一种兰格耦合器生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种兰格耦合器生产工艺，它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，指线加宽电镀工艺首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在指线的金丝压点位置再加宽电镀，在加宽的指线位置进行金丝引线键合，通过调控压力、温度、时间等键和参数使金丝压点牢固连接兰格耦合器的相应指线。本发明专利技术工艺简单，成本低，焊接可靠性高，通过控制金丝的数量和金丝跨接的拱高等调节兰格耦合器的微波特性，应用本发明专利技术的工艺组合参数制作的兰格耦合器用于放大器设计，能稳定工作在50W条件下，在6‑18GHz内输入输出驻波小于1.4dB，带内损耗小于0.35dB，表现出了优异的指标性能。

Process for producing Lange coupler

The invention discloses a process for the production of Lange coupler, it includes the broadening of electroplating process and line wire bonding process refers to the pressure point, line broadening electroplating technology first in clean ceramic substrate plating refers to the line, and then in the line of gold pressure point position and then widened in electroplating, refers to the line broadening the position of gold wire bonding, through the regulation of pressure, temperature, time and other key parameters and the corresponding pressure point refers to gold solid line connecting Lange coupler. The invention has the advantages of simple process, low cost, high reliability and quantity by welding, wire control wire jumper arch microwave characteristics of higher regulation Lange coupler, Lange coupler fabrication process parameters to the application of the invention for amplifier design, can work stably under the condition of 50W, input and output VSWR less than 1.4dB in 6 18GHz that band loss is less than 0.35dB, showing excellent performance index.

