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1、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
2、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
3、，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
4、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,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.
5、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
6、.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,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,敷形保护涂层,高频、微波电路敷形涂层应具备：a.在使用的
7、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
8、,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！,
