一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的制作方法

1.本实用新型属于光电通信技术领域，更具体地说，是涉及一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳。


背景技术：

2.陶瓷管壳在电子器件封装领域占有绝对的地位，已大规模应用于光电通信封装领域。其中陶瓷绝缘子是陶瓷管壳中最重要的组成部件，对于有高速率、高带宽要求的陶瓷管壳，陶瓷绝缘子上射频层的布线尤为关键，它是整个陶瓷管壳的核心区域。随着人们对通信的需求越来越多，需要的信息容量也越来越大，通信系统必须向高频段发展。因此电子封装领域对陶瓷管壳有更高的传输速度要求，陶瓷绝缘子上线路的射频性能就需要提升。而基于现有的陶瓷布线规则和工艺能力，使得陶瓷绝缘子的射频性能的提升受到局限。
3.通常对于陶瓷管壳的设计主要采用减小焊盘宽度、增大焊盘间距等方式来提高阻抗。尤其是对于差分100欧姆的陶瓷管壳来说，要达到阻抗100欧姆的要求，则焊盘线条要求很细，这样在后期使用时焊接工艺难度会很大，焊接的可靠性会降低。另外考虑到陶瓷绝缘子焊盘位置的使用方式多为焊接柔性电路板fpc，这必然会降低陶瓷绝缘子焊盘位置的阻抗。因此最好的设计是对陶瓷绝缘子焊盘的阻抗设计补偿，即设计值大于100欧姆。在这种情况下，只是改变焊盘线条的宽度、间距的方式明显没有办法满足这一要求，那么就需要研究一种新的陶瓷管壳来解决这一问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳，旨在解决陶瓷管壳陶瓷绝缘子上射频传输线路的阻抗低的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳，包括壳体、陶瓷绝缘子和多个第一焊盘，壳体的侧部具有安装口；陶瓷绝缘子相适配的插入并封装于所述壳体安装口内，所述陶瓷绝缘子内端置于所述壳体内侧、外端置于所述壳体外侧；多个第一焊盘平行均布于所述陶瓷绝缘子上端且位于所述壳体外侧；其中，在所述陶瓷绝缘子上位于相邻两个所述第一焊盘之间开设有凹槽，以降低相邻两个所述第一焊盘之间介电常数，提升射频传输线路阻抗。
6.在一种可能的实现方式中，所述陶瓷绝缘子内部设有gnd层，所述凹槽底部位于所述gnd层上方。
7.在一种可能的实现方式中，在所述凹槽内底部覆盖有用于防止所述gnd层向所述凹槽内导电的绝缘层。
8.在一种可能的实现方式中，所述绝缘层为瓷浆。
9.在一种可能的实现方式中，所述凹槽呈长条形，且长度方向沿所述第一焊盘长度方向。
10.在一种可能的实现方式中，所述壳体包括墙体、光窗支架和底板，所述墙体和所述
底板共同组成具有空腔且上端具有连通空腔的开口的长方体结构，所述壳体上的安装口设于长方体短边侧的所述墙体上。
11.在一种可能的实现方式中，所述墙体材质为陶瓷或可伐合金。
12.在一种可能的实现方式中，所述陶瓷绝缘子上端设有结构梁，所述陶瓷绝缘子封装至所述壳体安装口内后，所述结构梁适于抵靠所述壳体，以限位所述陶瓷绝缘子。
13.在一种可能的实现方式中，所述第一焊盘位于所述结构梁一侧，所述陶瓷绝缘子上端还设有位于所述结构梁另一侧且与所述第一焊盘导电连接的第二焊盘。
14.在一种可能的实现方式中，所述壳体上与所述安装口相对的一侧部设有安装孔，所述安装孔用于安装所述光窗支架。
