CN107708400A - X波段中功率连脉冲放大器的加工方法 - Google Patents

X波段中功率连脉冲放大器的加工方法 Download PDF

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汪伦源
汪宁
奚凤鸣
李建华
徐日红
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Abstract

本发明涉及微波中功率脉冲放大器技术领域，公开X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，包括：步骤1，低频电路板烧结，步骤2，高频电路板烧结，步骤3，元器件烧结，步骤4，装配，步骤5，芯片共晶，步骤6，金丝键合，步骤7，封盖，对F进行封盖处理，得到X波段中功率连脉冲放大器。该涉及X波段中功率连脉冲放大器的加工方法可以实现体积小、安装灵活、可靠性高的目的。

Description

X波段中功率连脉冲放大器的加工方法
技术领域
本发明涉及微波中功率脉冲放大器技术领域，具体地，涉及X波段中功率连脉冲放大器的加工方法。
背景技术
近年来，随着雷达行业的快速发展，微波单片集成电路(MMIC)已成为当前发展各种高科技武器、装备的重要支柱，并广泛应用于各种先进的战术导弹、电子战、通信系统、以及各种先进的相控阵雷达中。随着雷达技术的飞速发展，X波段中功率连脉冲放大器在各个领域都得到了越来越广泛的应用，比如火控雷达采用X波段中功率连脉冲放大器后可使其发射出较高的功率，以提高火控雷达的测量距离；测量设备用X波段中功率连脉冲放大器来增大发射功率；在有源相控阵雷达中，X波段中功率连脉冲放大器是TR组件的重要组成单元，脉冲放大器可以较好地解决信号的频谱再生问题，本发明介绍了一种基于MMIC放大器芯片设计的X波段中功率连脉冲放大器的制作方法。该方法借助微电子组封装工艺技术，实现了一种X波段中功率连脉冲放大器的制作。该一种X波段中功率连脉冲放大器具有体积小、安装灵活、可靠性高的特点。
制作过程主要包括：低频电路板烧结、微波电路板烧结、元器件烧结、装配、芯片共晶、金丝键合、封盖过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种涉及X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，该涉及X波段中功率连脉冲放大器的加工方法可以实现体积小、安装灵活、可靠性高的目的。
为了实现上述目的，本发明提供一种X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，该加工方法包括：步骤1，低频电路板烧结，将低频电路板对应的元器件贴装到低频电路基板上，并进行烧结和清洗得到A；
步骤2，高频电路板烧结，对微波电路板进行预处理，并将高频电路板对应的元器件贴装到微波电路板上，并进行烧结得带B；
步骤3，元器件烧结，将衰减器帖装到微波电路板上，并进行烧结、冷却和清洗得到C；
步骤4，装配，将A安装至C上，并安装下盖板得到D；
步骤5，芯片共晶，将共晶后的芯片安装至D上，并进行烧结得到产品E；
步骤6，金丝键合，对E进行金丝键合得到F。
步骤7，封盖，对F进行封盖处理，得到X波段中功率连脉冲放大器。
优选地，在步骤1中，低频电路板烧结的方法包括：
将低频电路基板放置在可固定的工装上，用钢网印刷板在低频电路基板表面印刷焊膏，在将对应的元器件贴装到低频电路基板上；
将贴装完元器件的低频电路板放置在加热台上烧结，待焊膏融化后，用镊子夹住低频电路板轻轻放置在散热块上散热至冷却；
使用汽相清洗机将上一步烧结完成的组件进行清洗，清洗时电路板器件装贴面朝下。
优选地，该加热台的温度为205-215℃。
优选地，使用汽相清洗机将上一步烧结完成的组件进行清洗的方法包括依次进行蒸煮、超声和烘干，其中；蒸煮时间为300s，超声时间为300s，烘干时间为500s。
优选地，在步骤2中，将微波电路板的正面和腔体外壁全部贴上高温保护胶带，切除微波电路板的正面和腔体的边缘多余部分胶带，以使得胶带与微波电路板的边齐平；
将焊片切割成与微波电路板的尺寸一致，用滚轮压平焊片；
用酒精棉擦拭微波电路板背面、成型后的焊片和腔体中微波电路板烧结位置，擦拭完成后放置在滤纸上晾干；
在焊片正面和反面涂覆一层低残留助焊剂，将焊片放置在腔体内，将贴有3M胶带的微波电路板正面置上与腔体内，用镊子轻轻的按压电路板，使其与焊片接触即可；
用气动点胶机在绝缘子金属壁上涂覆焊膏装入腔体内，射频绝缘子与腔壁外侧齐平，馈电绝缘子钉头一面置于腔体正面，且与腔体内平面齐平，再装入微波电路板烧结工装；
