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新型陶瓷——陶瓷介質(zhì)濾波器
介質(zhì)濾波器（英文Dielectric filter）利用介質(zhì)陶瓷材料的低損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高功率等特點(diǎn)設(shè)計(jì)制作的，由數(shù)個(gè)長(zhǎng)型諧振器縱向多級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)的梯形線路構(gòu)成。
2019-09-17 16:52:37安徽旭騰微電子設(shè)備有限公司2138
新型陶瓷——陶瓷介質(zhì)濾波器
新型陶瓷材料，作為新材料領(lǐng)域的重要分支，逐步成為許多高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的重要關(guān)鍵材料，受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的極大關(guān)注，下面將為大家介紹一款陶瓷新型材料，陶瓷介質(zhì)濾波器。
一．陶瓷介質(zhì)濾波器介質(zhì)濾波器（英文Dielectric filter）利用介質(zhì)陶瓷材料的低損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、可承受高功率等特點(diǎn)設(shè)計(jì)制作的，由數(shù)個(gè)長(zhǎng)型諧振器縱向多級(jí)串聯(lián)或并聯(lián)的梯形線路構(gòu)成。
介質(zhì)濾波器是一種采用介質(zhì)諧振腔經(jīng)過(guò)多級(jí)耦合而取得選頻作用的微波濾波器。進(jìn)入21世紀(jì)后，介質(zhì)濾波器經(jīng)過(guò)理論和實(shí)踐方面的長(zhǎng)期積累，逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線。由于介質(zhì)濾波器具有小型化、低損耗和溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，所以在移動(dòng)通信和微波通信等系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是插入損耗小、耐功率性好、帶寬窄，特別適合CT1，CT2，900MHz，1.8GHz，2.4GHz，5.8GHz，便攜電話、汽車電話、無(wú)線耳機(jī)、無(wú)線麥克風(fēng)、無(wú)線電臺(tái)、無(wú)繩電話以及一體化收發(fā)雙工器等的級(jí)向耦合濾波。介質(zhì)濾波器的表面覆蓋著切向電場(chǎng)為零的金屬層，電磁波被限制在介質(zhì)內(nèi)，形成駐波振蕩，其幾何尺寸約為波導(dǎo)波長(zhǎng)的一半。材料一般采用相對(duì)介電常數(shù)為60~80之間的陶瓷，實(shí)際應(yīng)用于無(wú)線通信中的介質(zhì)陶瓷濾波器尺寸在厘米級(jí)。介質(zhì)濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)是功率容量大，插入損耗低，但存在兩大缺點(diǎn)：第一，體積較大，在厘米量級(jí)，與集成電路相比占用了系統(tǒng)很大的體積；第二，介質(zhì)濾波器一般是分立器件，無(wú)法與信號(hào)處理電路進(jìn)行集成，而且由濾波器到信號(hào)處理芯片需要經(jīng)過(guò)一條不可忽略的傳輸線，必須進(jìn)行阻抗匹配，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且造成一定的信號(hào)衰減。介質(zhì)濾波器是由若干個(gè)介質(zhì)諧振器耦合而成的。金屬空腔諧振器的主要損耗來(lái)自導(dǎo)體的損耗，介質(zhì)器用介質(zhì)(如微波陶瓷)取代金屬導(dǎo)體，能夠把電磁場(chǎng)限制于諧振腔之內(nèi)，因此具有較高的Q值。目前，陶瓷介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)約為39，大到可以做到90以上。因此，使用陶瓷介質(zhì)材料作諧振器，可以大大縮減濾波器的體積和質(zhì)量，并且不會(huì)降低濾波器的性能。
二．陶瓷介質(zhì)濾波器的應(yīng)用
