CN114122664A - 一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，采用LTCC生瓷作为介质基板进行电桥加工，在进行叠片前进行耦合线精度判定，对两层耦合线测量精度进行配对，将符合配对的耦合线层进行叠片及后续加工，完成耦合3dB电桥制作。本发明使用常规的LTCC加工工艺流程进行制造，工艺简单，未引入新的材料或新的加工方法，未引入的新的误差，制作的LTCC耦合电桥精度高、良品率高。

Description

一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，属于半导体技术领域。
背景技术
LTCC(低温共烧陶瓷)基板具有三维布线密度高、可内埋集成元件、高频传输性能好、环境适应能力强、长期可靠性高等显著特点，已成为现代微电子组件的典型先进基板。3dB电桥可以认为是一种特殊的定向耦合器，它是实现直通输出端和耦合输出端功率等分，且相位相差90°的无源器件，因此又叫正交电桥。3dB电桥是四端口微波器件，特点是：插损低、方向性好等。主要应用于低噪声放大器、衰减器、微波混频器、调制器和其它微波系统中，实现信号的合路、分路及移相。国内传统微带线的3dB电桥，损耗大，频率越低，体积相对大，一般用于较高频段。腔体3dB电桥，具有相当高的Q值，适用于低插入损耗，大功率传输应用场合，但有较大的体积。基于LTCC技术制作的3dB电桥具有小型化、高性能、高可靠性的优点，被广泛应用在通讯行业。
采用LTCC技术进行3dB电桥的制作，难点在于相邻层的耦合线对位精度，如图1所示为两层之间的耦合线对位位置。常规印刷引入了通孔偏差、金属偏差、通孔与金属的对位偏差等，造成电桥的良品率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，制作工艺简单，且制作的耦合3dB电桥精度高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，包括以下步骤：
(1)采用LTCC生瓷作为介质基板进行电桥加工，完成每层金属图形的印刷以及耦合线的印刷；
(2)分别计算两层耦合线对于叠片通孔的误差；
(3)基于所计算的误差值对耦合线层进行配对；
(4)将符合配对的耦合线层进行叠片及后续加工，完成耦合3dB电桥制作。
进一步的，所述计算耦合线对于叠片通孔的误差，包括：
测量印刷对准符间距L，计算得到L与设计值的差值L'；
测量通孔定位孔间距K，计算得到K与设计值的差值K'；
测量十字差线宽W1，计算得到W1与设计值的差值W1'；
测量有测量要求的线条线宽W，计算得到W与设计值的差值W'；
基于测量数据，计算耦合线对于叠片通孔的误差X'：
Figure BDA0003362985240000021
其中，x1通孔定位孔相对耦合线的间距，x2是印刷对准符相对耦合线的间距，H是通孔定位孔相对印刷对准符的间距，A为两层耦合线层孔连线与十字叉之间的角度误差。
进一步的，所述基于所计算的误差值对耦合线层进行配对，包括：
将两层耦合线层所计算的误差之差作为耦合误差，如果小于预设的耦合偏差值则符合配对。
进一步的，采用LTCC生瓷为介质基板，电路位于多层介质内部，焊接部位位于介质外表面。
进一步的，LTCC基板尺寸为3.2mm×1.6mm×1.5mm。
进一步的，基板内部金属导带最小线宽大于0.08mm，最小导带间距不小于0.1mm。
进一步的，电桥采用螺旋结构宽边耦合定向耦合器。
进一步的，电桥耦合带状线长度分别为10mm。
本发明的有益效果为：
1)本发明的制作方法避免了复杂的LTCC基板耦合线加工方法，使用常规的LTCC加工工艺流程进行制造，工艺简单，未引入新的材料或新的加工方法，未引入的新的误差；
2)本发明进行耦合线误差判定使用3D测量仪进行编程自动测试，方法简单高效；
3)采用本发明方法制作的LTCC耦合电桥精度高、良品率高。
附图说明
图1是耦合线对位示意图；
图2是本发明的电桥物理模型结构；
图3是本发明的耦合线单层精度测量示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法。制作的耦合3dB电桥的工作频率在2.7GHz～3GHz，插损≤0.6dB，隔离度≥20dB，幅度平衡度≤±0.6dB，相位平衡度≤±3°，尺寸3.2mm×1.6mm×1.5mm。电桥设计用了新型螺旋结构宽边耦合定向耦合器，耦合带状线的长度应该为四分之一波长，即
Figure BDA0003362985240000031
(其中，εr是LTCC陶瓷基板的相对介电常数，fo为3dB电桥工作的中心频率，c为空气中光速)。电桥耦合带状线长度分别为10mm，采用LTCC技术在小体积的空间内实现电桥内部结构如图1所示。
3dB电桥的物理模型结构如图2，采用LTCC生瓷为介质基板，电路位于多层介质内部，可焊接部位位于介质外表面。采用导电率高的金属做浆料，LTCC电桥基板尺寸为3.2mm×1.6mm×1.5mm。多层线路之间采用金属化过孔连接。内部金属导带最小线宽大于0.08mm，最小导带间距不小于0.1mm。图2中，Port 1是主线信号输入端口，Port 2是主线信号输出端口，Port3是副线信号输出端口，Port 4是隔离端口。
本发明基于LTCC的耦合3dB电桥制作采用8寸流片工艺，具体包括如下步骤：
1)采用常规LTCC制作工艺进行电桥加工；
2)在相邻两层生磁片形成的耦合层上印刷耦合线，在叠片前进行耦合线精度判定；
3)量产电路时，对两层耦合线测量精度进行配对，要求两层耦合线所计算的耦合误差小于预设的耦合偏差值；
4)使用配对符合步骤3)标准的生瓷片分别进行叠片及后续加工，完成耦合3dB电桥制作。
本发明中，在叠片前进行耦合线精度判定具体参见图3，
对于层间对位误差，需要考虑下面几个误差：
A、网版偏差，图3中印刷对准符间距L测量值与设计值之差，记为L'；
B、打孔误差，图3中通孔定位孔间距K测量值与设计值之差，记为K'；
C、十字差线宽误差，图3中W1测量值与设计值之差，记为W1'；
D、有测量要求的线条线宽误差，图3中W测量值与设计值之差，记为W'；
E、耦合层的两张生磁片孔连线与十字叉之间角度误差，如图3中A；
F、有测量要求的线处于生瓷片不同区域时，等静压层压下认为误差分布是等比例分布。
假设误差在生瓷片上是等比例分布，计算一根耦合线对于叠片通孔的误差：
Figure BDA0003362985240000032
耦合误差＝耦合层的两片生磁片的X'之差。
其中，x1通孔定位孔相对耦合线的间距，x2是印刷对准符相对耦合线的间距，H是通孔定位孔相对印刷对准符的间距，185为叠片定位孔中心距，单位为mm，角度A的单位为度。
作为一种优选的实施方式，一种基于LTCC的耦合3dB电桥制作流程具体如下：
(1)对LTCC生瓷片进行预处理，保证加工过程中尺寸稳定性；
(2)使用机械打孔机按照设计图形打出通孔；
(3)使用AOI图形自动检测仪进行通孔位置与通孔质量检测；
(4)使用印刷填孔工艺进行通孔金属填充、通孔整平、通孔填充检查；
(5)使用丝网印刷完成每层金属图形的印刷，印刷质量检查、工艺评价数据采集；
(6)对耦合线单层精度数据进行测量与计算；
(7)符合精度标准的耦合线层进行配对，完成叠片、层压与热切；
(8)进行单只生瓷块倒角，进行整批基板共烧；
(9)进行电桥侧面端口印刷和电镀；
(10)进行电性能测试、外观评价，电桥加工完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用LTCC生瓷作为介质基板进行电桥加工，完成每层金属图形的印刷以及耦合线的印刷；
(2)分别计算两层耦合线对于叠片通孔的误差；
(3)基于所计算的误差值对耦合线层进行配对；
(4)将符合配对的耦合线层进行叠片及后续加工，完成耦合3dB电桥制作。
2.根据权利要求1所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，所述计算耦合线对于叠片通孔的误差，包括：
测量印刷对准符间距L，计算得到L与设计值的差值L'；
测量通孔定位孔间距K，计算得到K与设计值的差值K'；
测量十字差线宽W1，计算得到W1与设计值的差值W1'；
测量有测量要求的线条线宽W，计算得到W与设计值的差值W'；
基于测量数据，计算耦合线对于叠片通孔的误差X'：
Figure FDA0003362985230000011
其中，x1通孔定位孔相对耦合线的间距，x2是印刷对准符相对耦合线的间距，H是通孔定位孔相对印刷对准符的间距，A为两层耦合线层孔连线与十字叉之间的角度误差。
3.根据权利要求2所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，所述基于所计算的误差值对耦合线层进行配对，包括：
将两层耦合线层所计算的误差之差作为耦合误差，如果小于预设的耦合偏差值则符合配对。
4.根据权利要求1所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，采用LTCC生瓷为介质基板，电路位于多层介质内部，焊接部位位于介质外表面。
5.根据权利要求1所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，LTCC基板尺寸为3.2mm×1.6mm×1.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，基板内部金属导带最小线宽大于0.08mm，最小导带间距不小于0.1mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，电桥采用螺旋结构宽边耦合定向耦合器。
8.根据权利要求1所述的一种基于LTCC的耦合3dB电桥的制作方法，其特征在于，电桥耦合带状线长度分别为10mm。
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