微波电路的三防设计.ppt

微波电路的三防设计 - 马 骖,微波电路的三防设计,提纲 一、微波电路的防护需求 二、微波模块防护技术 三、微波电路（器件）失效案例,1、 军用、民用电子设备频率上拓 L、S、C、毫米波段 2、高可靠性及环境适应性的要求 高可靠性 军用防护要求高的环境剖面，平台环境恶劣，MTBF相对低，可靠性要求高。 民用防护环境剖面单一，平台环境相对简单，MTBF要求高，长期可靠。 环境适应性 沿海、高温、高湿、盐雾及强大太阳辐射，有害砂尘。 3、集成化及轻量化 军用相控阵雷达几百、千个T/R组件，集成化及轻量化可靠性是关键 民用通讯产品对小型化/高可靠性要求高，MTBF指标高，必须是成熟技术,一、微波电路的防护需求,一、微波电路的防护需求,4、环境因数对微波电路的影响 4.1 潮湿、工业污染、盐雾等对焊点、微带金属的影响 （1）水（膜）对金属腐蚀的影响 RH85%时，水膜100A1m厚 水膜中吸附了SO2、 NO2、 NH3、 CO2盐雾形成电解液 （2）化学反应 阳极反应：CuCu 2+ +2e 阴极反应：1/2O2 +H2O +2e 2OH 总反应： Cu+ 1/2O2 +H2O Cu（OH）2 Cu+ CO3 2- Cu CO3 Cu CO3 Cu（OH）2 n H2O Cu是由镀金层中孔隙中迁移出。 （3）电位（差）加速了电迁移及化学反应速度。,一、微波电路的防护需求,（4）腐蚀反应缓慢进行，使电路性能逐渐恶化，表现在频率下降，增益下降，噪声增大，带宽变窄及输出功率变小等。 4.2 潮湿，污染，盐雾等作用因子使EMI衬垫失效，主要由于原电池作用使铝表面氧化腐蚀，由钝化膜导电状态绝缘、腐蚀凹坑。 4.3 部分器件引线由于腐蚀产生断裂 可伐合金镀金层产生点蚀，引起应力腐蚀断裂 4.4 紧固件锈蚀。（导致接地不良） 4.5 潮湿引起铝件镀银，镀金层起泡、脱落。 基体/镀层电偶腐蚀速度极快。 4.6 基板受潮后变大，tan增大，电路性能变化，影响工作点。,二、微波模块防护技术,模块的防护从以下四方面讲述： 1) 屏蔽盒材料及防护； 2) 电磁/水汽密封防护； 3) 微波电路板的防护； 4) 吸收材料的应用.,2.1 屏蔽盒材料及防护选材,铝材的防腐蚀性：纯铝防锈铝锻铝压铸铝硬铝,屏蔽盒材料及防护选材,2.2 电磁/水汽密封防护,采用导电密封衬垫 低温焊封技术 激光焊接技术 导电胶密封技术,2.2.1导电密封衬垫,（1）防止衬垫/屏蔽盒之间的电偶腐蚀 1) 金属允许电化偶（一级防护，允许0.25V；二级防护，允许0.4V ）,导电密封衬垫,2) 产生电偶腐蚀必需同时具备以下三个条件： a. 不同类型金属接触，且电位差0.25V； b. 电连接：直接接触或通过其它导体连接； c. 腐蚀电解液。 （2）衬垫应该是闭合，不是采用拼接的预制成型件。 a. 接头部份电磁泄露1020dB； b. 接缝不可靠，达不到水、汽密封。,导电密封衬垫,（3）法兰的设计 a.导电密封衬垫按2530%的压缩量设计； b.槽必需留有压缩后的衬垫变形容量； c.应留有5%左右的空间余量，保证压缩后，法兰与金属盖板紧密接触； d.导电密封衬垫的邵氏硬度最佳值是5565度。,2.2.2 低温焊封技术,铝/镀Ni/镀Cu/锡铋合金 特点：可折卸维修 难点：需有专项基础工艺（化工、焊接）支撑； 关键工艺：混合集成工艺、镀锡铋合金、再流焊、充气密封等专项工艺。,模块材料： 铝合金（LF-6或6063） 三层镀：Ni-Cu-SnBi 1。化学镍 12； 2。电镀铜 9 ； 3。镀锡铋 912（Bi 含 3.80.2 %) 焊基板温度高; 焊盖板温度低(140) 充干燥空气或惰性气体.,低温焊密封模块 (1),低温焊密封模块 (2),低温焊密封模块 (3),2.2.3 激光焊封技术,铝材采用: LF 21 或 LD-31（6063）化学镀镍 （中磷）15m 盖板采用激光（智能）焊 外部喷AR涂料保护,2.2.4 导电胶粘接密封,优点：工艺简单 缺点：可靠性不如金属焊封，维修困难 工艺关键点： 1、采用高性能导电胶 2、留有工艺孔 3、粘接后，导电胶金属接触部分涂清漆保护,几种密封方法比较,2.3 维波电路板的防护,2.3.1 对基板材料的要求 2.3.2 敷形保护涂层,2.3.1 对基板材料的要求,要求基板材料电性能稳定，尤其是受潮后变化要小。 需考虑： 介电性能的要求 耐热性能的要求 介电性能的稳定性 尺寸稳定性要求,2.3.2 敷形保护涂层,高频、微波电路敷形涂层应具备： a. 在使用的频率下，介电常数值小且稳定 b. 在使用的频率下，损耗角tan在3510-3以内 c. 高温高湿下（2565，RH9595%），240h，体积电阻系数大于1010欧 d. 涂层经-65+125 冲击50次，与基板不脱层，涂层不开裂 e. 涂敷于微波电路，对电路特性影响要小 f. 工艺简单，涂层厚度可控，便于调试及维修 g. 希望涂层不产生应力，且有利于应力消除,2) 敷形保护涂层高频、微波涂料,3) 微波电路涂覆应用,a. 微波电路涂覆实施比较困难，需电路设计配合，且需进行大量试验 b. 军品涂覆是环境特别恶劣情况下采用，如舰船上的湿热、盐雾 c. 微波电路涂覆主要是为了防潮、保护导线不被腐蚀.,2.4 吸收材料的应用,为防止微波信号的串扰，可采用吸收材料贴于屏蔽盒的某一区域，吸收干扰波。 C、X以上波段的吸收材料可以很薄0.52mm厚 L、S波段的吸收材料较厚24mm,三. 微波电路（器件）失效案例,1、铝镀银件，电偶腐蚀引起95瓷片开裂，电路损坏。 单元高低温试验时，潮气渗入 水渗入镀层（阴极）空隙 铝/银-0.75电位差 电化学反应继续下去是瓷片开裂,微波电路（器件）失效案例,2、微波天线功分器，密封不良，内部线路引起盐雾腐蚀 PCB微带金属长铜绿 部分区域产生铜离子电迁移 功分