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1、微波电路的三防设计微波电路的三防设计 - 马马 骖骖微波电路的三防设计提纲提纲一、微波电路的防护需求一、微波电路的防护需求二、微波模块防护技术二、微波模块防护技术三、微波电路（器件）失效案例三、微波电路（器件）失效案例 1、 军用、民用电子设备频率上拓军用、民用电子设备频率上拓 L、S、C、毫米波段毫米波段2、高可靠性及环境适应性的要求、高可靠性及环境适应性的要求n高可靠性高可靠性 军用军用防护要求高的环境剖面，平台环境恶劣，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。相对低，可靠性要求高。 民用民用防护环境剖面单一，平台环境相对简单，防护环境剖面单一，平台环境相对简单，
2、MTBF要求高，长期可靠。要求高，长期可靠。n环境适应性环境适应性 沿海、高温、高湿、盐雾及强大太阳辐射，有害砂尘。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、集成化及轻量化 军用相控阵雷达几百、千个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民用通讯产品对小型化/高可靠性要求高，高可靠性要求高，MTBF指标高，必须是成熟技术指标高，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、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
3、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）水（膜）对金属腐蚀的影响 RH85%时，水膜时，水膜100A1m厚厚 水膜中吸附了水膜中吸附了SO2、 NO2、 NH3、 CO2盐雾形成电解液盐雾形成电解液 （2）化学反应）化学反应 阳极反应：阳极反应：CuCu 2+ +2e 阴极反应：阴极反应：1/2O2 +H2O +2e 2OH 总反应：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。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
4、反应速度。）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，）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。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，盐雾等作用因子使潮湿，污染，盐雾等作用因子使EMI衬垫失效，主要由于原电池衬垫失效，主要由于原电池作用使铝表面氧化腐蚀，由钝化膜导电状态作用使铝表面氧化腐蚀，由钝化膜导电状态绝缘、腐蚀凹坑。绝缘、腐蚀凹坑。4.3 部分器件引线由于腐蚀产生断裂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
5、应力腐蚀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）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。潮湿引起铝件镀银，镀金层起泡、脱落。 基体基体/镀层电偶腐蚀速度极快。镀层电偶腐蚀速度极快。4.6 基板受潮后基板受潮后变大，变大，tan增大，电路性能变化，影响工作点。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：模块的防护从以下四方面讲述： 1) 屏蔽盒材料及防护；屏蔽盒材料及防护； 2) 电磁电磁/水汽密封防护；水汽密封防护； 3) 微波电路板的防护；微波电路板的防护； 4) 吸收材料的应用吸收
6、材料的应用.2.1 屏蔽盒材料及防护选材材料材料型号型号优点优点缺点缺点应用对象应用对象铜铜H62、H59-1耐蚀好、导电性耐蚀好、导电性优优重，材料重，材料价高价高地面设备及地面设备及Ka波段波段以上的器件以上的器件铝铝6061、6063LF 5 （压铸铝）（压铸铝）轻，材料价低轻，材料价低耐蚀性良，耐蚀性良，导电性良导电性良广泛应用于广泛应用于L、S、C波段微波器件波段微波器件塑料塑料（金属（金属化）化）PPS、PEEK、ABS轻，适合于大批轻，适合于大批量标准件生产，量标准件生产，成本低成本低一次费用一次费用高，散热高，散热差差L、S波段波段铝材的防腐蚀性：纯铝防锈铝锻铝压铸铝硬铝铝材的