15.本实用新型提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳包括壳体、陶瓷绝缘子和多个第一焊盘，陶瓷绝缘子插接并封装在壳体安装口内，焊接在安装口内，外端位于壳体外部，内端位于壳体内部，第一焊盘位于陶瓷绝缘子上且位于壳体外侧，并可连接其他部件，通过在两个相邻第一焊盘之间设置凹槽，凹槽可以降低相邻两个所述第一焊盘之间介电常数，提升射频传输线路阻抗，解决了陶瓷管壳陶瓷绝缘子上射频传输线路的阻抗低的技术问题，具有通过开设的凹槽，可以降低相邻两个所述第一焊盘之间介电常数，进而提升射频传输线路阻抗和射频信号传输性能的技术效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
17.图1为本实用新型实施例提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的陶瓷绝缘子开槽结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的陶瓷绝缘子凹槽剖面图；
20.图4为本实用新型实施例提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的射频信号传输性能仿真模型；
21.图5为本实用新型实施例提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳的仿真和制备流程框图。
22.附图标记说明：
23.1、壳体；11、墙体；12、底板；2、陶瓷绝缘子；3、第一焊盘；4、安装口；5、凹槽；6、gnd层；7、绝缘层；8、结构梁；9、第二焊盘；10、安装孔；110、光窗支架。
具体实施方式
24.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以
下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.请一并参阅图1至图4，现对本实用新型提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳进行说明。所述一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳，包括壳体1、陶瓷绝缘子2和多个第一焊盘3，壳体1的侧部具有安装口4；陶瓷绝缘子2相适配的插入并封装于壳体1安装口4内，陶瓷绝缘子2内端置于壳体1内侧、外端置于壳体1外侧；多个第一焊盘3平行均布于陶瓷绝缘子2上端且位于壳体1外侧；其中，在陶瓷绝缘子2上位于相邻两个第一焊盘3之间开设有凹槽5，凹槽5以降低相邻两个第一焊盘3之间介电常数，提升射频传输线路阻抗。
26.本实用新型提供的一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳，与现有技术相比，本实用新型一种提升射频信号传输性能的陶瓷管壳包括壳体1、陶瓷绝缘子2和多个第一焊盘3，壳体1的侧部具有安装口4，陶瓷绝缘子2相适配的插入并封装于壳体1安装口4内，陶瓷绝缘子2插接并封装在壳体1安装口4内，为骑在安装口4上，外端位于壳体1外部，内端位于壳体1内部，第一焊盘3位于陶瓷绝缘子2上且位于壳体1外侧，并可连接其他部件，通过在两个相邻第一焊盘3之间设置凹槽5，凹槽5以降低相邻两个第一焊盘3之间介电常数，提升射频传输线路阻抗，解决了陶瓷管壳陶瓷绝缘子2上射频传输线路的阻抗低的技术问题，具有通过开设的凹槽5，以降低相邻两个第一焊盘3之间介电常数，进而提升射频传输线路阻抗和射频信号传输性能的技术效果。
27.上文或下文中的凹槽5，也可称为腔体或空气腔。
28.在实际使用时，陶瓷绝缘子2上位于第一焊盘3的位置的阻抗会被拉低，因此提前提升阻抗量(值)，可以为后面的阻抗做补偿的功能。通过计算机数值模拟仿真软件(三维)仿真获得的结果，合理设计凹槽5的尺寸或第一焊盘3之间距离，可有助于提升阻抗，便于后期合理操作和加工陶瓷绝缘子2。
29.在本实施例中，通过在两个相邻第一焊盘3之间开设凹槽5，凹槽5使得第一焊盘3之间的介电常数降低，进而可以提升陶瓷绝缘子2的射频信号传输阻抗，理论上说，凹槽5的尺寸(包括长度、宽度和深度)越大，阻抗提升就越大，但是该凹槽5的尺寸不能过大，即不能超出两个相邻第一焊盘3之间的区域。凹槽5通常是采用方冲头或椭圆冲头进行加工，所以凹槽5的形状与冲头形状一致，在冲头操作过程中可以通过叠加的方式逐次进行，如凹槽5的长度为2mm，冲头长度为0.9mm，则需要让冲头多次叠加冲进才能完成凹槽5长度方向上的加工，而凹槽5的深度方向是一次冲出制成，凹槽5的宽度方向上的加工，一般是选用与凹槽5宽度一致的冲头，一次冲出制成，则不需要多次叠加加工。
30.对于本实用新型加工的凹槽5尺寸来说，凹槽5的边部距离第一焊盘3之间的距离可为0.04mm，这样的生产精度是可以达到加工要求的。本实施例中提到的阻抗，其阻抗量是通过计算机数值模拟仿真而产生的，如果在实际情况中，阻抗量不需要提升太多，则可以减小一些凹槽5的尺寸，或使两个相邻第一焊盘3之间距离适当减小。
31.为了不影响gnd层6的正常使用，则在一些实施例中，请参阅图3，陶瓷绝缘子2内部设有gnd层6，凹槽5底部位于gnd层6上方。在加工凹槽5时，在需要加工凹槽5的层进行加工，在不需要加工凹槽5的层则不需要加工，单层料冲出来以后再定位在一起，单层料的厚度都是有一定要求的。即在确定好凹槽5的深度以后，会将凹槽5深度拆分成若干个单层料来冲，然后叠加起来，就是总深度。通常来说，凹槽5底部是不与gnd层6接触的，即两者是不相互连
通的，同时也能起到绝缘效果。凹槽5底部位于gnd层6上方，意味着两者可以接触，也可以不接触，当接触时要进行绝缘处理。
32.为了增大gnd层6对凹槽5的绝缘效果，则在一些实施例中，请参阅图3，在凹槽5内底部覆盖有用于防止gnd层6向凹槽5内导电的绝缘层7。通过在凹槽5内涂覆一层或多层(层的厚度可根据实际情况把控)的绝缘层7，则能在一旦凹槽5与gnd层6连通的情况下，绝缘层7就起到了良好的绝缘作用，防止gnd层6向凹槽5内导向。
33.在一些实施例中，请参阅图3，绝缘层7为瓷浆形成的。瓷浆为现有技术中普遍使用的一种浆液，其本身为绝缘，容易制备，使用成本低，当将其覆盖在凹槽5内部后，就能够起到良好的绝缘效果，避免出现和其他地方短路的风险。
34.为了使凹槽5的尺寸或规格尽量大，以便最大限度提升陶瓷绝子射频传输线路阻抗，则在一些实施例中，请参阅图1至图2，凹槽5呈长条形，且长度方向沿第一焊盘3长度方向。因此第一焊盘3为长条形，则也设置凹槽5为长条形，两者形状一致，则能最大限度提升射频信号传输性能。
35.在具体实施中，凹槽5的长度小于或等于第一焊盘3的长度，凹槽5的内端与第一焊盘3的内端平齐或略小于第一焊盘3的内端，例如凹槽5内端比第一焊盘3的内端小0.1mm；凹槽5的外端可以拉通或贯通至陶瓷绝缘子2的侧部，那么此时的凹槽5的长度就等于第一焊盘3的长度；当为不拉通或贯通陶瓷绝缘子2的侧部的情况下时，凹槽5的长度小于第一焊盘3的长度。
36.为了使陶瓷管壳能够形成适于安装或配合电子器件封装的壳体1，则在一些实施例中，请参阅图1，壳体1包括墙体11、光窗支架110和底板12，墙体11和底板12共同组成具有空腔且上端具有连通空腔的开口的长方体结构，壳体1上的安装口4设于长方体短边侧的墙体11上。光窗支架110与壳体1之间为焊接连接，优选为钎焊固定连接。另外，有一些壳体1的墙体11可以设置为两个，而在本实施例的附图中表示为一个墙体11。
