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

вишенных температур наблюдается тенденция к умень­ шению величины удельного сопротивления.

Для получения минимального и воспроизводимого удельного сопротивления токонесущих поверхностей на­ до выбирать составы растворов и режимы осаждения меди, при которых осадки получаются плотными беспористыми. Режимы осаждения должны поддерживаться постоянными. Удельное сопротивление осадков серебра меньше зависит от постоянства режимов осаждения.

Изготовление полосковых волноводов отличается от производства низкочастотных печатных схем необходи­ мостью обеспечения высокой точности размеров полоско­ вого проводника.

Основные причины неточности изготовления полоско­ вых проводников фотохимическим способом: неточность фотооригинала; изменение размеров изображения полос­ кового проводника па рабочем негативе при изготовле­ нии его с фотооригинала; несоответствие размеров мас­ ки и рабочего негатива, а также размеров проводников и маски.

Применение фоторепродукционного способа для изго­ товления фотооригинала искажает размеры полосковой системы. Искажения могут быть вызваны деформацией фотооригинала при изменении окружающих условий (температура, влажность).

Так,, уже при изменении температуры полиэфирной подложки эталонных чертежей в пределах +7° С на дли­ не 750 мм набегает ошибка 0,25 мм. Такие же искажения возникают при изменении влажности на 2 0 %.

При изготовлении полосковых волноводов фотохими­ ческим способом лучшее качество фотооригинала дости­ гается при вырезании его в масштабе 1 : 1 на силикат­ ном стекле, покрытом тонкой лаковой пленкой.

Рабочий негатив изготавливают контактной печатью с фотооригинала.

Однако ширина изображения полоскового проводни­ ка на рабочем негативе даже при контактной печати с фотооригинала зависит от характеристик используемого фотоматериала, экспозиции и факторов проявления.

На рис. 5.6 показана экспериментальная зависимость ширины изображения проводника на рабочем фотонега­ тиве от времени экспозиции.

Граница изображения полоскового проводника на ра­ бочем фотонегативе определяется так называемой по-

239

г р а н и ч н о й кр иво й , характеризующей распределе­ ние оптической плотности между экспонированными участками светочувствительного слоя и его неэкспониро­ ванной частью.

Пограничная кривая почернения показана на рис. 5.7. Форма пограничной кривой, кроме диффузного рассея­ ния света в светочувствительном слое, являющегося главной причиной нерезкости изображения, зависит так­ же от условий экспонирования и проявления.

Рис. 5.6. Зависимость относительного изменения ширины изображения полоскового проводника на рабочем фото­ негативе от времени экспозиции

/

При печати с рабочего негатива на металлизирован­ ном диэлектрике, покрытом светочувствительной эмуль­ сией, размеры получаемой маски зависят от свойств све­ точувствительной эмульсии, качества негатива, экспози­ ции и факторов проявления.

Все это затрудняет получение точного соответствия рисунков маски и фотооригинала.

При правильном выборе времени экспозиции можно получить высокую точность. Для этого необходимо знать пограничую кривую, так как она определит рас­ пределение количества освещения на поверхности за­ щитной эмульсии.

Изменение оптической плотности в граничной области рабочего негатива эквивалентно тому, что на разные участки этой области действует различное количество освещения. Для расчета распределения количества осве­ щения в граничной области используем показатель плот­ ности Cs, позволяющий определить эффект диффузного рассеяния света в фотослое рабочего негатива. Он имеет

240

размерность длины, выражается в микронах, зависит от свойств фотослоя и длины волны света, которым осу­ ществляется экспонирование. Величина Cs не зависит от состава проявителя и экспозиции, получаемой фотогра­ фическим материалом. Последние факторы могут быть учтены с помощью характеристических кривых исполь­ зуемого фотоматериала.

Для фотоматериалов средней чувствительности Cs — = 30 мкм. Особомелкозернистые низкочувствительные фотоматериалы характеризуются величиной Cs = 20 мкм.

Для граничной области изображения проводника па фотонегативе количество освещения, действующее на фо­ тослой, определяется выражениями:

негатива в граничной точ­ ке, можно подбором времен экспозиции и проявления при

печати на диэлектрике добиться того, чтобы эта плот-

ность была граничной при проявлении фотослоя, нане­ сенного на диэлектрик, т. е. чтобы светочувствительный слой на диэлектрике задубливался под воздействием света лишь при этой и меньших плотностях рабочего фо­ тонегатива.

