微波部件常見(jiàn)問(wèn)題詳細(xì)分析

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品內(nèi)部器件的工作頻率不斷提高，微波部件在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也越來(lái)越多，而在微波部件零件加工和部件裝配過(guò)程中會(huì)經(jīng)常遇到以下一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響微波部件的性能指標(biāo)或者功能，降低了使用這些部件的電子產(chǎn)品等的穩(wěn)定性及使用壽命。

　　1、腔體設(shè)計(jì)、加工

　　腔體作為微波部件的封裝載體，對(duì)微波部件的電磁屏蔽、抗震動(dòng)沖擊、內(nèi)部信號(hào)的傳輸和處理等諸多方面都有著重要的影響，微波部件中很多器件都是直接固定在腔體的內(nèi)表面上，如圖1所示。

　　圖1、腔體組件

　　隨著微波部件的內(nèi)部集成度越來(lái)越高，腔體體積越做越小，腔體內(nèi)部空間被盡可能充分利用的同時(shí)，腔體發(fā)生形變的概率和形變?cè)斐傻膿p失也大大增加，若在微波部件零件加工或部件裝配過(guò)程中腔體經(jīng)常發(fā)生形變，就會(huì)導(dǎo)致零件不能使用或內(nèi)部電路受損，輕則引起部件性能變差，重則內(nèi)部器件損毀，部件完全失效。因此，腔體的形變應(yīng)作為一個(gè)很重要的問(wèn)題從設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)等各個(gè)環(huán)節(jié)給予充分考量。而腔體之所以變形彎曲或扭曲主要由以下幾個(gè)原因造成：

　　1.1、材料

　　目前我國(guó)在材料科學(xué)方面的研發(fā)，材料的生產(chǎn)加工等方面與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還有不小的差距，尤其是在有色金屬合金材料方面的差距更為明顯，研發(fā)水平的滯后和落后的工藝設(shè)備導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)材料在微觀組織均勻性、機(jī)械強(qiáng)度、可加工性以及耐腐蝕性等方面都遜色于進(jìn)口材料。一般在同樣的加工環(huán)境下，進(jìn)口材料的形變量要小于國(guó)產(chǎn)材料。例如我單位原來(lái)采用國(guó)產(chǎn)防銹鋁板來(lái)加工某微波部件腔體，經(jīng)常遇到腔體變形不能使用，而更換進(jìn)口鋁板后，在加工設(shè)備、刀具以及切削參數(shù)均不改變的情況下，腔體形變量大大減小，且零件的表面質(zhì)量也改善不少，提高了零件和部件的合格率。因此，對(duì)于某些對(duì)腔體形變比較敏感的微波部件，可選用進(jìn)口材料。

　　1.2、腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　腔體尺寸越大，壁厚越薄的腔體越容易變形，這一點(diǎn)比較好理解。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小腔體內(nèi)空腔的面積，必要時(shí)可以增加腔壁厚或加強(qiáng)筋，將內(nèi)腔分成若干個(gè)小的區(qū)域，既增增加腔體強(qiáng)度，減小形變，又能防止電路之間的相互串?dāng)_。同時(shí)還可以運(yùn)用ProE、Ansys等軟件對(duì)腔體模型進(jìn)行熱學(xué)和力學(xué)方面的仿真分析，優(yōu)化腔體結(jié)構(gòu)，盡量減少腔體的形變量。

　　1.3、加工工藝

　　加工工藝的安排是否合理對(duì)腔體的最終合格成型有著相當(dāng)大的影響。加工工藝既包括機(jī)加工設(shè)備、刀具、冷卻方式以及主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量，粗加工和精加工的余量等工藝參數(shù)的選擇，又包括合理和必要的工序安排，如對(duì)于有些易產(chǎn)生變形的腔體可在粗加工去除大部分切削余量后，插入時(shí)效處理工藝流程，以消除粗加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，然后再進(jìn)行精密加工，減小腔體的形變量。表1是腔體常用材料的去應(yīng)力時(shí)效處理方法。

　　表1

　　圖2、傳輸線腔體

　　圖2所示的零件根據(jù)加工過(guò)程中是否加入時(shí)效處理工序而得到的不同的結(jié)果，如表2所示。

　　表2

　?。慵庑纬叽鐬?00mmX20mmX20mm，材料為鉛黃銅，加工過(guò)程除有無(wú)加入熱處理工序有別外，其余加工環(huán)境均相同。）

　　2、微帶片裝配

　　在頻率較高的微波部件中，微帶片的使用相當(dāng)廣泛，而對(duì)于這類(lèi)微波部件，微帶片脫落或開(kāi)裂是最常見(jiàn)的問(wèn)題，微帶片的脫落和斷裂通常是由以下幾種原因造成的：

　　1）、腔體變形發(fā)生彎曲或扭曲。

　　2）、腔體所用基材與微帶片基片所用材料的熱膨脹系數(shù)不一致。

　　制作微帶片常用材料有陶瓷片，寶石片以及微波復(fù)合介質(zhì)板等，這些材料的熱膨脹系數(shù)與其裝入的腔體的熱膨脹系數(shù)不一致，甚至相差很大，表3給出了一些常用材料的熱膨脹系數(shù)。這樣在遇到部件進(jìn)行高低溫存儲(chǔ)或溫度沖擊時(shí)，二者的絕對(duì)伸縮量量相差太大，此時(shí)就會(huì)在微帶片和腔體之間產(chǎn)生應(yīng)力，如果此應(yīng)力過(guò)大就會(huì)導(dǎo)致微帶片脫落或斷裂，如圖3所示。

　　圖3、微帶片開(kāi)裂脫落

　　表3

　　要避免出現(xiàn)這種問(wèn)題，可采用以下幾種方法：

　　a. 在腔體和微帶片之間增加與微帶片熱膨脹系數(shù)相近的金屬材料（如可伐合金）制成的墊板作為過(guò)渡層，以緩沖熱脹產(chǎn)生的應(yīng)力，如圖4所示。

　　b. 微帶片尺寸應(yīng)盡可能的小，微帶片越大，溫差產(chǎn)生的絕對(duì)熱脹量越大，微帶片也就也容易脫離或斷裂，因此，微帶片的外形尺寸應(yīng)盡可能的小，表4列出了幾種不同厚度的微帶片的建議最大外形尺寸，供參考。

　　表4

　　對(duì)于較大的微帶電路，在不影響性能指標(biāo)的前提下可采用多個(gè)微帶片拼接，或采用柔性較好的材料，如微波復(fù)合介質(zhì)板作為制作微帶片的基材，既避免片子脫落或碎裂，又降低裝配難度，提高生產(chǎn)效率。

　　圖4、加裝墊板

　　c. 采用彈性壓片壓緊微帶片來(lái)進(jìn)行固定，如圖5所示。

　　圖5、彈性壓裝

　　3、波導(dǎo)結(jié)合面

　　理想的波導(dǎo)腔是一個(gè)完全封閉的金屬空腔，但由于加工工藝的限制或部件裝配的需要，有些波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)需分成兩部分，然后再用螺釘組合裝配在一起。而這樣又會(huì)引入一個(gè)新的問(wèn)題：由于加工誤差和結(jié)構(gòu)件的形變，兩部分組合后，其結(jié)合面不能很好的接觸，導(dǎo)致波導(dǎo)的電性能變差，不能滿足指標(biāo)要求。

　　要改善結(jié)合面的電接觸性能，可采用下面幾種方式。

　　1）、適當(dāng)減小結(jié)合面的面積。

　　從加工的角度講，面越大，平面度越難保證，因此為保證結(jié)合面更好的接觸，可適當(dāng)減小結(jié)合面的接觸面積，如圖6所示。這樣，在螺釘施加同樣的預(yù)緊力下，結(jié)合面單位面積上承受的力更大，能有效的減小兩結(jié)合面的接觸電阻。

　　圖6、波導(dǎo)腔組合

　　2）、在兩結(jié)合面之間加入柔性導(dǎo)電材料

　　在兩結(jié)合面之間涂導(dǎo)電膠或焊錫膏，或者夾入軟金屬，如銦、金箔或紫銅箔等柔性導(dǎo)電材料，能有效的填充結(jié)合面之間的空隙，以減小接觸電阻，從而提高波導(dǎo)傳輸腔的電性能。

　　3）、波導(dǎo)傳輸腔表面鍍涂處理

　　波導(dǎo)傳輸腔的材料多為銅合金或者鋁合金表面鍍金，對(duì)于性能要求比較高的波導(dǎo)，其導(dǎo)電性能不特別理想，波導(dǎo)腔表面鍍金或銀能有效改善其導(dǎo)電性，尤其是表面鍍銀，能大幅減小信號(hào)在波導(dǎo)中傳輸?shù)膿p耗。但需要注意的是鍍銀表面耐蝕性較差，如果長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，就容易氧化，變色發(fā)黃。

　　4）、采用焊接方式連接

　　采用焊接方式將法蘭盤(pán)與波導(dǎo)管，或者是分開(kāi)加工的波導(dǎo)腔組合在一起，也能改善結(jié)合面的電接觸性能，但這種方法對(duì)焊接工藝水平有較高要求，尤其是要解決焊接時(shí)各部分如何定位以及如何減小因焊接時(shí)的高溫導(dǎo)致的變形等問(wèn)題。

　　本文討論了微波部件的零件加工和部件裝配調(diào)試中常見(jiàn)的一些問(wèn)題，并給出解決方法，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，這些方法能有效提高微波組件的性能指標(biāo)及可靠性，從而提高電子產(chǎn)品的整體指標(biāo)和穩(wěn)定性。