КОНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

July 21, 2012 by admin Комментировать »

Емельяненков Б. Н. ИЭС У АН НП пр. 50-летия Октября, 2-Б, а/я 102, Киев 03148, Украина e-mail: <iec(a)navarex.kiev. иа>

Аннотация Описан способ изготовления сложных элементов диэлектрических интегральных схем (ДИС) миллиметрового диапазона на основе зеркальных диэлектрических волноводов. Исследованы конструкционнотехнологические погрешности элементов диэлектрических интегральных схем. Экспериментальным путем определены особенности формирования диэлектрических интегральных схем на основе зеркальных диэлектрических волноводов в диапазоне частот 80-120 ГГц.

I.  Введение

Освоение коротковолновой части миллиметрового диапазона непосредственно связано с использованием принципов построения радиотехнических устройств на основе технологии ДИС[1]. При этом возникают задачи выбора способа изготовления элементов ДИС, изучения возникающих при использовании того или иного способа изготовления конструкционно-технологических погрешностей элементов ДИС, экспериментальной апробации элементов ДИС. В настоящей работе исследованы конструкционнотехнологические погрешности элементов ДИС и экспериментальным путем определены особенности создания ДИС объемного формообразования на основе зеркальных диэлектрических волноводов (ЗДВ) в диапазоне частот 80-120 ГГц.

II.                          Основная часть

Для изготовления сложных элементов ДИС объемного формообразования миллиметрового диапазона на основе зеркальных диэлектрических волноводов (ЗДВ) выбран способ, основанный на применении метода ультразвуковой прошивки на ультразвуковом станке пластин из кварцевого стекла С5-1 или керамических материалов электродами специальной формы.

Электроды для ультразвуковой прошивки изготавливаются из стали Ст45 и устанавливаются на ступенчатые концентраторы, изготовленные также из стали Ст45. В электродах полости для формирования элементов ДИС с необходимыми размерами и конфигурацией выполняются по программам на электроискровых станках с ЧПУ. Соединение электродов с концентраторами осуществляется путем пайки. Размеры концентраторов выбираются с учетом конкретного значения частоты ультразвукового резонанса.

Пластины из кварцевого стекла С5-1, выбранного в качестве материала для элементов ДИС, предназначенных для использования в диапазоне частот 80-120 ГГц, приклеиваются на матовые стеклянные плоскопараллельные плитки. Операция прошивки пластины осуществляется при силе давления на инструмент 2.5 3 кГ.

Отработаны два способа ультразвуковой прошивки пластин: сквозная прошивка пластины из кварцевого стекла заданной толщины, соответствующей высоте элемента ДИС; частичная прошивка пластины из кварцевого стекла на глубину, незначительно (на 0,03-0,05 мм) меньшую высоту элемента ДИС. При частичной прошивке используется пластина материала с толщиной, превышающей высоту элемента ДИС на 0,2-0,3 мм. После частичной прошивки следует последующая шлифовка прилегающей к стеклянной плитке стороны пластины. После прошивки осуществляется отделение элементов ДИС от стеклянных плиток.

В процессе экспериментальной отработки установлено, что процент выхода годных элементов ДИС при использовании способов сквозной и частичной прошивки составляет 35 40 %. При этом для первого способа прошивки разрушение элементов ДИС наступает на заключительном этапе прошивки в местах, где клеевой слой удерживает пузырьки воздуха или имеет малую толщину. Для второго способа характерно растрескивание и срыв элементов ДИС на этапе «вскрытия» прилегающей при прошивке к стеклянной стороне кварцевой пластины и доводки высоты элемента ДИС.

Конструкционно-технологические погрешности (КТП) влияют на ряд параметров элементов ДИС, поэтому их необходимо учитывать при создании функциональных узлов и устройств миллиметрового диапазона на основе ДИС. КТП элементов ДИС на ЗДВ охватывают погрешности геометрии, микрогеометрии, и формы. При исследованиях не учитывались КТП, связанные с разбросом электрических параметров материала элементов ДИС, поскольку кварцевое стекло С5-1 обладает высокой стабильностью диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь. Конкретные значения КТП определены для элементов ДИС, выполненных как ультразвуковой прошивкой так и резкой алмазным отрезным кругом (АОК) пластин из кварцевого стекла С5-1.

