CN102761311B - 毫米波电路微组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种毫米波电路微组装方法，其包括如下步骤：提供射频板、电源板、腔座、二压块及盖板；检验射频板及电源板；检验电路腔体及二压块；刻制射频板外形；试装电路腔体和清洗；安装射频板和电源板；安装相关射频器件；无源电路测试；安装射频和电源电路器件；组装MMIC芯片组件；切割MMIC芯片组件的安装槽；安装MMIC芯片组件于安装槽内；键合引线；安装和焊接电路元器件和结构件；调试直流工作点；调试电路的射频特性；清理电路内部。利用该方法，可以有效地安装使用MMIC芯片，发挥MMIC芯片的功能，提高利用MMIC芯片来制作微波毫米波电路和子系统的成功率，进而填补国家在毫米波微组装技术上的空白。

Description

毫米波电路微组装方法

技术领域

本发明属于毫米波电路技术领域，尤其涉及一种毫米波电路微组装方法。

背景技术

毫米波电路技术用于通信、遥测遥感、雷达，在民用、军用和深空探测等领域有着广泛的应用和需求。随着现代工艺技术和半导体技术的发展，MMIC(单片微波集成电路)芯片广泛取代了传统由分立器件构成的微波混合集成电路，其性能也远胜于混合集成电路。近年来，随着军民用通信市场需求的增长，MMIC功率放大器的输出功率越来越大，工作频率越来越高。

MMIC芯片多使用一片化合物半导体材料，构成全功能的微波电路或子系统，其面积仅几个平方毫米到几十平方毫米，厚度仅0.1毫米甚至更薄，尺寸小，可靠性高，功能强大，但MMIC芯片价格较高，特别是高功率和高频率芯片，非常昂贵。

如何安装来发挥MMIC芯片的作用非常重要。如果安装工艺不对，轻则不能发挥MMIC芯片的性能，重则损坏芯片。国外在MMIC芯片制造和安装使用方面始终处于领先地位，但在毫米波微组装工艺方面处于技术保密状态，没有完整的资料可查阅和借鉴。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一套完整的毫米波电路微组装方法。

本发明实施例是这样实现的：一种毫米波电路微组装方法，其包括如下步骤：

S0)提供射频板(10)、电源板(20)、腔座(30)、第一压块(40)、第二压块(41)及盖板(50)，其中，所述腔座(30)包括第一表面(31)、与所述第一表面(31)相对的第二表面(32)及由所述第一表面(31)且靠近所述腔座(30)的一侧面向上凸伸的凸块(33)，所述腔座(30)上开设有电路腔体，所述电路腔体包括开设于所述第一表面(31)的第一腔体(34)及开设于所述第二表面(32)的第二腔体(35)，所述凸块(33)开设有通槽(36)，所述通槽(36)与所述第一腔体(34)相互连通，所述第一腔体(34)包括放置所述射频板(10)的第一空间(340)及用以形成传输电信号的波导(60)的第二空间(341)，所述盖板(50)贴于所述腔座(30)的第一表面(31)上，所述凸块(33)嵌入所述盖板(50)内，所述盖板(50)的面对所述腔座(30)的表面开设有凹槽(51)，所述凹槽(51)与所述第一腔体(34)的第二空间(341)共同形成所述波导(60)，所述盖板(50)开设有贯穿槽(52)，所述贯穿槽(52)与所述第一腔体(34)的第一空间(340)相连通，以将所述第一腔体(34)的第一空间(340)外露；

S1)检验射频板(10)及电源板(20)；

S2)检验电路腔体、第一压块(40)及第二压块(41)的机械加工尺寸及配合尺寸；

S3)根据所述第一腔体(34)的第一空间(340)的尺寸刻制射频板(10)外形；

S4)试装电路腔体和清洗所述腔座(30)，其中，于所述第一腔体(34)内试装刻制好的射频板(10)及第一压块(40)，于所述第二腔体(35)内试装电源板(20)及第二压块(41)，将所述腔座(30)置于一超声波清洗机内清洗；

S5)安装射频板(10)和电源板(20)，其中，使用导电胶将射频板(10)粘贴在第一腔体(34)的第一空间(340)内，于射频板(10)的远离导电胶的一面覆盖一层滤纸片(70)并于滤纸片(70)上压置所述第一压块(40)，然后，用夹子使所述第一压块(40)与所述腔座(30)相对固定，再放入一烘箱内烘干导电胶，所述电源板(20)安装于所述第二腔体(35)内；

S6)安装相关射频器件，其中，将一玻璃绝缘子(73)安装于所述腔座(30)的侧面；

S7)无源电路测试，即在未安装MMIC芯片(81)时测试射频电路的插损值和电压驻波比值，将测试值与设计值作比较，如果二者差别较小，确定可以安装MMIC芯片(81)；

S8)安装射频和电源电路器件，包括射频板(10)上的滤波电容，偏置引线、电源板(20)上的器件；

S9)完成MMIC芯片组件(80)的组装，即采用共晶焊技术在共晶焊台上将MMIC芯片(81)与合金散热座(82)焊接在一起；

S10)切割射频板(10)形成MMIC芯片组件(80)的安装槽(42)；

S11)安装MMIC芯片组件(80)于所述安装槽(42)内；

S12)键合引线，其中，使用金丝压焊机焊接金丝，将MMIC芯片(81)与射频板(10)连接，将MMIC芯片(81)与射频板(10)上的偏置电路连接；

S13)安装和焊接所有电路元器件和结构件；

S14)调试直流工作点；

S15)调试电路的射频特性，测试电路的各项射频性能指标；

S16)清理电路内部。

本发明实施例提供了一套完整的毫米波电路微组装方法，利用该方法，可以有效地安装使用MMIC芯片，发挥MMIC芯片的功能，提高利用MMIC芯片来制作微波毫米波电路和子系统的成功率，进而填补国家在毫米波微组装技术上的空白，并为国家在毫米波电路微组装工艺方向的进步和创新作出贡献。

附图说明

图1是本发明实施例提供的毫米波电路微组装方法的步骤图。

图2是采用图1的毫米波电路微组装方法组装完成的毫米波电路结构示意图。

图3是图2的毫米波电路的腔座的结构示意图。

图4是图2的毫米波电路的腔座及玻璃绝缘子的结构示意图。

图5是图2的毫米波电路的手工刻制的射频电路板的结构示意图。

图6示出了腔座上安装射频电路板、滤纸片、第一压块的安装过程示意图。

图7示出了腔座上安装电源电路板、滤纸片、第二压块的安装过程示意图。

图8示出了MMIC芯片组件的立体分解示意图。

图9示出了安装MMIC芯片组件的安装过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1至图9，本发明实施例提供的毫米波电路微组装方法的实施，配备十万级洁净度的无尘工作室，进入无尘室的所有人员必须穿着防静电防尘服和防静电鞋，通过风浴。所有人员只要接触到电路，必须佩带防静电手镯。

本发明的毫米波电路微组装方法，配置金丝压焊机、共晶焊台、放大倍率10～40连续可变的体视显微镜、倍率100、200和400固定倍率显微镜、离子风机、超声波清洗机、控温烘箱、充氮干燥箱。

所有人员必须经过岗前培训，掌握各种设备的操作方法和注意事项、掌握微组装各道工序的操作内容和要领、一般了解MMIC芯片的基础知识，MMIC芯片的共晶焊和导电胶贴片方法，射频板和电源板的成形与安装方法和注意事项，射频联线和电源联线的压接要领和注意事项、各工序自检和互检方法，微波电路调试方法。

本发明实施例提供的毫米波电路微组装方法主要包括如下步骤：

S0、提供射频板10、电源板20、腔座30、第一压块40、第二压块41及盖板50，其中，所述腔座30包括第一表面31、与所述第一表面31相对的第二表面32及由所述第一表面31且靠近所述腔座30的一侧面向上凸伸的凸块33；所述腔座30的第一表面31开设有第一腔体34；所述第二表面32开设有第二腔体35；所述凸块33开设有通槽36；所述通槽36与所述第一腔体34相互连通；所述第一腔体34包括放置所述射频板10的第一空间340及用以形成传输电信号的波导60的第二空间341；第一腔体34和第二腔体35可统称为电路腔体。所述盖板50用于贴于所述腔座30的第一表面31上，所述凸块33用于嵌入所述盖板50内；所述盖板50的面对所述腔座30的表面开设有凹槽51，所述凹槽51与所述第一腔体34的第二空间341共同形成所述波导60；所述盖板50开设有贯穿槽52，所述贯穿槽52与所述第一腔体34的第一空间340相连通，以将所述第一腔体34的第一空间340外露；

S1、射频板10及电源板20检验；其中，主要检查射频板10及电源板20是否有异常。

S2、电路腔体及二压块40、41检验；其中，按照加工图纸检验所述腔座30及盖板50的各种机械加工尺寸，例如，第一腔体34的尺寸、第二腔体35的尺寸、凹槽51的尺寸、贯穿槽52的尺寸；检验所述第一压块40、所述第二压块41分别与所述第一腔体34和第二腔体35的配合尺寸。重点检验的是与电气性能相关的机械加工尺寸(例如波导60的尺寸)和配合尺寸；采用卡尺、高度尺、深度尺、激光测尺寸等一系列能检验尺寸的工作进行检验。

S3、刻制射频板10外形；其中，根据第一腔体34的第一空间340的尺寸，手工刻制射频板10外形。由于射频板10的外形通过机械加工满足不了射频电路的要求，所以采用手工。在此步骤中，用手术刀手工刻制射频板10外形，确保射频板10外形与第一空间340配合。

S4、试装电路腔体和清洗所述腔座30；其中，于所述第一腔体34内试装刻制好的射频板10及第一压块40，于所述第二腔体35内试装电源板20及第二压块41；试装的目的是检验公差、配合、装配关系以及重要电气尺寸完成情况。检验由机械加工件构成的电路腔体，传输线以及其它电路器件之间的配合、公差和装配关系是否符合要求；将所述腔座30置于一超声波清洗机内清洗，清洗所使用的洗涤物质是酒精，在清洗过程中，注意不要使多个腔座30互相碰撞损伤；

S5、安装射频板10和电源板20；其中，使用导电胶将射频板10和电源板20分别粘贴在第一腔体34的第一空间340和第二腔体35内，注意用胶量，胶量优选为达到牢固粘贴的目的但又不会溢胶；然后，分别在射频板10和电源板20上覆盖一层滤纸片70(71)及在滤纸片70(71)的上面分别压上第一压块40、第二压块41。所述滤纸片70(71)的作用是防止导电胶粘贴至第一压块40与第二压块41上，然后，用铁夹子使第一压块40与第二压块41与腔座30相对固定，再放入一烘箱内烘干导电胶，烘干后取下夹子，第一压块40、第二压块41及滤纸片70(71)。烘箱所设定的烘烤参数是根据所使用的导电胶的种类来决定，例如，导电胶是H20E型的，烘烤箱的温度是120度，烘烤时间为30分钟。在其他实施例中，电源板20可不通过导电胶粘贴，而采用螺钉固定。

S6、安装相关射频器件；具体是将一玻璃绝缘子73安装于所述腔座30的侧面。所述腔座30的该侧面开设有玻璃绝缘子73的安装孔74，于所述玻璃绝缘子73的外表面和玻璃绝缘子73的安装孔74内均匀涂覆导电胶，注意控制胶量，确保可靠粘贴住玻璃绝缘子73，导电胶也不能过多溢出，将电路短路。此步骤为测试射频无源电路做准备。

S7、无源电路测试，即在未安装MMIC芯片时测试射频电路的插损值和电压驻波比值，将测试值与设计值作比较，如果相差过大，必须分析原因，加以解决，在问题解决之前，不可盲目安装MMIC芯片，导致无谓的损失；如果测试值与设计值二者一致性较好，确定可以安装MMIC芯片。

S8、安装射频和电源电路器件，包括射频板10上的滤波电容，偏置引线、电源板20上的器件；在此步骤中，通过导电胶或电烙铁锡焊射频和电源电路器件。为了避免安装过程产生的高温对MMIC芯片产生影响，所有需要使用高温安装(导电胶粘接等)的器件，在此工序完成。

S9、完成MMIC芯片组件80的组装；高功率MMIC芯片81需要良好的散热，必须使用高导热率且热膨胀系数与芯片相近的合金材料作为散热座82，优选地，所述散热座82可采用钼铜合金散热座，但不局限于此；对于低功率芯片则无须考虑散热问题。在本步骤中，用金锡合金焊料，采用共晶焊技术在共晶焊台上将MMIC芯片81与合金散热座82焊接在一起，控制焊接温度为310°±5°。

S10、切割射频板10形成MMIC芯片组件80的安装槽42；在射频板10上刻制出用于安装MMIC芯片组件80的安装槽42；具体地，所述第一腔体34的第一空间340的底部开设有安装槽42，所述安装槽42用以容置所述MMIC芯片组件80，用手术刀手工刻除射频板10与所述安装槽42对应的基片介质，使得所述安装槽42外露，为安装MMIC芯片组件80做准备。

S11、安装MMIC芯片组件80于所述安装槽42内；具体地，在所述安装槽42内及MMIC芯片组件80的底部均匀涂覆导电胶，然后将MMIC芯片组件80置于安装槽42内，再用固定件90(例如，固定螺钉等锁固方式)穿过所述散热座82的相对两端以将所述MMIC芯片组件80紧固于所述腔座30上，然后将安装有MMIC芯片组件80的腔座30放入烘箱，烘干导电胶；烘箱所设定的烘烤参数是根据所使用的导电胶的种类来决定，例如，导电胶是H20E型的，烘烤箱的温度是120度，烘烤时间为30分钟。

S12、键合引线；具体地，使用金丝压焊机焊接金丝，将MMIC芯片81与射频板10连接，将MMIC芯片81与射频板10上的偏置电路连接；更具体地，将射频板10与MMIC芯片81的射频焊盘焊接在一起，将偏置电路与MMIC芯片的偏置焊盘焊接在一起。在焊接射频引线时，为了降低引线电感，可以使用双线焊接或者使用金带。焊接完成后清理多余金丝，防止引起电路短路。

S13、安装和焊接所有电路元器件和结构件，包括安装电源和馈电穿心电容、焊接连线、安装K型同轴接头91和吸收材料、焊接射频/电源连线等，完成全部电路安装；在此步骤中，K型同轴接头91安装在所述腔座30的侧面且使K型同轴接头91的传输线与所述玻璃绝缘子73连接，以实现K型同轴接头91与所述第一腔体34内部的电连接。

S14、调试直流工作点；按照MMIC芯片数据表(例如，电流、电压、功率、工作频率等电性方面的参数)要求，配置直流偏置源，直流偏置源配置好后，然后根据芯片要求，电源设置合适限流值。有些MMIC芯片需要负电源，如果本发明所装的MMIC芯片需要有负电源，那么负电源电压设置不可过低，必须超过FET管(场效应晶体管)的门限电压，如果门限电压设置不好，加正电压时，MMIC芯片会损毁；正电源电压可以先设置低一些，加电后逐渐调高，确保芯片不被烧毁。

必须注意加电和关电顺序，加电顺序为先加负电压再加正电压，关电顺序为先关正电压后关负电压。加电前，必须在电路输出端接功率衰减器或负载，防止烧毁芯片。加电过程中，注意观察电源的电压和电流指示情况，防止电路自激。

S15、调试电路的射频特性，测试电路的各项射频性能指标；具体地，调整好直流工作状态的电路，可以接入射频测试系统测试射频指标。先给待测电路加直流偏置，再加射频小信号，之后再提高功率，密切监视偏置电源的电流电压指示，一旦有异常，立即关断偏置正电压源，检查问题。

S16、清理电路内部；清除所有杂物和污物焊料等、整形和固定连线，紧固螺钉固定和合理调整各器件位置，用洗耳球吹除各种灰尘杂物，完成电路制作。对于需要密封的电路，还需要采用激光封焊技术，最终完成电路制作。

本发明实施例提供了一套完整的毫米波电路微组装方法，利用该方法，可以有效地安装使用MMIC芯片，发挥MMIC芯片的功能，提高利用MMIC芯片来制作微波毫米波电路和子系统的成功率，进而填补国家在毫米波微组装技术上的空白，并为国家在毫米波电路微组装工艺方向的进步和创新作出贡献。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种毫米波电路微组装方法，其包括如下步骤：

S0)提供射频板(10)、电源板(20)、腔座(30)、第一压块(40)、第二压块(41)及盖板(50)，其中，所述腔座(30)包括第一表面(31)、与所述第一表面(31)相对的第二表面(32)及由所述第一表面(31)且靠近所述腔座(30)的一侧面向上凸伸的凸块(33)，所述腔座(30)上开设有电路腔体，所述电路腔体包括开设于所述第一表面(31)的第一腔体(34)及开设于所述第二表面(32)的第二腔体(35)，所述凸块(33)开设有通槽(36)，所述通槽(36)与所述第一腔体(34)相互连通，所述第一腔体(34)包括放置所述射频板(10)的第一空间(340)及用以形成传输电信号的波导(60)的第二空间(341)，所述盖板(50)贴于所述腔座(30)的第一表面(31)上，所述凸块(33)嵌入所述盖板(50)内，所述盖板(50)的面对所述腔座(30)的表面开设有凹槽(51)，所述凹槽(51)与所述第一腔体(34)的第二空间(341)共同形成所述波导(60)，所述盖板(50)开设有贯穿槽(52)，所述贯穿槽(52)与所述第一腔体(34)的第一空间(340)相连通，以将所述第一腔体(34)的第一空间(340)外露；

S1)检验射频板(10)及电源板(20)；

S2)检验电路腔体、第一压块(40)及第二压块(41)的机械加工尺寸及配合尺寸；

S3)根据所述第一腔体(34)的第一空间(340)的尺寸刻制射频板(10)外形；

S4)试装电路腔体和清洗所述腔座(30)，其中，于所述第一腔体(34)内试装刻制好的射频板(10)及第一压块(40)，于所述第二腔体(35)内试装电源板(20)及第二压块(41)，将所述腔座(30)置于一超声波清洗机内清洗；

S5)安装射频板(10)和电源板(20)，其中，使用导电胶将射频板(10)粘贴在第一腔体(34)的第一空间(340)内，于射频板(10)的远离导电胶的一面覆盖一层滤纸片(70)并于滤纸片(70)上压置所述第一压块(40)，然后，用夹子使所述第一压块(40)与所述腔座(30)相对固定，再放入一烘箱内烘干导电胶，所述电源板(20)安装于所述第二腔体(35)内；

S6)安装相关射频器件，其中，将一玻璃绝缘子(73)安装于所述腔座(30)的侧面；

S7)无源电路测试，即在未安装MMIC芯片(81)时测试射频电路的插损值和电压驻波比值，将测试值与设计值作比较，如果二者差别较小，确定可以安装MMIC芯片(81)；

S8)安装射频和电源电路器件，包括射频板(10)上的滤波电容，偏置引线、电源板(20)上的器件；

S9)完成MMIC芯片组件(80)的组装，即采用共晶焊技术在共晶焊台上将MMIC芯片(81)与合金散热座(82)焊接在一起；

S10)切割射频板(10)形成MMIC芯片组件(80)的安装槽(42)；

S11)安装MMIC芯片组件(80)于所述安装槽(42)内；

S12)键合引线，其中，使用金丝压焊机焊接金丝，将MMIC芯片(81)与射频板(10)连接，将MMIC芯片(81)与射频板(10)上的偏置电路连接；

S13)安装和焊接所有电路元器件和结构件；

S14)调试直流工作点；

S15)调试电路的射频特性，测试电路的各项射频性能指标；

S16)清理电路内部。

2.如权利要求1所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：在步骤S5中，使用导电胶将电源板(20)粘贴在第二腔体(35)内，于电源板(20)的远离导电胶的一面覆盖一层滤纸片(71)并于滤纸片(71)上压置所述第二压块(41)，然后，用夹子使所述第二压块(41)与所述腔座(30)相对固定，再放入一烘箱内烘干导电胶。

3.如权利要求1所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：在步骤S5中，所述电源板(20)通过螺锁方式固定于所述第二腔体(35)内。

4.如权利要求1所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：在步骤S11中，在所述安装槽(42)内及所述MMIC芯片组件(80)的底部均匀涂覆导电胶，然后将MMIC芯片组件(80)置于安装槽(42)内，再用固定件(90)穿过所述散热座(82)的相对两端以将所述MMIC芯片组件(80)紧固于所述腔座(30)上，然后将安装有MMIC芯片组件(80)的腔座(30)放入烘箱，烘干导电胶。

5.如权利要求1所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：在步骤S3中，刻制射频板(10)外形是通过手工完成的。

6.如权利要求1所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：在步骤S10中，所述第一腔体(34)的第一空间(340)的底部开设有安装槽(42)，手工刻除所述射频板(10)与所述安装槽(42)对应的基片介质，以使所述安装槽(42)外露。

7.如权利要求1所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：所述安装和焊接所有电路元器件和结构件的步骤包括安装电源和馈电穿心电容、焊接连线、安装K型同轴接头(91)和吸收材料及焊接射频/电源连线。

8.如权利要求7所述的毫米波电路微组装方法，其特征在于：所述K型同轴接头(91)安装在所述腔座(30)的侧面，所述K型同轴接头(91)的传输线与所述玻璃绝缘子(73)连接，以实现K型同轴接头(91)与所述第一腔体(34)内部的电连接。