阅读说明：本技术 超宽带复合铁氧体环形器制作方法 (Method for manufacturing ultra-wideband composite ferrite circulator ) 是由 王列松 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种成品率高的的拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器制作方法,其步骤如下：步骤1、基片精密抛光：将拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器所需的各个基片在使用前进行精密抛光,以控制基片的厚度公差在±5μm以内；步骤2、制作微带电路：在精密抛光的各基片上通过常规的薄膜电路工艺制作出微带金属电路图形,并在各基片背面通过常规的薄膜电路工艺制作背面接地金属层；步骤3、背面制作共晶焊料；步骤4、从背面切割基片；步骤5、紧密拼接共晶焊；步骤6、微带电镀原位连通：在微带金属电路图形上电镀金属层,厚度为4～6μm。(The invention discloses a method for manufacturing a spliced ultra-wideband composite ferrite micro-strip circulator with high yield, which comprises the following steps: step 1, precision polishing of a substrate: precisely polishing each substrate required by the spliced ultra-wideband composite ferrite micro-strip circulator before use to control the thickness tolerance of the substrate within +/-5 mu m; step 2, manufacturing a microstrip circuit: manufacturing a microstrip metal circuit pattern on each precisely polished substrate by a conventional thin film circuit process, and manufacturing a back grounding metal layer on the back of each substrate by the conventional thin film circuit process; step 3, manufacturing eutectic solder on the back; step 4, cutting the substrate from the back; step 5, closely splicing eutectic welding; step 6, micro-strip electroplating in-situ communication: and electroplating a metal layer on the microstrip metal circuit pattern, wherein the thickness of the metal layer is 4-6 mu m.)

超宽带复合铁氧体环形器制作方法

技术领域

本发明属于混合集成电路技术领域，具体涉及一种超宽带复合铁氧体环形器制作方法。

背景技术

电磁压制、电磁干扰和抗干扰在现代战场的作用日益突出，要求相应的电子装备具备超带宽大功率性能，基于铁氧体的微带环行器因其良好的插损性能、高功率性能和大带宽性能而成为现代电子装备有源相控阵雷达的优选元器件。

通常，铁氧体微带环形器要实现超宽带(一倍频程以上)，需要采用饱和磁化强度梯度渐变的复合铁氧体结构，专利申请201911201129.8公开了一种简便易行的拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器结构，如图1所示。这种结构传统的制作方法是：把各切割单元(高饱和磁化强度铁氧体、低饱和磁化强度铁氧体和匹配电路介质)通过焊片或焊膏焊接在高磁导率金属片上，再用金丝、金带等金属搭接物键合在拼接缝隙两边，或在一块介质上做上相同的微带图形，然后倒扣焊接在缝隙处，实现微带联通。

上述传统制作方法在制作低频或窄带器件时没有什么问题，但超宽带复合铁氧体微带环形器通常工作在几GHz到十几GHz的高频且超宽频带上，且由于相控阵的原因，通常要求具备良好的幅相一致性，上述传统制作方法中通常可忽略的一些问题这时变得会影响电性能，不可忽略。比如：由于焊片或焊膏都比较厚(通常数十微米)，焊接时稍有不慎就可能会挤压进拼接缝隙中，深入缝隙数十微米就会使电性能恶化；在这种高频超宽带器件上通过键合金丝、金带等金属搭接物实现微带联通，后续需要非常繁重的调试，甚至调试不出所需性能；在介质上做微带图形再倒扣焊接的方法一方面增加了制作复杂度，另一方面由于微带上方增加了介质，使微带电路不连续，容易导致电性能变差。

因此，这种拼接结构的超宽带复合铁氧体微带环形器虽然比圆柱-圆环嵌套结构的超宽带复合铁氧体微带环形器简单易行了很多，但若用传统常规的制作方法，在批量生产时也会面临后续调试任务繁重，成品率低，一致性不好的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种成品率高的的拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器制作方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器制作方法，其步骤如下：

步骤1、基片精密抛光：将拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器所需的各个基片在使用前进行精密抛光，以控制基片的厚度公差在±5μm以内；

步骤2、制作微带电路：在精密抛光的各基片上通过常规的薄膜电路工艺制作出微带金属电路图形，微带金属电路图形为由粘附层金属和导电层金属组成的复合金属膜层，微带金属电路图形厚度为0.05～2μm；并在各基片背面通过常规的薄膜电路工艺制作背面接地金属层，背面接地金属层为粘附层金属和导电层金属组成的复合金属膜层，厚度为1～5μm；

步骤3、背面制作共晶焊料：在基片的背面接地金属层背面通过PVD溅射/蒸发或合金电镀方法制作共晶焊料，共晶焊料的厚度为4～6μm；这样可以制作得比较薄，常用的预成型焊片或印刷焊膏的方法很难做得这么薄。做薄的目的一方面是保障紧密拼接共晶焊时焊料不会进入拼接缝隙(即便进入也非常少，可以忽略)，另一方面是为了紧密拼接共晶焊后各拼接部件几乎在同一平面(若焊料较厚，焊料共晶液化时，由于焊料挤出的差异，可能导致焊接后各拼接部件不在同一平面)。

