厚膜工藝環(huán)形器的研制

李玲　王永生　曹慶

摘 要 本文主要介紹了厚膜工藝環(huán)形器的研制過(guò)程，解決了研制過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題和關(guān)鍵工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞 厚膜 環(huán)形器 微帶線

中圖分類(lèi)號(hào)：TN621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

當(dāng)前信號(hào)發(fā)射器件業(yè)內(nèi)為了將發(fā)射的射頻信號(hào)與接收電子標(biāo)簽的微弱信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，一般采用雙工器或環(huán)形器實(shí)現(xiàn)，由于雙工器造價(jià)昂貴，所以實(shí)際系統(tǒng)中常用后者來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)正確使用環(huán)行器，可以有效地改善電路品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)分離信號(hào)的目的。目前市場(chǎng)上大多數(shù)為薄膜工藝環(huán)形器，由于薄膜的工藝特點(diǎn)其產(chǎn)品價(jià)格高，故開(kāi)發(fā)厚膜工藝環(huán)形器降低價(jià)格，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1研制過(guò)程

1.1產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)

（1）隔離度：-30€？dB。

（2）向傳輸插入損耗：<1dB。

（3）反向衰減：>20dB。

1.2 產(chǎn)品外形

依據(jù)該產(chǎn)品所接負(fù)載的方式可將其分為外接負(fù)載和內(nèi)置負(fù)載兩類(lèi)。由于應(yīng)用地方及實(shí)際需求的不同，基板尺寸的大小、厚度及匹配的微帶線均有不同。

1.3 設(shè)計(jì)思路

本文以使用廣泛的三端口鐵氧體環(huán)形器為例來(lái)了解環(huán)形器的傳輸特性，如圖1所示：環(huán)形器為三端口器件，當(dāng)端口1為輸入，端口2為輸出，則3端口為隔離端口，能量幾乎不能穿過(guò)，以此類(lèi)推，具體隔離度需參考器件參數(shù)和設(shè)計(jì)版圖效果，該環(huán)形器工作時(shí)為“一進(jìn)一出，一進(jìn)三出”，循環(huán)性較強(qiáng)。

微帶線是厚膜環(huán)形器重要組成部分，位于接地層上由電介質(zhì)隔開(kāi)的印制導(dǎo)線，它是一根帶狀導(dǎo)線與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開(kāi)。微帶線的特性阻抗由印制導(dǎo)線的厚度、寬度、與地層的距離以及電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。因?yàn)榕c地平面的距離依靠基板厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)該產(chǎn)品要想達(dá)到理想的隔離度全憑微帶線，微帶線自身的厚度和寬度依靠精確的設(shè)計(jì)以及成熟的工藝加工控制。

相對(duì)薄膜工藝加工的環(huán)形器，本文利用厚膜印刷工藝優(yōu)勢(shì)，針對(duì)用戶使用頻率高、頻帶寬、指標(biāo)要求高等特點(diǎn)，對(duì)內(nèi)置負(fù)載通過(guò)高精度激光調(diào)阻工藝實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)制作時(shí)遵循可靠、夠用、簡(jiǎn)潔的原則，加強(qiáng)實(shí)用性，達(dá)到用戶需求，體現(xiàn)該產(chǎn)品的價(jià)值優(yōu)勢(shì)。

1.4產(chǎn)品材料的選擇

鐵氧體導(dǎo)電性能接近絕緣體，微波電磁波在其內(nèi)傳輸介質(zhì)損耗很小，鐵氧體加恒定磁場(chǎng)后，對(duì)電磁波在各方面上將表現(xiàn)不同的磁導(dǎo)率，利用這種異向磁導(dǎo)率可以制成傳輸特性不可逆的微波器件，所以最終選擇性能穩(wěn)定的鐵氧體基板。

由于鐵氧體相比Al2O3基板表面更光潔，而產(chǎn)品本身為表貼器件，自身尺寸小且焊接點(diǎn)面積小，所以導(dǎo)體漿料的選擇不僅要考慮到印制導(dǎo)體的附著力還要考慮到用戶后期使用的可焊性和耐焊性，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)比較選擇了附著力和耐焊性均較好的導(dǎo)體漿料。

2幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的解決

2.1解決附著力問(wèn)題

鐵氧體基板具有平坦、光潔和脆的特點(diǎn)，使得該基板的導(dǎo)體附著力差。通過(guò)查閱大量資料和多次實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出該基板在進(jìn)行一些清洗等預(yù)處理后，可顯著提高導(dǎo)體附著力。由于基板材質(zhì)脆，常規(guī)洗法容易碎裂、缺角，故通過(guò)制作專(zhuān)用清洗工裝加以固定，避免互相擠壓碰撞。

在漿料的選擇上，經(jīng)過(guò)查閱大量資料咨詢有關(guān)專(zhuān)家，將導(dǎo)體材料首先定為我們常用的鈀銀漿料，不同廠家不同型號(hào)的鈀銀漿料與基板的附著力、焊接時(shí)的耐焊性不一樣。附著力用剪切力測(cè)試儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，具體是指印制好的焊盤(pán)被外力拉掉時(shí)的這個(gè)力就是該材料的最大附著力。耐焊性是指在一定高溫下焊盤(pán)在焊料的作用下脫落的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)選用載流焊機(jī)和秒表進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集；實(shí)驗(yàn)中先在焊盤(pán)上印好焊膏，設(shè)備溫度設(shè)置成略低于焊膏推薦的溫度，這樣可以使焊盤(pán)脫落的過(guò)程變慢，便于觀察不同漿料間的細(xì)微差別。

實(shí)驗(yàn)中均選用2€？ mm2的獨(dú)立焊盤(pán)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反復(fù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終確定了一種對(duì)于鐵氧體基板附著力和耐焊性均較好的導(dǎo)體漿料。

2.2減小微帶線的印刷公差

該產(chǎn)品面積小、微帶線條細(xì)，對(duì)線寬的要求極高。為了減小設(shè)計(jì)尺寸和產(chǎn)品尺寸的偏差，先從膠片尺寸入手，發(fā)現(xiàn)膠片誤差在2mil左右，設(shè)計(jì)時(shí)將這幾種可能性都設(shè)計(jì)出來(lái)，膠片制成后用電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)量，選用符合尺寸的膠片。

漿料燒結(jié)后有一定的收縮性，對(duì)線寬有影響。實(shí)驗(yàn)中制作了多個(gè)線粗的膠片進(jìn)行印刷燒結(jié)，將印刷烘干后的線粗定為初始尺寸，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后的線粗為最終尺寸，通過(guò)多次、多種線粗及多種印刷狀態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，在設(shè)計(jì)中再加以修正，從而降低這種對(duì)微帶線尺寸的影響。

2.3解決內(nèi)置負(fù)載的阻值精度

微波負(fù)載的阻值大小對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)有著非常大的影響，結(jié)合電阻圖形設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新槽型進(jìn)行調(diào)阻，既保障了導(dǎo)體的完整性又滿足其使用要求。

3產(chǎn)品特點(diǎn)

環(huán)形器是一種多端口定向傳輸電磁波的微波器件，其中微帶環(huán)行器以其體積小、重量輕的特點(diǎn)在模塊化設(shè)計(jì)的微波組件中獲得廣泛應(yīng)用。

通過(guò)厚膜技術(shù)制作方式可以使環(huán)行器的制作成本降低，負(fù)載電阻亦可以直接印刷在基片上并且可以承受大功率，隨著無(wú)線通信的飛速發(fā)展，對(duì)射頻微波類(lèi)產(chǎn)品的需求正在逐步加大，厚膜工藝環(huán)形器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)大。

4結(jié)語(yǔ)

該產(chǎn)品通用性高，使用簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，具有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧其諍，項(xiàng)家楨，彭孝康.微波集成電路設(shè)計(jì)[J].人民郵電出版社，1978.

[2] 廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ)[J].國(guó)防工業(yè)出版社，1984.