СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВОЛНОВОДНОГО СВЧ МОДУЛЯ Российский патент 2009 года по МПК H01L21/98 

Изобретение относится к полупроводниковой СВЧ электронике и может быть использовано при создании волноводных СВЧ модулей повышенной прочности и устойчивости к внешним воздействиям на основе монолитных интегральных схем (МИС).

Широко известны гибридные интегральные схемы (ГИС) СВЧ на основе линий передачи типа finline (волноводно-щелевых линий) [1]. В этом случае керамическая подложка, на которой выполнена интегральная схема СВЧ, включающая пассивные и активные элементы, крепится в продольном сечении волновода (Е-плоскости) СВЧ модуля, между двумя половинками его корпуса, соединяемыми и скрепляемыми по середине широкой стенки волноводного канала. Согласование ГИС с волноводом достигается с помощью плавных или ступенчатых переходов на основе волноводно-щелевой линии. С использованием технологии finline создан целый ряд СВЧ модулей (компонент), таких как фильтры, аттенюаторы, смесители, детекторы, переключатели и другие. Созданы также более сложные многофункциональные модули и устройства, такие, например, как многоканальные приемники и радары.

Существенный недостаток таких СВЧ модулей заключается в значительных потерях мощности в керамических подложках и в сложности монтажа подложки в корпус модуля.

Этот недостаток устранен в смесительных и детекторных модулях миллиметрового диапазона длин волн, описанных в работе [2]. В этих модулях исключены керамические подложки. Кроме того, в них использованы не гибридные, а монолитные интегральные схемы (МИС) смесителей и детекторов. Подобно гибридным конструкциям МИС смесителей, детекторов и другие монтируются в продольном сечении волновода, т.е. собираются в соответствии с технологией finline. Роль носителя в такой схеме выполняет не полупроводниковая подложка, а металлизация схемы (золото толщиной 6-12 мкм), отдельные участки которой выполняют функции отрезков линий передачи и элементов согласования. МИС представляет собой совокупность кристаллов, соединенных между собой металлическими отрезками линий передачи. Монтаж такой МИС в волноводный корпус значительно упрощается, так как она просто зажимается между двумя половинками корпуса.

Однако такая конструкция создает дополнительную проблему. Механическая прочность таких схем, закрепленных между двумя половинками волновода с помощью металлизации толщиной 6-12 мкм, оказывается недостаточной при работе в жестких условиях.

Цель предлагаемого нами изобретения заключается в создании механически прочного волноводного СВЧ модуля на основе МИС, лишенного описанных недостатков: ухода рабочей частоты и неремонтопригодности. Эта цель достигается тем, что способ создания СВЧ модуля, включающий изготовление корпуса в виде двух половинок, соединяемых по широкой стенке волновода, закрепление МИС на волноводе одной из половинок корпуса, скрепление половинок корпуса вместе с МИС между собой, заполнение волноводного канала пеноматериалом и последующее вспенивание пеноматериала, изменяется следующим образом. Вначале волноводные каналы обеих половинок корпуса заполняются по отдельности пеноматериалом и проводится вспенивание пеноматериала, затем на одной из половинок корпуса монтируется МИС, и после этого половинки корпуса вместе с МИС соединяются и скрепляются в единый модуль.

Целесообразно при необходимости после сборки модуля со стороны его торца (торцов) в волноводном канале частично удалить пеноматериал и в этом месте провести повторное запенивание волноводного канала для устранения щели в волноводном канале между двумя половинками корпуса.

Целесообразно, также при необходимости, после сборки модуля торцевую часть (торцевые части) волноводного канала покрывать тонким слоем кремнийорганического лака с температурой полимеризации не выше 250°C с последующей его полимеризацией.

Указанное изменение порядка операций не ухудшает механические свойства модуля, т.к. МИС по-прежнему плотно окружена пеноматериалом, что исключает ее деформацию в процессе механических воздействий. Вместе с тем монтаж МИС в волноводный корпус после заполнения его пеноматериалом и его вспенивания дает возможность настроить модуль на нужную частоту в процессе сборки и получить на этой частоте оптимальные параметры. При отказе такой схемы она может быть легко удалена и заменена на новую.

Сущность изобретения поясняется нижеследующими чертежами на примере волноводного СВЧ модуля с МИС детектора.

На фиг.1 представлен корпус волноводного СВЧ модуля, состоящего из двух половинок, соединяющихся по середине широкой стенки волновода.

На фиг.2 представлена одна из половинок волноводного модуля с каналом, заполненным пеноматериалом. В канале смонтирована МИС детектора.

На фиг.3 представлен волноводный СВЧ модуль с МИС детектора в сборке.

Ниже приводится пример реализации предлагаемого способа для создания волноводного СВЧ модуля-детектора миллиметрового диапазона.

Волноводный корпус детектора состоит из двух половинок 1 и 2, соединяющихся по середине широкой стенки волновода. Совмещение половинок корпуса происходит с помощью штифтов 3, совмещаемых с отверстиями 4, а скрепление осуществляется с помощью винтовых соединений 5. Волноводный канал 6 окружен буртиком 7, имеющим выемку небольшой глубины 8 для размещения вывода МИС детектора, изолированного от корпуса. Большая часть поверхности обеих половинок корпуса занята выемками 9, предназначенными для размещения при необходимости цепей питания и управления модуля. В данном детекторном модуле они отсутствуют.

