Файл: Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие.pdf

климатическими условиями и требуемой механической прочностью.

В табл. 5.1 приведены характеристики диэлектриков полосковых волноводов.

Для изготовления полосковых волноводов можно ис­ пользовать способы, примняемые при производстве печат­ ных схем. В табл. 5.2 приведены основные способы изго­ товления полосковых волноводов и их характеристики. При изготовлении необходимо обеспечить: 1) минималь­ ную шероховатость поверхностей и прямолинейность границ полосковых проводников; 2) минимальное и ста­ бильное удельное сопротивление поверхностных слоев металла; 3) высокую точность воспроизведения рисунка.

Широко применяется фотохимический способ с пред­ варительной гальванохимической металлизацией поверх­ ности диэлектрика. Схема технологического процесса приведена на рис. 5.2.

Вначале создают шероховатость на поверхности ди­ электрической платы. Для этого можно использовать следующие виды обработки: пескоструйную, с помощью зернения и обработку ультразвуковыми колебаниями в водной суспензии абразива. Создание шероховатости не­ обходимо для увеличения силы сцепления металла по­ крытия с поверхностью диэлектрика, способы химиче­ ской и электрохимической металлизации которого не отличаются от используемых при производстве низко­ частотных схем.

При металлизации поверхность металла полностью воспроизводит очертания поверхности диэлектрика. В ре­ зультате токонесущая поверхность получается заведомо шероховатой, что ведет к росту активных потерь в полосковом волноводе.

Шероховатость поверхности диэлектрика влияет не только на величину активных потерь. Она определяет минимально достижимую ширину полоскового провод­ ника, зазор между проводниками, регулярность границы и силу сцепления проводника с поверхностью диэлектри­ ка. Качество изображения полосковых проводников при нанесении фотослоя на металлизированную и неметаллизированную поверхности диэлектрика определяется так­ же их шероховатостью.

Неравномерная толщина фотослоя, обусловленная шероховатостью поверхности диэлектрика, является при­ чиной нерегулярности границ полоскового проводника.

231

Глубина дефектов границы полоскового проводника (А) рассчитывается как функция наиболее вероятного угла при вершине микронеровностей (а) и их высота (Ra):

d = 2 R J g f .

В табл. 5.3 приведены без учета подтравливания зна­ чения минимальной ширины полоскового проводника и зазора в зависимости от высоты микронеровностей на поверхности диэлектрика.

Удаление металла травлением незащищенных участ­ ков металлизации связано с подтравливанием краев по­ лоскового проводника. В результате подтравливания по­ лосковый проводник приобретает трапецеидальное попоперечное сечение. При этом значения минимально до­ стижимой ширины полоскового проводника и зазора за­ висят не только от высоты микронеровностей, но и от толщины металлизации (табл. 5.4).

235

Сила' сцепления металла покрытия с поверхностью диэлектрика определяется эффективной поверхностью металлизируемого диэлектрика, т. е. микрогеометрией его поверхности. В табл. 5.5 приведены значения силы сцепления для различной микрогеометрии поверхности диэлектриков на основе полистирола.

Т а б л и ц а 5.5

На рис. 5.3 приведена зависимость, характеризующая связь силы сцепления и высоты микронеровностей. Ана­ литически данную зависимость можно описать эмпи­ рическим уравнением

/?а« 2,06 In Я -1 ,8 4 .

поверхности диэлектрика следует исходить из предпосыл­ ки создания минимальной высоты 7?а, обеспечивающей требуемую силу сцепления.

236

Полосковые проводники, полученные рассматривае­ мым способом, представляют собой сложную многослой­ ную структуру (рис. 5.4). В результате активации на по­ верхности диэлектрика образуется каталитически актив­ ная пленка серебра, на которую нанесен слой химически восстановленной меди толщиной 3—5 мкм, затем — слои гальванической меди 25—35 мкм и гальванического се­ ребра толщиной 10—15 мкм.

Рис. 5.4. Сечение центрального проводника:

/ —диэлектрик; 2 — химически осажденная медь; 3 — гальванически осажденная медь; 4 — гальванически осажденное серебро; 5 — токоне­ сущие поверхности

Вследствие скинэффекта токонесущими являются по­ верхностные слои полоскового проводника (см. рис. 5.4), т. е. слои химически восстановленной меди и гальвани­ ческого серебра.

Поскольку слой химически восстановленной меди то­ конесущий, его удельное сопротивление существенно влияет на затухание в полосковом волноводе. Исследо­ вания показывают, что это сопротивление осадков хи­ мически восстановленной меди зависит от состава рас­ твора, из которого она осаждается, и режимов осажде­ ния.

На рис. 5.5 представлены кривые зависимости удель­ ного сопротивления осадков химически восстановленной меди, полученных из растворов различных составов, от температуры, при которой протекает осаждение. Для всех растворов они имеют одинаковый характер.

При активации поверхности диэлектрика на пей появ­ ляется каталитически активная пленка серебра. При на­ несении меди на границе раздела медь — сере&ро обра­ зуется сплав этих металлов. С ростом температуры рас­

237

твора скорость образования сплава, а следовательно, и толщина промежуточной пленки увеличиваются. В ре­ зультате возрастает удельное сопротивление осадка.

Взаимное смещение кривых р—ф(^°С) для осадков 1, 2 и 3 вызвано изменением зернистости и напряжений II рода. Наиболее мелкозернисты осадки 1, в осадках 2

Рис. 5.5. Зависимость удельного сопротивле­ ния осадков химически восстановленной меди и гальванического серебра от режимов осаж­ дения

и 3 размер зерен возрастает (причем максимальной ве­ личины зерна достигают в осадках 2). Заметное отличие удельного сопротивления осадков 4, обусловлено их по­ ристостью значительно большей, чем у осадков 1, 2 и 3.

На рис. 5.5 показаны зависимости изменения удель­ ного сопротивления серебряных осадков, полученных из цианистого электролита от плоскости тока и температу­ ры, при которой протекает процесс осаждения. С изме­ нением плотности тока незначительное изменение удель­ ного сопротивления осадков отмечается лишь при мини­ мальных температурах (18—20°С). В условиях же по-

238