微波組件的關鍵組裝工藝技術
組裝技術是微波組件研製、生產的重要環節,如何實現各種微波、控制元器件的高密度、高一致性、高可靠性組裝是未來微波組件組裝技術的研究方向。目前,以SMT為基礎的微組裝技術(MPT: Microelectronic Packaging Technology)已經成為微波組件組裝技術的主流,並且微波組件組裝技術正向高密度、立體組裝方向發展。而傳統的組裝方式與新材料、新工藝相結合是目前微波組件組裝工藝技術的現狀。
由MPT的工藝流程可歸納出微波組件組裝的關鍵工藝技術有如下4個方面:(1)基板/載體大面積接地互連;(2)晶片貼裝;(3)引線鍵合互連;(4)密封。每種工藝在實際研製生產中有著多種實現方法,套用時需根據產品的不同特點和具體要求做適當選擇,下面將逐一介紹這四種工藝的具體實現方法,並對微波組件組裝技術的新工藝進行展望。
基板/載體大面積接地互連
綜合考慮材料特性、結構需求、成本等方面因素,大多數微波組件的基板與盒體都分開製造,而兩者的大面積接地互連質量,將直接影響微波組件的接地效果。目前,實現基板大面積接地互連有三種工藝方法:(1)螺釘壓緊接地法;(2)釺焊接地法;(3)導電膠接地法。
晶片貼裝技術
微波組件使用的微波及控制元器件較多,為了提高組裝密度和降低封裝損耗,絕大多數微波及控制元器件皆以裸晶片形式安裝。實現晶片安裝的方法有兩種:合金貼裝法和粘結劑貼裝法。
引線鍵合互連
引線鍵合是最通用的晶片鍵合技術,能滿足從消費類電子產品到大型電子產品、民用產品到軍用產品的廣泛需求,如今全球超過96%的IC晶片都使用引線鍵合。同時,引線鍵合也是實現微波組件電氣互連的關鍵工序。引線鍵合根據鍵合機原理不同,分為球鍵合和楔鍵合;根據鍵合條件的不同,可分為熱壓焊、冷超聲、熱超聲鍵合。
密封
良好的密封可以保護器件和封裝金屬內層不受環境腐蝕和機械損傷。目前微波組件的主要密封方式有釺焊密封、平行縫焊密封、雷射焊接密封、環氧膠密封。
微波組件設計中的腔體效應
微波組件是有源相控陣雷達中的關鍵部件之一,是通過裝在盒體內的微波器件來實現雷達微波信號的功率放大、低噪聲放大和變頻等功能。隨著雷達技術和微波積體電路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)技術的發展,對其尺寸的要求進一步提高。腔體效應是指微波組件的形狀、尺寸和電路布局等結構參數對 S 參數的影響,這些結構參數對組件的性能指標和增益穩定性起著決定性作用。由於微波組件內部結構複雜,再加上器件對腔體的微擾,目前尚無非常完整的理論支持微波腔體的設計。工程上比較常見的方法是加吸波材料,通過合理的腔體尺寸避開工作頻帶等。
在微波電路設計中,腔體效應是需要重點考慮的因素,由於微波電路的組成較為複雜,需要引入數值仿真工具進行分析。首先選擇合理的腔體尺寸。在腔體尺寸選定的情況下,可以通過改變微帶線的布局來改變腔體的諧振特性。當諧振頻率較低時,可以忽略該諧振頻率點對微波電路的影響。
目前微波組件生產的特點
原有設計存在缺陷
早期研發的產品在可製造性設計和可靠性設計等方面考慮較少,在量產階段不可避免地暴露出某些設計缺陷,出現重大質量問題。
量產階段工藝控制和可靠性要求更嚴格
為了滿足長期使用要求,量產階段在產品的工藝過程控制和可靠性方面要求非常全面和嚴格,對原材料等級、工藝過程控制、篩選考核條件等環節,都結合產品的套用背景,提出了具體、實際的要求。
對各批次產品的一致性穩定性有嚴格要求
量產是一個持續性生產的過程,數量大,批次多。而整機系統出於可維護性的需要,要求組件的各批次產品要具備一致性、可替換性。
微波組件生產中質量問題的特點
微波組件通常作為整機系統的元器件配套使用,在整個產業鏈中居於上游,這種特殊地位使得微波組件的質量問題模式具有鮮明的特點,即滯後性和隱蔽性。
滯後性
具體表征:組件一般在交付整機用戶後1年~ 2年內才暴露質量問題,此時已到了整機聯試或試驗階段,排故障難度大、時間長,牽扯方面多,影響大。
隱蔽性
具體表征:表象看似簡單,但形成機理具有複雜性和多樣性。故障通常是在經過多次的環境和機械應力等試驗後,由於累積效應和疲勞作用後才出現。