Для исследования выбраны элементы направленного ответвителя (НО) на ЗДВ и прямолинейный стержень для ЗДВ, выполненные ультразвуковой прошивкой и резкой АОК соответственно. Установлено, что для элемента НО на ЗДВ с длиной области связи , равной 2,5 мм и углом изгиба , равным 25 град., разброс по ширине относительно начала регулярного участка в месте перехода к изгибу при номинальном значении 1,0 мм составляет 0,06 мм, а посредине участка связи 0,09 мм При этом непрямоугольность поперечного сечения составляет 0,08 мм в начале нерегулярного участка, 0,15 мм в месте перехода к изгибу и 0,19 мм посредине участка связи.

Для прямолинейного стержня ЗДВ разброс по ширине относительно ширины следующего за скосом регулярного участка при номинальном значении 1,12 мм составляет 0,015 мм в середине стержня и 0,015 мм на его конце. Непрямоугольность поперечного сечения 0,038 мм, 0,038 мм, 0,02 мм в начале, середине и на конце стержня (при длине 60 мм).

Разброс по высоте для исследуемых элементов составляет 0,015 мм при номинальном значении 0,62 мм и определяется непараллельностью пластины из кварцевого стекла С5-1. Погрешности углов изгибов находятся в пределах 2 град и корреллированы с разбросами по ширине элементов ДИС. Разброс по ширине и непрямоугольность поперечного сечения зависят от равномерности по длине и длительности процесса ультразвуковой прошивки элементов НО, что видно из сопоставления приведенных значений разбросов по ширине элементов ДИС и непрямоугольное™ поперечного сечения. Очевидно, что чем сложнее форма элемента ДИС, тем труднее добиться минимальных значений КТП. Следует отметить, что характер КТП повторяется при измерении размеров ряда элементов ДИС указанных конфигураций.

Погрешности микрогеометрии исследованы при помощи электронного микроскопа РЭМ -100 У. Проведено измерение размеров шероховатостей верхней и боковых сторон, размеры сколов и трещин элементов ДИС. Результаты исследований указанных КТП позволяют прогнозировать поведение элементов ДИС в процессе эксплуатации при воздействии внешних дестабилизирующих факторов (температурные воздействия, механические нагрузки, влага). Установлено, что на боковой поверхности элемента НО, изготовленного ультразвуковой прошивкой, присутствуют шероховатости шириной от 0,003 мм до 0,007 мм. Размер шероховатостей зависит от размера зерна абразивного порошка, применяемого при ультразвуковой прошивке. Со стороны, примыкавшей к клеевому слою, соединявшему пластину из кварцевого стекла С5-1 и стеклянную плитку, имеются сколы, появляющиеся при завершении процесса прошивки пластины из С5-1. Ширина скола составляет 0,13 мм, а высота 0,06 мм. На элементах ДИС, изготовленных с применением АОК, остаются следы алмазного круга. При этом сколы, возникающие в процессе резки, имеют меньшие размеры по сравнению с размерами сколов при ультразвуковой прошивке, однако структура сколов является более сложной. Установлено наличие сколов шириной 0,15 мм и высотой 0,04 мм. Режимы резки определяют также возникновение трещин в элементах ДИС, что делает их непригодными для дальнейшего использования.

Конструкционно-технологические особенности формирования сложных ДИС миллиметрового диапазона на ЗДВ обусловлены свойствами способов соединения элементов ДИС объемного формообразования с металлической подложкой, а также различных элементов ДИС. При проведении исследований установлена целесообразность соединения элементов ДИС с металлической подложкой путем склеивания или пайки. Основным критерием, по которому осуществляется выбор способа соединения элементов ДИС, является минимальное значение вносимых потерь мощности в заданном частотном диапазоне.

Для экспериментального исследования свойств способов соединения стержней ЗДВ с металлической подложкой использовались стержни из кварцевого стекла С5-1 с размерами: ширина 1,00 мм, высота 0,5 мм, длина 60 мм. Реализованы следующие способы соединения: а) склеивание клеем ВТ -25-200 с последующей полимеризацией в течение 4 часов; б) склеивание клеем ВК-9 с последующей полимеризацией в течение 4 часов; в) пайка. Вносимые потери мощности отрезка ЗДВ длиной 60 мм в диапазоне частот 80-120 ГГц составили: для ЗДВ, изготовленного первым способом 0,2 дБ; для ЗДВ, изготовленного вторым способом 1 дБ; для ЗДВ, изготовленного третьим способом 0,15 дБ. Для ЗДВ, выполненного первым способом стыковкой двух частей, вносимые потери составили 0,2-0,3 дБ в диапазоне частот 80120 ГГц.

