一种片式陶瓷天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片式陶瓷天线，金属线路附着在陶瓷基座的外表面以及陶瓷基座设置的过孔位置，其中位于外表面的所述金属线路作为陶瓷天线主体，位于过孔位置的金属线路作为电路起导通作用；金属线路包括第一金属线路、第二金属线路、第三金属线路、第四金属线路以及第五金属线路；第一金属线路选自耐高温的钨、钼、铂，第三金属线路选自导电率高的铜、银、铬、铁、钴，中间设置第二金属线路用于过渡，外层设置第四金属线路和第五金属线路用于保护和焊接。本发明专利技术通过设计多层金属线路，使得片式陶瓷天线既可以使用陶瓷基座与金属线路共烧工艺，从而控制成本，又能采用导电性优良的金属材质，从而保证天线性能。

A Chip Ceramic Antenna and Its Preparation Method

The invention discloses a chip ceramic antenna, in which the metal line attached to the outer surface of the ceramic base and the through-hole position arranged on the ceramic base are used as the main body of the ceramic antenna, and the metal line located at the through-hole position is used as the circuit to conduct the function; the metal line includes the first metal line, the second metal line, the third metal line and the first metal line. Four metal lines and the fifth metal line; the first metal line is chosen from tungsten, molybdenum and platinum resistant to high temperature; the third metal line is selected from copper, silver, chromium, iron and cobalt with high conductivity; the second metal line is set in the middle for transition; the fourth metal line and the metal line are set in the outer layer for protection and welding. By designing a multi-layer metal circuit, the chip ceramic antenna can not only use the co-firing process between the ceramic base and the metal circuit, thus controlling the cost, but also adopt the metal material with good conductivity, thus ensuring the antenna performance.

【技术实现步骤摘要】
一种片式陶瓷天线及其制备方法
本专利技术属于陶瓷天线的
，特别涉及一种片式陶瓷天线的结构设计及其制备方法。
技术介绍
对于本
的人员而言，虽然选用陶瓷作为天线基座的方案是很常见的，但仍然有问题待解决。例如，常用的陶瓷种类非常丰富，人们显然更倾向于选择那些成本低廉的材质，比如选择氧化锆、氧化铝等常见的高温烧结陶瓷。再通过合适的制备方法在氧化锆、氧化铝基座上制备金属线路，金属线路作为天线的主体。在各种制备方法中，利用共烧工艺将金属线路与陶瓷基体一起经历高温烧结，有利于保证两者之间具有优良的界面结合，同时又能控制成本。但氧化锆、氧化铝的烧结温度往往超过1400℃，能够耐受如此高温的金属线路的材质就大大受限了，可选的金属材质只有少数几种，例如钨、铂、钼等。但在这些金属中，钨和钼受限于导电率大大低于铜、银这类常见的用于天线的金属材质，铂受限于成本因素，均不适合直接用于天线的制备，必须通过优化结构设计和制备方法上的改进来弥补该不足。另外，钨、钼、铂等金属的热膨胀系数与铜、银的差异也非常大，如果要混合利用钨、钼、铂、铜、银等金属，必须考虑不同金属层之间的匹配性问题，否则难以获得界面结合优良的产品。为了获得性能优良的天线产品，即使选用那些具有优良导电性的金属材质(例如金属铜、银)，也必须保证金属层达到足够的厚度。