專利名稱：一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，薄膜限幅低噪聲放大器(以下簡稱“薄膜放大器”)可廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)接收、電子對抗、電子儀器、航天電子產(chǎn)品等各個領(lǐng)域，功能為對微波小信號進(jìn)行放大。
背景技術(shù)：
當(dāng)前微波器件的趨勢是向小型化和集成化發(fā)展，元件的尺寸、重量和可靠性已成為電子系統(tǒng)中設(shè)計的重要因素，薄膜放大器正是順應(yīng)了這個發(fā)展要求，它在傳統(tǒng)微帶板設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用薄膜工藝設(shè)計，具有體積小、集成度高的特點。目前常用微波有源器件設(shè)計時通常采用微帶板作為信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)，這些器件指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到較高的水平，具有生產(chǎn)調(diào)試方便、一致性好及可靠性高的特點，但隨著微波器件小型化和集成化發(fā)展趨勢的愈演愈烈，這些器件已不能滿足未來微波系統(tǒng)的使用要求，例如安徽四創(chuàng)電子股份有限公司研制生產(chǎn)的某型號開關(guān)限幅低噪聲放大器技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異，經(jīng)大批量生產(chǎn)及試驗驗證表明，該型號放大器指標(biāo)及可靠性已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，但受到體積太大的限制，目前市場需求已大幅度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝。本發(fā)明所采取的技術(shù)解決方案如下
一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，所述薄膜限幅低噪聲放大器的設(shè)計采用了混合集成電路(HMIC)技術(shù)，即在氧化鋁陶瓷介質(zhì)基片上采用薄膜工藝制作出無源元件和微帶線路，再利用微組裝技術(shù)將微波固體器件如FET管芯裝配到電路中，最后用金屬外殼將整個電路封裝好。薄膜限幅低噪聲放大器選擇散熱較好的氧化鋁陶瓷基板以滿足器件的散熱條件。薄膜限幅低噪聲放大器采用薄膜加工工藝，將微帶線、無源元器件成膜至氧化鋁陶瓷基板上，同時用釬焊技術(shù)將氧化鋁陶瓷基板焊接到殼體內(nèi)，以提高產(chǎn)品的接地性能，減小產(chǎn)品的體積。薄膜限幅低噪聲放大器芯片與微帶線的互聯(lián)采用弓I線鍵合技術(shù)，裝配中為了更好地匹配電性指標(biāo)。引線鍵合的直徑選用18μπι、25μπι、75μπι，這大大降低了高頻下的寄生效應(yīng)。薄膜限幅低噪聲放大器封裝工藝采用平行封焊工藝。薄膜限幅低噪聲放大器采用平衡電路設(shè)計，前端設(shè)計為3db Langer電橋，采用 18 μ m金絲鍵合，鍵合時將金絲兩端稍微傾斜，適當(dāng)增加金絲的長度以減少鍵合難度。薄膜限幅低噪聲放大器放大芯片采用TC1102，在TC1102放大管芯片采用金絲鍵合時，壓點盡量靠近芯片各級的邊緣處。這樣鍵合后金絲壓點變形，也不會延伸至芯片中間部位而引起短路。
薄膜限幅低噪聲放大器功率限幅器的第一級限幅管選用MA4L032-134芯片，第二級限幅管選用兩只MA4L021-134芯片，兩只芯片正反向并聯(lián)在一起，用以等分射頻電流，功率承受能力也將提高。薄膜限幅低噪聲放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工藝。本發(fā)明的積極效果是根據(jù)本發(fā)明提供的薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝使薄膜放大器體積更小，集成度更高。


圖1為本發(fā)明的TC1102尺寸圖。圖2為本發(fā)明的薄膜仿真拓?fù)鋱D。圖3為本發(fā)明的放大器前端限幅二極管連接示意圖。圖4為本發(fā)明薄膜放大器生產(chǎn)版圖。圖5為本發(fā)明基板粘接后視圖。圖6本發(fā)明芯片粘接后視圖。圖7為本發(fā)明金絲鍵合裝配圖。
