СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПОЛОСНО-ПРОПУСКАЮЩИХ СВЧ-ФИЛЬТРОВ Российский патент 2024 года по МПК H03H7/12 H01P11/00 

Уровень техники

Известны микрополосковые полосно-пропускающие СВЧ-фильтры [1, 2], содержащие диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляющее основание, а на вторую сторону полосковые проводники, короткозамкнутые с одного конца. Расширение полосы пропускания этого фильтра достигается конструкторским решением, включающим изменение формы короткозамкнутых резонаторов. Такое решение отрицательно сказывается на адгезионной прочности крепления полосок, нанесенных на диэлектрическое основание, что снижает надежность работы фильтра и может приводить к отказам приборов в процессе эксплуатации.

Известен микрополосковый гребенчатый полосно-пропускающий фильтр [2], отличающийся от описанного выше аналога тем, что проводниковые полоски изогнуты так, чтобы тип взаимодействия между соседними резонаторами чередовался, т.е. был либо преимущественно индуктивным, либо емкостным. Благодаря этим отличиям такой фильтр имеет более широкую полосу заграждения и допускает возможность расширения полосы пропускания до 20-30%.

Недостатком этого изобретения, наиболее близкого аналога, является конструктивное решение проблемы расширения полосы пропускания, в результате которого снижается адгезионная прочность металлических полосок, нанесенных на керамическое основание, высокие требования к точности изготовления конструкции, нарушение которых приводит к снижению электрической прочности фильтра.

Наиболее близким по технической сущности является патент [3], включающий нанесение резистивной пасты на поверхность диэлектрической подложки и вжигание слоя при температуре 800-850°С, причем вжигание проводят в два этапа - вначале при температуре 650-700°С при воздействии ультразвуком частотой 60-65 кГц в течение 15 минут, затем температуру повышают до 800-850°С. Техническим результатом изобретения-прототипа является повышение однородности резистивных слоев, что не соответствует цели предлагаемого изобретения, относящегося к области СВЧ-устройств. Недостатком изобретения-прототипа является использование ультразвукового воздействия при высокой температуре, что может приводить к лучшему перемешиванию компонентов пасты и не позволяет разделить металлические частицы, содержащиеся в пасте, по фракциям, что является главным отличительным признаком предлагаемого изобретения.

Техническая задача

Техническим результатом является расширение полосы пропускания полосового фильтра, повышение электрической прочности и повышение выхода годных изделий.

Решение

Для решения поставленной технической задачи предлагается следующее изобретение:

Способ получения микрополосковых полосно-пропускающих СВЧ-фильтров, включающий нанесение резистивной пасты на поверхность диэлектрической подложки и вжигание слоя, отличающийся тем, что с целью повышения электрической прочности фильтра и расширения рабочей частоты пропускания в состав пасты включаются металлические порошки с размером частиц от 20 микрон до 100 нанометров, которые через трафарет наносятся на поверхность подложки при ультразвуковом воздействии частотой 10-15 МГц с последующим вжиганием при температуре 780-800°С

Изготовление микрополосковых СВЧ-фильтров по предлагаемому способу производится следующим образом.

В качестве основы микрополосковых фильтров используется изолирующая подложка (например, керамическая пластина). На поверхность пластины методом трафаретной печати наносится слой высокотемпературной резистивной пасты, содержащей металлические частицы размером от 20 микрометров до 100 нанометров. Нанесенный слой подвергается ультразвуковой обработке частой 10-15 мегагерц, после чего вжигается в поверхность подложки при температуре 780-800°С. Использование металлических частиц разного размера в составе пасты обеспечивает формирование слоя, в котором под действием ультразвука крупные частицы оседают вблизи поверхности раздела с диэлектрической подложкой, а более мелкие частицы формируют поверхность будущего фильтра, которая будет определять прохождение СВЧ-сигналов. Теоретические основы метода рассмотрены в монографии [4]. Размер частиц в составе пасты определяется экспериментально - частицы размером 20 мм оптимальны с точки зрения стандартного помола, частицы размером менее 100 нанометров в составе пасты недостаточно стабильны в силу особенностей, присущих наноматериалам.

Ультразвуковое воздействие на нанесенный слой пасты обеспечивает быстрое осаждение более крупных частиц на границе раздела слой-поверхность подложки, формируя тем самым буферный слой, нивелирующий микронеоднородности подложки и снижаемый тем самым потери при передаче СВЧ-сигнала. Проводящие поверхностные слои оказываются сформированными наиболее мелкими фракциями частиц, что позволяет расширить частотный диапазон фильтров и сократить размеры устройств.

