小型化、高密度微波组件微组装技术及其应用

徽组装技术是实现电子整机小塑化、轻量化、高性能和高可靠的关键工艺技术.本文详细介绍了微波多芯片组件技术、三维立体组装技术和系统级组装技术及其研究进展.概述了徽波组件微组装技术在新一代雷达和通讯系统中的主要应用.     

星载微组装T/R组件的封装设计

有源相控阵天线在星载雷达上的应用越来越广泛,而T/R组件是有源相控阵天线的核心部件,直接影响天线的性能。封装可以为微组装T/R组件内部电子元器件和电路提供一个良好的工作环境,面对星载雷达对微组装T/R组件的高功率、高集成、高可靠性等要求,封装设计技术已成为微组装T/R组件设计的关键技术之一。基于封装设计技术在星载微组装T/R组件上的应用需求,文中介绍了T/R组件的基本组成,就封装材料与电连接器选用、封装结构设计以及环境适应性设计等封装设计关键问题进行了分析,并探讨了星载微组装T/R组件封装的发展方向。最后以某星载大功率T/R组件的封装设计作为示例,介绍了这些关键技术在设计过程中的应用情况,为后续星载微组装T/R组件的封装设计提供了参考。     

真空汽相焊接在微波组件装配中的应用

针对某型弹载砖式有源相控阵天线微波组件频率高、通道多、双面组装的设计需求,通过工艺总体策划,采用激光精密加工、梯度阶梯焊组装、激光缝焊等先进制造技术,将真空汽相焊工艺运用于微波组件装配,优化砖式微波组件多通道双面焊接流程。装配完成的组件经X光检测与通电测试,其焊透率、气密性、接地性能等相比传统手工操作,均得到大幅提升。该工艺技术在保证组件满足天线性能、集成度以及可靠性的要求的同时,提高批量生产效率。     

微波多芯片组件CAD技术

MMCM(微波多芯片组件)是一门多学科协同设计的产品,其适应了目前电路高密度组装的要求.利用CAD技术可以减少微波多芯片组件盲目性的人工调试,缩短研制周期、减少研制成本,便于得到高指标.文中介绍了 MMCM CAD的设计流程和具体的设计方法,对MMCM设计有一定的参考意义.     

钙硼硅系LTCC生瓷带在收/发组件中的应用

低温共烧陶瓷(LTCC)技术是实现机载、星载、舰载相控阵雷达收/发组件小型化、轻量化、高性能、高可靠的有效手段。由于技术落后,国内缺少商品化的微波LTCC材料,严重制约了LTCC技术的发展。文中对国产钙硼硅系LTCC生瓷带在X波段收/发组件中的应用进行了深入研究,分析了钙硼硅系LTCC生瓷带的工艺性能、浆料匹配性能以及微波性能,并采用国产钙硼硅系LTCC生瓷带研制了X波段收/发组件,性能指标满足相控阵雷达技术要求,为微波LTCC材料的国产化进行了有益的探索。     

5G高速通信光模块快速耦合算法研究

通过对高密度,高耦合效率产品的耦合技术的研究,突破高精度侧发光芯片的微组装技术、亚微米级的半导体激光芯片和光学元件的耦合集成封装技术以及多维度高精度单模耦合平台设计技术,并成功研制组装芯片数量大于4颗、相对精度小于10μm、单通道速率达10/25/50Gb/s、单通道耦合入纤功率大于20mW、耦合效率大于65%的光模块。在耦合精度满足的情况还需要对透镜及光纤的固定技术进行研究分析,选择低收缩比例的胶水,耦合过程中还必须考虑胶水的收缩比,做参数补偿。同时,还需要优化光路结构和光波导耦合微结构设计,提高光的耦合效率,并且在设备的稳定性和一致性上提出更高设计要求,保证设计合理,操作简便,整个使用过程中能够精确对准,减少反复调整次数,提高工作效率,这是一个创新点。     

