ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА СВЧ Российский патент 1996 года по МПК H01P3/08 H05K3/00 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к гибридным интегральным схемам СВЧ.

Известна конструкция гибридной интегральной схемы СВЧ (ГИС СВЧ), состоящая из диэлектрической подложки и металлических полосков, расположенных на поверхности подложки (в соответствии с топологическим рисунком схемы) [1]
Основным недостатком известной ГИС СВЧ является большие омические потери в металлических проводниках, ухудшающие выходные параметры интегральных устройств СВЧ. В частности, из-за омических потерь в полосках не удается изготовить полосковые фильтры СВЧ с минимальными потерями менее 0,5^oC1 дБ, что снижает чувствительность приемных устройств и ограничивает их использование в ряде устройств СВЧ.

Для снижения потерь в проводниках в последние годы используют сверхпроводящие материалы, в том числе высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), сохраняющие сверхпроводящие свойства при температуре кипения жидкого азота (Т ≃ 78К).

Известна конструкция ГИС СВЧ, взятая нами за прототип, содержащая полосковые элементы, выполненные из высокотемпературного сверхпроводника, расположенные и закрепленные на поверхности диэлектрической подложки [2]
Недостатком такой конструкции является практически невозможность обеспечить точность изготовления схемы для достижения требуемых параметров устройств, поскольку полосковые элементы из ВТСП-материала, например, керамики крепятся на подложке с помощью клея.

Кроме того, слой клея между подложкой и полосковыми элементами создает дополнительные потери в схеме. Многократное или длительное охлаждение приводит к растрескиванию клеенного крепления.

Целью настоящего изобретения является улучшение электрических параметров ГИС СВЧ путем повышения точности ее изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции гибридной интегральной схемы СВЧ, содержащей полосковые элементы, выполненные из высокотемпературного сверхпроводника, расположенные и закрепленные на поверхности диэлектрической подложки, полосковые элементы закреплены на подложке с помощью прилегающей к ним диэлектрической пластины, в которой выполнены канавки, повторяющие топологический рисунок схемы, глубиной 5 мкм ≅t≅t_мак, где t_мак толщина полоскового элемента, и шириной, равной ширине соответствующего полоскового элемента, выполненной с учетом влияния на электрическое поле упомянутой диэлектрической пластины.

Закрепление полосковых элементов из ВТСП с помощью диэлектрической пластины с выполненными в ней канавками определенной глубины, повторяющими топологический рисунок схемы, позволяет отказаться от применения клея и тем самым снизить СВЧ потери в ГИС и повысить точность ее изготовления, что обеспечит лучшие электрические параметры устройств.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где дан общий вид и разрез гибридной интегральной схемы СВЧ: диэлектрическая подложка 1, полосковые элементы из ВТСП-материала 2, металлический экран 3, диэлектрическая пластина с углублениями 4, полосковые контактные элементы из меди на входе и выходе схемы 5.

Глубина канавки t менее 5 мкм не желательна, так как при этом возможен сдвиг полоскового элемента вдоль диэлектрической пластины. Глубина канавки t больше t_мак недопустима, так как препятствует прижиму полоскового элемента к подложке, образующийся при этом зазор между элементом и подложкой вызывает изменение электрических параметров схемы.

Полосковые элементы могут быть изготовлены из керамики или ВТСП монокристаллов.

В качестве подложки может быть использован любой диэлектрик, применяемый при изготовлении гибридных интегральных схем СВЧ, например, сапфир, поликор, фторопласт.

При расчете размеров полосковых элементов в предлагаемой конструкции необходимо учитывать влияние на электрическое поле диэлектрической пластины, используемой для крепления ВТСП полосков.

П р и м е р. В качестве примера рассмотрим конструкцию полосопропускающего фильтра на связанных полосковых линиях изготовленного на поликоровой подложке толщиной h=0,5 мм и диэлектрической проницаемостью ε ≃ 9,6. Фильтр рассчитан на рабочую частоту f_o=14 ГГц, относительную полосу пропускания менее 2,5% при потерях в полосе не более 0,2 дБ, и затухание в полосе запирания более 30 дБ. Конструкция фильтра содержит три полуволновых полосковых резонатора, выполненных из монокристаллов высокотемпературного сверхпроводника Bi-системы шириной 0,3 мм, длиной 4,0 мм и толщиной 40 мкм.

Расположение полосковых резонаторов показано на фиг.1. Полоски на входе и выходе выполнены из меди, напыленной на поликор.

Полосковые ВТСП элементы закреплены на подложке с помощью диэлектрической пластины из поликора толщиной 0,5 мм, в которой выполнены канавки под полосковые элементы глубиной t=40 мкм.

Ширина полосковых элементов, рассчитанная с помощью ЭВМ с учетом диэлектрической пластины, составила W=0,4 мм. Расстояние между попарными связанными элементами равняются S₁=0,6 мм и S₂=1,7 мм.

Существенное преимущество предлагаемой конструкции ГИС СВЧ перед прототипом состоит в том, что она позволяет: во-первых, точно выдержать расстояние между полосковыми элементами схемы; во-вторых, снизить потери в ГИС благодаря отсутствию в ней клея; в-третьих, повысить надежность в результате исключения материалов, не выдерживающих длительное или многоциклическое охлаждение; в четвертых, позволяет охлаждать схему жидким азотом без использования металлического корпуса.

Использование: электронная техника. Сущность изобретения: в гибридной интегральной схеме СВЧ полосковые элементы из высокотемпературного сверхпроводника закреплены на диэлектрической подложке с помощью прилегающей к ним диэлектрической пластины с канавками, повторяющими топологический рисунок схемы. Канавки имеют глубину 5 мкм ≅t≅t_мак, где t_мак - толщина полоскового элемента, и ширину, равной ширине соответствующего полоскового элемента. 1 ил.

Гибридная интегральная схема СВЧ, содержащая полосковые элементы из высокотемпературного сверхпроводника, расположенные и закрепленные на поверхности диэлектрической подложки, отличающаяся тем, что полосковые элементы закреплены на диэлектрической подложке посредством прилегающей к ним введенной диэлектрической пластины, в которой выполнены канавки, повторяющие топологический рисунок, образованный полосковыми элементами, глубиной t, лежащей в пределах 5 мкм ≅ t ≅ t_мак, где t_мак толщина полосковых элементов, и шириной, равной ширине соответствующего полоскового элемента, выполненного с учетом влияния на электрическое поле введенной диэлектрической пластины.