具體實施例方式下面結(jié)合圖1一圖7對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。1、薄膜放大器工藝設(shè)計上首先考慮到器件的散熱條件，從基板材料上選擇了散熱較好的氧化鋁陶瓷基板。2、該產(chǎn)品采用薄膜加工工藝，將微帶線、無源元器件成膜至氧化鋁陶瓷基板上，同時用釬焊技術(shù)將氧化鋁陶瓷基板焊接到殼體內(nèi)，這不僅提高了產(chǎn)品的接地性能，還減小了產(chǎn)品的體積。3、芯片與微帶線的互聯(lián)采用引線鍵合技術(shù)，裝配中為了更好的匹配電性指標(biāo)，引線鍵合的直徑選用18u、25u及75u，這大大降低了高頻下的寄生效應(yīng)，也提高了射頻性能。4、封裝工藝采用平行封焊工藝，替代了傳統(tǒng)的螺釘式封裝形式，平行封焊工藝是目前最主流的一種氣密性封裝方法；實踐證明這種安裝工藝，電學(xué)上性能優(yōu)良、力學(xué)上穩(wěn)定性高、熱學(xué)上可靠性好。5、3dB Langer電橋設(shè)計及金絲鍵合
為了減小電路的尺寸，提高放大器的穩(wěn)定性，放大器采用的是平衡電路設(shè)計，前端設(shè)計為3dB Langer電橋，受陶瓷基板的介電常數(shù)以及基板厚度影響，電橋的尺寸很小，線寬以及線間距都為50um，若采用25um金絲進(jìn)行鍵合，鍵合后金絲直徑變化范圍為1. 2倍 1. 5倍， 也就是說鍵合在焊盤上的金絲直徑將變?yōu)?0um 37. 5um,很容易導(dǎo)致相鄰的微帶線之間短路，若出現(xiàn)短路，則會影響放大器的技術(shù)指標(biāo)，增加了返修工序，大大降低了產(chǎn)品的直通率，為降低短路情況出現(xiàn)的幾率，首先將鍵合金絲變?yōu)?8um，減小金絲鍵合后的直徑，其次鍵合時，鍵合金絲的兩端稍微傾斜一點，適當(dāng)增加金絲的長度，因為從工藝上分析，金絲越短，鍵合的難度越大，適當(dāng)增加金絲的長度，對性能指標(biāo)不會有影響，也可以減少鍵合難度。6、放大管芯片的金絲鍵合
放大管芯片選用Transcom公司的TC1102，具有噪聲系數(shù)小，增益高，穩(wěn)定性好的特點，但是金絲鍵合難度較大，具體芯片尺寸圖如下
如圖1，芯片的柵極、源級、漏極的寬度為55um，尺寸較小，而且芯片中間有較小的細(xì)線，如果金絲鍵合時壓點不對，鍵合后壓點變形，很容易導(dǎo)致各級短路，影響鍵合速度，而且 TC1102各級短路后，由于尺寸較小，很難進(jìn)行維修，只能更換芯片，增加了器件成本。為避免出現(xiàn)短路，金絲鍵合時壓點都要盡量靠近芯片各極的邊緣處，這樣即使鍵合后金絲壓點變形，也不會延伸至芯片中間部位而引起短路。7、匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計
為提高放大器的可制造性，經(jīng)電路設(shè)計與工藝設(shè)計相結(jié)合后，其電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。8、功率限幅的設(shè)計
第一級限幅管選用MA4L032-134，第二級限幅管選用兩只MA4L021-134，兩只正反向并聯(lián)在一起，二極管并聯(lián)可以等分射頻電流，功率承受能力也將提高；
輸入微波信號功率46dBm (40W,占空比10% )經(jīng)過電橋等分成兩路，每路功率為43dBm (40W，占空比10%)，參照圖3所示限幅曲線可以看出，經(jīng)過第一級限幅管MA4L032-134，將功率限幅至27dBm，經(jīng)過第二級限幅管MA4L021-134再將信號功率限幅至18dBm，經(jīng)過最后一級限幅管MA4L021-134將信號功率限幅至13dBm ；
