SMT表贴微型微波开关联合研发
姚明刚
-/先进制造与自动化
随着电子科学技术的发展，对电子测量及测试仪器和设备的要求越来越高。测试项目和测试范围与日俱增，测试对象也越来越复杂，测试的参数日益繁多，检测速度和精度的要求不断提高，而传统的指标测量，测试周期长，过程繁琐不能对数据进行有效的管理和回放在一定程度上影响数据的后期处理，这就使得传统的单机、单参数手工测试已经不适应快速、复杂的多参数的测试与测量，从而迫切要求测量技术不断改进与完善。由于20世纪70年代微处理器的研制成功、微型计算机技术的飞速发展以及大规模及超大规模集成电路的问世，研究者将仪器的后端数据分析处理和结果表达等部分放到计算机上来实现，从而使得计算机自动测试技术得到了飞速发展。因此研制具有高可靠性和高灵活性的微波开关系统，并将之融入自动测试系统将大幅提高测试系统的测试效率与可靠性，具有重要的现实意义。微波开关又称射频继电器主要分为：固态、同轴、波导以及微机电(MEMS)等结构。其中同轴微波开关具有优异的射频信号传输能力、较高的额定功率容量，在长时间内处于市场领先地位。同轴微波开关主要由信号控制系统、电磁转换系统、射频传输切换系统三大部分组成，形式主要有单刀双掷、双刀双掷和单刀多掷三大类型，根据不同频率及功率范围，具有若干种接口类型，同轴微波开关结构的小型化设计很早之前就已开展，但是因其结构复杂，射频连接器尺寸早已标准化等原因致使该项工作进展缓慢目前市场上广泛应用的同轴微波开关主要以2.92接口、SMA接口、N型接口等系列为主，为满足与外部电缆组件的快速互联，采用标准连接器尺寸，制约了开关的大小，不利于产品的小型化、集成化。作为微波通信领域的核心元器件，严重影响着微波通信领域的发展。目前同轴微波开关小型化的研制依然处于初级阶段，许多重大项目因尺寸限制不得不采用射频指标较差的固态开关。
随着科技的发展，模块化、小型化、集成化逐渐成为时代发展的主流趋势。 作为微波通信领域的核心元器件——微波开关的大小，多元化功能严重影响着该领域的发展。尤其波导、同轴微波开关的外形尺寸极大的制约了该类产品的发展。与此同时固态开关因其尺寸较小、便于集成的优点更加受到市场的欢迎，但是其应用的效率相对比较低，因此开发基于微波介质陶瓷利用SMT技术联合开发微型微波介质开关具有重要的研究意义。
经过长期的研究积累，项目团队在微波介质陶瓷及微型微波开关研发方面积累了丰富的经验，取得了一系列的研究成果，尤其是在微波介质陶瓷的研发方面，合成了许多性能优异可广泛应用的微波介质陶瓷，部分产品已达国内领先水平，并可迅速转化成果，实现批量化生产。本项目团队经过多年的潜心研究，对微波介质陶瓷材料配方、复合掺杂、工艺改进、器件设计等关键技术进行了深入的研究和攻克，并且可以将其应用于微型微波开关当中。
除此之外，本项目团队拥有较为齐全的制备及测试实验装置，可满足本项目开展的硬件需求。主要设备如下：行星球磨机、滚筒球磨机、高温烧结炉（Nabertherm，LHT08/18 1800 ℃）、气氛烧结炉、马弗炉、管式炉、3D陶瓷打印机、成型压机、抛光机、磁控溅射系统（NSC-3500，NANO Master）、匀胶旋涂仪（Spin Coater，Laurell，MSC650M23N）、干燥箱、真空干燥箱等。主要测试仪器包括：X射线衍射仪(XRD，Rigaku，D/max-Ultima IV)、高分辨环境扫描电子显微镜（ESEM，FEI，Quanta 250 FEG）、阻抗分析仪/LCR表（Agilent，E4980A）、阻抗材料分析仪（E4991A）、振动样品磁强计（VSM）、品质因数测试仪、磁阻测试系统、扫描探针显微镜(SPM，Bruker，Dimension Icon)、铁电测试系统（FCE，aixPES, aixACCT Systems GmbH）、拉曼光谱仪（Raman，Renishaw，inVia）、离子溅射仪（EMS150T）、电化学工作站（BUVZ02，Zarner）、高温介电测试系统（咸阳惠远自动化设备有限公司）、极化装置（器件耐压测试）、准静态压电常数d33测量仪(江苏联能电子技术有限公司，YE2730A)等。目前具有的场地及仪器设备能满足本项目开展所需的制备合成、器件制作及基本的性能测试条件。