而一般经验显示，随着金属层的厚度增加，不同金属层之间的差异性越严重，越容易发生层间的分离，得不到优良的界面结合。因此，当混合利用不同金属层时，也要解决该问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种片式陶瓷天线及其制备方法，通过设计多层金属线路，使得片式陶瓷天线既可以使用陶瓷基座与金属线路共烧工艺，从而控制成本，又能采用导电性优良的金属材质，从而保证天线性能。本专利技术的技术方案如下：一种片式陶瓷天线，包含陶瓷基座和金属线路，其中所述陶瓷基座的材质选自氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铪、氧化铈、氧化铁、氧化锶、氧化钡、氧化硅、氧化铜、氧化钴、氧化镍、氧化钪、氧化钛中的任意一种或几种的组合；所述金属线路附着在所述陶瓷基座的外表面以及所述陶瓷基座设置的过孔位置，其中位于所述外表面的所述金属线路作为陶瓷天线主体，位于所述过孔位置的所述金属线路作为电路起导通作用；所述金属线路具有多层结构，按照距离陶瓷基座的远近，所述多层结构依次设置为第一金属线路、第二金属线路、第三金属线路、第四金属线路以及第五金属线路；所述第一金属线路的材质选自钨、钼、铂中的一种或多种，所述第一金属线路的厚度为0.1um-2um；所述第二金属线路的材质选自镍、铬、钴、铁中的任意一种或多种，所述第二金属线路的厚度为0.1um-2um；所述第三金属线路的材质优选为铜、银、铬、铁、钴中的任意一种或多种，所述第三金属线路的厚度为10um-36um；所述第四金属线路的材质选自镍、铜、银、铬、铁、钴、金中的任意一种或多种，所述第四金属线路的厚度为2um-6um；所述第五金属线路的材质优选为镍、铜、银、铬、铁、钴、金中的任意一种或多种，所述第五金属线路的厚度为0.04um-0.1um。优选的，所述第一金属线路的材质为钨。优选的，所述第三金属线路的材质为铜。优选的，所述第二金属线路的材质选自镍、铬中的任意一种。优选的，所述第四金属线的材质为镍，所述第五金属线路的材质为金。本专利技术还提供一种上述的片式陶瓷天线的制备方法，包括以下步骤：S1)按照所述陶瓷基座的材质和尺寸要求，利用流延成型、冲孔工艺以及切割工艺制备所述陶瓷基座的素坯；S2)按照所述第一金属线路的材质和厚度要求，利用丝网印刷工艺，在S1的所述素坯上印刷所述第一金属线路，进行烧结，得到附着有所述第一金属线路的所述陶瓷基座；S3)按照所述第二金属线路的材质和厚度要求，利用化学气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发沉积、电镀、化学镀工艺中的任意一种，在S2所述第一金属线路表面制备所述第二金属线路；S4)按照所述第三金属线路的材质，利用电镀、化学镀工艺中的任意一种，在S3所述第二金属线路表面制备所述第三金属线路，控制所述第三金属线路的厚度范围在0.1um-5um之间，得到陶瓷天线半成品；S5)将S4所述陶瓷天线半成品退火；S6)重复S4至S5，直至达到所述第三金属线路的总厚度要求；S7)按照所述第四金属线路的材质和厚度要求，利用电镀、化学镀工艺中的任意一种，在S6所述第三金属线路表面制备所述第四金属线路；S8)按照所述第五金属线路的材质和厚度要求，利用电镀、化学镀工艺中的任意一种，在S7所述第四金属线路表面制备所述第五金属线路，最终得到所述片式陶瓷天线的成品。优选的，所述步骤S2所述烧结是在空气气氛下，温度为800℃-1700℃。优选的，所述步骤S5所述退火是在非氧化性气氛，温度为200℃-850℃，时间为30min-2h。优选的，所述步骤S5所述退火是在中性气氛或还原性气氛，所述气氛中的氧含量低于500ppm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1)通过设计多层金属线路，使得片式陶瓷天线既可以使用陶瓷基座与金属线路共烧工艺，第一金属线路与陶瓷共烧，其结合力更好，还可控制成本，而又能在第一金属线路上采用导电性更优良的金属材质，从而保证天线性能。2)通过设计多层金属线路，优选每一层的金属材质，保证了各层之间具有优良的界面结合。例如，第一金属线路优选可与陶瓷基座共烧的钨，钨的热膨胀系数仅为4.5-4.6，第三金属线路优选导电性优良的铜或银，但铜和银的热膨胀系数高达18-19.5，两层金属线路之间的差异是巨大的，并不能简单的不加以结构和制程上的优化就可以成功应用于天线产品中的；而与此同时，本专利在介于两者之间还设计了第二金属线路，并且第二金属线路优选铬或镍，铬或镍的热膨胀系数为6.2-13，介于第一金属线路和第三金属线路之间，可以起到过渡层的作用。由于第二金属线路的存在，保证了各层之间的界面结合。3)通过优化每层金属线路的厚度要求，在确保各层金属线路之间以及与陶瓷基体之间的界面结合优良的前提下，尽可能提高导电性优良的金属线路的比例，从而保证整个金属线路的导电性，只有如此，才能获得优良天线性能的预期。