由于二極管工作受到耗散功率的限制，在PIN 二極管上的實際微波功耗不能大于二極管的最大耗散功率Pdiss。耗散功率Pdiss= (175-周圍環(huán)境溫度)/熱阻。為保證二極管的正常工作，二極管的極限工作環(huán)境溫度為85°C。允許二極管最大耗散功率為 第一級 MA4L032-134 最大耗散功率 Pdiss= (175-85) /150=90/150=0. 6W 第二、三級 MA4L022-134 最大耗散功率 Pdiss= (175-85) /175=90/175=0. 51W 第一級采用MA4L032-134，當(dāng)MA4L032-134導(dǎo)通時，其電阻為2. 5 Ω。由I2=P/ R=O. 6/2. 5=0. 2可得到1=0. 49Α，微帶線通過的電流為導(dǎo)通二極管的一半，即 0. 49/2=0. 245Α,在這種情況下允許最大輸入功率為P= I2 X Z0=O. 245 X 0. 245 X 50=3ff這是按照平均功率計算，換算成占空比為10 %脈沖射頻峰值為3W*10=30W。滿足指標(biāo)要求最大輸入功率彡40W (占空比10%，功分后20W)的要求。9、薄膜放大器陶瓷基板采用導(dǎo)電膠粘接在殼體中，經(jīng)高溫120°C烘烤2小時后，導(dǎo)電膠凝固，粘接組裝圖如圖5所示
然后將電阻、電容、限幅二極管、場效應(yīng)管、開關(guān)等器件用導(dǎo)電膠粘接在陶瓷基板上，經(jīng)高溫120°C烘烤2小時后，芯片與基板連接牢固，粘接組裝圖如圖6所示
最后對整個電路進(jìn)行金絲鍵合，金絲鍵合都采用25um金絲，鍵合組裝圖7如下圖所
示
金絲鍵合后，薄膜放大器已完整，然后進(jìn)行調(diào)試，指標(biāo)合格后采用平行封焊技術(shù)將蓋板與殼體焊接在一起，以保證其氣密性，環(huán)境試驗后，指標(biāo)合格的薄膜放大器可以交付用使用。
權(quán)利要求
1.一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是所述薄膜限幅低噪聲放大器的設(shè)計采用了混合集成電路技術(shù)，即在氧化鋁陶瓷介質(zhì)基片上采用薄膜工藝制作出無源元件和微帶線路，再利用微組裝技術(shù)將微波固體器件如FET管芯裝配到電路中，最后用金屬外殼將整個電路封裝好。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器選擇散熱較好的氧化鋁陶瓷基板以滿足器件的散熱條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器采用薄膜加工工藝，將微帶線、無源元器件成膜至氧化鋁陶瓷基板上，同時用釬焊技術(shù)將氧化鋁陶瓷基板焊接到殼體內(nèi)，以提高產(chǎn)品的接地性能，減小產(chǎn)品的體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器芯片與微帶線的互聯(lián)采用引線鍵合技術(shù)，裝配中為了更好地匹配電性指標(biāo)；引線鍵合的直徑選用18μπι、25μπι、75μπι，這大大降低了高頻下的寄生效應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器封裝工藝采用平行封焊工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器采用平衡電路設(shè)計，前端設(shè)計為3db Langer電橋，采用18 μ m 金絲鍵合，鍵合時將金絲兩端稍微傾斜，適當(dāng)增加金絲的長度以減少鍵合難度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器放大芯片采用TC1102，在TC1102放大管芯片采用金絲鍵合時， 壓點盡量靠近芯片各級的邊緣處；這樣鍵合后金絲壓點變形，也不會延伸至芯片中間部位而引起短路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器功率限幅器的第一級限幅管選用MA4L032-134芯片，第二級限幅管選用兩只MA4L021-134芯片，兩只芯片正反向并聯(lián)在一起，用以等分射頻電流，功率承受能力也將提高。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，其特征是 所述薄膜限幅低噪聲放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜限幅低噪聲放大器小型化方法和工藝，包括混合集成電路技術(shù)、薄膜加工工藝、引線鍵合技術(shù)、平行封焊工藝、平衡電路設(shè)計、功率限幅設(shè)計等。本發(fā)明的實施使薄膜限幅低噪聲放大器的體積更小，集成度更高。
文檔編號H01L21/60GK102332414SQ20111025607
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者劉學(xué)武, 孫偉, 尚承偉, 李慶, 王立 申請人:安徽四創(chuàng)電子股份有限公司