微波技術 - 羅傑斯RO4003C和氧化鋁陶瓷電路

本文介紹 印刷電路板 設計理念 羅傑斯RO4003C+氧化鋁陶瓷材料 實現毫米波功能電路.

集成電路的薄膜電路工藝主要用於微波和毫米波等高頻電路領域，是利用真空蒸發, 濺射, 電鍍, 蝕刻和其他製作導體佈線的方法, 拋光基板上的電阻器和絕緣介質膜. 它的特點是生產精度高，金屬線寬和線距可以達到 10um (相應地，印刷電路板製造廠最現實的最小線寬和線距是 100um)，而且被動元件如電阻、電容、電感等可以集成到空氣橋中。薄膜電路最常用的基板材料有陶瓷、藍寶石、石英、玻璃等。由於它們具有高介電常數和頻率穩定性，因此非常適合小型電路和寬頻電路。具有高頻率的印刷電路板 (PCB) 由於基板可作為電子元件電氣連接的載體，不僅可作為訊號傳輸線 (微帶、帶線、共面波導等) 的矩陣，也可作為高密度主動式電路的載體。基板也可用作高密度有源器件的載體。它還可以與薄膜電路科技相結合，將薄膜電路引入 印刷電路板 電路, 結合兩者的優點, 拓寬了電路的應用範圍. 我嘗試將薄膜科技製成的陶瓷基板嵌入高頻板製成的微波電路板中 RO4003C 實現尺寸要求更細的無源器件，使其能够使用晶片封裝器件.

67GHz傳輸線參數（GCPW）

在氧化鋁陶瓷或石英基板上使用薄膜科技可以容易地實現毫米波頻段的無源電路器件（包括濾波器、功分器、耦合器等），並且可以生產焊盤焊接表面貼裝或倒裝晶片器件，並且可以减小尺寸。 由於對毫米波段平面電路的高差極其敏感，用無源電路元件製備的陶瓷和石英基板不能直接用於印刷電路板板上，但在印刷電路板板上使用了下沉法，並且在印刷電路板板上挖出合適尺寸和形狀的凹槽（相當於盲孔）， 所述凹槽的底部用作所述陶瓷基板的電接地基準面，然後將所述陶瓷基板嵌入所述凹槽中，所述固定方法為環氧導電膠粘接。 通過這種管道，我成功地實現了35-67GHz頻率範圍內的開關濾波器組件，其中濾波器在石英晶片上實現，組合輸入和輸出信號通過印刷電路板上的接地共面波導傳輸線（GCPW）。 印刷電路板板資料為Rogers board 4003C。 石英晶片和印刷電路板的訊號連接部分通過金絲鍵合互連。

使用環氧導電粘合劑將氧化鋁陶瓷或石英粘合到 印刷電路板 需要考慮兩種不同資料的熱膨脹係數, 否則，在高溫和低溫過程中會發生應力損傷. Rogers片材4003C是一種廣泛應用於微波領域的片材.

其 X/Y/Z軸向熱膨脹係數分別為 11/14/46（ppm/攝氏度）、與氧化鋁陶瓷比較接近. 良好的機械強度. RO4003C has low dielectric loss (tanδ is about 0.0024), 介電常數隨溫度和頻率變化不大, 吸水率僅為0.04%. 這些特性確保它可以應用於毫米波頻段. 傳輸線採用接地共面波導形式，以儘量减小介電常數變化的影響. 項目中最高頻率達到67GHz, 傳輸線參數如下圖所示, 量測了插入損耗和帶內損耗. 平面度指數更理想.

此外，在陶瓷基板上製作的成品元件 (如混音器、倍頻器等) 也可以很容易地在下沉後套用在印刷電路板上。IO 混音器的安裝如下圖所示。圖中所示的 IQ 混頻器是由一個環狀的導氧膠黏合在 PCB 板上，輸入和輸出信號透過金線黏合在 PCB 部分。

陶瓷基板混合器與印刷電路板安裝互連

在印刷電路板中使用薄膜製程介質板時，應注意高頻信號介面的匹配處理。一般而言，建議訊號連接處兩種電介質之間的間隙應儘量保持在 0.1 mm 以內。因此，印刷電路板的槽尺寸精度是必要的。

適用於 Rogers ro4003c 高頻印刷電路板資料表，請檢視： Rogers RO4003C 數據表