微波电路的三防设计4

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RH≥85%时，水膜100A~1μm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：Cu→Cu2++2e阴极反应：1/2O2+H2O+2e→2OH总反应：Cu+1/2O2+H2O→Cu（OH）2Cu+CO32-→CuCO3CuCO3·Cu（OH）2·nH2OCu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ε变大，tanδ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—选材材料型号优点缺点应用对象铜H62、H59-1耐蚀好、导电性优重，材料价高地面设备及Ka波段以上的器件铝6061、6063LF–5（压铸铝）轻，材料价低耐蚀性良，导电性良广泛应用于L、S、C波段微波器件塑料（金属化）PPS、PEEK、ABS轻，适合于大批量标准件生产，成本低一次费用高，散热差L、S波段铝材的防腐蚀性：纯铝＞防锈铝＞锻铝＞压铸铝＞硬铝屏蔽盒材料及防护—选材材料基材表面防护应用对象外部防护处理方法（殷钢）铜Cu/EP.Ni25Ag8ptDJB-823Cu/EPNi15.Au1.5L、S…毫米波镀银件，外部需喷S01-3、B01-4清漆铝导电氧化AL/ct.OcdL、S、C波段喷涂UR或AR20-30μm无色氧化（阿洛汀）C、X波段喷涂AR20-30μm化学镍AL/AP.Ni15C、X波段激光焊封喷涂AR20-30μm化学镍、铜、锡、铋AL/AP.Ni25.EPCu20.SnBi15P.Ni12.EPCu9.SnBi15L、S、C波段可折卸焊封喷涂丙烯酸漆30μm化学镍、银823AL/AP.Ni25EP.Ag8pt.DJB-823AL/EP.Ni15Au2.5X、Ka波段镀银件需喷AR20-30μm塑料（金属化）PL/EP.Cu20.Ni10.Ag15Pt.DJB-823L、S批生产标准模块一次费用高，散热差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）金属EMF（V）允许电化偶金银黄铜锡铝锌+0.150-0.25-0.5-0.75-1.10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10~20dB；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25~30%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55~65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--Sn·Bi1。化学镍12μ；2。电镀铜9μ；3。镀锡铋9~12μ（Bi含3.8~0.2%)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:LF21或LD-31（6063）化学镀镍（中磷）15μm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密封方法可维修性密封可靠性工艺性成本主要缺点导电衬垫最好中等好低需螺钉连接，体积大低温焊可折卸维修好需专用基础工艺设施高基础工艺投入大激光焊不可（困难）最好需专用基础工艺设施高基础工艺投入中等维修困难导电胶困难中等简便最低维修困难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1)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tanδ在3~5×10-3以内c.高温高湿下（25~65℃，RH95~95%），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、微波涂料类别型号化学组成固化后性状工艺及聚合机理应用9204苯乙烯/丁二烯透明、硬喷、浸、溶剂挥发聚合100MHz以下FR-4基板SRDC1-2577DC1-2620有机硅橡胶与树脂嵌段物透明弹塑性喷、借助空气中微量湿气固化适用100MHz~2GHz电路板保护，适合于GX（F4B）基板3-17653-1965单组分硅胶透明弹性膜喷、浸、保温下吸湿固化1-4105单组分硅胶透明弹性膜单组分，高温快速固化XYParyleneCParyleneN聚对二甲苯透明膜真空气相沉积，真空、常温下成膜2GHz以下电路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0.5~2mm厚L、S波段的吸收材料较厚2~4mm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器性能不稳定微波电路（器件）失效案例3、GX（F4B）国产微波基板（材料）吸潮，导致大批量产品报废4、高频SMA插座用镀锌螺钉安装引起电偶腐蚀5、S波段波导法兰槽设计不当，导致波导导电密封圈全部报废6、苏-27飞机电子设备故障率高。谢谢各位！