現(xiàn)代軍用和民用電子裝備正在向小型化、輕量化、高可靠、多功能和低成本方向發(fā)展，尤其對機(jī)載、艦載和星載等電子裝備更為關(guān)鍵。作為電子裝備前端的微波電路與系統(tǒng)，其電氣性能和物理結(jié)構(gòu)對整個電子裝備的性能有著舉足輕重的影響。如有源相控陣?yán)走_(dá)上大量使用的發(fā)/收(T/R)組件，其微波電路系統(tǒng)的功能越來越復(fù)雜、電性能指標(biāo)越來越高，而要求體積越來越小、重量越來越輕，在滿足微波電路系統(tǒng)電氣性能指標(biāo)要求的前提下，盡可能提高微波電路與系統(tǒng)的集成水平、減小其體積和重量?；谝壕Ь酆衔?LCP)技術(shù)的SOP(系統(tǒng)級封裝)、MCM(多芯片組裝)和三維集成微波電路技術(shù)是實現(xiàn)上述目標(biāo)的有效途徑。

LCP是一種由剛性分子鏈構(gòu)成的、在一定物理條件下既有液體的流動性又有晶體的物理性能各向異性(此狀態(tài)稱為液晶態(tài))的高分子物質(zhì)。它被認(rèn)為是繼低溫共燒陶瓷(LTCC)后的下一代微波毫米波的基板和微組裝材料，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點，例如損耗小、成本低、使用頻率范圍大(DC，110GHz)、強(qiáng)度高、重量輕、耐熱性和阻燃性強(qiáng)、線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕性和耐輻射性能好、CP薄膜的成型溫度低，具有可彎曲性和可折疊性的優(yōu)良成型加工性能，可用于各種帶弧形和彎曲等復(fù)雜形狀的制品。目前使用的LTCC的成形溫度是850℃左右，LCP的成形溫度可以低到285℃，這樣不僅無源器件，而且有源芯片都有可能一起封裝，減小了安裝位置和數(shù)量的限制，這將大大提高軍用和民用電子系統(tǒng)的可靠性，降低成本，減小體積。同時LTCC橫向尺寸一般不能大于5in×5in，而LCP的尺寸可以大得多。此外LCP沒有LTCC燒結(jié)過程中產(chǎn)生的收縮，有助于提高加工精度和成品率。

LCP相對介電常數(shù)在2．90～3．16之間，介電常數(shù)隨溫度的變化小，其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了從民用的各頻段無線網(wǎng)、Ka波段的衛(wèi)星通信、氣象雷達(dá)，到各種頻帶的軍用雷達(dá)及通信、導(dǎo)航、定位、偵察、電子對抗和敵我識別系統(tǒng)。

1LCP制作工藝

1．1單層LCP基板傳輸線制作工藝

單層LCP基板傳輸線的制作直接選用雙面覆銅的商用LCP板，首先用異丙醇清洗并作干燥處理，在其一面直接用標(biāo)準(zhǔn)的“半加成法”工藝即可制作傳輸線，由于銅在空氣中易于氧化，且考慮到表面鍵合的需要，其表面需要電鍍一層金，具體工藝流程如圖1所示。

圖1單層LCP基板傳輸線工藝流程

1．2多層LCP基板傳輸線制作工藝由于LCP板很薄，通常低于0．1mm，因此單層LCP板的高頻傳輸線很窄，不利于電性能的提高，因此需要增加LCP板的厚度，同時，厚的LCP板能提供更好的機(jī)械強(qiáng)度。多層LCP板上每層傳輸線的制作工藝與前述單層LCP板制作工藝相同，制作過程見圖2，其中迭片熱壓粘合和通孔及金屬化是多層LCP基板制作工藝的關(guān)鍵。

圖2多層LCP基板傳輸線工藝流程

鉆通孔時，由于LCP材料在355nm紫外波段具有強(qiáng)吸收，因此采用YAG紫外激光打孔是在LCP基板上制作互連孔的有效方法，孔徑可容易地做到50μm以下。激光打孔后孔邊沿會留下灰燼，用氧等離子體處理可容易地去除該灰燼，同時對孔壁具有清潔和活化作用，有利于隨后的孔金屬化質(zhì)量。為了最大限度減少孔內(nèi)產(chǎn)生的熱量，尺寸小的孔和較深的孔要采用峰值鉆井技術(shù)并利用阻隔材料來防止制作小孔時產(chǎn)生過熱。

在通孔的金屬化方面，實驗表明采用傳統(tǒng)的化學(xué)沉銅/電鍍銅和影子進(jìn)程公司的直接電鍍工藝均能獲得良好的金屬化孔。由于LCP材料良好的抗化學(xué)腐蝕性，傳統(tǒng)化學(xué)沉銅工藝中高錳酸鉀粗化對LCP材料不起作用，因此該工藝需用氧等離子體處理替代。

