本文在分析薄膜電路的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了幾種典型的薄膜電路在T/R組件中應(yīng)用實(shí)例，分析指出薄膜技術(shù)在T/R組件中應(yīng)用的兩個(gè)新的趨勢(shì)，并給出發(fā)展建議。

　　1.引言

　　采用薄膜技術(shù)來(lái)制造薄膜電路是薄膜領(lǐng)域中一個(gè)重要分支。薄膜電路主要特點(diǎn)：制造精度比較高（薄膜線寬和線間距較小），可實(shí)現(xiàn)小孔金屬化，可集成電阻、電容、電感、空氣橋等無(wú)源元件，并且根據(jù)需要，薄膜電路可以方便地采用介質(zhì)制造多層電路。薄膜多層電路是指采用真空蒸發(fā)、濺射、電鍍等薄膜工藝以及濕法刻蝕和干法刻蝕（反應(yīng)離子刻蝕、等離子刻蝕、激光刻蝕）等圖形形成技術(shù)，在拋光的基板（陶瓷、硅、玻璃等材料）上制作導(dǎo)體（Cu或Au等）布線與絕緣介質(zhì)膜（PI或BCB等）相互交疊的多層互連結(jié)構(gòu)。

　　薄膜多層電路技術(shù)，由于具有互連密度高、集成度高、可以制造高功率電路、整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)具有系統(tǒng)級(jí)功能等突出特點(diǎn)，在微波領(lǐng)域的應(yīng)用很有競(jìng)爭(zhēng)力，特別是在機(jī)載、星載或航天領(lǐng)域中，其體積小、重量輕、可靠性高的特點(diǎn)更加突出，是一種非常有潛力的微波電路模塊（低噪聲放大器、濾波器、移相器等）、甚至需求量越來(lái)越大的T/R組件基板制造技術(shù)。

　　本文將在分析薄膜電路在T/R組件中應(yīng)用的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹幾種典型的應(yīng)用實(shí)例，并給出發(fā)展建議。

　　2. 薄膜電路技術(shù)在T/R組件中應(yīng)用的特點(diǎn)分析

　　隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，有源相控陣?yán)走_(dá)成為主流，而其核心則是T/R組件，通常每部雷達(dá)含有成千上萬(wàn)只T/R組件。T/R組件不論其使用頻率是否相同，也不論其使用場(chǎng)合是否相同，其基本構(gòu)成是相同的，主要是由功率放大器、驅(qū)動(dòng)放大器、T/R開(kāi)關(guān)、移相器、限幅器、低噪聲放大器、環(huán)流器、邏輯控制電路等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示（1）。這些基本構(gòu)成，在工藝實(shí)現(xiàn)時(shí)，部分可以直接做在電路板上，如微帶傳輸線、開(kāi)關(guān)、耦合器、濾波器等，部分采用外貼芯片（如功放、驅(qū)放等）、電容、環(huán)流器等來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，從使用功能和結(jié)構(gòu)上，T/R組件實(shí)際上可以看作是一種具有收發(fā)功能的微波多芯片模塊。

　　受雷達(dá)波束柵瓣效應(yīng)（相鄰兩個(gè)輻射單元的中心距小于工作波長(zhǎng)的一半）以及重量、成本等限制，T/R組件的小型化、集成化、輕量化將是其發(fā)展趨勢(shì)。為了滿足其性能要求，采用低溫共燒陶瓷LTCC、高溫共燒陶瓷HTCC、薄膜多層電路技術(shù)、多層微波印制電路技術(shù)等多層集成技術(shù)來(lái)研制和生產(chǎn)T/R組件成為必然選擇，幾種多層技術(shù)的比較見(jiàn)表1（2~3）。

　　從表中可以看出，薄膜多層互連基板，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）布線密度高，體積可以很小、重量很輕；

