Полосковых волноводов

При выборе конструкции МПЛ необходимо учитывать не только требование минимизации габаритов, но и оптимизации электрических параметров МПЛ. Обычно рисунок полосковых проводников несимметричной МПЛ выполняется на одной стороне подложки, а экран — на другой. Минимальная ширина экрана a^w, где w — ширина полоскового проводника. Определенные требования накладываются на толщину полоскового проводника и точность выполнения его геометрических размеров, проводимость, шероховатость поверхности подложки, качество контакта экранного слоя с корпусом модуля или блока.

Для обеспечения приемлемых параметров МПЛ толщина проводящего слоя должна быть не менее четырех толщин скин-слоя. Ширина полосковых проводников w определяется из условия получения заданного волнового сопротивления Z при заданной толщине подложки и ее диэлектрической проницаемости. Для согласования с другими устройствами наибольшее распространение получили полосковые линии с Z=50 Ом для волн короче 15...20 см для дециметрового и сантиметрового диапазона и Z=75 Ом для метрового диапазона. Это объясняется тем, что потери при передаче энергии СВЧ по коаксиальному кабелю минимальны при волновом сопротивлении Z= 30...70 Ом. Хотя

На параметры МПЛ значительное влияние оказывает шероховатость поверхности подложки, от которой зависят потери в полосковой линии и точность рисунка полосковых проводников. Шероховатость поверхности характеризуется средним арифметическим отклонением профиля неровностей Ra (мкм). Иногда удобнее пользоваться безразмерной величиной Ra/b, где 6—толщина скин-слоя. Например, при Rajb — 2 потери возрастают на 60%, а при /?а/8 = 0,8 — не более чем на 10%. Подложки с шероховатостью Ля = 0,16...0,08 мкм используют, как правило, в низкодобротных схемах, работающих в нижней части диапазона СВЧ, где требования к потерям и точности рисунка (нестабильности Z) невысоки. У шероховатых подложек ниже стоимость и лучше адгезия полосковых проводников к подложке. С переходом в высокочастотную область диапазона СВЧ используются подложки с Ra = 0,04...0,01 мкм. При более шероховатой подложке не обеспечивается требуемая точность воспроизведения рисунка схемы из-за снижения качества фоторезистивного слоя. Толщина проводника также влияет на точность рисунка, так как чем она больше, тем больше боковой подтрав.

7.21. Варианты крепления микросборок клейкой и пайкой: /—подложка микросборки СВЧ; 2—клей; 3 — металлическое основание; 4 — припой; 5 — припой с медной сеткой; 6—прокладка из титана (слой полосковых проводников и экранный

Если несколько подложек микросборок, подобно мозаике (см. 7.20), установлены на едином основании, то соединение полосковых проводников соседних подложек может быть выполнено с помощью медной золоченой или более прочной золотой фольги толщиной 20 мкм или двумя-тремя золотыми проводниками диаметром 50 мкм.

При установке подложек должны выполняться требования, указанные в табл. 7.6. Для выполнения требований соосности выходных полосковых проводников соседних микросборок последние выполняются с высокой точностью геометрических разме-

ров (например, 30-о,о2х24-о,о2 мм, угол между сторонами 90 + 3°) и с точностью расположения выходных полосковых проводников к базовым сторонам не хуже ±40 мкм. При использовании подложек с неточными геометрическими размерами (30-0,1x24-0,1 мм) совмещение полосковых проводников производится визуально. Толщина перемычек из золотой фольги для соединения соседних микросборок ( 7.24) составляет 0,02 мм. Ширина перемычки зависит от волнового сопротивления тракта СВЧ, толщины подложки и выбирается по табл. 7.7. Соединение перемычек с полосковыми проводниками осуществляется контактной сваркой. Изгиб перемычки необходим для термокомпенсации. Высокая точность взаимного расположения полосковых проводников обусловлена необходимостью получения воспроизводимых параметров модуля СВЧ без дополнительной подстройки.

При разработке РЭС СВЧ необходимо учитывать конструкторские и технологические факторы, от которых зависят такие параметры, как потери и добротность МПЛ, нестабильность волнового сопротивления МПЛ, адгезия проводящих слоев к подложке. На потери в МПЛ оказывают влияние такие конструкторские факторы, как геометрия полосковых проводников, толщина подложки и диэлектрическая проницаемость ее материала. Технологическими факторами обусловливается многослойность полосковых проводников (слой хрома для адгезии, медь для проводящего слоя, золото для защитного слоя), а также шероховатость поверхности подложки. Сопротивление проводников зависит от зернистости, пористости и толщины слоев, которые, в свою очередь, зависят от стабильности технологических режимов и качества инструмента, оснастки и оборудования.

На нестабильность волнового сопротивления влияют разброс размеров рисунка полосковых проводников, непараллельность и разнотолщинность подложки, нестабильность диэлектрической проницаемости. Точность рисунка полосковых проводников зависит, в частности, от толщины проводников, влияющей на величину бокового подтрава, а также от точности изготовления фотошаблонов и их усадки со временем. Как уже указывалось, большое значение имеют точность взаимного расположения МПЛ соседних подложек и размеры соединительных перемычек.