步骤4、从背面切割基片；

步骤5、紧密拼接共晶焊：在高磁导率金属片先镀覆上厚度不超过5μm的可焊金属膜，然后将切割后的各拼接部件在工装夹具下紧密拼接在一起，在共晶炉里共晶焊接在高磁导率金属片上；

步骤6、微带电镀原位连通：在微带金属电路图形上电镀金属层，厚度为4～6μm。由于微带图形以外的陶瓷上不能电镀上金属，且由于拼接处的缝隙很小，缝隙两边的微带金属电镀时相互延伸，便实现了电镀原位连通(通常缝隙处的电镀速度比微带平面上的电镀速度高，进一步保障了微带电镀原位连通的可靠性)。

以便于在后面的紧密拼接共晶焊以后，几种拼接部件几乎在同一平面内，这样，一方面有利于保持微带的连续性，为高频超宽带电性能提供保障，另外一方面也保障后面微带电镀原位连通的可靠性。

作为一种优选的方案，所述常规的薄膜电路工艺为磁控溅射/蒸发、或光刻、或腐蚀薄膜电路工艺。

作为一种优选的方案，所述微带金属电路图形为Ti/Cu、Cr/Cu、或TiW/Cu、或TiW/Au、或TiW/Cu/Au复合金属膜层。

作为一种优选的方案，所述微带金属电路图形厚度为0.2～1μm。

作为一种优选的方案，所述背面接地金属层为Ti/Cu、Cr/Cu、或TiW/Cu、或TiW/Au、或TiW/Cu/Au复合金属膜层。

作为一种优选的方案，所述共晶焊料为根据所需的共晶温度选择的AuSn、SnSb、SnBi、SnAgCu中的一种。

作为一种优选的方案，所述步骤6中，在微带金属层上电镀的金属层为电镀Cu/Au复合层或电镀全金层。

作为一种优选的方案，所述Cu/Au复合层中Cu层厚度4μm，Au层厚度2μm。

作为一种优选的方案，所述步骤5中高磁导率金属片在镀覆上可焊金属膜前先通过压平机进行压平处理，目的是保障拼接时各拼接部件能紧密接触和处于同一平面。

作为一种优选的方案，所述步骤5中高磁导率金属片镀覆的可焊金属膜为Ni/Au复合层。

本发明的有益效果是：本发明提出微带电镀原位连通的方法，该方法让拼接缝隙两边的微带电路通过电镀相互延申后原位精确缝合，类似于一次性制作的微带电路，避免了传统金丝金带键合带来的繁重调试以及微带介质倒扣焊接导致的微带电路不连续的问题。

为避免焊片/焊膏共晶焊接时由于较厚(通常数十微米)可能挤压进拼接缝隙的问题，本发明采用PVD(真空溅射或蒸发)、合金电镀等方法在基片背面预先(共晶焊接面)制作4～6微米厚的共晶焊料，这样既保障良好的共晶焊接，又避免了因焊料较厚而挤压进拼接缝隙的问题。

为进一步提高拼接的紧密性，缩小拼接缝隙，为后续微带图形电镀原位连通提供可靠性和稳定性，考虑到划片机切割陶瓷片时切割面会有一个轻微的倾斜度的特点，本发明在切割基片时采用从背面切割的方式，这样使得各拼接部件在拼接共晶焊后，拼接缝隙两边的微带金属之间的距离非常近(小于5微米，大部分直接接触，没有缝隙)，这为后面的微带图形电镀原位连通提供了高可靠的保障。

附图说明

图1.拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器结构示意图。

图2.拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器制作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图2所示，一种拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器制作方法，包括以下步骤：

1)基片精密抛光：选取三种基片制作拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器，分别是2500Gauss高饱和磁化强度铁氧体基片、1400Gauss低饱和磁化强度铁氧体基片和99.5％氧化铝陶瓷基片。三种基片均为两英寸方片，经过粗抛和精密抛光，得到0.4mm～0.406mm厚度范围的基片。

2)制作微带电路：在上述三种基片的四个角通过激光打Φ0.4mm的定位孔(用于光刻定位和后续背面切割定位)，然后正面磁控溅射TiW(50nm)/Au(0.5μm),背面磁控溅射TiW(50nm)/Cu(3μm)Au(0.1μm)，最后在正面通过光刻、腐蚀制作出微带金属电路图形。

3)背面制作共晶焊料：用合金电镀的方法在基片背面电镀4μm的Au-Sn(80/20)合金作为共晶焊料。

4)从背面切割基片；从背面切割基片，获得各拼接部件。

5)紧密拼接共晶焊：切割的各拼接部件在工装夹具下紧密拼接在一起，在共晶炉里295度共晶焊接在0.5mm厚的高磁导率金属片上(金属片预先经过压平处理，且镀上Ni(3μm)/Au(0.5μm))。

6)微带电镀原位连通：紧密拼接共晶焊完成后，在微带金属电路图形上电镀金属层，金属层为5μm厚金，实现微带电路原位连通。

这样制得的拼接型超宽带复合铁氧体微带环形器，放在体式显微镜和高倍金相显微镜下观察，拼接处无任何缝隙，微带全部连通，类似于一次性制成。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。