Диссертация (1137142), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Такие платы, представляющие практический интерес для ВЧи СВЧ диапазонов, не получили пока должного распространения,ввидусложностипроцессапроизводстваинеобходимости38прецизионногомониторингакаждойстадиитехнологическогопроцесса при их изготовлении.Тем не менее, растущий спрос на гибридные жестко-гибкиемногослойные платы для СВЧ устройств обусловлен рядом такихважных факторов, как обеспечение согласованиямежсхемныхсоединений при высокой плотности монтажа, использование гибкихкомпозиционныхматериалов,гарантирующихвыигрышвмассогабаритных параметрах проектируемых устройств, стабильностьэлектродинамических характеристик под воздействием внешнихфакторов – температуры, давления, влажности и других параметров.В настоящее время многослойные гибкие печатные платынаходят применение для [43-45]: устройств ВЧ и СВЧ связи, обеспечивая возможность взаимногоперемещения соединяемых модулей и перегибов во всехнаправлениях (рисунок 1.11);Рисунок 1.11 - Длинная линия высокоскоростной связи, выполненная гибкимшлейфом резонансных элементов СВЧ трактов (рисунок 1.12, а) исенсорных датчиков (рисунок 1.12, б);39баРисунок 1.12 – Резонансные элементы СВЧ трактов (а) и сенсорныхдатчиков (б) медицинских имплантантов, а также чувствительных элементовультразвуковых и эндоскопических аппаратов (рисунок 1.13);абРисунок 1.13 - Пример использования гибких плат в зонде, внедренном вмодель сердца (а) и в датчике, с помощью которого формируетсяакустическое изображение объекта диагностики (б) микрополосковых излучателей и антенн, в том числе дляустройстврадиочастотнойидентификации(RFID)(рисунок 1.14);40Рисунок 1.14 – Микрополосковые излучатели и антенныСледует подчеркнуть, что использование многослойных гибкихподложек позволяет увеличить плотность компоновки электроннойаппаратуры и создавать пространственные трехмерные структуры безувеличения интеграции компонентов микросхем.
Такая технология3D –структурполучиланазвание«объемнаясистемнаяминиатюризация и технология соединений» (Volumetric SystemMiniaturizationand Interconnection Technology–VSMI) [5, 44].Семейство VSMI-технологий включает всевозможные варианты3D – компоновок аппаратуры, включая многокристальные модули иих сборку в многослойную структуру (рисунок 1.15). Проблемныммоментом такой технологии является теплоотвод, который можетразрушить всю концепцию увеличения плотности компоновки.Другим ключевым вопросом остается проблема тестирования.
Но, темнеменее,технологиигибкихмногослойныхпечатныхплатпродолжают развиваться и, несомненно, будут играть важную роль винтеграции электронных устройств.41Рисунок 1.15 - Одна из трехмерных структур 3D-компоновокОдин из предложенных в работах [46, 47] вариантов дорожнойкарты развития электронных устройств на печатных платах на периоддо 2018+ года, показан на рисунке 1.16.42Рисунок 1.16 - Дорожная карта развития печатной электроники до2018+ года43Такимобразом,проведенныйанализинновацийвпроектировании многослойных печатных плат диапазона СВЧпоказывает их зависимость от технологии интеграции трехмерныхструктур. Такие технологии должны быть конкурентоспособными вусловиях рынка и обеспечивать максимальные функциональныевозможностиСВЧустройстввсочетаниисминимальнымимассогабаритными показателями и низкой стоимостью.1.4 Микрополосковые СВЧ устройства на печатныхплатах с многослойными диэлектрическими подложкамиАнализ преимуществ технологии LTCC и ее модификаций,проведенный в предыдущих разделах, позволяет сделать вывод оперспективности характеристик и параметров микрополосковыхустройств СВЧ, изготовленных на этой базе.
Такие устройствавыгодноотличаютсямалымигабаритамиимассой, высокойдобротностью, благодаря малым суммарным потерям, хорошейтермостабильностью, а также возможностью интеграции в схемупассивных компонентов для реализации объемных узлов и модулейСВЧ диапазона [48, 49].Внастоящеевремяисследованиями,разработкамииизготовлением микрополосковых устройств СВЧ на печатных платахс многослойными диэлектрическими подложками занимается большоеколичество зарубежных компаний и фирм, среди которых следуетвыделить DuРont, Kyocera, NEC, Hitachi, Fujitsu, Matsushita, IBM,NGK,Toshiba, Murataидр[50].Изнаиболее интересныхотечественных производителей необходимо отметить разработкимикрополосковых СВЧ устройств ФГУП «Ростовский-на-Дону НИИрадиосвязи» (РНИИРС) [51-53].44Так ФГУП РНИИРС успешно реализует фильтры на элементах сраспределенными параметрами на частоты 1300 МГц и 1500 МГц(рисунок 1.17).