Для получения необходимой формы полосковых проводников используют процессы фотолитографии: отдельно по слоям меди и титана. Процессы фотолитографии включают следующие операции: декапирование, промывка, нанесение фоторезиста, сушка в термостате, совмещение и экспонирование, проявление, промывка, сушка в сухом азоте, контроль качества защитного слоя, ретуширование, термозадубливание, защита обратной стороны подложки лаком, травление слоя меди, промывка, травление титана, промывка, удаление фоторезиста, промывка, сушка в сухом азоте.

1.2. Конфигурации полосковых проводников микрополосковых резонаторов

Примером несимметричного поверхностного диэлектрического волновода может служить тонкая пленка оптически прозрачного диэлектрика или полупроводника с показателем преломления, превышающим показатель преломления оптически прозрачной подложки. Степень локализации электромагнитного поля, а также отношение потоков энергии, переносимых вдоль несущего слоя и подложки, определяются эффективным поперечным размером несущего слоя и разностью показателей преломления несущего слоя и подложки при заданной частоте излучения. Сравнительно простым и наиболее подходящим для твердотельных оптических устройств является оптический полосковый микроволновод, выполненный в виде тонкой диэлектрической пленки ( 9.10), нанесенной на подложку методами микроэлектроники (например, вакуумным напылением). С помощью маски на диэлектрическую подложку можно наносить с высокой степенью точности целые оптические схемы. Применение электронно-лучевой литографии обеспечило успехи в создании как одиночных оптических полосковых волноводов, так и оптически связанных на определенной длине, а впоследствии расходящихся волноводов, что существенно для создания направленных ответвителей и частотно-избирательных фильтров в системах интегральной

При изложении общих вопросов технологической подготовки особое место отведено обеспечению точности изготовления деталей РЭА при высокой производительности труда и минимизации затрат, материалов и энергии на основе комплексной автоматизации и роботизации. Рассмотрены технологические возможности используемых методов размерной и безразмерной обработки, составляющих основу безотходных и малоотходных технологических процессов изготовления деталей РЭА. Технологические процессы изготовления некоторых специфических деталей РЭА (подложек и деталей корпусов микросхем, контактных и упругих элементов, магнитопроводов, объемных и полосковых волноводов СВЧ устройств, резонаторов и звукопроводов) приведены в качестве примеров практической реализации методов обработки.

В учебном пособии изложены вопросы технологии изготовления волноводов, волноводных корпусов и волноводных устройств, а также технологии изготовления полосковых устройств и интегральных схем СВЧ с распределенными и сосредоточенными параметрами. Рассмотрены способы изготовления и отделки корпусов волноводных устройств пайкой, сваркой, точным , литьем, холодным выдавливанием, наращиванием металла; приводится выбор способа изготовления волноводных корпусов, технология изготовления миниатюрных полосковых волноводов.

ся критерий выбора способа изготовления волноводных корпусов. В гл. 3 на примере изготовления конкретных конструкций показаны способы получения наиболее общих элементов и деталей устройств СВЧ. В гл. 4 описаны способы контроля и испытания устройств СВЧ. В гл. 5 и 6 рассмотрена технология изготовления миниатюрных полосковых волноводов.

§ 5.1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛОСКОВЫХ ВОЛНОВОДОВ

Уменьшить линейные размеры полосковых волноводов можно, если использовать для заполнения рабочего объема твердый диэлектрик. Выбор диэлектрического материала определяется условиями работы аппаратуры: диапазоном частот, допустимыми весом и габаритами,

В табл. 5.1 приведены характеристики диэлектриков полосковых волноводов.

Для изготовления полосковых волноводов можно использовать способы, примняемые при производстве печатных схем. В табл. 5.2 приведены основные способы изготовления полосковых волноводов и их характеристики. При изготовлении необходимо обеспечить: 1) минимальную шероховатость поверхностей и прямолинейность границ полосковых проводников; 2) минимальное и стабильное удельное сопротивление поверхностных слоев .металла; 3) высокую точность воспроизведения рисунка.

Изготовление полосковых волноводов отлияается от производства низкочастотных печатных схем необходимостью обеспечения высокой точности размеров полоско-вого проводника.

При изготовлении полосковых волноводов фотохимическим способом лучшее качество фотооригинала достигается при вырезании его в масштабе 1 : 1 на силикатном стекле, покрытом тонкой лаковой пленкой.

Полосковые устройства на основе симметричных полосковых волноводов состоят из двух пластин. На поверхности одной пластины (платы-схемы) выполнен рисунок полосковых проводников, противоположная ее поверхность полностью металлизирована. Другая пластина (плата-крышка) имеет только одну полностью металлизированную поверхность. Навесные элементы располагаются на плате-схеме. Плата-крышка неметаллизированной поверхности накладывается на полосковые проводники платы схемы.