将上一步完成的组件放置在加热平台上烧结，待焊锡融化后迅速取下腔体放置在硬纸板上，按压微波电路板烧结工装后取下工装，用镊子将微波电路板上胶带撕除。
优选地，在步骤3中，
在射频绝缘子与微波电路板接触位置点涂焊膏，将衰减器贴装到指定位置；
将贴有衰减器的腔体放置在加热台上烧结，待焊膏融化后，取下腔体放置在散热块上散热至冷却；
在加热台上对腔体内微波电路板芯片孔位置涂覆焊膏；
使用汽相清洗机将上一步烧结元器件的腔体进行清洗。
通过上述技术方案，利用下述的低频电路板烧结、微波电路板烧结、元器件烧结、装配、芯片共晶、金丝键合、封盖的过程，实现了X波段中功率连脉冲放大器的制作，脉冲大功率放大器中推动级放大电路，具有高稳定性、高增益能力。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的低频电路板装配图；
图2是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的微波电路板图；
图3是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器装配图；
图4a是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的第一载体的芯片共晶图；
图4b是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的第二载体的芯片共晶图；
图4c是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的第三载体的芯片共晶图；
图4d是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的第四载体的芯片共晶图；
图4e是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的第五载体的芯片共晶图；
图5是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器装配图；
图6是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器示意图；
图7是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器示意图；
图8是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器示意图；
图9是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器示意图；
图10是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器内盖板图；
图11是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器上盖板图；
图12是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器下盖板图；
图13是说明本发明的一种优选实施方式的X波段中功率连脉冲放大器的放大器烧结工装图。
附图标记说明
1、低频电路板；2、微波电路板；3、腔体；4、第一载体；5、第二载体；6、第三载体；7、第四载体；8、第五载体；9、下盖板；10、SMA接头；11、内盖板；12、上盖板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，包括如下的步骤：
对照低频电路板装配图1，贴装器件：将低频电路板放置在可固定的工装上，用钢网印刷板(推荐钢网厚度0.15mm厚)在电路板表面(元器件贴装面)印刷183℃焊膏(Sn63Pb37)，在将对应的元器件(U9、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12)贴装到低频电路板上,注意区分驱动器BHM-2C1-4F(U9)方向；
将贴装好器件的低频电路板放置在(210±5)℃加热台上烧结，烧结时间(20～30)s，操作过程用镊子中对器件进行小幅度调整，可以解决器件立碑、虚焊、位置偏移等问题。待焊膏融化后，用镊子夹住电路板轻轻放置在散热块上散热至冷却；
使用汽相清洗机将上一步烧结完成的组件进行清洗，推荐清洗参数(蒸煮300s、超声300s、烘干、500s)，清洗时电路板器件装贴面朝下。备注：完成后的低频电路板将用于在步骤4(装配)中。
步骤2：高频电路板烧结