Структуры выполнены на подложках из четырех слоевкерамики 951 РХ толщиной 254 мкм (216 мкм после обжига).Габаритные размеры 30х20х1,8 мм (рисунок 1.17, а), 22х21х1,8 мм(рисунок 1.17, б).баРисунок 1.17 - Структура фильтров на элементах с распределеннымипараметрами, изготовленных по LTCC-технологии, начастоту 1500 МГц (а) и 1300 МГц (б)Фильтр по рисунку 1.17, а рассчитан на частоту 1500 МГц,ширина его полосы по уровню 1 дБ – 30 МГц, минимальныепотери - 4,5 дБ, КСВН в полосе пропускания – не более 1,5.Особенностьюпаразитныхданногофильтраэлементов благодаряявляетсяснижениеотсутствиюточеквлияниякороткогозамыкания на корпус, влияющих на потери и на резонансные частоты.Оценка технологии была проведена на основе изготовленной партиифильтровизшестиштук.Результатыиспытанийвыявиливозможность изменения толщины подложки в пределах ±5 %, приэтом КСВН фильтра не превысил 1,5, а изменение полосыпропусканиянаходилосьвпределах±15 %.Нарисунке 1.18показаны характеристики комплексного коэффициента передачи иКСВНфильтраначастоту1300 МГцсширинойполосы45пропускания 60±10 МГц по уровню 1 дБ при технологическомдопуске±10 мкмназазорыиширинуполосковыхлиний.Рисунок 1.18 - Характеристики комплексного коэффициентапередачи и КСВН фильтра на частоту 1300 МГцИз графиков видно, что изменение ширины полосы пропусканиянаходится в пределах 55 – 70 МГц.При рабочей частоте фильтров свыше 2 ГГц, для снижениявлияния качества изготовления точек заземления резонаторов нахарактеристики фильтра, в структуру введены дополнительныеполосызаземления,металлизированныеатакжеотверстия.выполненоТопологиязаземлениетакогочерезфильтрасгабаритными размерами 10х18х2 мм показана на рисунке 1.19.46Рисунок 1.19 - Топология фильтра с дополнительными полосами заземления(на рабочей частоте 2 ГГц)Параметры 50 штук изготовленных микрополосковых фильтровданной конструкции на частоту 2755 МГц с шириной полосыпропускания 150 МГц по уровню половинной мощности, КСВН нехуже 1,8, и минимальными потерями 6,3 дБ, показали хорошеесоответствие расчетным данным, подтвердив выход годных до 97 %.Технический интерес представляют также разработки ФГУПРНИИРСпонаправленнымответвителямнабазесвязанныхфронтально отрезках микрополосковых линий.
Такие ответвителиимеютпреимуществопосравнениюсхорошоизвестнымиответвителями Ланге с боковой связью, которые требуют применениявстречно-штыревой структуры или тандемного соединения двухструктур со слабой электромагнитной связью.Рассматриваемый ответвитель с лицевой связью реализован наоснове двухслойной структуры и рассчитан на диапазон 0,95 –2,15 ГГц. Топология слоев представлена на рисунках 1.20, 1.21.Габаритныеразмерыхарактеристик-10х26 мм.ответвителяАнализпоказалэкспериментальныххорошеесоответствиетеоретическим расчетам во всей полосе частот, превышающей октаву.47Также реализован ответвитель, свернутый в меандр-линию иразмещенный в виде квадрата размером 10х10 мм.Рисунок 1.20 - Структура слоевнаправленного ответвителяРисунок 1.21 - Топология наружного(а) и внутреннего (б) слоевответвителяРазработанные направленные ответвители с лицевой связьюмогут быть также использованы в качестве гибридных устройствширокополосныхпредставляеткорректоров.трехполосковаяНаибольшуюконструкцияперспективунаправленногоответвителя, в которой между полосками внешнего слоя имеетсяподстроечныйзазор,регулирующийэлектромагнитнуюсвязь.Структура слоев и геометрические размеры такого ответвителя,выполненногонакерамическойподложкесдиэлектрическойпроницаемостью 7,8, показана на рисунке 1.22.Рисунок 1.22 - Структура слоев трехполоскового 3-дБ НО48Расчетные характеристики ответвителя, полученные с помощьюпрограммыIE3DкомпанииZelandSoftware,показалинеравномерность деления не выше 1 дБ, разность фаз 85±20, развязку– не менее 21 дБ в диапазоне рабочих частот 0,95 – 2,15 ГГц приКСВН четырех портов не превышающем 1,16.Еще одной разработкой ФГУП РНИИРС являются плавные СВЧфазовращатели на варикапах для различных модуляторов и устройствсуммирования сигналов.
В конструкции такого фазовращателяпассивные элементы (резисторы, конденсаторы) интегрированы вобъем многослойной подложки (рисунок 1.23). Габаритные размерыструктуры 20х10х1 мм.Рисунок 1.23 - Эквивалентная электрическая схема (а) и трехмернаяструктура (б) фазовращателя с навесными компонентами и внутренними(скрытыми) пассивными элементами49Подложка выполнялась из одного слоя керамики 951РТтолщиной 0,14 мм и четырех слоев 951РХ толщиной 0,216 мм (послеобжига).Дляизготовлениярезистороввовнутреннихслояхиспользовалась резистивная паста CF041 с удельным сопротивлением10 кОм/кВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
