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CN110289487A - 一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法及5g天线 - Google Patents

一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法及5g天线 Download PDF

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Abstract

一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法及5G天线，基材可使用三维非金属材料作为天线产品的载体，再利用激光加工天线走线，将表面多余部分的金属层去掉，从而得到所需的三维立体天线，一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，包括以下步骤：S1:基材表面金属化处理：在基材表面真空镀有金属层，获得天线胚料，所述基材为三维非金属材料；S2:天线走线加工：对步骤S1中获得的天线胚料利用镭雕工艺走线加工，将所述天线胚料表面多余部分的金属层去除，在所述步骤S1前对基材进行表面清洁处理。

Description

一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法及5G天线
技术领域
本发明涉及移动通信领域，具体是一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法及5G天线。
背景技术
伴随着移动互联网的不断发展进步，以及下一代5G移动网络即将大规模商用，各种移动终端已经成为人们日常工作生活中不可或缺的用品。作为一种无线通信工具，移动终端的信号强弱很大程度上决定了实际使用移动网络的流畅，而相同移动网络下基站覆盖下，移动终端信号的强弱很大程度上取决于移动终端的天线。
而5G网络需要高速率，相比4G更宽的带宽才能实现，而实现宽带宽必然要使载波运行在更高的频率，马上要商用的sub 6G频段已经使用到5.0GHz，更高的毫米波频段也会在之后投入商用。伴随着频率的不断升高，与之对应的移动终端天线尺寸也会急剧缩小，最终天线会减小到毫米尺寸。因天线尺寸急剧的缩小，加工生产5G天线时，尺寸稍有偏差天线谐振频率就会偏差很多，而目前传统镭雕和FPC工艺生产天线时只能做到0.15mm左右精度，很难实现5G天线要求的高精度生产；另外FPC工艺因为是2D形式很难通过各种切面在复杂的3D复合面上使用，并且也会因限制天线走线形式而不能发挥天线应有的效能，而传统镭雕工艺在目前主流的手机玻璃及陶瓷背盖上因激光波长等原因限制很难实现在其表面金属化。
发明内容
本发明目的是提供一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法及5G天线，基材可使用三维非金属材料作为天线产品的载体，再利用激光加工天线走线，将表面多余部分的金属层去掉，从而得到所需的三维立体天线，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，包括以下步骤：
S1:基材表面金属化处理：在基材表面真空镀有金属层，获得天线胚料，所述基材为三维非金属材料；
S2:天线走线加工：对步骤S1中获得的天线胚料利用镭雕工艺走线加工，将所述天线胚料表面多余部分的金属层去除。
进一步改进的是：在所述步骤S1前对基材进行表面清洁处理。
进一步改进的是：所述表面清洗处理包括以下步骤：
a、通过碱性溶液对基材进行超声波清洗，清洗温度为50-70℃，清洗时长为5-8min
b、纯水清洗；
c、中和清洗：加入浓度为3-5％的稀硫酸溶液中和残留碱液，清洗时长为5-8s；
d、纯水漂洗；
e、干燥处理。
进一步改进的是：所述金属层包括铜层和覆盖于所述铜层的保护层，所述铜层厚度为2.0-2.5μm，所述保护层厚度为0.1-0.5μm。
进一步改进的是：所述保护层为镍或银的一种。
进一步改进的是：所述天线走线加工利用短波长的紫外激光对所述铜层及保护层进行切割，所述紫外激光的波长范围为193nm-355nm。
进一步改进的是：所述步骤S1中对基材表面金属化的处理方法为气相沉积或者真空溅镀。
进一步改进的是：所述基材为塑料、陶瓷或玻璃背盖的一种。