【技术实现步骤摘要】
一种兰格耦合器生产工艺
本专利技术涉及兰格耦合器加工制作领域，具体是一种兰格耦合器生产工艺。
技术介绍
在微波毫米波组件系统中，经常因为管芯的阻抗参数不确定、增加连接元件数目等对微波特性产生影响，所以调节功率分配和合成对高性能的微波特性输出非常重要。常见的做法是通过调整电容值、改变键合引线长度、弧度等来微调匹配电路，从而使管芯发挥出更好的性能。而兰格耦合器凭借其结构紧凑、可灵活外接负载电阻、较宽的通频带等优点，用于体积要求较高的宽带内匹配功率管的功率合成设计中，可以用于功率分配和功率合成，因此对兰格耦合器的设计、加工和封装十分重要。由于连接的金丝存在寄生电感影响微波性能，所以微带线之间的高效率连接直接关系到性能的提高，而金丝键合是芯片组装的关键工序，键合位置，键合时间和功率大小等对引线的键合强度都存在至关重要的影响，甚至是只要有一根连接金丝失效，就会影响到整个电路系统的正常工作。现有的兰格耦合器加工制作采用空气桥工艺，增加刻孔和空气桥接等使得工艺难度增加，加工成本高昂。在集成电路制造中金丝键合工艺较为成熟，将这种成熟的工艺运用到兰格耦合器的制作中，并进行改进，尤其是要考虑到兰格耦合器耦合交叉指处短金丝线的连接和金丝压点位置的定位问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兰格耦合器生产工艺，以至少实现降低兰格耦合器加工工艺难度、降低制作成本、提升兰格耦合器性能的效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种兰格耦合器生产工艺，它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，所述的指线加宽电镀工艺，首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在耦合交叉指处设置金丝压点，进行加宽电镀，指条加宽位置用于键合工艺金丝线的连接，所述的加宽电镀包括以下步骤：1.1：配置电镀液，亚硫酸金纳浓度为16.00g/l~17.00g/l，氯化钾浓度为95.00g/l~100.00g/l，柠檬酸钾浓度为130.00g/l~150.00g/l，电镀液PH在7.5-8.5之间；1.2：金丝压点加宽位置作为电镀阴极，通电，电镀液中的金离子，在电位差的作用下移动到金丝压点位置形成镀层，电镀时间在25mins~30mins之间，通过控制电镀时间来调节指线金丝压点位置的宽度；1.3：加热电镀液，温度在35℃~40℃之间，使用玻璃棒轻微搅动金丝压点位置，通过温度控制仪控制温度在35℃~40℃范围内，保持在该区间温度范围下反应25mins~30mins，实现金丝压点位置的指条加宽；所述的金丝压点键合工艺，包括以下步骤：2.1：使用键合设备对准指线加宽位置的金丝压点位置，下降搜索焊盘，对准金丝压点，控制焊盘与劈刀之间的高度为1mm~2mm；2.2：开启超声振动，超声功率在80w~100w之间调节，超声时间200ms~300ms之间，金丝超过劈刀的伸出部分在超声振动的作用下变成熔融状态的金球，大小为金丝压点宽度±1um，通过温度控制仪保持温度在210℃~230℃之间，下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第一金丝压点；2.3：在劈刀接触焊盘并进行按压动作后，加大超声功率，加大部分的超声功率幅度区间为20w~30w，用于增强振动作用促使金原子扩散，保持加大后的超声功率时间45ms~50ms，从而实现与第一金丝压点牢固连接；2.4：在第一金丝压点牢固连接后，反向拉升劈刀，拉升高度为0.1~0.2mm，调节劈刀与垂直方向的夹角，该夹角在35度~40度之间时开始移动劈刀，劈刀在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹保持与水平方向的夹角在30度~45度之间，第一金丝压点与第二金丝压点之间的跨距在0.5mm~0.8mm之间，在劈刀对准第二金丝压点之后，垂直下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第二金丝压点，第一金丝压点与第二金丝压点之间的拱形结构高度在20um~40um之间。进一步，在清洗洁净的陶瓷基片上还包括镀金属连接带，作为连接电通路，所述的金属连接带的厚度区间在6.82um~7.23um之间，通过控制厚度能够增强基片耐大功率工作的能力。所述的金属连接带厚度为7.00um。所述的指线金丝压点位置的宽度为金丝线直径的3.0~4.0倍。所述的金丝线直径为25.00um，所述金丝压点位置的宽度为100um。所述的电镀时间为27分钟。所述的劈刀在反向拉升后，朝第二金丝压点移动之前与垂直方向的夹角为35度，在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹与水平方向夹角为30度，跨距0.6mm，拱高为36.20um。进一步，在步骤S13中，在35℃~40℃之间，保持这一温度区间的反应时间为27mins~28mins。进一步，在金丝压点键合工艺之前，还包括仿真设计步骤，所述的仿真设计步骤包括ADS仿真和CAD仿真，首先使用ADS仿真，然后再导出版图，将版图导入CAD仿真，仿真后得到的优化参数为：指线线长2.09mm，指线线宽0.05mm，指线线距0.01mm，并结合工艺条件进行耦合器性能测试，再通过实测数据对各工艺条件进行反复微调得到最佳工艺参数，并将最佳工艺参数固化在键合设备中。所述的最佳工艺参数为线线长2.20mm，指线线宽0.08mm，指线线距0.01mm。本专利技术的有益效果是：本专利技术在兰格耦合器的指线上通过电镀工艺设置加宽的金丝压点，使用金丝跨接所述加宽的金丝压点，实现兰格耦合器指线的连接，相比传统的空气桥工艺显著降低了工艺难度，节省了成本；基于加宽的金丝压点进行金丝线键合，降低了引线键合的难度，可以推广到集成电路封装工艺中的引线键合领域，根据实际情况的需要设置加宽金丝压点；通过控制键合工艺参数提高键合强度，连接界面不易滑移，能够防止引线连接失效，增强可靠性，提高电路工作稳定性；本专利技术的工艺简单，成本低，健合时间短，效率高，在兰格耦合器设计、制作中均可通过控制连接金丝的数量和金丝跨接的拱高，提高集成度，缩小组件体积；在加宽的金丝压点进行焊接，在不影响焊球过度扩散的前提下，可以增加键合压力，提高焊接强度。本专利技术的公开的工艺组合参数制作的兰格耦合器，应用于放大器模块中，利用不同的端口既可以作为功分器，又可以作为耦合器，能稳定工作在50W条件下，输入输出驻波小于1.4dB，带内损耗小于0.35dB，非常适合于实际应用。附图说明图1为使用2根金丝跨接指线加宽金丝压点位置的兰格耦合器结构示意图；图2为本专利技术工艺步骤中金球示意图；图3为本专利技术工艺步骤中下降劈刀搜索金丝压点的示意图；图4为本专利技术工艺步骤中金秋接触金丝压点示意图；图5为本专利技术工艺步骤中按压金球示意图；图6为本专利技术工艺步骤中增加超声功率示意图；图7为本专利技术工艺步骤中开启反向拉升示意图；图8为本专利技术工艺步骤中设定的反向拉升高度示意图；图9为本专利技术工艺步骤中拉升到指定高度准备朝第二金丝压点移动的位置示意图；图10为本专利技术工艺步骤中劈刀以设定角度开始朝第二金丝压点移动示意图；图11为本专利技术工艺步骤中拉弧形成示意图；图12为本专利技术工艺步骤中按压第二金丝压点示意图；图13为使用本专利技术制造兰格耦合器的端口S参数测试结果；图14为使用本专利技术制造兰格耦合器的端口电压驻波比测试结果；图中，1-第一加宽金丝压点，2-第二加宽金丝压点，3-第三加宽金丝压点，41本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，所述的指线加宽电镀工艺，首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在耦合交叉指处设置金丝压点，进行加宽电镀，指条加宽位置用于键合工艺金丝线的连接，所述的加宽电镀包括以下步骤：1.1：配置电镀液，亚硫酸金纳浓度为16.00g/l~17.00g/l，氯化钾浓度为95.00g/l~100.00g/l，柠檬酸钾浓度为130.00g/l~150.00g/l，电镀液PH在7.5‑8.5之间；1.2：金丝压点加宽位置作为电镀阴极，通电，电镀液中的金离子在电位差的作用下移动到金丝压点位置形成镀层，电镀时间在25mins~30mins之间，通过控制电镀时间来调节指线金丝压点位置的宽度；1.3：加热电镀液，温度在35℃~40℃之间，使用玻璃棒轻微搅动金丝压点位置，通过温度控制仪控制温度在35℃~40℃范围内，保持在该区间温度范围下反应25mins~30mins，实现金丝压点位置的指线加宽；所述的金丝压点键合工艺，包括以下步骤：2.1：使用键合设备对准指线加宽位置的金丝压点位置，下降搜索焊盘，对准金丝压点，控制焊盘与劈刀之间的高度为1mm~2mm；2.2：开启超声振动，超声功率在80w~100w之间调节，超声时间200ms~300ms之间，金丝超过劈刀的伸出部分在超声振动的作用下变成熔融状态的金球，大小为金丝压点宽度±1um，通过温度控制仪保持温度在210℃~230℃之间，下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第一金丝压点；2.3：在劈刀接触焊盘并进行按压动作后，加大超声功率，加大部分的超声功率幅度区间为20w~30w，用于增强振动作用促使金原子扩散，保持加大后的超声功率时间45ms~50ms，从而实现与第一金丝压点牢固连接；2.4：在第一金丝压点牢固连接后，反向拉升劈刀，拉升高度为0.1~0.2mm，调节劈刀与垂直方向的夹角，该夹角在35度~40度之间时开始移动劈刀，劈刀在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹保持与水平方向的夹角在30度~45度之间，第一金丝压点与第二金丝压点之间的跨距在0.5mm~0.8mm之间，在劈刀对准第二金丝压点之后，垂直下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第二金丝压点，第一金丝压点与第二金丝压点之间的拱形结构高度在20um~40um之间。...