濾波器，基站選頻的眼睛：基站可狹義地理解為一個(gè)無(wú)線電收發(fā)信電臺(tái)。一般基站有屬于自己的明確的工作頻段，因此基站必須有選擇各種頻率信號(hào)來(lái)進(jìn)行收發(fā)的能力。濾波器的主要功能就是幫助基站實(shí)現(xiàn)選頻，即通過(guò)需要的頻率信號(hào)，而抑制不需要或者有害的頻率信號(hào)。5G時(shí)代對(duì)濾波器用量的提升就對(duì)器件尺寸和發(fā)熱性能提出了嚴(yán)格的要求。陶瓷介質(zhì)濾波器憑借其尺寸優(yōu)勢(shì)在Massive MIMO（大規(guī)模天線技術(shù)） 天線中有望得到大規(guī)模應(yīng)用。而5G 的另一個(gè)技術(shù)趨勢(shì)是微型基站，是實(shí)現(xiàn)毫米波信號(hào)覆蓋和高連接密度的關(guān)鍵。毫米波的應(yīng)用使基站天線尺寸降低至毫米量級(jí)，使得傳統(tǒng)基站有了小型化的可能，同時(shí)也對(duì)濾波器的體積和功耗提出了更高的要求。另一方面頻率提升對(duì)濾波器尺寸提出更高要求，小型化趨勢(shì)利好介質(zhì)濾波器。濾波器的原理是使用不同尺寸的諧振桿或陶瓷基塊來(lái)讓特定頻率的電磁波在其中來(lái)回反射形成駐波。濾波器的尺寸與諧振頻率、濾波器材質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)有關(guān)，諧振頻率越高、相對(duì)介電常數(shù)越大，濾波器尺寸越小。通常情況下，諧振器或介質(zhì)濾波器的尺寸和波長(zhǎng)在一個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著頻段提升尤其是毫米波開(kāi)始投入使用，相應(yīng)的毫米波基站所使用的濾波器的尺寸也將縮小，這對(duì)于需要裝配的同軸腔體濾波器來(lái)說(shuō)是不小的挑戰(zhàn)，而一體化的陶瓷介質(zhì)濾波器則更具備優(yōu)勢(shì)。在過(guò)去的4G時(shí)代里面，主要使用的是同軸腔體，濾波器，雖然說(shuō)成本較低，工藝精湛，因而成為主流，可是這個(gè)技術(shù)在5g時(shí)代卻不能滿足5g傳輸?shù)男枨蟆?g因?yàn)樾枰纱罅康碾娮釉鳎裕瑸V波器需要更濾波加的小心以及集成。因此體積小，能夠傳輸上減少損耗，頻率穩(wěn)定，可承受高功率特點(diǎn)的陶瓷介質(zhì)濾波器應(yīng)運(yùn)而生；介質(zhì)濾波器中的電磁波諧振就發(fā)生在介質(zhì)材料內(nèi)部，沒(méi)有金屬腔體，體積較小。而且使用的陶瓷介質(zhì)材料介電常數(shù)大，Q值高，選頻特性好，工作頻率穩(wěn)定性好，損耗小，同時(shí)具有較高的帶外抑制。隨著5G時(shí)代來(lái)臨，為了減少遠(yuǎn)距離傳輸造成的高頻信號(hào)快速衰減，對(duì)元器件空間利用率要求較高的小基站即將大量建設(shè)，因此這種體積小、性能優(yōu)良的介質(zhì)濾波器將極具發(fā)展?jié)摿Α?/span>
三．陶瓷濾波器的市場(chǎng)情況
5G基站向著小型化、輕量化和高集成化發(fā)展，Massive MIMO（大規(guī)模天線）技術(shù)使得天線的數(shù)量倍數(shù)增長(zhǎng)，通道數(shù)達(dá)64甚至128個(gè)，因此對(duì)于濾波器的需求量將大量增加，因此，陶瓷介質(zhì)濾波器憑借高Q值，低插損，高介電，小尺寸、輕量化和低成本的優(yōu)勢(shì)，成為5G基站濾波器的主流。目前，四大基站終端中，華為和愛(ài)立信傾向于陶瓷介質(zhì)濾波器，中興和諾基亞目前仍以小型化金屬腔體濾波器為主，未來(lái)將向陶瓷介質(zhì)濾波器過(guò)渡，陶瓷濾波器的市場(chǎng)份額將不斷提升。據(jù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，5G時(shí)代全球基站數(shù)將近850萬(wàn)臺(tái)，按每個(gè)基站3面天線，每面天線64個(gè)濾波器估算，介質(zhì)濾波器需求16億只，陶瓷介質(zhì)濾波器全球市場(chǎng)容量約566億元。陶瓷介質(zhì)濾波器市場(chǎng)巨大，然而目前能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)供貨的企業(yè)并不是很多，這是因?yàn)樘沾山橘|(zhì)濾波器的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)存在技術(shù)壁壘，移動(dòng)通信技術(shù)的持續(xù)升級(jí)，濾波器生產(chǎn)商需要具備快速響應(yīng)和快速研發(fā)的能力，資金的投入以及設(shè)備終端的審核認(rèn)證周期等因素。目前，陶瓷介質(zhì)濾波器處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，產(chǎn)能尚未能滿足市場(chǎng)需求，濾波器企業(yè)正在終端需求的推動(dòng)下在做產(chǎn)能的擴(kuò)充。陶瓷介質(zhì)濾波器將占有5G基站濾波器的主要市場(chǎng)，為迎接5G新機(jī)遇，多家濾波器廠商紛紛布局陶瓷介質(zhì)濾波器；如：張家港燦勤，深圳大富科技，武漢凡谷，深圳國(guó)人通信，廣東國(guó)華新材，深圳摩比通信，廣東通宇通信，東莞粵博電子，深圳順絡(luò)電子，潮州三環(huán)股份，蘇州艾福電子，嘉興佳利電子，浙江嘉康電子，中電德清華螢，江蘇江佳電子，重慶思睿創(chuàng)磁電科技，河北中磁電子，深圳粵凌電子等等企業(yè)都已經(jīng)在開(kāi)始積極布局陶瓷介質(zhì)濾波器。
四．制備工藝
雖然很多企業(yè)都在積極布局陶瓷介質(zhì)濾波器，但是陶瓷濾波器并非一次成型，生產(chǎn)過(guò)程所需的設(shè)備較多，對(duì)于設(shè)備的選擇都有要求，因此陶瓷濾波器的巨大市場(chǎng)需求對(duì)于設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)既是一場(chǎng)新機(jī)遇，也是一個(gè)新挑戰(zhàn)。
下面就制備工藝做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：如下圖
1.配料：根據(jù)配方設(shè)定各種原材料的比例進(jìn)行配料；
2.混料：將配料進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后倒入指定容器放入混料機(jī)，并根據(jù)不同的配方加入不同比例的去離子水；3.干燥預(yù)燒：將混料后的物料放入烘箱中進(jìn)行低溫烘干（200℃左右）；干燥后的物料放入隧道爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒的溫度在1100-1200℃范圍內(nèi)；
4.混料和球磨：將預(yù)燒后的物料放入到球磨機(jī)中，利用磨球與粉料在球磨腔體內(nèi)告訴翻滾，對(duì)粉料產(chǎn)生強(qiáng)力的剪切，沖擊，碾壓，達(dá)到粉碎，分散，乳化粉料的目的；
5.噴霧造粒：在經(jīng)過(guò)球磨機(jī)壓碎的物料里面加入聚乙烯醇（粘合劑），在全封閉的噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行噴霧造粒，目的是使材料形成均勻的小顆粒；
6.干壓成型：將造粒好的粉料用模具進(jìn)行干壓成型；對(duì)于不能一次性成型的產(chǎn)品，需要增加CNC的工序進(jìn)行壓制成型；
7.燒結(jié)：將干壓成型后的陶瓷胚放入燒結(jié)爐內(nèi)，以3-5℃/min的升溫速率，在1100-1700℃范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)8-40小時(shí)的燒結(jié)，形成陶瓷胚件；
8.雙面磨削：將燒結(jié)成型后的陶瓷胚件進(jìn)采用綠軟砂和水進(jìn)行雙面磨削至準(zhǔn)確胚件的尺寸；
10.表面金屬化（批銀工藝）：將銀漿采用滴孔，噴涂，絲網(wǎng)印刷或浸銀的方式將銀漿附著到陶瓷配胚件的表面，銀漿噴涂完成后，將產(chǎn)品放入到700-900℃的燒銀爐（網(wǎng)帶爐，燒結(jié)氣氛：CDA）進(jìn)行10-200分鐘的燒結(jié)，將銀漿固化在陶瓷件上面；銀漿的涂覆方式有噴涂模式，點(diǎn)銀模式以及絲網(wǎng)印刷模式；
11.制電極：在進(jìn)行過(guò)金屬化后的陶瓷件上面采用激光機(jī)進(jìn)行激光電極以及數(shù)控鉆床進(jìn)行電機(jī)加工，通過(guò)激光光源或者鉆頭打磨將電極處的銀層去掉；
12.清洗烘干：將合格的電極陶瓷件進(jìn)行清洗和烘干；
14.調(diào)頻測(cè)試：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)行調(diào)頻測(cè)試或激光調(diào)試；
15.標(biāo)志：對(duì)于調(diào)試合格的產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)識(shí)和張貼條碼和品比膜；
16.終測(cè)：進(jìn)行最終測(cè)試；類似于出貨前的檢測(cè)；
17.包裝：包裝出貨。
介質(zhì)陶瓷濾波器的圖片
在整個(gè)陶瓷介質(zhì)濾波器生產(chǎn)過(guò)程中，涉及到設(shè)備很多，主要有：噴霧造粒設(shè)備，球磨機(jī)，磨砂機(jī)，壓模機(jī)，精雕機(jī)，磨片機(jī)，烘箱，干燥爐，燒銀爐，覆銀設(shè)備，貼片機(jī)，超聲波清洗機(jī)等等等等相關(guān)的設(shè)備，而旭騰科技可滿足工藝流程所具備的專業(yè)設(shè)備，可以使陶瓷介質(zhì)濾波器更好的運(yùn)用在5G科技中，為世界打開(kāi)新的大門(mén)。
*文章僅為個(gè)人觀點(diǎn)，不作為具體技術(shù)參考。具體細(xì)節(jié)請(qǐng)咨詢技術(shù)人員。
旭騰科技作為專業(yè)的精密烘烤設(shè)備制造廠商，可根據(jù)客戶特殊需求定制您需要的滿意產(chǎn)品，有需求的客戶詳情請(qǐng)咨詢400-608-2908或搜索旭騰科技了解更多信息。
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