Получить защитную маску, размеры которой точно со­ ответствовали бы размерам изображения на фотоориги­ нале, можно следующим образом.

Изготавливается тест-негатив, состоящий из ряда нейтральных полей различной оптической плотности, причем плотность каждого последующего поля отлича­ ется от плотности предыдущего на 10%. Разность опти­ ческих плотностей участков негатива достигается изме­ нением времени экспозиции при их получении. Затем производится экспонирование металлизированного ди­ электрика с нанесенным светочувствительным слоем с полученного тест-негатива. Печать ведется для образ­ цов при различных выдержках, после чего следует опе­ рация проявления. Время проявления для всех образцов должно быть постоянно. После их обработки выбирается время экспозиции, при котором граничной областью про­ явления является участок тест-негатива, оптическая плотность которого определяется */2 количества освеще­ ния, действовавшего на фоточувствительный слой отно­ сительно величины освещения, подействовавшего на не­ защищенную часть экспонируемой пластины.

При таком времени экспозиции граница маски опре­ деляется плотностью граничной области фотонегатива, соответствующей оптической плотности в граничной точ­ ке тест-негатива.

Для стандартного фотокопировального оборудования можно определить величину / 0 в зависимости от време­ ни экспозиции. Известно, что освещенность связана с количеством освещения зависимостью

I 0= E t,

где / 0 — количество освещения, лк-сек; Е — освещен­ ность, л к ; t — время освещения, сек.

Задавшись временем экспозиции при печати рабоче­ го негатива ( t ) и измерив величину освещенности, мож­ но определить величину количества освещения.

Зная величину / 0 и пользуясь характеристическими кри­ выми, найдем при выбранной выдержке t необходимое

242

время проявления для получения искомой плотности при количестве освещения /0/2 , т. е. в граничной точке ра­ бочего негатива.

Взаимосвязь времени экспозиции при изготовлении рабочего фотонегатива и маски с временем их прояв­ ления позволяет получить соответствие размеров маски и фотооригинала без промежуточного контроля разме­ ров изображения проводника.

§ 5.2. СБОРКА ПОЛОСКОВЫХ УСТРОЙСТВ

Полосковые устройства на основе симметричных полосковых волноводов состоят из двух пластин. На по­ верхности одной пластины (платы-схемы) выполнен ри­ сунок полосковых проводников, противоположная ее по­ верхность полностью металлизирована. Другая пластина (плата-крышка) имеет только одну полностью металли­ зированную поверхность. Навесные элементы распола­ гаются на плате-схеме. Плата-крышка неметаллизированной поверхности накладыва зтся на полосковые про­ водники платы схемы.

Для размещения навесных элементов в плате-схеме и плате-крышке имеются углубления. Вводы и выводы энергии СВЧ выполняются в виде коаксиально-полоско­ вых переходов, устанавливаемых по периметру плат, за­ литых пенопластом, образующим корпус устройства. Технологический процесс сборки этих устройств следую­ щий:

1 ) монтаж навесных элементов и предварительная сборка;

2 ) настройка;

3)окончательная сборка;

4)экранирование;

5)контроль электрических параметров; 6 ) заливка пенопластом;

7)контроль электрических характеристик; 8 ) окраска и маркировка;

9)выходной контроль.

При наличии навесных деталей, входящих в полос­ ковое устройство, выводы их предварительно залуживаются легкоплавким припоем ПОСК-50 с использованием 30% спирто-канифольного флюса и формуются. Формов­ ку производят таким образом, чтобы выводы плотно

прилегали к поверхности полоскового проводника. За­ тем на места паек выводов навесных элементов наносит­ ся спирто-канифольный флюс, который выдерживается на воздухе для удаления спирта. Иначе при пайке воз­ можно его кипение, что приведет к отслоению полоско­

вого проводника.

Время контакта жала паяльника с проводником при пайке не должно превышать 2—5 сек. Для пайки ис­ пользуется припой ПОСК-50. Нельзя давить жалом па­ яльника на проводник, так как образуются вмятины в диэлектрической плате и разрыв полоскового проводни­ ка. После напайки навесных элементов устанавливают нагрузочные сопротивления, которые приклеиваются к

плате.