一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法制作的5G天线，包括天线本体，其特征在于：所述天线本体为5G毫米波天线或Sub 6G MIMO天线的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出了提供一种全新的三维立体天线制作方法，即通过使用短波长的紫外激光照射经金属化处理工艺形成的三维立体金属层表面，切割去除部分金属层从而镭雕得到所需的三维立体天线。利用该方法，避免了使用价格昂贵的传统镭雕工艺的专用塑胶，可以使用任意非金属材料作为天线基材，克服了传统镭雕专用材料因添加金属成分导致机械性能变差、易脆的缺点，使用范围更加灵活广泛，特别适用于目前5G手机广为使用的玻璃和陶瓷材料后盖；本方案的第一层金属，因为通过沉积法获得，其致密性相比较化镀或者电镀的方法形成的金属层，致密性更好，导电性更好，可以在更薄的厚度范围内满足高频电流的趋肤效应，满足天线的发射和接收性能；
2、第二金属银或镍层作为保护层不仅具有良好的防腐蚀性，而且相比其它金属元素具有更好的导电性，从而可以改善天线性能；
3、使用紫外激光对金属层进行切割时，由于紫外短波长激光通过发射高能量分子，直接打断金属层的分子链，使需要切割部分金属层跟天线原材料分离，这样的工作方式不会产生热量，从而使材料受影响的概率降低到了最低；
4、使用紫外激光对金属层进行切割时，相较于因传统激光1064nm或者其它红外波长，紫外激光的波长范围几乎缩短了一个数量级，因此在加工精度上也是得到了飞跃发展，特别适合在马上投入商用的5G天线对于生产高精度天线的需求。由于该制作方法形成的金属铜层膜厚均匀，致密性高、附着力好，2.0-2.5μm金属铜层厚度即能满足高频天线发射接收电流所需的趋肤深度，增加保护层后整体厚度小于3.0μm，这样薄的厚度更有利于做面漆喷漆等后期处理。
附图说明
图1为实施例1的天线剖视图；
图2为实施例2的天线剖视图；
图中：银层1、镍层1’、铜层2、塑料基材3、玻璃背盖基材3’。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参阅图1，一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，包括以下步骤：
基材表面清洗处理：
首先对塑料基材3表面进行清洁，使塑料基材3表面的保持清洁，从而提高金属镀膜的附着力和光洁度，先将塑料基材3放入温度50℃的碱性溶液中进行超声清洗来脱脂去油污，时间为5分钟，完成后用纯水清洗，再放入3％的稀硫酸溶液中中和残留碱液，时间5秒，最后再用纯水漂洗并进行干燥；
S1:塑料基材表面金属化处理：
将清洁完成后将塑料基材3放入纯铜靶材的真空离子镀膜机中，密闭真空腔，启动真空泵将真空腔气压抽至5×10-5torr时，充入惰性氩气是真空腔内氩气压强达到2.0×10-3torr，将坩埚加热到1500℃，纯铜靶材温度可达4000℃，使铜靶材蒸发或者升华，从而把铜原子变为气态粒子，与此同时在真空离子镀膜机内施加1000V电压使冲入氩气放电，从而使氩气和部分气态铜原子离子化，在离子化的氩气和铜原子共同轰击下，气态铜原子携带高能量附着沉积在天线基材3表面上沉积成金属铜层2，沉积速率可以达到100nm/min，由于沉积形成的铜层2与塑料基材3表面的结合力强，致密性高，从而提高铜层2的持久性和耐磨性，最终使铜层2的厚度达到2.0μm即可保证高频电流在天线走线上流动所需的趋肤深度，而沉积20分钟后就可以达到要求厚度。
为了防止铜层2氧化，提高天线性能，所述铜层2表面增加用于保护所述铜层2的银层1，具体为，完成铜层2镀膜后，将纯铜靶材替换为银靶材，再进行第二次真空离子镀，所述银层1的沉积厚度为0.1μm。
S2:天线利用镭雕工艺走线加工：
将铜层2与银层1表面金属化后清洁干净的塑料基材3放置在特制工装夹具上，利用短波长的紫外激光直接打断铜层2与银层1中金属原子的分子链，所述紫外激光的波长为193nm，使金属层与塑料基材3分离甚至气化原理，在两次真空离子镀形成的三维立体金属层表面上，依照天线走线的图形以极高精度(20μm精度)切割去除所需天线走线以外金属层并形成走线，激光功率设置为3瓦、扫描速度400mm/s、频率20KHz，交叉线填充方式，间距0.02mm，镭雕后得到所需要的三维天线。
一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法制作的5G天线，包括天线本体，所述天线本体为5G毫米波天线。
实施例2：
参阅图2，一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，包括以下步骤：
基材表面清洗处理：
