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

в широком интервале температур (до 900°С). Причем ТКЛР его практически совпадает с ТКЛР корпуса.

После затвердевания клея к корпусу присоединяют предварительно разделанные и облуженные кабели. Каждый из них вставляется в гнездо-держатель, выштампованное в корпусе так, чтобы язычок-трансформа­ тор, образованный из центральной жилы кабеля, при­ ходился своей плоской частью на соответствующую ему полосковую линию, а зачищенный от внешней изоляции участок оплетки кабеля вошел в гнездо. В этом положе­ нии оплетка кабеля обжимается по кругу специальными усиками на концах держателей. Затем этот участок тща­ тельно пропаивается так, чтобы не расплавить изоля­ цию кабеля. Для этого лучше применять легкоплавкие припои (например, ПОСК-50, ПОСВ-33, ПОСИС-1 ПОС-61). При необходимости используют флюсы. После пайки, надев шайбу из диэлектрика, служащую транс­ форматором, припаивают центральный проводник. Пай­ ку ведут микропаяльником мощностью не более 4 вт, с острозаточенным жалом.

Затем корпус закрывают крышкой и пропаивают по всему контуру и в местах присоединения кабелей. Для повышения общей жесткости конструкции корпус иног­ да заполняют компаундом. Перед запаиванием внутрь корпуса помещается несколько гранул пенополиуретана. После герметизации корпуса его прогревают, вспенивая пенополиуретан.

§ 5.5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ СВЧ

При изготовлении гибридных интегральных схем СВЧ (ГИССВЧ) активные приборы (транзисторы, дио­ ды) выполняются в виде навесных элементов и присое­ диняются к проводникам пассивных пленочных цепей. Пассивные элементы ГИССВЧ: конденсаторы, индуктив­ ности, резисторы — изготовляются на общей подложке и могут быть как распределенными, так и сосредоточен­ ными. Для изготовления пассивных элементов использу­ ется реактивное катодное распыление на постоянном токе с осаждением на всю подложку с последующим галь­ ваническим наращиванием или избриательным травле­ нием. Реактивное катодное распыление позволяет со-

260

здать на подложке все пассивные элементы схемы путем комбинации в различной последовательности одних и тех же операций — распыления тантала в кислороде (ТагСЬ) или азоте (TaN), анодирования тантала, напыления сло­ ев хрома и золота, фотолитографии по различным сло­ ям, электрохимического наращивания слоев золота.

X -

.Ш 77777А

д)

<+

У77У777Л

5)

----- Гч\\\\\\\----—

__________________

Рис. 5.13. Порядок изготовления пленочных проводников:

1 — тантал; 2 — керамика; 3 — фоторезист; 4 — хром и золото; 5 —золото

При нанесении проводников на подложку вначале осаждается слой тантала (рис. 5.13,а), затем наносится маска из фоторезиста (рис. 5.13,6), тантал травится (рис. 5.14, в), а фоторезист удаляется (рис. 5.13,г). Пос­ ле этого на всю поверхность подложки наносится слой хрома и золота (рис. 5.13,6), маска из фоторезиста (рис. 5.13, е) и производится гальваническое осаждение золота на незащищенные маской участки (рис. 5.13,ж). После'удаления фоторезиста слой хрома и золота тра­

261

вится и на поверхности диэлектрической подложки оста­ ется многослойный проводник (рис. 5.13, з).

Резисторы ГИССВЧ получают из тантала, нитрида тантала или хромоникелевых пленок. В схемах, где при­ меняются конденсаторы на основе окиси тантала, пред­ почтительно использовать для создания резисторов тан­ тал, так как этапы создания резисторов и конденсаторов будут выполняться одновременно и резистивные элемен­ ты могут быть покрыты защитным слоем окиси тантала. Никельхромовые пленочные резисторы защищают слоем напыленной моноокиси кремния, это улучшает стабиль­ ность их характеристик во времени.

Для получения сопротивления требуемой величины используют анодирование слоя нитрида тантала. Толщи­ на проводящего слоя изменяется за счет образования на поверхности слоя пятиокиси тантала. Обычно вначале получают сопротивление, равное 20—30 ом/мм2, затем при помощи анодирования — сопротивление требуемой величины. При этом пятиокись тантала будет и защит­ ным покрытием.

Для создания контактных площадок на поверхность резистивного слоя наносится слой хрома и золота, на ко­ торый осаждается материал проводника.

На рис. 5.14 приведена последовательность операций при создании тонкопленочных резисторов: а — нанесение пленки нитрида тантала; б — нанесение маски из фото­ резиста; в — травление пленки нитрида тантала; г —у д а ­ ление фоторезиста; д — нанесение маски из фоторезиста и вскрытие областей анодирования; е — анодирование нитрида тантала; дас — удаление фоторезиста; з — напы­ ление слоя хрома и золота; и — нанесение маски из фо­ торезиста; к — вскрытие областей контактов; л ■—осаж­ дение золота на области контактов; м — удаление фото­ резиста и травление слоя хрома и золота.