Использование ультразвука частотой ниже 10 МГц требует больше времени на достижение расслоения фаз, повышение частоты ультразвука выше 15 МГц не приводит к существенному ускорению процесса расслоения.

Температура вжигания нанесенной пасты выбрана в диапазоне 780-800°С в связи с тем, что использование более низкой температуры приводит к увеличению продолжительности процесса, температура выше 800°С нецелесообразна в связи с возможностью оплавления мелких фракций частиц на поверхности формируемого слоя.

При необходимости после вжигания слоя можно осуществить подгонку параметров СВЧ-фильтра на оборудовании для лазерной подгонки.

Пример

В качестве основы микрополоскового СВЧ-фильтра использовали изолирующую подложку из алюмооксидной керамики. Технологический процесс включал следующую последовательность операций:

1. Подготовка резистивной пасты с частицами размером от 20 микрометров до 100 нанометров. В состав пасты входили сплавы серебро - палладий, стеклянная фритта и органическое связующее.

2. Нанесение на подложки методом трафаретной печати рисунка СВЧ-пропускающего фильтра.

3. Обработка напечатанных проводников УЗ-колебаниями частотой 12 МГц в течение 10 минут.

4. Сушка нанесенного слоя в ИК-печи при температуре 150°С в течение 30 минут.

5. Вжигание в мультизонной печи при температуре 795°С.

6. Подгонка сопротивления слоя сфокусированным лазерным пучком.

7. Определение параметров полосковых пропускающих фильтров.

В результате испытаний образцов из опытных партий фильтров, полученных по предложенному способу, установлено, что способ позволяет увеличить ширину частот пропускания фильтра до 100% и увеличивает электрическую прочность, требуемую для работы с уровнями мощности до 50 Вт (стандартный способ обеспечивал электрическую прочность 18-20 Вт.

Подавление внеполосного сигнала оценено в 28-30 дБ, что на 50-55% превышает величину образцов, полученных при испытаниях фильтра-аналога.

Испытания надежности фильтров, полученных по предлагаемому способу, показали, что интенсивность отказов в предельно допустимых режимах эксплуатации (P=P_ном, T = 85°C) не более 1-10 1/ч в течение наработки = 30000 часов в пределах срока службы (T_он) = 25 лет. Себестоимость производства резисторов снизилась по сравнению с базовым вариантом на 35% за счет повышения выхода годных с 68% до 96%.

Литература

[1] Ohm G., Alberty М, Ritter J. Miniature Microstrip Bandpass Filter on a Barium Tetratitanate Substrate. - Microwave Journal, 1985, v.28, N 11, p.129-136.

[2] RU Patent 2148286 C1 H01P 1/205. 1/203 Заявка №98118676/09, 07.10.1998. Микрополосковый гребенчатый полосно-пропускающий фильтр.

[3] RU Patent 2770906 С1 Способ получения толстопленочных резисторов. Начало срока действия патента: 2022.04.25.

[4] Косушкин В.Г. Управление ростом кристаллов низкоэнергетическими воздействиями (Монография), Изд-во научной литературы Н.Ф. Бочкаревой, 2004.-272 с.

Изобретение относится к электронике и, в частности, к технике сверхвысоких частот. Техническим результатом является обеспечение высокой электрической прочности полосно-пропускающего фильтра, возможность расширения рабочей полосы пропускания. Он достигается тем, что при получении микрополосковых полосно-пропускающих фильтров СВЧ металлические полоски на поверхности диэлектрического основания формируются путем нанесения резистивной пасты на поверхность диэлектрической подложки и вжигания слоя, причем в состав пасты включаются металлические порошки с размером частиц от 20 микрон до 100 нанометров, которые наносятся на поверхность подложки при ультразвуковом воздействии частотой 10-15 МГц с последующим вжиганием при температуре 780-800°С.

Способ получения микрополосковых полосно-пропускающих СВЧ-фильтров, включающий нанесение резистивной пасты на поверхность диэлектрической подложки и вжигание слоя, отличающийся тем, что в состав пасты включаются металлические порошки с размером частиц от 20 микрон до 100 нанометров, которые наносятся на поверхность подложки при воздействии ультразвуком частотой от 10 до 15 мегагерц, что обеспечивает оседание крупных частиц металлического порошка вблизи поверхности раздела с диэлектрической подложкой, а мелкие частицы формируют поверхность будущего фильтра, которая будет определять прохождение СВЧ-сигнала, и последующее вжигание при температуре от 780 до 800°С.