有关微波电路的可靠性问题

有关微波电路的可靠性问题

一．前言

产品的可靠性是设计制造出来的。

二．设计是产品可靠性之本

1.最不让人放心的”地”

2. 令人头痛的“腔体效应“

3. 红花虽好还需要绿叶相扶---辅助电路的作用不可轻视

4. 降额使用及功能储备

5.功能分析和整体综合平衡的全局观点

6. 采用鸡蛋里挑骨头方式，寻找可能产生的潜在隐患并采取对策三．工艺制作

1.焊接基本原理及获得良好焊接的途径

2.要重视电路组装中的一些具体细节问题

四．应用注意事项

1. 预防感应电瞬时放电对电路损坏

2. SMA接插件连接注意事项

3. 一等二查三通电原则

4. 防止整机异常工作状态对电路造成的损坏

5. 数字化门限调节方法

五．几种常见的失效模式及原因分析

1. 接地不良

2. 热呼吸效应造成的盐雾沉积和付蚀

3. 器件损坏４.SMA中心导体变形移动引起的失效5. 电源馈线开路 6. 热应力 7. 短路

一．前言

可靠性是一项非常重要、涉及面很广的工作，有很多专门著作论述。今天我只谈几十年来做有关可靠性工作的一些经验体会。

我六四年从南大物理系毕业分配到十三所，前后从事硅功率器件、微波混合集成电路工艺和电路工作。不论是做器件还是做电路都负责有关可靠性工作；其中特别是八十年代末负责抓通讯卫星上用六级硅低噪声器件攻关工作，它需1000个器件工作1000小时不能有一个失效，其难度可想而之。

几十年与可靠性打交道的风风雨雨经历，使我深深体会到产品的可靠性是设计制造出来的。筛选只能起辅助作用，仅靠筛选是做不出高可靠的产品。

可靠性工作具有三个特点:

１. 长期性：它不是一个抓一抓即可－劳永逸的事情，而是一项需长期坚持不能松懈的工作,只要一放松就要出间题。长期性的另一含义是有关可靠性工作的经验及数据需要长期不断积累和充实。

2. 细微性：造成失效的因素往往是一些不起眼的问题，可谓千里大堤毁於蚁穴。可靠性工作是一项如同绣花一样细致的工作，来不得半点粗心大意。

3. 广泛性：－是可靠性工作涉及面广，它涉及物理、化学、机械、环境等多学科，又是一项与人人相关，不是少数人的工作。

下面就电路设计、工艺制作、应用注意事项、常见的故障模式及原因分析谈一些个人心得体会供诸位参考。

二．设计是电路之本

如设计欠妥，电路的可靠性将会是无本之本、无源之水。即使使用再高级的元器件，再严格的工艺也往往无济于事。70年代末我们研制S波段3W导弹用的功放，其中我们认为不会有问题的125℃ 1000小时贮存遇到问题。我采用电路片盒体镀10μ厚金，采用做器件的清洗工艺，最多仅能通过７２小时超不过９６小时。其主要问题是Gp下降超过要求而失效。把失效的电路拆开擦洗后组装又恢复正常。最终修改设计，把原先用镙钉固定基片改为采用面焊接技术钎焊固定基片。不但通过了125℃ 1000小时试验，而目还积累了连续4000小时不失效数据。

为此在电路设计时在可靠性方面多做一些工作、多花一些精力是一个省力、省时、省经费的一本万利之事。

对微波电路设计而言，涉及面广考虑的事又多。下面根据我们的经验提出六项设计时需要注意和认真对待的问题。

1.最让人不放心的”地”

因为微带电路中电场大部分是集中在微带线与地之间的个质层中并以地为参考面，如接地不良或局部接地不良必会引起电场畸变，轻则引起幅频持性变化Gp下降，重则导致吸收峰乃至自激；接地不稳定不可靠是造成电路性能不稳定和变化的主要原因。这可用聚四氟棒压下镙钉固定的电路基片，就能明显看到幅频特性变化就是一个最直观的例证。

微波电路基片采用面焊接技术，把基片钎焊到电路盒体是最隹

接地方案。所以我们电路基片均全部采用这种接地方式。我们给贵所前后作了上千条电路组件至今未发现因接地不良而引起幅频曲线变化而失效的例证。对於长期工作在高于85℃环境的电路和需要125℃1000小时高温贮存考核的电路，其电路基片必须采用面焊接接地技术。

对於不会在上述高温环境工作的电路，也可采用镙钉固定。但是固定基片的镙钉要尽可能的多，正面接地图形要尽量的大，金属化孔要尽量多，这才是确保良好接地的前提。此外还必需注意基片背面电路盒内片表面要清洁平整，否则残留的油污经过一段时间，特别是高温会使接地恶化，影响电路性能。

其次不同廻路不要共用正面的接地图形，否则会相互干扰。我们曾把故障检制电路中的检波电路滤波电容的接地点与末级漏偏置去耦电容共用同－接地图形，因去耦的残存射频信号严重干扰了检波电路，不是产生一个尖峰就是产生－个凹坑，使检波的幅频持性相差3～4dB之多而无法使用。

对接地的评价AD公司出版的－本介绍有关仪表放大器应用方面的书有一句值得深思的话：”您可以永远相信您的母亲，但您决不可以相信您的地”。这反映了接地是所有电路中都要重视的共性同题，也是一个最易出问题的地方。对微波电路来讲，还要加一个”更”字,特别是基片背面接地。这一点希望大家要有足够的认识。这也是贵所有些电路重装后性能会改善的二大因素之一，即与接地不良有关。

2. 令人头痛的腔体效应

微带电路还有一小部份电场分布在电路基片上面的空间，当盖上盒盖会使边界条件发生变化，常常会引起腔体效应，轻则造成幅频增益的变化、隔离度下降，重则会产生自激。尤其是电路级数多、Gp 高、Po大、微带线过长、电路匹配欠隹的情况下更为突出。往往同一批装的电路，有的腔体效应严重，有的轻微，有的却没有，令人头痛和难于捉模。我们在电路设计时采取减少和削弱空间电场的下述措施入手，起到减少腔体效应的作用。

1) 电路内过长的连接采用半硬同轴电缆，这样不但杜绝了上面产生电场分布，而且插损也比微带线小得多，这对大功率电路来讲更为可贵。

2) 尽量采用小型化元器伴，这也是我常采用集总半集总参数电路匹配元件的原因。

3) 加强级间隔离和屏蔽，二级电路其Gp>35dB还是是稳定的，而三级电路那怕Gp仅＋几dB电路往往欠稳定。

为此多级电路以二级为一单元，中间要隔离，采用隔离器是最有效、也是最简便的方法。如受盒体尺寸限制可用2～6dB衰减器作隔离。其次采取屏蔽措施阻断空间电场相互影响。

4) 采用吸收材料，这是比较有效的措施。但要选用相应频段的吸收材料才能收到好的效果。有的吸收材料粘接剂是塑料，高温会收缩。

5) 电路盒体设计时尽量多留一点高度空间。

盒体高度对腔体效应极为敏感，有时只耍增加1mm乃至0.5mm即