在迭片熱壓方面，LCP基板材料與LCP粘合薄層組合，才可以構(gòu)成真正無黏合劑的液晶多層電路板結(jié)構(gòu)。在一個全部采用LCP基板的結(jié)構(gòu)中，制造魯棒性在很大程度上由粘合工藝過程中達(dá)到統(tǒng)一面板溫度的控制能力決定。一般情況下，面板上的溫差越大，LCP多層電路板內(nèi)的樹脂流和內(nèi)層粘合的變化就越大，穩(wěn)定性就越差。為了獲得較好的效果，壓合過程中可以采用熱油印或高壓的方法，并遵循如圖3所示溫度、壓力隨時間的變化，一般熱壓峰值溫度選用285℃，壓力300psi保持30min。

圖3溫度、壓力隨時間變化曲線

2LCP基板的微波性能研究及應(yīng)用

2．1LCP微波平面?zhèn)鬏斁€實物及其基本特性

在微波介質(zhì)基板上，起到連接和集成各種無源和有源微波器件的平面?zhèn)鬏斁€使用最為廣泛，用LCP基板材料制作適用于X波段的微帶線、共面波導(dǎo)以及共面波導(dǎo)和微帶線的過渡結(jié)構(gòu)，并對其復(fù)雜過渡結(jié)構(gòu)的微波性能進(jìn)行了測試，見圖4和圖5，其中微帶線導(dǎo)帶寬度是0．2mm，共面波導(dǎo)導(dǎo)帶寬度是0．15mm，槽的寬度是0．04mm。由圖5可見，在8～12GHz頻段內(nèi)駐波＜1．28，插損＜0．1dB/cm，指標(biāo)完全符合工程應(yīng)用要求。去除測試夾具高頻特性稍差的影響，LCP基板平面?zhèn)鬏斁€本身的微波性能更優(yōu)良。

圖4平面線實物

圖5過渡線性能測試

<!--[if !supportLists]-->2． <!--[endif]-->2LCP基板介電常數(shù)參數(shù)的驗證

通過實驗驗證了LCP基板平面?zhèn)鬏斁€的微波特性后，開始檢測LCP基板材料介電常數(shù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)廠家提供的參數(shù)，先設(shè)計出一些性能對介電常數(shù)敏感的簡單器件，然后測量出器件實物的S參數(shù)。再通過電磁仿真軟件建立實物模型進(jìn)行仿真，不斷改變模型中對應(yīng)板材的介電常數(shù)，使仿真的S參數(shù)和實測的S參數(shù)盡可能一致，這時仿真用的介電常數(shù)就可以看作是實際介電常數(shù)。

本文設(shè)計了性能受介電常數(shù)影響較大的平行耦合線濾波器。因為耦合線濾波器諧振頻率點由微帶線所形成的電感值和線線之間的電容值所決定，在微帶線長度、寬度和線線之間的距離已確定的情況下，電感值和電容值由微帶線的有效介電常數(shù)εe決定，

式中:d為基板厚度;W為導(dǎo)帶寬度;εr是基板的介電常數(shù)?？梢?，當(dāng)d、W一定時，要檢測基板的介電常數(shù)εr，只需關(guān)注S曲線的諧振點頻率即可。為此，設(shè)計了如圖6所示的平行耦合線濾波器，其中心頻率為10GHz，通帶帶寬為20%。

圖6平行耦合線濾波器實物圖

用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實際測量濾波器的S參數(shù)，測量結(jié)果如圖7所示。利用商用電磁仿真軟件CSTMicrowaveStudio按照設(shè)計的貼片天線和平行耦合線濾波器的實際尺寸建立模型。改變LCP板材的介電常數(shù)，使仿真結(jié)果和實測結(jié)果最接近。當(dāng)基片的介電常數(shù)εr=2．9時，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖7平行耦合線濾波器S參數(shù)測試

圖8平行耦合線濾波器仿真結(jié)果

比較反射系數(shù)的仿真結(jié)果和測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者諧振點的頻率均在9．7GHz處，雖然幅值相差較大，但是介電常數(shù)對諧振頻率最敏感。而幅值則與更多因素相關(guān)，對介電常數(shù)不敏感;濾波器的中心頻率及通帶實測與仿真結(jié)果的一致性也很好，這說明可以確定基板的相對介電常數(shù)為2．9，一致性非常好。2．321dB微帶定向耦合器的設(shè)計為了將LCP基板應(yīng)用于無源器件的設(shè)計，設(shè)計了X波段雙層基板的LCP微帶定向耦合器，見圖9，中心頻率是10GHz，每層基板厚度為0．1mm，LCP基板中間通過0．05mm粘接層粘合，基板的總厚度為0．205mm。其中1、2端口是直通端，3端口是耦合端，4端口是隔離端。按照版圖所示模型用電磁仿真軟件HFSS仿真，可得圖10所示仿真結(jié)果，可見在8～12GHz頻段內(nèi)，駐波＜23dB(即1．18)，直通損耗約為0．11dB，耦合度為(21±0．4)dB，完全能達(dá)到工程應(yīng)用要求。

圖9耦合器版圖 

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