СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВОЛНОВОДНОГО СВЧ МОДУЛЯ
WAY OF CREATION OF WAVEGUIDE MICROWAVE MODULE

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.
i
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-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.