Поверх нагрузочного сопротивления накладывается конденсаторная бумага, размеры которой несколько больше размеров сопротивления. Эта бумага приклеи­ вается по периметру к плате. Сушка ведется на воздухе при комнатной температуре.

Следующий этап сборки — установка коаксиально-по­ лосковых переходов, которые крепятся к плате с полос­ ковыми проводниками так, чтобы контактный лепесток располагался симметрично относительно оси полосково­ го проводника, не выходил за его границы и плотно прилегал к его поверхности.

После этого на плату с полосковыми проводниками накладывается плата-крышка, сборка закрепляется со­ единительными винтами и в гнезда сборки устанавлива­ ются детектородержатели.

На этом предварительную сборку полоскового уст­ ройства заканчивают. Последующая настройка произ­ водится на универсальных измерительных стендах. Настроенное полосковое устройство поступает на оконча­ тельную сборку. При этом плата-крышка снимается вме­ сте с детектородержателями. Контуры навесных элемен­ тов заливаются клеем. Затем плата-крышка выдержива­ ется в парах этилбензола.

Под действием паров этилбензола поверхность ди­ электрика размягчается. При наложении платы-крыш­ ки на плату с полосковыми проводниками и выдержке под давлением происходит их неразъемное соединение. Полосковые проводники располагаются внутри монолит­ ного диэлектрика. Такое соединение устраняет влияние воздушных зазоров на электрические характеристики ус­

244

тройства, возможное при стягивании их винтами, и уве­ личивает механическую прочность.

Для экранирования собранного полоскового устрой­

лосковый переход

245

§ 5.3. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОМИНИАТЮРНЫХ ПОЛОСКОВЫХ в о л н о в о д о в

Размеры полосковых волноводов удается сделать ма­ лыми, если использовать для заполнения пространства между полосковыми проводниками диэлектрик с высо­ кой диэлектрической проницаемостью. К материалу ди­ электрической подложки микроминиатюрных полоско­ вых волноводов предъявляются следующие требования:

1) малые потери на СВЧ;

2 ) хорошая адгезия с проводниками;

3)высокая диэлектрическая проницаемость;

4)воспроизводимость диэлектрической проницаемо­ сти от партии к партии и в пределах каждой подложки;

5) высокий класс чистоты поверхности (V 13 — V 14) И малое количество пор;

6 ) подложка не должна деформироваться при цикли­ ческом изменении температуры при изготовлении микро­ схемы;

7) материал должен обладать высокой теплопровод­ ностью для рассеивания больших мощностей.

В микроминиатюрных полосковых волноводах элек­ тромагнитное поле сосредоточено в диэлектрической подложке. Поэтому диэлектрическая проницаемость должна быть однородной в пределах одного волновода и от партии к партии, чтобы не нарушать однородность волновода. Следовательно, в диэлектрике недопустимы раковины и поры.

Если температура микроминиатюрного полоскового волновода меняется в широких пределах, то при исполь­ зовании материалов с высокой диэлектрической прони­ цаемостью и низкой точкой Кюри значительно изменя­ ются электрические характеристики. Так, изменение ре­

зонансной частоты четвертьволнового полоскового резо­ натора

_Д/^_JL _Af_

/О ~ 2 ■ . ’

где е — диэлектрическая проницаемость.

Если термические коэффициенты линейного расшире­ ния материала проводника и диэлектрика резко разли­ чаются, то с изменением температуры возможно разру­ шение полоскового волновода.

246

При выборе диэлектрика следует предусмотреть его устойчивость к воздействию растворов, применяемых для изготовления полоскового волновода.

Из этих требований следует, что выбор материала для подложки сильно ограничен. В табл. 5.6 приведены характеристики диэлектриков, применяемых при произ­ водстве микроминиатюрных полосковых волноводов в качестве материала подложек.

Выбор материала проводников производится одно­ временно с выбором материала подложки с учетом ад­ гезии проводника к подложке. Проводники должны иметь:

1 ) малое удельное сопротивление;

2)толщину, равную 3—5 скин-слоям, для уменьше­ ния потерь в волноводе;

3)коррозионностойкость;

4)плотность и беспористость;

5) постоянные свойства в диапазоне температур;

6 ) возможность присоединения внешних проводников сваркой или пайкой.

Лучший проводник — серебро (табл. 5.7) имеет вы­ сокую степень миграции атомов по поверхности подлож­ ки и быстро покрывается пленкой сернистых соединений.

247