Установлено, что минимальными вносимыми потерями обладают ЗДВ, выполненные путем пайки и склеиванием клеем ВТ-25-200. Причем, у паянных ЗДВ вносимые потери на длине 60 мм меньше на 0,1-0,2 дБ. При этом стык ЗДВ вносит незначительные потери мощности, величины которых находятся в пределах погрешности измерений.

III.  Заключение

Изготовление элементов ДИС объемного формообразования миллиметрового диапазона волн на основе ЗДВ можно осуществлять способом ультразвуковой прошивки пластин из кварцевого стекла или керамических материалов. Процент выхода годных элементов ДИС может быть увеличен путем обеспечения однородной структуры клеевого слоя, соединяющего технологическую пластину и пластину, подвергающуюся ультразвуковому воздействию. Способ ультразвуковой прошивки пригоден для изготовления элементов ДИС групповыми методами.

Анализ конструкционно-технологических погрешностей элементов ДИС позволяет выбрать такие режимы процесса ультразвуковой прошивки, при которых достигается максимальное соответствие характеристик готовых элементов характеристикам расчетных моделей.

Формирование ДИС объемного формообразования на основе ЗДВ возможно как путем склеивания, так и путем пайки элементов ДИС на металлическую пластину. При этом в ЗДВ из кварцевого стекла С51в диапазоне частот 80-120 ГГц получены вносимые погонные потери мощности, не превышающие

0.         025              дБ/см.

IV. Список литературы

1.   Взятышев В. Ф., Нарытник Т. Н., Рябов Б. А., Емельяненков Б. Н., Банков С. Е. Диэлектрические интегральные схемы КВЧ. 4. 2. Функциональные устройства. Обзоры по электронной технике. Серия: Электроника СВЧ. Вып. 13(1209). М.:ЦНИИ «Электроника», 1986, с. 73.

PRODUCTION ENGINEERING FEATURES OF MILLIMETER WAVE DIELECTRIC INTEGRATED CIRCUITS

Yemelyanenkow B.

Institute of electronics and communication UASNP 50 of October, 2-b, Kiev 03148, Ukraine e-mail: iec@naverex.kiev.ua

Described in this paper is the process of manufacturing of complex elements of millimeter wave dielectric integrated circuits (DIC) on the base of image dielectric guides. Production engineering errors of DIC elements are studied. The features of DIC manufacturing on the base of image dielectric guides in 80120 GHz frequency band are defined in the process of experimental investigations.

ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОДЛОЖКИ НА ПОРОГОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЭФФЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ПО ПОДЛОДЖКЕ В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ НА ОСНОВЕ GaAs

Горев Н. Б., Коджеспирова И. Ф., Привалов Е. Н. Институт технической механики НАН и НКА Украины ул. Лешко-Попеля, 15, Днепропетровск 49005, Украина Тел. +38 0562 472533, e-mail: gorev@itm11.dp.ua Хучуа Н. П., Хведелидзе Л. В., Тигишвили М. Г. Научно-производственный комплекс «Электронная техника» при Тбилисском государственном университете пр. Чавчавадзе, 13, Тбилиси 380079, Гоузия Тел. +995 32 220626, e-mail: nt@gol.ge

Аннотация Представлены результаты численного моделирования эффекта управления по подложке (ЭУП) в случае пространственно неоднородной подложки. Показано, что создание в подложке локальной области повышенного удельного сопротивления позволяет значительно повысить пороговое напряжение ЭУП.

I.   Введение

Явление уменьшения тока стока арсенидгаллиевого полевого транзистора с барьером Шоттки при приложении отрицательного напряжения к полуизолирующей подложке известно уже давно [1]. Этот эффект называется эффектом управления по подложке (ЭУП). Как правило, он носит пороговый характер. В интегральных схемах (ИС) на основе GaAs ЭУП является паразитным, поскольку он приводит к взаимовлиянию соседних элементов ИС, что снижает максимально достижимую степень интеграции. Независимо от конкретного механизма ЭУП, он обусловлен перераспределением приложенного к подложке напряжения между переходом пленка-подложка и объемом подложки. Поэтому можно ожидать, что существенное влияние на ЭУП может оказать пространственная неоднородность подложки. Изучение этого влияния и является целью данной работы.

II.   Основная часть

В структуре пленка-подложка толщина hCh проводящего канала в пленке определяется электрическим полем EfS на границе пленка-подложка

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты