CN107046160A - 一种兰格耦合器生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兰格耦合器生产工艺，它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，指线加宽电镀工艺首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在指线的金丝压点位置再加宽电镀，在加宽的指线位置进行金丝引线键合，通过调控压力、温度、时间等键和参数使金丝压点牢固连接兰格耦合器的相应指线。本发明工艺简单，成本低，焊接可靠性高，通过控制金丝的数量和金丝跨接的拱高等调节兰格耦合器的微波特性，应用本发明的工艺组合参数制作的兰格耦合器用于放大器设计，能稳定工作在50W条件下，在6‑18GHz内输入输出驻波小于1.4dB，带内损耗小于0.35dB，表现出了优异的指标性能。
Description
技术领域
本发明涉及兰格耦合器加工制作领域，具体是一种兰格耦合器生产工艺。
背景技术
在微波毫米波组件系统中，经常因为管芯的阻抗参数不确定、增加连接元件数目等对微波特性产生影响，所以调节功率分配和合成对高性能的微波特性输出非常重要。常见的做法是通过调整电容值、改变键合引线长度、弧度等来微调匹配电路，从而使管芯发挥出更好的性能。而兰格耦合器凭借其结构紧凑、可灵活外接负载电阻、较宽的通频带等优点，用于体积要求较高的宽带内匹配功率管的功率合成设计中，可以用于功率分配和功率合成，因此对兰格耦合器的设计、加工和封装十分重要。
由于连接的金丝存在寄生电感影响微波性能，所以微带线之间的高效率连接直接关系到性能的提高，而金丝键合是芯片组装的关键工序，键合位置，键合时间和功率大小等对引线的键合强度都存在至关重要的影响，甚至是只要有一根连接金丝失效，就会影响到整个电路系统的正常工作。现有的兰格耦合器加工制作采用空气桥工艺，增加刻孔和空气桥接等使得工艺难度增加，加工成本高昂。在集成电路制造中金丝键合工艺较为成熟，将这种成熟的工艺运用到兰格耦合器的制作中，并进行改进，尤其是要考虑到兰格耦合器耦合交叉指处短金丝线的连接和金丝压点位置的定位问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兰格耦合器生产工艺，以至少实现降低兰格耦合器加工工艺难度、降低制作成本、提升兰格耦合器性能的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种兰格耦合器生产工艺，它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，所述的指线加宽电镀工艺，首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在耦合交叉指处设置金丝压点，进行加宽电镀，指条加宽位置用于键合工艺金丝线的连接，所述的加宽电镀包括以下步骤：
1.1：配置电镀液，亚硫酸金纳浓度为16.00g/l~17.00g/l，氯化钾浓度为95.00g/l~100.00g/l，柠檬酸钾浓度为130.00g/l~150.00g/l，电镀液PH在7.5-8.5之间；
1.2：金丝压点加宽位置作为电镀阴极，通电，电镀液中的金离子，在电位差的作用下移动到金丝压点位置形成镀层，电镀时间在25mins~30mins之间，通过控制电镀时间来调节指线金丝压点位置的宽度；
1.3：加热电镀液，温度在35℃~40℃之间，使用玻璃棒轻微搅动金丝压点位置，通过温度控制仪控制温度在35℃~40℃范围内，保持在该区间温度范围下反应25mins~30mins，实现金丝压点位置的指条加宽；
所述的金丝压点键合工艺，包括以下步骤：
2.1：使用键合设备对准指线加宽位置的金丝压点位置，下降搜索焊盘，对准金丝压点，控制焊盘与劈刀之间的高度为1mm~2mm；
2.2：开启超声振动，超声功率在80w~100w之间调节，超声时间200ms~300ms之间，金丝超过劈刀的伸出部分在超声振动的作用下变成熔融状态的金球，大小为金丝压点宽度±1um，通过温度控制仪保持温度在210℃~230℃之间，下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第一金丝压点；
2.3：在劈刀接触焊盘并进行按压动作后，加大超声功率，加大部分的超声功率幅度区间为20w~30w，用于增强振动作用促使金原子扩散，保持加大后的超声功率时间45ms~50ms，从而实现与第一金丝压点牢固连接；
2.4：在第一金丝压点牢固连接后，反向拉升劈刀，拉升高度为0.1~0.2mm，调节劈刀与垂直方向的夹角，该夹角在35度~40度之间时开始移动劈刀，劈刀在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹保持与水平方向的夹角在30度~45度之间，第一金丝压点与第二金丝压点之间的跨距在0.5mm~0.8mm之间，在劈刀对准第二金丝压点之后，垂直下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第二金丝压点，第一金丝压点与第二金丝压点之间的拱形结构高度在20um~40um之间。
进一步，在清洗洁净的陶瓷基片上还包括镀金属连接带，作为连接电通路，所述的金属连接带的厚度区间在6.82um~7.23um之间，通过控制厚度能够增强基片耐大功率工作的能力。
所述的金属连接带厚度为7.00um。
所述的指线金丝压点位置的宽度为金丝线直径的3.0~4.0倍。
所述的金丝线直径为25.00um，所述金丝压点位置的宽度为100um。
所述的电镀时间为27分钟。
所述的劈刀在反向拉升后，朝第二金丝压点移动之前与垂直方向的夹角为35度，在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹与水平方向夹角为30度，跨距0.6mm，拱高为36.20um。
进一步，在步骤S13中，在35℃~40℃之间，保持这一温度区间的反应时间为27mins~28mins。
进一步，在金丝压点键合工艺之前，还包括仿真设计步骤，所述的仿真设计步骤包括ADS仿真和CAD仿真，首先使用ADS仿真，然后再导出版图，将版图导入CAD仿真，仿真后得到的优化参数为：指线线长2.09mm，指线线宽0.05mm，指线线距0.01mm，并结合工艺条件进行耦合器性能测试，再通过实测数据对各工艺条件进行反复微调得到最佳工艺参数，并将最佳工艺参数固化在键合设备中。
所述的最佳工艺参数为线线长2.20mm，指线线宽0.08mm，指线线距0.01mm。
本发明的有益效果是：本发明在兰格耦合器的指线上通过电镀工艺设置加宽的金丝压点，使用金丝跨接所述加宽的金丝压点，实现兰格耦合器指线的连接，相比传统的空气桥工艺显著降低了工艺难度，节省了成本；基于加宽的金丝压点进行金丝线键合，降低了引线键合的难度，可以推广到集成电路封装工艺中的引线键合领域，根据实际情况的需要设置加宽金丝压点；通过控制键合工艺参数提高键合强度，连接界面不易滑移，能够防止引线连接失效，增强可靠性，提高电路工作稳定性；本发明的工艺简单，成本低，健合时间短，效率高，在兰格耦合器设计、制作中均可通过控制连接金丝的数量和金丝跨接的拱高，提高集成度，缩小组件体积；在加宽的金丝压点进行焊接，在不影响焊球过度扩散的前提下，可以增加键合压力，提高焊接强度。本发明的公开的工艺组合参数制作的兰格耦合器，应用于放大器模块中，利用不同的端口既可以作为功分器，又可以作为耦合器，能稳定工作在50W条件下，输入输出驻波小于1.4dB，带内损耗小于0.35dB，非常适合于实际应用。
附图说明
图1为使用2根金丝跨接指线加宽金丝压点位置的兰格耦合器结构示意图；
图2为本发明工艺步骤中金球示意图；
图3为本发明工艺步骤中下降劈刀搜索金丝压点的示意图；
图4为本发明工艺步骤中金秋接触金丝压点示意图；
图5为本发明工艺步骤中按压金球示意图；
图6为本发明工艺步骤中增加超声功率示意图；
图7为本发明工艺步骤中开启反向拉升示意图；
图8为本发明工艺步骤中设定的反向拉升高度示意图；
图9为本发明工艺步骤中拉升到指定高度准备朝第二金丝压点移动的位置示意图；
图10为本发明工艺步骤中劈刀以设定角度开始朝第二金丝压点移动示意图；
图11为本发明工艺步骤中拉弧形成示意图；
图12为本发明工艺步骤中按压第二金丝压点示意图；
图13为使用本发明制造兰格耦合器的端口S参数测试结果；
图14为使用本发明制造兰格耦合器的端口电压驻波比测试结果；
图中，1-第一加宽金丝压点，2-第二加宽金丝压点，3-第三加宽金丝压点，41-第一组键合金丝，42-第二组键合金丝。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种兰格耦合器生产工艺，它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，所述的指线加宽电镀工艺，首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在耦合交叉指处设置金丝压点，进行加宽电镀，指条加宽位置用于键合工艺金丝线的连接，所述的加宽电镀包括以下步骤：
1.1：配置电镀液，亚硫酸金纳浓度为16.00g/l~17.00g/l，氯化钾浓度为95.00g/l~100.00g/l，柠檬酸钾浓度为130.00g/l~150.00g/l，电镀液PH在7.5-8.5之间；
1.2：金丝压点加宽位置作为电镀阴极，通电，电镀液中的金离子，在电位差的作用下移动到金丝压点位置形成镀层，电镀时间在25mins~30mins之间，通过控制电镀时间来调节指线金丝压点位置的宽度；
1.3：加热电镀液，温度在35℃~40℃之间，使用玻璃棒轻微搅动金丝压点位置，通过温度控制仪控制温度在35℃~40℃范围内，保持在该区间温度范围下反应25mins~30mins，实现金丝压点位置的指条加宽；
所述的金丝压点键合工艺，如图2~12所示，具体包括以下步骤：
2.1：使用键合设备对准指线加宽位置的金丝压点位置，下降搜索焊盘，对准金丝压点，控制焊盘与劈刀之间的高度为1mm~2mm；
2.2：开启超声振动，超声功率在80w~100w之间调节，超声时间200ms~300ms之间，金丝超过劈刀的伸出部分在超声振动的作用下变成熔融状态的金球，大小为金丝压点宽度±1um，通过温度控制仪保持温度在210℃~230℃之间，下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第一金丝压点；
2.3：在劈刀接触焊盘并进行按压动作后，加大超声功率，加大部分的超声功率幅度区间为20w~30w，用于增强振动作用促使金原子扩散，保持加大后的超声功率时间45ms~50ms，从而实现与第一金丝压点牢固连接；
2.4：在第一金丝压点牢固连接后，反向拉升劈刀，拉升高度为0.1~0.2mm，调节劈刀与垂直方向的夹角，该夹角在35度~40度之间时开始移动劈刀，劈刀在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹保持与水平方向的夹角在30度~45度之间，第一金丝压点与第二金丝压点之间的跨距在0.5mm~0.8mm之间，在劈刀对准第二金丝压点之后，垂直下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第二金丝压点，第一金丝压点与第二金丝压点之间的拱形结构高度在20um~40um之间。
进一步，在清洗洁净的陶瓷基片上还包括镀金属连接带，作为连接电通路，所述的金属连接带的厚度区间在6.82um~7.23um之间，通过控制厚度能够增强基片耐大功率工作的能力。
所述的金属连接带厚度为7.00um。
所述的指线金丝压点位置的宽度为金丝线直径的3.0~4.0倍。
所述的金丝线直径为25.00um，所述金丝压点位置的宽度为100um。
所述的电镀时间为27分钟。
所述的劈刀在反向拉升后，朝第二金丝压点移动之前与垂直方向的夹角为35度，在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹与水平方向夹角为30度，跨距0.6mm，拱高为36.20um。
进一步，在步骤S13中，在35℃~40℃之间，保持这一温度区间的反应时间为27mins~28mins。
进一步，在金丝压点键合工艺之前，还包括仿真设计步骤，所述的仿真设计步骤包括ADS仿真和CAD仿真，首先使用ADS仿真，然后再导出版图，将版图导入CAD仿真，仿真后得到的优化参数为：指线线长2.09mm，指线线宽0.05mm，指线线距0.01mm，并结合工艺条件进行耦合器性能测试，再通过实测数据对各工艺条件进行反复微调得到最佳工艺参数，并将最佳工艺参数固化在键合设备中。
所述的最佳工艺参数为线线长2.20mm，指线线宽0.08mm，指线线距0.01mm。
首先将陶瓷基板处理清洁，利用薄膜专业制造技术——真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀结合于金属复合层，经曝光、显影、蚀刻、去膜工艺完成线路制作，最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路厚度，待光阻移除后即完成金属化线路制作，由于陶瓷材料具有电阻高、高频特性突出、热导率高、化学稳定性好、热稳定性良好、熔点高等特点，在电子线路的设计和制造非常需要以上性能，因此陶瓷被广泛用于不同厚膜、薄膜和电路的基板材料，还可以用作绝缘体，在热性能要求苛刻的电路中做导热桐庐以及用来制造各种电子元件，本发明在陶瓷基片上可控镀金属层，增加陶瓷基器件的耐功率辐射能力。
应用本发明制作的兰格耦合器，用于放大器设计中并测试放大指标，如图13，14所示，可以看到使用本发明制造的兰格耦合器具有优良的耦合指标，非常适合实际应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，所述的指线加宽电镀工艺，首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在耦合交叉指处设置金丝压点，进行加宽电镀，指条加宽位置用于键合工艺金丝线的连接，所述的加宽电镀包括以下步骤：
1.1：配置电镀液，亚硫酸金纳浓度为16.00g/l~17.00g/l，氯化钾浓度为95.00g/l~100.00g/l，柠檬酸钾浓度为130.00g/l~150.00g/l，电镀液PH在7.5-8.5之间；