对照微波电路板图2和放大器装配图5，贴膜保护：将微波电路板正面和腔体外壁全部贴3M高温保护胶带,用手术刀切除边缘多余部分3M胶带，与边齐平；
依照微波电路板图2，匹配焊片：使用手术刀将217℃焊片(厚度0.05mm)切割成与微波电路板尺寸一致，用滚轮压平焊片。注：焊片与微波电路板对应的芯片孔位置需切除，且尺寸与芯片孔尺寸一致；
依照放大器装配图5，用酒精棉擦拭微波电路板背面、成型后的焊片和腔体中微波电路板烧结位置，擦拭完成后放置在滤纸上晾干2min。在焊片正反面涂覆一层低残留助焊剂EF-9301，用镊子将焊片放置在腔体内，平铺即可，将贴有3M胶带的微波电路板正面置上与腔体内，用镊子轻轻的按压电路板，使其与焊片接触即可；
依照放大器装配图5，装绝缘子：用气动点胶机在绝缘子金属壁上涂覆217℃焊膏装入腔体内，射频绝缘子RF2516-0.38-4.6(J1、J2，共2处)与腔壁外侧齐平，馈电绝缘子DF1616-0.38-4.6(J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10，共8处)，馈电绝缘子钉头一面置于腔体正面，且与腔体内平面齐平，在装入微波电路板烧结工装；
依照放大器装配图5，将上一步完成的组件(装配过微波电路板、绝缘子、工装的组件)放置在(240±5)℃加热平台上烧结，烧结时间(2.5～3)min，待焊锡融化后迅速取下腔体放置在硬纸板上，用镊子按压微波电路板烧结工装，按压(15～20)s后取下工装，用镊子将微波电路板上3M胶带撕除。备注：按压时力道均匀、稳定；
步骤3：元器件烧结
依照放大器装配图5，贴装衰减器：用气动点胶机在U1、U2和射频绝缘子(J1、J2)与微波电路板接触位置点涂183℃焊膏，将衰减器MTVA0600N09贴装到U1、U2位置；
将贴有衰减器的腔体放置在(210±5)℃加热台上烧结，烧结时间(30～40)s，待焊膏融化后，用镊子中对器件进行小幅度调整，可以解决器件立碑、虚焊、位置偏移等问题。用镊子取下腔体放置在散热块上散热至冷却；
依照放大器装配图5，在170℃加热台上对腔体内微波电路板芯片孔位置涂覆140℃焊膏(NC257)，焊锡均匀、光滑、平整；
使用汽相清洗机将上一步烧结元器件的腔体进行清洗(清洗剂BOZL CEGCLEANER)，推荐清洗参数(蒸煮300s、超声500s、烘干、500s)，清洗时腔体正面朝下，操作中避免绝缘子变形、破损；
步骤4：装配
依照放大器装配图3，装配步骤1的低频电路板(图1)，用圆头螺丝M1.6×4(共7只)锁紧低频电路板，用直径0.6mm高温导线将玻珠与对应焊盘焊接用183℃焊锡丝焊接、烙铁温度(350±10)℃；
依照放大器装配图3，装配下盖板，用9只M1.6×4平头螺丝锁紧下盖板；
依照放大器装配图3，装配SMA接头：用4只M2×6十字圆头螺丝、4只M2弹垫和4只M2平垫将2只射频接头SMA-KFD113(10)装入腔体锁紧；
步骤5：芯片共晶
依照芯片共晶图4，金锡焊片匹配：在10X显微镜下，用手术刀将金锡焊片Au80Sn20(厚度0.02mm)切割成5种大小，焊片尺寸与载体(第一载体4、第二载体5、第三载体6、第四载体7、第五载体8)大小一致；
将准备好的焊片、载体和芯片放置在培养皿内，用等离子清洗机进行清洗，建议清洗参数(弱洗模式、超声400W、超声时间300s)，具体清洗内容：5种切割后的金锡焊片，5种载体(4、5、6、7、8)，2只压控衰减器NC13120C-812(U2、U6)，1只放大器NC1062C-812(U3)；1只微波开关NC1644C-120(U4)；1只放大器WFD080120-P21(U7)；
依照芯片共晶图4，芯片共晶：先进行U2芯片共晶，使用高精度镊子夹取载体4放置在共晶台的加热台上固定(推荐共晶台温度325℃±5℃)，将对应的4号载体的焊片均匀的平铺在载体4上，用镊子尖头对焊片进行涂覆(时间3s以内)，用镊子轻轻夹取1只清洗过的压控衰减器NC13120C-812(U2)在涂覆区进行共晶，3次左右摩擦即可，摩擦时间(1～2)s用镊子夹取芯片电容100P(共2只)共晶到C15、C16位置，3次左右摩擦即可，摩擦时间(1～2)s，共晶总计时间不超过15s。另外，对于U3(放大器NC1062C-812)、U4(射频开关NC1644C-120)、U6(压控衰减器NC13120C-812)和1只U7(放大器WFD080120-P21)共晶方式与U2(压控衰减器NC13120C-812))相同，且芯片电容(C17、C18、C19、C20、C21、C22、C23)大小均为100p。备注：注意区分芯片方向；
