Mikrowellen-Technik - Rogers RO4003C und Aluminiumoxid-Keramikkreislauf

Dieser Artikel stellt die PCB-Designideen von Rogers RO4003C+ Aluminiumoxid-Keramik vor, die Millimeterwellen-Funktionsschaltung realisiert.

Der Dünnschichtkreisprozess von integrierten Schaltungen, die hauptsächlich im Bereich der Mikrowellen- und Millimeterwellen und anderer Hochfrequenzschaltungen verwendet werden, ist die Verwendung von Vakuumverdampfung, Sputtern, Galvanisieren, Ätzen und anderen Methoden, um Leiterverdrahtung, Widerstände und isolierende dielektrische Filme auf einem polierten Substrat herzustellen. Es zeichnet sich durch hohe Produktionsgenauigkeit aus, Metalllinienbreite und -abstand können 10um betragen (entsprechend beträgt die Mindestlinienbreite und der Abstand, der von den meisten Leiterplattenherstellungsfabriken erreicht wird, 100um), und passive Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und Luftbrücken können integriert werden. Die am häufigsten verwendeten Substratmaterialien in Dünnschichtschaltungen sind Keramik, Saphir, Quarz, Glas usw. Aufgrund ihrer hohen Dielektrizitätskonstante und Frequenzstabilität eignen sie sich sehr gut für miniaturisierte Schaltungen und Breitbandschaltungen. Leiterplatte mit Hochfrequenz-Leiterplatte als Substrat wird als Träger für den elektrischen Anschluss elektronischer Komponenten verwendet, nicht nur als Matrix für Signalübertragungsleitungen (Mikrostreifenleitungen, Streifenleitungen, koplanare Wellenleiter usw.), sondern auch als Träger für hochdichte aktive Geräte. Es kann auch mit Dünnschichtschaltungstechnologie kombiniert werden, um Dünnschichtschaltungen in Leiterplattenschaltungen einzuführen, die Vorteile der beiden zu kombinieren und den Anwendungsbereich der Schaltung zu erweitern. Ich versuchte, das Keramiksubstrat, das durch Dünnschichttechnologie hergestellt wird, in die Mikrowellenschaltplatine einzubetten, die von der Hochfrequenz-Platine RO4003C hergestellt wird, um das passive Gerät mit feineren Größenanforderungen zu realisieren und es zu ermöglichen, chipverpackte Geräte zu verwenden.

67GHz Übertragungsleitungsparameter (GCPW)

Die Verwendung von Dünnschichttechnologie auf Aluminiumoxidkeramik- oder Quarzsubstraten kann passive Schaltungseinrichtungen (einschließlich Filter, Leistungsteiler, Koppler usw.) leicht im Millimeterwellenfrequenzband realisieren und kann Pad-Lötflächenmontage oder Flip-Chip-Geräte produzieren und kann in der Größe reduziert werden. Aufgrund der extremen Empfindlichkeit gegenüber der Höhendifferenz des planaren Schaltkreises im Millimeterwellenfrequenzband können die mit passiven Schaltungskomponenten vorbereiteten Keramik- und Quarzsubstrate nicht direkt auf der Leiterplatte verwendet werden, aber das Sinkverfahren wird auf der Leiterplatte verwendet, und die Leiterplatte wird gegraben Eine Nut von geeigneter Größe und Form (äquivalent zu einem blinden Loch) wird gebildet, und der Boden der Nut wird als elektrische Erdungsbezugsfläche des Keramiksubstrats verwendet, und dann wird das Keramiksubstrat in die Nut eingebettet, und die Befestigungsmethode ist epoxidleitfähige Klebeverbindung. Auf diese Weise habe ich erfolgreich Schaltfilterkomponenten im Frequenzbereich von 35-67GHz implementiert, wobei der Filter auf einem Quarz-Chip implementiert ist und die kombinierten Ein- und Ausgangssignale die geerdete koplanare Wellenleiterübertragungsleitung (GCPW) auf der Leiterplatte durchlaufen. PCB Board Material ist Rogers Board 4003C. Der Signalanschlussteil des Quarzwafers und der Leiterplatte ist durch Golddrahtbonding miteinander verbunden.

Bei der Verwendung von Epoxidleitkleber zum Verkleben von Aluminiumoxidkeramik oder Quarz mit der Leiterplatte müssen die Wärmeausdehnungskoeffizienten zweier verschiedener Materialien berücksichtigt werden, da sonst während der Hoch- und Tieftemperaturprozesse Spannungsschäden auftreten. Rogers Sheet 4003C ist ein Blatt, das im Mikrowellenbereich weit verbreitet ist. Seine axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten X/Y/Z liegen bei 11/14/46 (ppm/Grad Celsius), die relativ nah an Aluminiumoxidkeramik liegen. Gute mechanische Festigkeit. RO4003C hat einen niedrigen dielektrischen Verlust (tanδ beträgt etwa 0,0024), die dielektrische Konstante ändert sich nicht signifikant mit Temperatur und Frequenz, und die Wasseraufnahme Rate beträgt nur 0,04%. Diese Eigenschaften stellen sicher, dass es auf das Millimeterwellenfrequenzband angewendet werden kann. Die Übertragungsleitung nimmt die geerdete koplanare Wellenleiterform an, um den Einfluss der Änderung der dielektrischen Konstante zu minimieren. Im Projekt mit der höchsten Frequenz bis 67GHz werden die Übertragungsleitungsparameter in der Abbildung unten dargestellt und die Einfügedämpfung und das In-Band gemessen. Idealer ist der Flachheitsindex.

Darüber hinaus können die fertigen Geräte, die auf keramischen Substraten hergestellt werden (wie Mischer, Frequenzmultiplikatoren usw.) auch nach dem Absinken leicht auf die Leiterplatte aufgebracht werden. Die Installationsmethode des IO-Mischers ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Der IQ-Mischer in der Abbildung nimmt den Ring an. Der Sauerstoffleitkleber ist mit der Nut auf der Leiterplatte verbunden, und die Eingangs- und Ausgangssignale werden durch Golddrahtbonding und das Leiterplattenteil miteinander verbunden.

Physische Karte des keramischen Substratmischers und der Leiterplattenmontage

Bei der Verwendung einer dielektrischen Dünnschicht-Prozessplatte in einer Leiterplatte ist es notwendig, auf die passende Behandlung an der Hochfrequenzsignalschnittstelle zu achten. Generell wird empfohlen, dass bei der Signalverbindung der Abstand zwischen den beiden Medien innerhalb von 0,1mm so kurz wie möglich gehalten wird. Daher ist die Nutgrößengenauigkeit der Leiterplatte erforderlich.

Für die Spezifikationen des Hochfrequenz-Leiterplattenmaterials Rogers ro4003c siehe: Rogers RO4003C Datenblatt