37.具体的，可在壳体1内部安装电子器件，也可与外部的器件实现电性连接。
38.为了提高管壳的绝缘效果，则在一些实施例中，请参阅图1，墙体11材质为陶瓷或可伐合金。陶瓷的形式有很多，如氧化铝陶瓷等，其机械强度高，绝缘功能好，高频损耗小，耐电强度高，耐高温，抗热震等，适合于高功率电子管的管壳；在特殊情况下还可以使用氮化铝陶瓷等多种样式。
39.为了使陶瓷绝缘子2与壳体1之前连接稳定，则在一些实施例中，请参阅图1至图2，陶瓷绝缘子2上端设有结构梁8，陶瓷绝缘子2封装至壳体1安装口4内后，结构梁8适于抵靠壳体1，以限位陶瓷绝缘子2。
40.具体的，结构梁8与陶瓷绝缘子2是一体式结构，该结构梁8是通过一层一层的料冲成所需的结构以后，再将多层定位在一起，当结构梁8与壳体1或安装口4内部上端的壳体1接触时，可以起到对陶瓷绝缘子2限位的作用。
41.在一些实施例中，请参阅图1至图2，第一焊盘3位于结构梁8一侧，陶瓷绝缘子2上端还设有位于结构梁8另一侧且与第一焊盘3导电连接的第二焊盘9。结构梁8设置在第一焊盘3和第二焊盘9的上端，第一焊盘3和第二焊盘9位于结构梁8的两侧。
42.为了使陶瓷管壳可以与其外部的电子器件电性连接，则在一些实施例中，请参阅图1，壳体1上与安装口4相对的一侧部设有安装孔10，安装孔10用于安装光窗支架110。通过
安装孔10可以安装光窗支架110，通常情况下，光窗支架110呈中空圆柱形，内部用于安装光窗，光窗起到了透光、传输光信号等的作用，安装时操作方便。
43.本实用新型通过使用计算机软件模拟仿真，如图4所示，射频性能仿真及管壳制备流程如下：
44.根据设计输入的阻抗要求及瓷件结构，利用阻抗匹配软件计算确定设计的初始线宽、线间距、介质厚度，然后在二维软件中绘制射频各层走线。将已经绘制好的每一层射频布线导入到三维仿真软件中，进行拉伸、平移、联合、相减等操作，并且在两个焊盘中间增加开槽(即开设凹槽5)，完成陶瓷绝缘子模型的建立，如图2所示。
45.结合陶瓷绝缘子的使用，在外部焊盘侧增加fpc模型，通过金属焊料焊接到一起；内部键合指需要建立submount基板模型，并通过金丝键合实现连接。至此完成陶瓷绝缘子的射频仿真通路的建模。如图4所示。
46.对模型的各部分分别赋予相应的材料属性，并设置边界条件、端口、扫频参数等，然后启动仿真。根据焊盘处时域反射分析(time domian reflectometry，tdr)结果，调整焊盘间开槽尺寸。最终得到最优的仿真结果。仿真结果确认后，即确定了陶瓷管壳的射频布线，接下来可进行陶瓷管壳生产阶段的图纸设计。
47.根据生产图纸文件制作冲孔程序、填孔漏板、印刷丝网、层压保护板等工装模具。然后对流延出来的氧化铝生瓷片经过冲孔、填孔、印刷、层压、热切、烧结等工艺，得到熟瓷件。熟瓷件需要经过镀镍，才可以具备钎焊条件。
48.熟瓷件镀镍后，通过金属焊料与墙体、底板、光窗支架等金属零件焊接成为一个整体。然后对管壳进行镀金，形成一层表面的防护膜。之后在光窗支架孔内贴焊光窗。这样就完成了整个陶瓷管壳的制作。如图1所示。具体流程可参见图5，在图5指的焊盘可理解为第一焊盘3。
49.在设计陶瓷管壳射频性能时增加焊盘间开槽，可以更好的实现射频的阻抗匹配，使传输系统能将波源的功率有效的传给负载，从而提高系统的传输效率、功率容量以及稳定性。
50.本实用新型不但在陶瓷管壳射频设计的阻抗匹配时多了一种选择，而且从设计及管壳制备过程可以看出，此方法简单、便捷，有助于解决陶瓷绝缘子射频性能设计的瓶颈问题，同时也不会增加工艺难度和成本。
51.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。