首先对2.5D或3D玻璃背盖基材3’表面进行清洁，使玻璃背盖表面的保持清洁，从而提高金属镀膜的附着力和光洁度，先将玻璃背盖放入温度70℃的碱性溶液中进行超声清洗来脱脂去油污，时间为8分钟，完成后用纯水清洗，再放入5％的稀硫酸溶液中中和残留碱液，时间8秒，最后再用纯水漂洗并进行干燥；
S1:玻璃背盖基材表面金属化处理：
将清洁完成后将玻璃背盖基材3’放入纯铜靶材的磁控溅射镀膜机中，密闭真空腔，启动真空泵将真空腔气压抽至7×10-6torr时，充入惰性氩气使真空腔内氩气压强达到2.0×10-3torr，并在玻璃背盖基材3’和铜靶材之间加入800V高压直流电，利用电离后的氩原子在交流电磁场控制性下有序轰击铜耙材，轰击产生的铜原子均匀的溅射到玻璃背盖基材3’上，沉积成金属铜层2，沉积速率可以达到50nm/min，为保证高频电流在天线走线上流动所需的趋肤深度，最终金属铜层2的厚度达到2.5μm，溅镀沉积40分钟后既可以达到要求厚度。
为了防止铜层2氧化，提高天线性能，所述铜层2表面增加用于保护所述铜层2的镍层1’，具体为，完成铜层2镀膜后，将纯铜靶材替换为镍靶材，再进行第二次真空磁控溅镀，所述镍层1’的沉积厚度为0.5μm。
S2:天线利用镭雕工艺走线加工：
将铜层2与述镍层1’表面金属化后清洁干净的玻璃背盖基材3’放置在特制工装夹具上，利用短波长的紫外激光直接打断铜层2与述镍层1’中金属原子的分子链，所述紫外激光的波长为355nm，使金属层与玻璃背盖基材3’分离甚至气化原理，在两次真空磁控溅镀形成的三维立体金属层表面上，依照天线走线的图形以极高精度(20μm精度)切割去除所需天线走线以外金属层并形成走线，激光功率设置为5瓦、扫描速度200mm/s、频率20KHz，交叉线填充方式，间距0.02mm，镭雕后得到所需要的三维天线。
一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法制作的5G天线，包括天线本体，所述天线本体为Sub 6G MIMO天线。
实施例3：
基于前述方案，所述基材还可以为陶瓷材料。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:基材表面金属化处理：在基材表面真空镀有金属层，获得天线胚料，所述基材为三维非金属材料；
S2:天线走线加工：对步骤S1中获得的天线胚料利用镭雕工艺走线加工，将所述天线胚料表面多余部分的金属层去除。
2.根据权利要求1所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：在所述步骤S1前对基材进行表面清洁处理。
3.根据权利要求2所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：所述表面清洗处理包括以下步骤：
a、通过碱性溶液对基材进行超声波清洗，清洗温度为50-70℃，清洗时长为5-8min
b、纯水清洗；
c、中和清洗：加入浓度为3-5％的稀硫酸溶液中和残留碱液，清洗时长为5-8s；
d、纯水漂洗；
e、干燥处理。
4.根据权利要求1所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：所述金属层包括铜层和覆盖于所述铜层的保护层，所述铜层厚度为2.0-2.5μm，所述保护层厚度为0.1-0.5μm。
5.根据权利要求4所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：所述保护层为镍或银的一种。
6.根据权利要求4所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：所述天线走线加工利用短波长的紫外激光对所述铜层及保护层进行切割，所述紫外激光的波长范围为193nm-355nm。
7.根据权利要求1所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：所述步骤S1中对基材表面金属化的处理方法为气相沉积或者真空溅镀。
8.根据权利要求1所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其特征在于：所述基材为塑料、陶瓷或玻璃背盖的一种。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法制作的5G天线，包括天线本体，其特征在于：所述天线本体为5G毫米波天线或Sub 6G MIMO天线的一种。
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