Половинки корпуса обычно изготавливают металлообработкой из латуни и покрывают гальванически слоем никеля толщиной около 6 мкм. Для вывода продетектированного сигнала используется низкочастотный коаксиальный вывод (типа "слезки") 10. Он состоит из металлического цилиндра (втулки) и центрального проводника, разделенных стеклянным капилляром (С52-1, ОСТ 11 ПО735.000) и спаянных при температуре выше 900°C. Облуженная втулка впаивается в специальное отверстие в одной из половинок корпуса, 1. Концы центрального проводника также облуживаются. Один из концов проводника в дальнейшем соединяется с выводом интегральной схемы детектора, 13, а второй служит внешним выводом детектора.

Далее для упрощения процедуры заполнения волноводов обеих половинок корпуса пеноматериалом между половинками корпуса вставляется металлическая фольга, разделяющая волноводный канал модуля на два канала, и половинки корпуса скрепляются винтами. В волноводный канал обеих половинок помещается порошок ПЭН-01. Корпус выдерживается в печи в следующих температурных режимах: 80°С - 2 часа, 120°С - 6 часов. При этом происходит вспенивание порошка и каналы обеих половинок корпуса одновременно, но по отдельности заполняются пеноматериалом, 11; затем корпус опять разделяется на две половинки. Излишки пеноматериала, выступающие за пределы каналов, аккуратно удаляются. МИС детектора 12 на основе n_i-n+-n-GaAs монтируется на заполненном канале 1 половинки корпуса. Монтаж проводится с помощью проводящего клея, который закрепляет металлические (из золота) края МИС на буртиках волноводного канала. Вывод схемы 13 припаивается к центральному проводнику коаксиального вывода. Помимо детекторного диода 14 с барьером Шоттки МИС содержит кристалл с развязывающей (по цепи питания) емкостью 15.

Затем половинки корпуса, на одной из которых смонтирована МИС, соединяются между собой с помощью направляющих штифтов 3 и закрепляются винтами 5. Малая толщина металлизации МИС, лежащей на буртиках волноводного канала (<12 мкм), не является препятствием для плотного контакта между двумя половинками корпуса. Помимо коаксиального вывода 16 корпус детектора содержит также вывод заземления 17.

Если к модулю предъявляются жесткие требования по устойчивости к воздействию влаги, то после сборки модуля с торцевой стороны (для смесительного модуля - с обоих торцов) в волноводном канале частично удаляется пеноматериал 18, и в этом месте проводится повторное запенивание волноводного канала для устранения щели 19 в волноводном канале между двумя половинками корпуса. Возможен и другой вариант, когда торцевая часть (торцевые части) волноводного канала покрываются тонким слоем кремнийорганического лака с температурой полимеризации не выше 250°C с последующей его полимеризацией. Этот слой также может надежно защитить МИС детектора от проникновения влаги.

Проведенные нами испытания на устойчивость детекторных модулей к воздействию влаги (21 сутки, 35°C, 100% влажность) показали, что модули сохраняют работоспособность и без указанных выше дополнительных мер защиты.

Предлагаемый способ создания СВЧ модулей может быть использован не только при изготовлении однофункциональных модулей для повышения их стабильности, воспроизводимости параметров, а также повышения механической прочности и защиты. Он успешно опробован и в многофункциональных модулях (устройствах) при изготовлении отдельных (наиболее проблематичных) элементов и узлов. Это позволило повысить технологичность и прочность изделия в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. P.J.Meier. Integrated finline: the second decade. Microwave J., 1985, v.28, N11, Nov., p.31; N12, Dec., p.30.

2. В.Г.Божков, В.А.Геннеберг, К.И.Куркам и др. Монолитные смесители и детекторы коротковолновой части миллиметрового диапазона волн. Электронная промышленность, 1993, N9, с.88.

Изобретение относится к полупроводниковой СВЧ электронике и может быть использовано при создании волноводных СВЧ модулей повышенной прочности и устойчивости к внешним воздействиям на основе монолитных интегральных схем (МИС). Сущность изобретения: способ создания волноводного СВЧ модуля, корпус которого состоит из двух половинок, соединяющихся по середине широкой стенки волноводного канала, включает монтаж полупроводниковой МИС в продольном сечении волновода на одной из половинок волноводного корпуса, сборку (соединение) модуля из двух половинок и заполнение волноводного канала путем вспенивания пеноматериала, введенного предварительно внутрь корпуса. Пеноматериал вводится вначале в обе половинки корпуса, и проводится заполнение канала волновода путем вспенивания пеноматериала в каждой половинке в отдельности, затем на одной из половинок корпуса монтируется МИС, после чего проводится сборка модуля. Техническим результатом изобретения является создание механически прочного волноводного СВЧ модуля на основе МИС, лишенного таких недостатков, как уход рабочей частоты и неремонтопригодность. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ создания волноводного СВЧ модуля, корпус которого состоит из двух половинок, соединяющихся по середине широкой стенки волноводного канала, включающий монтаж полупроводниковой МИС в продольном сечении волновода на одной из половинок волноводного корпуса, сборку (соединение) модуля из двух половинок и заполнение волноводного канала путем вспенивания пеноматериала, введенного предварительного внутрь корпуса, при этом пеноматериал вводится вначале в обе половинки корпуса и проводится заполнение канала волновода путем вспенивания пеноматериала в каждой половинке в отдельности, затем на одной из половинок корпуса монтируется МИС, после чего проводится сборка модуля.

2. Способ изготовления волноводного СВЧ модуля по п.1, отличающийся тем, что после сборки модуля со стороны его торца (торцов) в волноводном канале частично удаляется пеноматериал и в этом месте проводится повторное запенивание волноводного канала для устранения щели в волноводном канале между двумя половинками модуля.

3. Способ изготовления волноводного СВЧ модуля по п.1, отличающийся тем, что после сборки модуля торцевая часть (торцевые части) волноводного канала покрывается тонким слоем кремнийорганического лака с температурой полимеризации не выше 250°С с последующей его полимеризацией.