1.2：金丝压点加宽位置作为电镀阴极，通电，电镀液中的金离子在电位差的作用下移动到金丝压点位置形成镀层，电镀时间在25mins~30mins之间，通过控制电镀时间来调节指线金丝压点位置的宽度；
1.3：加热电镀液，温度在35℃~40℃之间，使用玻璃棒轻微搅动金丝压点位置，通过温度控制仪控制温度在35℃~40℃范围内，保持在该区间温度范围下反应25mins~30mins，实现金丝压点位置的指线加宽；
所述的金丝压点键合工艺，包括以下步骤：
2.1：使用键合设备对准指线加宽位置的金丝压点位置，下降搜索焊盘，对准金丝压点，控制焊盘与劈刀之间的高度为1mm~2mm；
2.2：开启超声振动，超声功率在80w~100w之间调节，超声时间200ms~300ms之间，金丝超过劈刀的伸出部分在超声振动的作用下变成熔融状态的金球，大小为金丝压点宽度±1um，通过温度控制仪保持温度在210℃~230℃之间，下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第一金丝压点；
2.3：在劈刀接触焊盘并进行按压动作后，加大超声功率，加大部分的超声功率幅度区间为20w~30w，用于增强振动作用促使金原子扩散，保持加大后的超声功率时间45ms~50ms，从而实现与第一金丝压点牢固连接；
2.4：在第一金丝压点牢固连接后，反向拉升劈刀，拉升高度为0.1~0.2mm，调节劈刀与垂直方向的夹角，该夹角在35度~40度之间时开始移动劈刀，劈刀在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹保持与水平方向的夹角在30度~45度之间，第一金丝压点与第二金丝压点之间的跨距在0.5mm~0.8mm之间，在劈刀对准第二金丝压点之后，垂直下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第二金丝压点，第一金丝压点与第二金丝压点之间的拱形结构高度在20um~40um之间。
2.根据权利要求1所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：在清洗洁净的陶瓷基片上还包括镀金属连接带作为连接电通路，所述的金属连接带的厚度区间在6.82um~7.23um之间，通过控制厚度能够增强基片耐大功率工作的能力。
3.根据权利要求2所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：所述的金属连接带厚度为7.00um。
4.根据权利要求1所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：所述的指线金丝压点位置的宽度为金丝线直径的3.0~4.0倍。
5.根据权利要求4所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：所述的金丝线直径为25.00um，所述金丝压点位置的宽度为100um。
6.根据权利要求1所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：所述的电镀时间为27分钟。
7.根据权利要求1所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：所述的劈刀在反向拉升后，朝第二金丝压点移动之前与垂直方向的夹角为35度，在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹与水平方向夹角为30度，跨距0.6mm，拱高为36.20um。
8.根据权利要求1所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：在步骤S13中，在35℃~40℃之间，保持这一温度区间的反应时间为27mins~28mins。
9.根据权利要求1所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：在金丝压点键合工艺之前，还包括仿真设计步骤，所述的仿真设计步骤包括ADS仿真和CAD仿真，首先使用ADS仿真，然后再导出版图，将版图导入CAD仿真，仿真后得到的优化参数为：指线线长2.09mm，指线线宽0.05mm，指线线距0.01mm，并结合工艺条件进行耦合器性能测试，再通过实测数据对各工艺条件进行反复微调得到最佳工艺参数，并将最佳工艺参数固化在键合设备中。
10.根据权利要求9所述的一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：所述的最佳工艺参数为线线长2.20mm，指线线宽0.08mm，指线线距0.01mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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