芯部被在爐中乾燥並燒制。
文檔編號H01P11/00GK102113170SQ200980130533
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月28日 優先權日2008年8月1日
發明者R·范加拉 申請人:Cts公司