X波段T/R组件高密度组装技术

介绍了制造微波TZR组件的高密度组装技术,并详细讨论了LTCC基板技术、微波集成电路芯片（MMIC）互连技术以及LLP功率器件的组装技术。     

高密度电子组装新技术之进展

本文概述了高密度电子组装之进展,包括集成电路芯片级组装,厚薄膜混合集成电路、表面安装技术(SMT)电路/组件级组装,以及最近发展的多芯片组件(MCM)、三维高密度组装等分机级、整机级组装新技术。     

星载射频组件一体化焊接工艺研究

基于小型化星载射频组件的研制需求,综合利用微组装工艺与表面安装工艺的技术优点,开发了一种一体化焊接工艺,通过陶瓷封装高铅植球、印制电路板/腔体焊接和低空洞真空汽相焊接,完成了对系统级封装（System in Package, SiP）器件、多层射频板、射频绝缘子、金属腔体和双面安装器件的一体化高可靠焊接。产品性能测试、环境试验及工艺鉴定试验表明,该工艺在生产周期、装配效率、一次合格率、性能一致性、长期可靠性等方面具有突出的优势。     

舰载电子设备的三防设计

防潮湿、防霉菌、防盐雾的三防设计是研制服役于海洋气候环境下的舰载电子设备的重要任务,产品研制时即应从材料应用、结构设计和工艺技术等诸方面进行系统性三防设计.正确、合理地应用耐蚀性好的金属材料和不长霉、耐老化的非金属材料是三防设计的基础.大多数的腐蚀都能通过合理的结构设计来避免,结构设计的合理性对设备的环境适应能力影响最大,是舰载电子设备三防设计的关键.恰当地应用材料改性、表面镀涂、浸渍、灌封和绝缘处理等具有良好防护效果的工艺技术,进一步提高设备的三防能力.目前,覆膜技术仅能解决L波段低频段以下电路组件的三防问题,微波/毫米波电路组件应用环境密封和电磁屏蔽复合技术可有效杜绝普遍性的电化偶腐蚀的发生,保证了组件的恶劣气候环境适应性和在0.1～10GHz工作频段内的屏蔽性能大于80dB,且可满足3 m水深浸渍的防水要求.微组装了裸芯片等集成电路的毫米波收发组件则采用气密封装技术实现其三防设计,氦质谱检测漏率符合小于1×10-8 Pa·m3/s的国军标要求,有效地保证了电路组件的可靠性.     

微装配正交精确对准系统的设计

针对平板类零件微装配系统设计过程中面临的问题,提出采用正交光学对准机构来实现用人机协同的微装配系统对微小型平板类结构件的高精度装配,并分析计算高精度对准机构模块产生的误差.建立了基于显微机器视觉及正交光学对准的微装配系统平台,用本文提出的方法进行了微装配实验,结果显示本装配系统在装配的一致性与装配效率方面有较大的改善与提高.提出的光学对准方法可有效地用于平板结构的硅微MEMS器件和非硅MEMS器件等集成的复杂微小型异构机电系统的装配,设计的平台具有很好的开放性和可移植性.棱镜正交对准机构产生0.001°的角度误差时,对准理论偏差小于0.98 μm,实际实验中微装配平台系统装配精度小于5μm,满足平板类微小型结构件装配一般精度需求.     

基于氮化铝HTCC基板的化学镀镍硼工艺研究

氮化铝(AlN)高温共烧陶瓷(High Temperature Co-fired Ceramic,HTCC)基板具有高的热导率以及与芯片匹配的热膨胀系数,是高功率多芯片组件首选的基板材料和封装材料。为了满足封装要求的良好钎焊性能,文中采用化学镀工艺在氮化铝HTCC基板钨导体表面沉积了化学镍钯金镀层。文中对化学镀镍溶液体系和高温热处理的工艺条件进行了研究,对化学镍层的厚度进行了优化。结果表明,高温热处理促使薄镍层向基板表面钨导体扩散,进而提高化学镀层与基底之间的附着力,镀层附着力良好,满足金丝键合和锡铅焊的要求,为微波高功率组件的研制提供了技术支撑。     

混压多层印制板多芯片收发组件关键技术研究

作为有源相控阵天线阵面的核心部件,收发组件在整个有源天线阵面中的成本占比最高,因此如何降低收发组件的成本是设计天线阵面需要着重考虑的问题。与多芯片收发组件中常用的低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC）多层基板相比,多层印制板在成本方面具有很大优势。文中利用混压多层印制板,结合铝合金封装壳体,研制了一款Ku波段四通道低成本收发组件。该收发组件在工作频带内可以实现6位移相和6位幅度衰减,其通道接收增益≥20 dB,通道发射功率≥10 W。文中针对混压多层印制板热膨胀系数高、布线密度低、金丝键合可靠性差等问题,优化了基板叠层方案,研究了高密度互联通孔制作、基板镀层高可靠键合、低成本气密封装等关键工艺技术,有效提升了产品的可靠性,可为低成本混压多层印制板在多芯片组件中的工程化应用提供参考。     

星载微波组件的热设计与试验研究

星载微波组件是决定星载雷达系统性能的最重要、最复杂和最吊贵的子系统,文中介绍星载微波组件热设计的重要性及特点,通过研究接触导热和辐射散热两种热传导形式,提出了相应的结构设计的基本途径来提高组件的散热效果。文中还介绍了热真空试验的重要性以及它的目的和试验步骤。热真空试验为星载微波组件的工程设计和优化航天产品提供了一条重要参考依据。     

毫米波组件腔体工艺设计与制造

毫米波组件腔体具有高导热、高导电与气密封装要求,是实现毫米波组件功能的关键部件。针对其多波导腔、多孔、多薄壁的复杂结构特点和高尺寸精度、高形位精度、高表面精度的工艺特点,结合微组装焊接和气密封平行缝焊要求,设计与制造了钢—铜—钢夹层结构,应用CAD/CAM一体化技术、精密装夹技术和超声波技术,保证腔体加工微变形与波导腔无损伤去毛刺,实现了毫米波组件腔体的精密成型,满足了毫米波组件的技战术要求。     

大尺寸微波多芯片组件微组装过程变形研究

文中针对大尺寸多通道高集成微波多芯片组件在微组装过程中的变形情况开展研究。结果表明：壳体焊接基板后,壳体底面向组件腔体方向内凹,最大变形量相当于底面厚度的6.9%;组件密封后,壳体底面向腔体内凹的程度减小,最大变形量相当于底面厚度的3.0%;精铣底面后,壳体平面度趋好,最大变形量不超过底面厚度的1.2%,满足组件安装和高效散热需求;组件机械开盖二次封盖后,壳体底面变形从向腔体内凹转变为向底面外凸,最大变形量小于底面厚度的1.5%。组件二次封盖后不再采取措施,组件安装和高效散热要求仍能得到保障。     

固态功率放大器模块自动化生产研究

固态功率放大器模块是全固态发射机的核心,其生产技术对相控阵雷达的综合性能指标具有重要影响。S 波段固态功率放大器模块的批量生产对焊接、装配、测试提出了高要求。文中介绍了功率放大器模块的自动化组装和测试的实现,验证了固态功率放大器模块采用自动化生产线的可行性。该研究成果的应用有效地提高了固态功率放大器模块的装配一致性和可靠性,为工业制造智能化的研究工作奠定了良好的技术基础。     

大尺度曲面复合材料水切割的工况与机构研究

应对大尺度曲面复合材料的成型切割工程,本文基于高精度、高速度的切割要求,在美国波音公司水切割应用基础上提出了以提高工作压力来确定高端的水射流工况,在反复的试验基础上建立数学模型,以超高压水切割加工中心成套装备的可靠性运行为目标进行水切割机构的闭环设计。通过应用实例,本项目得出超高压水射流可靠运行与其对复合材料的高精度、高速度切割作业的对立统一经验。本项目理论研究、结构设计、试验应用很好地适应机翼复合材料加工的高技术要求。由此可见,在可靠运行前提下提高工作压力对高精度、高速度加工复合材料是极为重要的。