Делители мощности на микрополосковой линии (стр. 2 из 3)

1.5 Выбор типа полосковой линии

Таблица 1

Тип полосковой линии	Сечение полоски	Преимущества	Недостатки
Несимметричная полосковая линия (с малым ε = 2…3 подложки)		Малые габариты, малый вес, низкая стоимость, не требует крепление	Большие потери, отсутствие экранировки
Микрополосковая (с высоким ε > 10)

Для нас оптимальным вариантом является микрополосковая линия (МПЛ), так как она обладает наименьшими габаритами, весом и не вызывает конструктивных трудностей.

1.6 Выбор материала подложки

Для МПЛ требуется материал, обладающий высоким ε (порядка 9.5), малыми потерями, постоянством ε в широком диапазоне частот (т.е. малым количеством примесей), малой пористостью, высокой теплопроводностью, низкой стоимостью.

В МПЛ, используемых в гибридных интегральных схемах (ИС), находят применение такие материалы, как керамика, сапфир, ситалл. Основой керамики является окись алюминия Al₂O₃. Высокоглиноземистая керамика является сравнительно недорогим материалом, имеет низкие потери, высокую диэлектрическую проницаемость, малые температурные изменения электрических параметров.

Таблица 2

Материал подложки	ε	tgδ	Теплопроводность,
Поликор 99,8% Al2O3	9,8	1*	0,06 – 0,09

Для нашей схемы мы выбираем поликор 99,8% Al₂O₃, так как он имеет высокую диэлектрическую проницаемость, низкие потери, и сравнительно не дорогой.

1.7 Выбор материал проводников

Материал проводников в МПЛ должен иметь высокую электропроводность, малую величину температурного коэффициента сопротивления, хорошую адгезию к подложке, хорошую растворимость в химическом травителе, легко осаждаться при вакуумном напылении или нанесении гальваническим методом.

Таблица 3

Металл	Ag	Cu	W	Mn	Rt	Cr	Ta	Au
Объемная проводимость,	6,17	5,8	1,78	1,76	0,91	0,77	0,64	4,1
Нормированная толщина скин-слоя , мкм	2,03	2,09	3,76	3,8	5,2	5,75	6,26	2,19

Исходя из требований проводимости и дешевизны выбираем Cu.

2. Электрический и конструктивный расчет

2.1 Расчёт основной МПЛ

Волновое сопротивление выбираем 50 Ом. Толщину подложки выберем стандартную 1 мм. Исходя из выбранных величин и свойств материала подложки определим ширину металлической полоски:

Поскольку А>1.52 то, учтя h=1 мм, ширину полоски определим по формуле

мм

Найдём критическую частоту

ГГц

Определим потери в МПЛ. Потери в МПЛ складываются из потерь в диэлектрике, потерь в проводнике и потерь на излучение. Потерями на излучение мы пренебрегаем поскольку они незначительны.

Определим размеры корпуса МПЛ

Ширину экрана aпри малой толщине полоски рекомендуется выбрать больше 4∙W. Для рассчитанной МПЛ а можно выбрать равным 4 мм. Относительное расстояние между экраном и полоской (b-h)/hберут равным 10. Отсюда b =9 мм.

2.2 Расчёт кольцевого моста

Волновое сопротивление кольца моста

Ом

Определим ширину полоски кольца. Учитывая, что толщина подложки 1 мм, получим:

мм

Размеры моста зависят от длины волны в кольце

Определим параметры моста:

2 КСВ

3 разбаланс амплитуд

4 развязка изолированного плеча

(b-h)/h =10, расстояние от полоски до экрана будет также равным 9 мм.

2.3 Расчёт шлейфного моста

Шлейфный мост рассчитаем аналогично.

Волновое сопротивление шлейфов будет равным волновому сопротивлению основной линии, волновое сопротивление отрезков линии между шлейфами

Длина линии между шлейфами будет равна четверти длины волны в ней.

Параметры моста:

1 потери мощности

2 КСВ

3 разбаланс амплитуд

4 развязка изолированного плеча

2.4 Расчёт бинарного делителя мощности

Определим геометрические размеры делителя мощности.

Длина резистивного элемента 1 мм.

Расстояние от полоски до экрана также равно 9 мм.

3. Технология изготовления устройства

3.1 Подготовительные технологические операции

Подготовительными являются следующие операции: резка подложек, изготовление отверстий, склейка подложек, очистка и подготовка поверхностей подложек.

Резку подложек производят вначале или конце технологического цикла. При малых геометрических размерах микрополосковой платы применяют мультиплицированный фотошаблон с предусмотренными зазорами между схемами на ширину реза, и резку проводят в конце технологического цикла. Разделение подложек из неорганических диэлектриков осуществляют двумя способами:

1. Диэлектрическая подложка с помощью термопластинчатого канифольного состава приклеивается к стеклянному основанию. Резка проводиться алмазными дисками диаметром 75…100 мм, толщиной 0,1…0,3 мм на специальном станке или на полуавтомате, ширина реза 0,5…0,8 мм.

2. Скрайбирование алмазным резцом и последующая ломка пластин (рекомендуется для подложек толщиной до 0,5 мм). Глубина надреза – до 0,5 толщины пластины. При скрайбировании потери материала минимальны, так как ширина линии надреза 0,05 мм

3. Лазерное скрайбирование. Обеспечивает отличное качество реза, однако чувствительно к нарушениям технологии и требует высокой культуры производства.

Существуют три способа изготовления отверстий в подложках из неорганических диэлектриков:

1. Скоростное сверление – применяется при изготовлении отверстий диаметром 0,8 мм и проводиться с помощью перфорированных алмазных сверл. Одним сверлом сверлят до 10 отверстий. При серийном производстве сверление производят по кондуктору, имеющему отметку базового угла.

2. Ультразвуковая пробивка отверстий – наиболее универсальна, дает возможность получать отверстия любой конфигурации, а также проводить одновременную пробивку близко расположенных отверстий. Например, для пробивки отверстий для выводов транзистора изготовляют концентратор, в котором инструмент представляет собой систему из трех твердосплавных цилиндров.

3. Лазерная пробивка отверстий – практически единственная, позволяющая пробить отверстия диаметром 0,05…0,5 мм.

Склейка подложек применяется для создания комбинированных подложек, например ситалл-ферритовых. Обезжиренные подложки склеивают эпоксидным клеем в специальном приспособлении.

При отмывке подложек перед вакуумным напылением используют различные способы удаления загрязнений: химические реакции; механическая очистка (кистевая обработка, распыление реактива, кипячение, ультразвуковая обработка и т.д.); растворение загрязнений (жиров в растворителях, солей в воде и др.). Наиболее распространенной является кислотно-щелочная обработка. Удаление канифольных мастик и обезжиривание проводится последовательной обработкой гидрофобным и гидрофильными растворителями. Затем проводится кислотная обработка при нагреве и щелочная обработка в перекисно-аммиачной смеси с помощью ультразвука. Обработка в горячей хромовой смеси, серной и соляной кислотах может привести к размягчению поверхностного слоя ситаллов и, как следствие, ухудшению адгезии напыленных пленок. Последняя операция – отмывка подложек в бидистиллированной воде с последующей сушкой на центрифуге или обработка подложек в парах растворителей в специальных камерах. Быстрым и эффективным способом отмывки подложек является «фреоновая технология». Перспективна плазмохимическая очистка подложек, обеспечивающая атомарно чистую поверхность.