　?。?）集成度高，可以埋置電阻、電感、電容等無(wú)源器件以及有源芯片；

　?。?）高頻特性好，可用于微波及毫米波領(lǐng)域；

　　（4）承受功率密度高，可選用高導(dǎo)熱的金屬、金剛石、陶瓷或鋁炭化硅復(fù)合材料等作基板，制造高密度高功率多層基板。

　　薄膜多層互連基板與其它類型的基板相比，具有如下明顯的缺點(diǎn)：

　?。?）工藝采用串形方式，成品率相對(duì)低，制造成本高；

　　（2）制造層數(shù)受限制。

　　薄膜多層電路技術(shù)由于具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此在制造T/R組件的選擇上，可以有兩種方案。第一，可以采用薄膜技術(shù)在陶瓷基板或金屬基板上直接制造T/R組件（4~5），發(fā)揮薄膜高精度、高集成度、高功率的性能，這種方法成本較高； 第二，將薄膜技術(shù)和其他多層電路技術(shù)（如厚膜技術(shù)、HTCC、LTCC等）結(jié)合起來(lái)（6-8），制造T/R組件，揚(yáng)長(zhǎng)避短，既發(fā)揮其他基板容易實(shí)現(xiàn)多層的特點(diǎn)，從而克服薄膜技術(shù)本身制造層數(shù)不足的缺點(diǎn)，又能發(fā)揮薄膜技術(shù)本身的高精度、高性能特長(zhǎng)。

　　3. 薄膜技術(shù)在T/R組件中應(yīng)用實(shí)例

　　3.1 陶瓷基板上薄膜混合集成T/R組件

　　RCA實(shí)驗(yàn)室在1985年報(bào)道了在高導(dǎo)熱陶瓷BeO基板上采用薄膜工藝制造的T/R組件（3），尺寸為7.0cm×9.0cm×1.6cm，工作頻率16.0~16.5GHz，峰值功率3.9~4.4 W，電壓調(diào)諧范圍2.5~2.9，噪聲系數(shù)5dB。

　　Martin Marietta實(shí)驗(yàn)室，1995年首次報(bào)道了采用薄膜技術(shù)制造了頻率高達(dá)94GHz 的W波段的8單元T/R組件（4），如圖3所示。組件的尺寸16.5mm×28.3cm×1.8 cm，最大增益47.8 dB。主要工藝為：先在0.5毫米厚的鉬基片上，采用銅導(dǎo)體和聚酰亞胺的薄膜多層工藝制造直流和控制信號(hào)主板，然后在0.125mm厚的低損耗Al2O3陶瓷板上用薄膜工藝制造RF傳輸線，最后將RF部分和芯片、電容等裝配在低頻主板上。

　　3.2 金屬基板上薄膜混合集成T/R組件

　　在鋁、鉬等金屬基板上制作T/R組件或多芯片模塊，近年來(lái)也有不少報(bào)道（4~6）。1995年，澳大利亞的O.Sevimli報(bào)導(dǎo)了一種金屬基V波段（可以達(dá)110GHz以上）薄膜多層多芯片組件專利技術(shù)（5），結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。這種技術(shù)工藝過(guò)程是這樣的：首先是在金屬基板上腐蝕出用于安放芯片的孔，然后把芯片采用導(dǎo)電膠固定在孔內(nèi)，控制好安裝芯片的孔的深度使芯片與金屬表面在同一平面內(nèi)并精確定位，表面涂敷一層適于毫米波領(lǐng)域使用的BCB等介質(zhì)材料，最后在芯片焊盤處刻蝕通孔，進(jìn)行薄膜多層電路的制作。這種技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是所有芯片或無(wú)源器件（如耦合器、濾波器等）可以同時(shí)裝配，裝配不采用金絲鍵合手段也不用倒裝芯片，以解決毫米波頻段金絲鍵合帶來(lái)的一致性控制以及寄生效應(yīng)難題；同時(shí)也可解決采用倒裝芯片帶來(lái)的功率耗散問(wèn)題，芯片的熱量可以通過(guò)金屬底板快速散去。