7、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材料基材表面防护基材表面防护应用对象应用对象外部防护处理方法外部防护处理方法（殷殷钢钢）铜铜Cu/EP.Ni25Ag8ptDJB-823Cu/EPNi15.Au1.5L、S毫米波毫米波镀银件，外部需喷镀银件，外部需喷S01-3、B01-4清漆清漆铝铝导电氧化导电氧化 AL/ct.OcdL 、S 、C波段波段喷涂喷涂UR或或AR20-30m无色氧化（阿洛汀）无色氧化（阿洛汀）C、X波段波段喷涂喷涂AR20-30m化学镍化学镍AL/AP.Ni15C、X波段激光焊封波段激光焊封喷涂喷涂AR20-30m化学镍、铜、锡、铋化学镍、铜、锡、铋AL/
8、AP.Ni25.EPCu20.SnBi15P.Ni12.EPCu9.SnBi15L 、S 、C波段波段可折卸焊封可折卸焊封喷涂丙烯酸漆喷涂丙烯酸漆30m化学镍、银化学镍、银823AL/AP.Ni25EP.Ag8pt.DJB-823 AL/EP.Ni15Au2.5X、Ka波段波段镀银件需镀银件需喷喷AR20-30m塑料塑料（金属（金属化）化）PL/EP.Cu20.Ni10.Ag15Pt. DJB-823L、S批生产标准模批生产标准模块块一次费用高，散热差一次费用高，散热差2.2 电磁/水汽密封防护采用导电密封衬垫采用导电密封衬垫低温焊封技术低温焊封技术激光焊接技术激光焊接技术导电胶密封技术导电胶
9、密封技术导电密封衬垫（1）防止衬垫）防止衬垫/屏蔽盒之间的电偶腐蚀屏蔽盒之间的电偶腐蚀 1) 金属允许电化偶（一级防护，允许；二级防护，允许0.4V ）金属金属EMF（V）允许电化偶允许电化偶金金银银黄铜黄铜锡锡铝铝锌锌+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：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；不同类型金属接触，且电位差； b. 电连接：直接接触或通过其它导体连接；电连接：直接接触或通过其它导体连接； c. 腐蚀电解液。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。）衬垫应该
10、是闭合，不是采用拼接的预制成型件。 a. 接头部份电磁泄露接头部份电磁泄露1020dB； b. 接缝不可靠，达不到水、汽密封。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w铝铝/镀镀Ni/镀镀Cu/锡铋合金锡铋合金w特点特点：可折卸维修：可折卸维修w难点难点：需有专项基础工艺（化工、焊接）支撑；需有专项基础工艺（化工、焊接）支撑；w关键工艺关键工艺：混合集成工艺
11、、镀锡铋合金、再流：混合集成工艺、镀锡铋合金、再流焊、充气密封等专项工艺。焊、充气密封等专项工艺。 模块材料：模块材料： 铝合金（铝合金（LF-6或或6063）三层镀：三层镀：Ni-Cu-SnBi 1。化学镍。化学镍 12； 2。电镀铜。电镀铜 9 ； 3。镀锡铋镀锡铋 912（Bi 含含 3.80.2 %) 焊焊基板温度高基板温度高; 焊焊盖板温度低盖板温度低(140)充干燥空气或惰性气体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l 铝材采用铝材采用: LF 21 或或 LD-31（6063）化学镀镍）化学镀镍 （中
12、磷）（中磷）15ml 盖板采用激光（智能）焊盖板采用激光（智能）焊l 外部喷外部喷AR涂料保护涂料保护2.2.4 导电胶粘接密封优点优点：工艺简单：工艺简单缺点缺点：可靠性不如金属焊封，维修困难：可靠性不如金属焊封，维修困难工艺关键点工艺关键点： 1、采用高性能导电胶、采用高性能导电胶 2、留有工艺孔、留有工艺孔 3、粘接后，导电胶金属接触部分涂清漆保护、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密封方法可维修性可维修性密封可靠性密封可靠性工艺性工艺性成本成本主要缺点主要缺点导电衬垫导电衬垫最好最好中等中等好好低低需螺钉连接，体积大需螺钉连接，体积大低温焊低温焊可折卸维可折卸
13、维修修好好需专用需专用基础工基础工艺设施艺设施高高基础工艺投入大基础工艺投入大激光焊激光焊不可（困不可（困难）难）最好最好需专用需专用基础工基础工艺设施艺设施高高基础工艺投入中等维基础工艺投入中等维修困难修困难导电胶导电胶困难困难中等中等简便简便最低最低维修困难维修困难 维波电路板的防护2.3.1 对基板材料的要求对基板材料的要求2.3.2 敷形保护涂层敷形保护涂层 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要求基板材料电性能稳定，尤其是受潮后变化要小。 需考虑：需考虑：l 介电性能的要求介电性能的要求l 耐热性能的要求耐热性能的要求l 介电性能的稳定性介电性能的稳定性l
14、尺寸稳定性要求尺寸稳定性要求 敷形保护涂层1)高频、微波电路敷形涂层应具备：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，损耗角在使用的频率下，损耗角tan在在3510-3以内以内 c. 高温高湿下（高温高湿下（2565，RH9595%），），240h，体积电阻，体积电阻系数大于系数大于1010欧欧 d. 涂层经涂层经-65+125 冲击冲击50次，与基板不脱层，涂层不开裂次，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
15、调试及维修工艺简单，涂层厚度可控，便于调试及维修 g. 希望涂层不产生应力，且有利于应力消除希望涂层不产生应力，且有利于应力消除2) 敷形保护涂层敷形保护涂层高频、微波涂料高频、微波涂料类别类别型号型号化学组成化学组成固化后固化后性状性状工艺及聚合机理工艺及聚合机理应用应用9204苯乙烯苯乙烯/丁二烯丁二烯透明、透明、硬硬喷、浸、溶剂挥发喷、浸、溶剂挥发聚合聚合100MHz以以下下FR-4基板基板SRDC1-2577DC1-2620有机硅橡有机硅橡胶与树脂胶与树脂嵌段物嵌段物透明弹透明弹塑性塑性喷、借助空气中微喷、借助空气中微量湿气固化量湿气固化适用适用100MHz2GHz电路板电路板保护，适
16、合保护，适合于于GX（F4B）基板基板3-17653-1965单组分硅单组分硅胶胶透明弹透明弹性膜性膜喷、浸、喷、浸、 保温下保温下吸湿固化吸湿固化1-4105单组分硅单组分硅胶胶透明弹透明弹性膜性膜单组分，高温快速单组分，高温快速固化固化XYParyleneCParyleneN聚对二甲聚对二甲苯苯透明膜透明膜真空气相沉积，真真空气相沉积，真空、常温下成膜空、常温下成膜2GHz以下电以下电路路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，如舰军品涂覆是环境特
17、别恶劣情况下采用，如舰船上的湿热、盐雾船上的湿热、盐雾c. 微波电路涂覆主要是为了防潮、保护导线不被微波电路涂覆主要是为了防潮、保护导线不被腐蚀腐蚀. 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。一区域，吸收干扰波。 C、X以上波段的吸收材料可以很薄以上波段的吸收材料可以很薄0.52mm厚厚 L、S波段的吸收材料较厚波段的吸收材料较厚24mm三三. 微波电路（器件）失效案例微波电路（器件）失效案例1、铝镀银件，电偶腐蚀引起、铝镀银件，电偶腐蚀引起95瓷片开裂，电路损坏。瓷片开裂，电路损坏。 单元高低温试
18、验时，潮气渗入单元高低温试验时，潮气渗入 水渗入镀层（阴极）空隙水渗入镀层（阴极）空隙 铝铝/银电位差银电位差 电化学反应继续下去是瓷片开裂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、微波天线功分器，密封不良，内部线路引起盐雾腐蚀 PCB微带金属长铜绿微带金属长铜绿 部分区域产生铜离子电迁移部分区域产生铜离子电迁移 功分器性能不稳定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）国产微波基板（材料）吸潮，导致大批量产品报废报废4、高频、高频SMA插座用镀锌螺钉安装引起电偶腐蚀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波段波导法兰槽设计不当，导致波导导电密封圈全部报废废6、苏、苏-27飞机电子设备故障率高。飞机电子设备故障率高。谢谢各位 ！