Конденсаторы ГИССВЧ должны выполняться на ос­ нове диэлектрических материалов, имеющих малый тан­ генс угла диэлектрических потерь. В качестве диэлектри­ ков используются моноокись кремния, имеющая доброт­ ность около 30, а двуокись кремния — около 50. Емкость пленки двуокиси кремния составляет 30—80 пф/мм2. Пленки моноокиси и двуокиси кремния можно получить термическим вакуумным испарением. Конденсаторы на основе пятиокиси тантала получают с использованием анодирования слоя нитрида тантала. Технологический

262

4

“)

Рис. 5.14. Порядок изготовления тонкопленоч­ ных резисторов

процесс при этом предусматривает создание нижней об­ кладки конденсатора толщиной 1,5—2 мкм из алюминия, нанесение на нее слоя нитрида тантала, его анодирова­ ние для получения диэлектрической пленки пятиокиси тантала и осаждение верхней обкладки из слоя хрома и золота. Порядок изготовления тонкопленочного конден-

263

сатора схематически показан на рис. 5.15: а — напыле­ ние алюминия на подложку; б — нанесение маски из фо­ торезиста; в — травление алюминия; г — удаление фото­

Рис. 5.15. Порядок изготовления тонко­ пленочных конденсаторов

264

фоторезиста; и — нанесение маски из фоторезиста и вскрытие областей анодирования тантала; к — анодиро­ вание тантала для образования диэлектрика; л — удале­ ние фоторезиста; м — напыление хрома и золота; н — нанесение маски из фоторезиста; о — гальваническое на­ ращивание контактов и удаление фоторезиста; п — трав­ ление слоя хрома и золота.

Пятиокись тантала имеет электрическую прочность, равную 6,5-106 в/см. Ее диэлектрическая постоянная равна 22, что затрудняет изготовление конденсаторов с величиной емкости, равной нескольким сотням микрофа­ рад или менее. Размеры конденсатора можно увеличить до приемлемой величины добавлением пленки монооки­ си кремния (е = 6 ). Удельная емкость конденсатора ре­ гулируется толщиной диэлектрика.

Схемы, содержащие конденсаторы, при изготовлении должны иметь очень гладкую поверхность подложки, во избежание короткого замыкания между обкладками. При использовании в качестве диэлектрика керамики, которая пориста и не имеет гладкую поверхность, при­ меняется глазурование тех участков ее поверхности, на которых будут изготовлены конденсаторы.

Селективное глазурование ведется сектографией с последующей термообработкой подложки в тоннельной печи. В первой зоне обжига из глазури удаляются все летучие компоненты, во второй глазурь оплавляется.

Катушки индуктивности для ГИССВЧ представляют собой плоские спирали из металлической пленки с вы­ сокой проводимостью. Спираль с толщиной проводника в 2-3 скин-слоя обладает высокой добротностью, даль­ нейшее увеличение толщины снижает собственную резо­ нансную частоту из-за дополнительной межвитковой ем­ кости. Спираль изготовляется так же, как пленочный проводник (см. рис. 5.14).

Соединения с землей минимальной длины существен­ ны в ГИССВС, получение их связано со сверлением от­ верстий в подложке перед нанесением проводников. В процессе нанесения проводников стенки отверстия ме­ таллизируются. Для сверления используется ультразвуко­ вая обработка подложки свободным абразивом.

Технологический процесс изготовления ГИССВЧ со­ стоит в следующем. Подложка тщательно очищается и участки, предназначенные для конденсаторов, глазуру­ ются. Затем на нее напыляется слой алюминия толщи­

265

Глава 6

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛОСКОВЫХ ВОЛНОВОДОВ

При решении'вопроса о серийном выпуске устройств СВЧ на основе полосковых волноводов необходимо учи­ тывать влияние на электрические параметры погрешно­ стей, обусловленных технологическим процессом их изготовления: геометрии полоскового волновода (погреш­ ности размера полоскового проводника, формы его по­ перечного сечения, толщины диэлектрика); микрогеомет­ рии (шероховатость токонесущей поверхности), а также погрешности удельного сопротивления металла провод­ ников. Степень влияния этих погрешностей будет рас­ смотрена далее.

§ 6.1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ВЕЛИЧИНУ ПОТЕРЬ В ПОЛОСКОВОМ ВОЛНОВОДЕ

В полосковом волноводе существуют в общем случае два вида потерь: а) в проводниках; б) в диэлектриче­ ской среде, заполняющей волновод. Результирующее за­ тухание рассматривается как сумма затуханий, вызван­ ных потерями в проводниках и в диэлектрике. При этом фактическое значение затухания существенно превышает расчетное. Причина несовпадения в том, что при рас­ чете не учитываются технологические погрешности при изготовлении полосковых волноводов, ведущие к росту затухания.

К таким погрешностям относятся: шероховатость то­ конесущих поверхностей полосковых проводников; отли­

267