但由此会带来新的问题是，由于各层金属线路之间的厚度要求差异过大，这会放大各层金属线路之间的差异，也会提高产品失效的风险。例如，在本专利提供的方案中，第三金属线路的厚度要求显著超过了其他金属线路，本专利技术通过对制备方法的优化，具体而言，通过一次制备相对薄的第三金属线路，然后将样品放入非氧化性气氛下高温退火一段时间，从而确保界面结合，再重复该步骤，通过逐次增厚的方法，最终达到第三金属线路的厚度要求。4)本专利还设计了第四金属线路和第五金属线路，对第三金属线路可以起到保护作用，避免了被空气氧化，提高了天线的寿命，另一方面还可便于与其他元件焊接。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明图1为本专利技术的一种片式陶瓷天线的结构示意图；图2为本专利技术的一种片式陶瓷天线的结构剖面示意图；。图中标记：a.正面，b.背面，1.过孔，2.陶瓷基座，3.金属线路，31.第一金属线路，32.第二金属线路，33.第三金属线路，34.第四金属线路35.第五金属线路。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片式陶瓷天线，包含陶瓷基座和金属线路，其特征在于，所述陶瓷基座的材质选自氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铪、氧化铈、氧化铁、氧化锶、氧化钡、氧化硅、氧化铜、氧化钴、氧化镍、氧化钪、氧化钛中的任意一种或几种的组合；所述金属线路附着在所述陶瓷基座的外表面以及所述陶瓷基座设置的过孔位置，其中位于所述外表面的所述金属线路作为陶瓷天线主体，位于所述过孔位置的所述金属线路作为电路起导通作用；所述金属线路具有多层结构，按照距离陶瓷基座的远近，所述多层结构依次设置为第一金属线路、第二金属线路、第三金属线路、第四金属线路以及第五金属线路；所述第一金属线路的材质选自钨、钼、铂中的一种或多种，所述第一金属线路的厚度为0.1um‑2um；所述第二金属线路的材质选自镍、铬、钴、铁中的任意一种或多种，所述第二金属线路的厚度为0.1um‑2um；所述第三金属线路的材质选自铜、银、铬、铁、钴中的任意一种或多种，所述第三金属线路的厚度为10um‑36um；所述第四金属线路的材质选自镍、铜、银、铬、铁、钴、金中的任意一种或多种，所述第四金属线路的厚度为2um‑6um；所述第五金属线路的材质选自镍、铜、银、铬、铁、钴、金中的任意一种或多种，所述第五金属线路的厚度为0.04um‑0.1um。...

【技术特征摘要】
1.一种片式陶瓷天线，包含陶瓷基座和金属线路，其特征在于，所述陶瓷基座的材质选自氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化镁、氧化铪、氧化铈、氧化铁、氧化锶、氧化钡、氧化硅、氧化铜、氧化钴、氧化镍、氧化钪、氧化钛中的任意一种或几种的组合；所述金属线路附着在所述陶瓷基座的外表面以及所述陶瓷基座设置的过孔位置，其中位于所述外表面的所述金属线路作为陶瓷天线主体，位于所述过孔位置的所述金属线路作为电路起导通作用；所述金属线路具有多层结构，按照距离陶瓷基座的远近，所述多层结构依次设置为第一金属线路、第二金属线路、第三金属线路、第四金属线路以及第五金属线路；所述第一金属线路的材质选自钨、钼、铂中的一种或多种，所述第一金属线路的厚度为0.1um-2um；所述第二金属线路的材质选自镍、铬、钴、铁中的任意一种或多种，所述第二金属线路的厚度为0.1um-2um；所述第三金属线路的材质选自铜、银、铬、铁、钴中的任意一种或多种，所述第三金属线路的厚度为10um-36um；所述第四金属线路的材质选自镍、铜、银、铬、铁、钴、金中的任意一种或多种，所述第四金属线路的厚度为2um-6um；所述第五金属线路的材质选自镍、铜、银、铬、铁、钴、金中的任意一种或多种，所述第五金属线路的厚度为0.04um-0.1um。2.根据权利要求1所述的片式陶瓷天线，其特征在于，所述第一金属线路的材质为钨。3.根据权利要求2所述的片式陶瓷天线，其特征在于，所述第三金属线路的材质为铜。4.根据权利要求3所述的片式陶瓷天线，其特征在于，所述第二金属线路的材质选自镍、铬中的任意一种。5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的片式陶瓷天线，其特征在于，所述第四金属线的材质为镍，所述第五金属线路的材质为金。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊，曹海强，
申请(专利权)人：上海安费诺永亿通讯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31