厚膜工艺环形器的研制-精品文档

1、厚膜工艺环形器的研制0 引言 当前信号发射器件业内为了将发射的射频信号与接收电子 标签的微弱信号区分开来， 一般采用双工器或环形器实现， 由于 双工器造价昂贵， 所以实际系统中常用后者来实现， 通过正确使 用环行器，可以有效地改善电路品质，实现分离信号的目的。目 前市场上大多数为薄膜工艺环形器， 由于薄膜的工艺特点其产品 价格高，故开发厚膜工艺环形器降低价格，增加市场竞争力。1 研制过程1.1 产品主要技术指标（1）隔离度： -30? ？dB。（2）向传输插入损耗： 20dB。1.2 产品外形 依据该产品所接负载的方式可将其分为外接负载和内置负 载两类。由于应用地方及实际需求的不同，基板尺寸的

2、大小、厚 度及匹配的微带线均有不同。1.3 设计思路 本文以使用广泛的三端口铁氧体环形器为例来了解环形器 的传输特性，如图 1 所示：环形器为三端口器件，当端口 1 为输 入，端口 2 为输出，则 3 端口为隔离端口，能量几乎不能穿过， 以此类推， 具体隔离度需参考器件参数和设计版图效果， 该环形 器工作时为“一进一出，一进三出”，循环性较强。 微带线是厚膜环形器重要组成部分， 位于接地层上由电介质 隔开的印制导线， 它是一根带状导线与地平面之间用一种电介质 隔离开。微带线的特性阻抗由印制导线的厚度、宽度、与地层的 距离以及电介质的介电常数决定。 因为与地平面的距离依靠基板 厚度来实现，也就是

3、说该产品要想达到理想的隔离度全凭微带 线，微带线自身的厚度和宽度依靠精确的设计以及成熟的工艺加 工控制。相对薄膜工艺加工的环形器，本文利用厚膜印刷工艺优势， 针对用户使用频率高、频带宽、指标要求高等特点，对内置负载 通过高精度激光调阻工艺实现，设计制作时遵循可靠、够用、简 洁的原则，加强实用性， 达到用户需求， 体现该产品的价值优势。1.4 产品材料的选择铁氧体导电性能接近绝缘体， 微波电磁波在其内传输介质损 耗很小， 铁氧体加恒定磁场后， 对电磁波在各方面上将表现不同 的磁导率，利用这种异向磁导率可以制成传输特性不可逆的微波 器件，所以最终选择性能稳定的铁氧体基板。由于铁氧体相比 Al2O3

4、 基板表面更光洁， 而产品本身为表贴 器件，自身尺寸小且焊接点面积小， 所以导体浆料的选择不仅要 考虑到印制导体的附着力还要考虑到用户后期使用的可焊性和 耐焊性，通过一系列实验比较选择了附着力和耐焊性均较好的导 体浆料。2 几个关键问题的解决2.1 解决附着力问题铁氧体基板具有平坦、 光洁和脆的特点， 使得该基板的导体 附着力差。 通过查阅大量资料和多次实验， 总结出该基板在进行 一些清洗等预处理后， 可显著提高导体附着力。 由于基板材质脆， 常规洗法容易碎裂、缺角，故通过制作专用清洗工装加以固定， 避免互相挤压碰撞。在浆料的选择上， 经过查阅大量资料咨询有关专家， 将导体 材料首先定为我们常

5、用的钯银浆料， 不同厂家不同型号的钯银浆 料与基板的附着力、 焊接时的耐焊性不一样。 附着力用剪切力测 试仪进行数据的采集， 具体是指印制好的焊盘被外力拉掉时的这 个力就是该材料的最大附着力。 耐焊性是指在一定高温下焊盘在 焊料的作用下脱落的时间， 实验选用载流焊机和秒表进行数据的 采集；实验中先在焊盘上印好焊膏， 设备温度设置成略低于焊膏 推荐的温度， 这样可以使焊盘脱落的过程变慢， 便于观察不同浆 料间的细微差别。实验中均选用2? mm2的独立焊盘进行实验，反复对比实 验数据，最终确定了一种对于铁氧体基板附着力和耐焊性均较好 的导体浆料。2.2 减小微带线的印刷公差 该产品面积小、微带线条

6、细，对线宽的要求极高。为了减小 设计尺寸和产品尺寸的偏差， 先从胶片尺寸入手， 发现胶片误差 在 2mil 左右，设计时将这几种可能性都设计出来，胶片制成后 用电子显微镜进行测量，选用符合尺寸的胶片。浆料烧结后有一定的收缩性， 对线宽有影响。 实验中制作了 多个线粗的胶片进行印刷烧结， 将印刷烘干后的线粗定为初始尺 寸，经过高温烧结后的线粗为最终尺寸，通过多次、多种线粗及 多种印刷状态数据的统计， 在设计中再加以修正， 从而降低这种 对微带线尺寸的影响。2.3 解决内置负载的阻值精度微波负载的阻值大小对产品性能指标有着非常大的影响， 结 合电阻图形设计开发新槽型进行调阻， 既保障了导体的完整性又 满足其使用要求。3 产品特点环形器是一种多端口定向传输电磁波的微波器件， 其中微带 环行器以其体积小、 重量轻的特点在模块化设计的微波组件中获 得广泛应用。通过厚膜技术制作方式可以使环行器的制作成本降低， 负载 电阻亦可以直接