依照芯片共晶图4，涂覆焊锡：将涂覆有140℃焊锡(NC257)的铜块置于170℃加热平台上，待焊锡融化后，分别将1只环形器WG902A12(U8)的背面和共晶好的5只芯片(U2、U3、U4、U6、U7)的载体背面分别涂覆140℃焊锡，使用摩擦方式，摩擦(3～5)次，时间3s；
依照放大器装配图5，烧结芯片：将涂覆焊锡的1只环形器(U8)和5种共晶后的芯片(U2、U3、U4、U6、U7)装入步骤4中完成装配的腔体内，放置在170℃加热平台上，在显微镜下用高精度镊子进行小幅度的摩擦焊方式进行烧结，摩擦次数3次，单芯片摩擦时间(1～2)S，总摩擦时长不超过15S；
步骤6：金丝键合
依照金丝键合图5，进行金丝键合，环形器(U8)焊盘与微波电路板之间处使用75μm金带键合(推荐超声功率250，超声时间60ms)，其余芯片(U2、U3、U4、U6、U7)的焊盘(IN、OUT)与微波电路板之间使用锲型焊(推荐超声功率200，超声时间60ms)，芯片(U2、U3、U4、U6、U7)、芯片电容(C15～C23)、与馈电绝缘子(J2～J10)之间使用球焊(推荐超声功率200，超声时间60ms)；
步骤7：封盖
依照放大器装配图5，装配内盖板：将内盖板装入电测试合格的放大器(11)，用6只M1.6×4十字平头螺丝锁紧，将上盖板装入放大器(12)进行激光封盖。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，其特征在于，该加工方法包括：步骤1，低频电路板烧结，将低频电路板对应的元器件贴装到低频电路基板上，并进行烧结和清洗得到A；
步骤2，高频电路板烧结，对微波电路板进行预处理，并将高频电路板对应的元器件贴装到微波电路板上，并进行烧结得带B；
步骤3，元器件烧结，将衰减器帖装到微波电路板上，并进行烧结、冷却和清洗得到C；
步骤4，装配，将A安装至C上，并安装下盖板得到D；
步骤5，芯片共晶，将共晶后的芯片安装至D上，并进行烧结得到产品E；
步骤6，金丝键合，对E进行金丝键合得到F；
步骤7，封盖，对F进行封盖处理，得到X波段中功率连脉冲放大器。
2.根据权利要求1所述的X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，其特征在于，在步骤1中，低频电路板烧结的方法包括：
将低频电路基板放置在可固定的工装上，用钢网印刷板在低频电路基板表面印刷焊膏，在将对应的元器件贴装到低频电路基板上；
将贴装完元器件的低频电路板放置在加热台上烧结，待焊膏融化后，用镊子夹住低频电路板轻轻放置在散热块上散热至冷却；
使用汽相清洗机将上一步烧结完成的组件进行清洗，清洗时电路板器件装贴面朝下。
3.根据权利要求2所述的X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，其特征在于，该加热台的温度为205-215℃。
4.根据权利要求2所述的X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，其特征在于，使用汽相清洗机将上一步烧结完成的组件进行清洗的方法包括依次进行蒸煮、超声和烘干，其中；蒸煮时间为300s，超声时间为300s，烘干时间为500s。
5.根据权利要求2所述的X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，其特征在于，在步骤2中，将微波电路板的正面和腔体外壁全部贴上高温保护胶带，切除微波电路板的正面和腔体的边缘多余部分胶带，以使得胶带与微波电路板的边齐平；
将焊片切割成与微波电路板的尺寸一致，用滚轮压平焊片；
用酒精棉擦拭微波电路板背面、成型后的焊片和腔体中微波电路板烧结位置，擦拭完成后放置在滤纸上晾干；
在焊片正面和反面涂覆一层低残留助焊剂，将焊片放置在腔体内，将贴有3M胶带的微波电路板正面置上与腔体内，用镊子轻轻的按压电路板，使其与焊片接触即可；
用气动点胶机在绝缘子金属壁上涂覆焊膏装入腔体内，射频绝缘子与腔壁外侧齐平，馈电绝缘子钉头一面置于腔体正面，且与腔体内平面齐平，再装入微波电路板烧结工装；
将上一步完成的组件放置在加热平台上烧结，待焊锡融化后迅速取下腔体放置在硬纸板上，按压微波电路板烧结工装后取下工装，用镊子将微波电路板上胶带撕除。
6.根据权利要求5所述的X波段中功率连脉冲放大器的加工方法，其特征在于，在步骤3中，
在射频绝缘子与微波电路板接触位置点涂焊膏，将衰减器贴装到指定位置；
将贴有衰减器的腔体放置在加热台上烧结，待焊膏融化后，取下腔体放置在散热块上散热至冷却；
在加热台上对腔体内微波电路板芯片孔位置涂覆焊膏；
使用汽相清洗机将上一步烧结元器件的腔体进行清洗。
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