【技术特征摘要】
1.一种兰格耦合器生产工艺，其特征在于：它包括指线加宽电镀工艺和指线金丝压点键合工艺，所述的指线加宽电镀工艺，首先在清洗洁净的陶瓷基片上镀指线，然后在耦合交叉指处设置金丝压点，进行加宽电镀，指条加宽位置用于键合工艺金丝线的连接，所述的加宽电镀包括以下步骤：1.1：配置电镀液，亚硫酸金纳浓度为16.00g/l~17.00g/l，氯化钾浓度为95.00g/l~100.00g/l，柠檬酸钾浓度为130.00g/l~150.00g/l，电镀液PH在7.5-8.5之间；1.2：金丝压点加宽位置作为电镀阴极，通电，电镀液中的金离子在电位差的作用下移动到金丝压点位置形成镀层，电镀时间在25mins~30mins之间，通过控制电镀时间来调节指线金丝压点位置的宽度；1.3：加热电镀液，温度在35℃~40℃之间，使用玻璃棒轻微搅动金丝压点位置，通过温度控制仪控制温度在35℃~40℃范围内，保持在该区间温度范围下反应25mins~30mins，实现金丝压点位置的指线加宽；所述的金丝压点键合工艺，包括以下步骤：2.1：使用键合设备对准指线加宽位置的金丝压点位置，下降搜索焊盘，对准金丝压点，控制焊盘与劈刀之间的高度为1mm~2mm；2.2：开启超声振动，超声功率在80w~100w之间调节，超声时间200ms~300ms之间，金丝超过劈刀的伸出部分在超声振动的作用下变成熔融状态的金球，大小为金丝压点宽度±1um，通过温度控制仪保持温度在210℃~230℃之间，下降劈刀接触焊盘，按压，保持按压时间200ms~300ms，形成第一金丝压点；2.3：在劈刀接触焊盘并进行按压动作后，加大超声功率，加大部分的超声功率幅度区间为20w~30w，用于增强振动作用促使金原子扩散，保持加大后的超声功率时间45ms~50ms，从而实现与第一金丝压点牢固连接；2.4：在第一金丝压点牢固连接后，反向拉升劈刀，拉升高度为0.1~0.2mm，调节劈刀与垂直方向的夹角，该夹角在35度~40度之间时开始移动劈刀，劈刀在第一金丝压点与第二金丝压点之间的移动轨迹保持与水平方向的夹角在30度~45度之间，第一金丝压点与第二金丝压点之间的跨距在0....

【专利技术属性】
技术研发人员：谭春明，杜跃鑫，马爽，
申请(专利权)人：成都泰格微电子研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51