Гибридная интегральная схема свч

 

Использование: электронная техника. Сущность изобретения: в гибридной интегральной схеме СВЧ полосковые элементы из высокотемпературного сверхпроводника закреплены на диэлектрической подложке с помощью прилегающей к ним диэлектрической пластины с канавками, повторяющими топологический рисунок схемы. Канавки имеют глубину 5 мкм tt_мак, где t_мак - толщина полоскового элемента, и ширину, равной ширине соответствующего полоскового элемента. 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к гибридным интегральным схемам СВЧ.

Известна конструкция гибридной интегральной схемы СВЧ (ГИС СВЧ), состоящая из диэлектрической подложки и металлических полосков, расположенных на поверхности подложки (в соответствии с топологическим рисунком схемы) [1] Основным недостатком известной ГИС СВЧ является большие омические потери в металлических проводниках, ухудшающие выходные параметры интегральных устройств СВЧ. В частности, из-за омических потерь в полосках не удается изготовить полосковые фильтры СВЧ с минимальными потерями менее 0,5^oC1 дБ, что снижает чувствительность приемных устройств и ограничивает их использование в ряде устройств СВЧ.

Для снижения потерь в проводниках в последние годы используют сверхпроводящие материалы, в том числе высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), сохраняющие сверхпроводящие свойства при температуре кипения жидкого азота (Т 78К).

Известна конструкция ГИС СВЧ, взятая нами за прототип, содержащая полосковые элементы, выполненные из высокотемпературного сверхпроводника, расположенные и закрепленные на поверхности диэлектрической подложки [2] Недостатком такой конструкции является практически невозможность обеспечить точность изготовления схемы для достижения требуемых параметров устройств, поскольку полосковые элементы из ВТСП-материала, например, керамики крепятся на подложке с помощью клея.

Кроме того, слой клея между подложкой и полосковыми элементами создает дополнительные потери в схеме. Многократное или длительное охлаждение приводит к растрескиванию клеенного крепления.

Целью настоящего изобретения является улучшение электрических параметров ГИС СВЧ путем повышения точности ее изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции гибридной интегральной схемы СВЧ, содержащей полосковые элементы, выполненные из высокотемпературного сверхпроводника, расположенные и закрепленные на поверхности диэлектрической подложки, полосковые элементы закреплены на подложке с помощью прилегающей к ним диэлектрической пластины, в которой выполнены канавки, повторяющие топологический рисунок схемы, глубиной 5 мкм tt_мак, где t_мак толщина полоскового элемента, и шириной, равной ширине соответствующего полоскового элемента, выполненной с учетом влияния на электрическое поле упомянутой диэлектрической пластины.

Закрепление полосковых элементов из ВТСП с помощью диэлектрической пластины с выполненными в ней канавками определенной глубины, повторяющими топологический рисунок схемы, позволяет отказаться от применения клея и тем самым снизить СВЧ потери в ГИС и повысить точность ее изготовления, что обеспечит лучшие электрические параметры устройств.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где дан общий вид и разрез гибридной интегральной схемы СВЧ: диэлектрическая подложка 1, полосковые элементы из ВТСП-материала 2, металлический экран 3, диэлектрическая пластина с углублениями 4, полосковые контактные элементы из меди на входе и выходе схемы 5.

Глубина канавки t менее 5 мкм не желательна, так как при этом возможен сдвиг полоскового элемента вдоль диэлектрической пластины. Глубина канавки t больше t_мак недопустима, так как препятствует прижиму полоскового элемента к подложке, образующийся при этом зазор между элементом и подложкой вызывает изменение электрических параметров схемы.

Полосковые элементы могут быть изготовлены из керамики или ВТСП монокристаллов.

В качестве подложки может быть использован любой диэлектрик, применяемый при изготовлении гибридных интегральных схем СВЧ, например, сапфир, поликор, фторопласт.

При расчете размеров полосковых элементов в предлагаемой конструкции необходимо учитывать влияние на электрическое поле диэлектрической пластины, используемой для крепления ВТСП полосков.

П р и м е р. В качестве примера рассмотрим конструкцию полосопропускающего фильтра на связанных полосковых линиях изготовленного на поликоровой подложке толщиной h=0,5 мм и диэлектрической проницаемостью 9,6. Фильтр рассчитан на рабочую частоту f_o=14 ГГц, относительную полосу пропускания менее 2,5% при потерях в полосе не более 0,2 дБ, и затухание в полосе запирания более 30 дБ. Конструкция фильтра содержит три полуволновых полосковых резонатора, выполненных из монокристаллов высокотемпературного сверхпроводника Bi-системы шириной 0,3 мм, длиной 4,0 мм и толщиной 40 мкм.

Расположение полосковых резонаторов показано на фиг.1. Полоски на входе и выходе выполнены из меди, напыленной на поликор.

Полосковые ВТСП элементы закреплены на подложке с помощью диэлектрической пластины из поликора толщиной 0,5 мм, в которой выполнены канавки под полосковые элементы глубиной t=40 мкм.

Ширина полосковых элементов, рассчитанная с помощью ЭВМ с учетом диэлектрической пластины, составила W=0,4 мм. Расстояние между попарными связанными элементами равняются S₁=0,6 мм и S₂=1,7 мм.

Существенное преимущество предлагаемой конструкции ГИС СВЧ перед прототипом состоит в том, что она позволяет: во-первых, точно выдержать расстояние между полосковыми элементами схемы; во-вторых, снизить потери в ГИС благодаря отсутствию в ней клея; в-третьих, повысить надежность в результате исключения материалов, не выдерживающих длительное или многоциклическое охлаждение; в четвертых, позволяет охлаждать схему жидким азотом без использования металлического корпуса.

Формула изобретения

Гибридная интегральная схема СВЧ, содержащая полосковые элементы из высокотемпературного сверхпроводника, расположенные и закрепленные на поверхности диэлектрической подложки, отличающаяся тем, что полосковые элементы закреплены на диэлектрической подложке посредством прилегающей к ним введенной диэлектрической пластины, в которой выполнены канавки, повторяющие топологический рисунок, образованный полосковыми элементами, глубиной t, лежащей в пределах 5 мкм t t_мак, где t_мак толщина полосковых элементов, и шириной, равной ширине соответствующего полоскового элемента, выполненного с учетом влияния на электрическое поле введенной диэлектрической пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1