1 Обоснование путей создания технологий формирования элементов свч на основе жидкокристаллического полимера lcp

В настоящее время различные устройства СВЧ диапазона находят все большее широкое применение в беспроводных системах связи, устройствах локации и навигации, различных датчиках и сенсорах как гражданского, так и двойного назначения. Одной из тенденций развития этих устройств является обеспечение высоких тактико-технических характеристик, повышение надежности и стойкости к внешним воздействующим факторам при одновременной улучшении технологичности их изготовления и снижения себестоимости.

В связи с этим непрерывно возрастают требования, предъявляемые к материалам, технологиям и надежности изделий электронной техники, и традиционные технологии и материалы не могут в полной мере удовлетворить всем требованиям, предъявляемым для создания современной радиоэлектронной аппаратуры. Это приводят к необходимости поиска новых подходов при разработке и производстве перспективных устройств СВЧ диапазона.

В настоящее время в технике СВЧ все более широкое применение находят устройства, выполненные на основе полосковых элементах, поскольку позволяют работать в широком диапазоне частот, обладают высокими электрическими параметрами, хорошими массогабаритными показателями и технологичностью. При этом в качестве материала диэлектрической подложки, являющейся одновременно как элементом конструкции, так и средой для распространения СВЧ энергии, таких устройств используются как неорганические (различная керамика, ситалл и т.д.), так и органические диэлектрики (димофлен, фольгированный фторопласт, стеклотекстолит и др.), а в качестве полосков – металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, обеспечивающим минимальные потери, такие как алюминиевые сплавы, медь, серебро и т.д.

Выбор материала подложки определяется совокупностью параметров, предъявляемых к устройству. Основными критериями выбора того или иного материала являются: способность сохранять форму и линейные размеры в различных климатических условиях и в процессе эксплуатации, чистота обработки поверхностей, допуск на размеры по толщине, состав (однородностью), электропроводность, диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и т.д.

Так, с увеличением неоднородности поверхности увеличиваются потери передачи энергии, сам материал должен обладать стабильностью линейных размеров и форм в диапазоне рабочих температур, иметь минимальное значение отклонений диэлектрической проницаемости от номинального значения и разнотолщинности. При том, что требования к точности изготовления элементов таких устройств, как правило, являются достаточно высокими.

Используемые у нас в стране на сегодня материалы для изготовления полосковых устройств СВЧ диапазона уже не отвечают тем совокупностям требований, которые предъявляются к перспективным образцам. Так, стеклотекстолитовые основания обладают большой нестабильностью значения диэлектрической проницаемости и тангенсом угла диэлектрических потерь, что неприемлемо для реализации высокодобротных устройств на полосковых линиях передачи, таких как СВЧ-резонаторы, фильтры, направленные ответвители и т.д. Фторопластовые подложки хотя и лишены этого недостатка, но имеют низкую адгезию, что не позволяют создавать многослойные структуры, что особенно актуально при проектировании малогабаритных устройств.

Поэтому в настоящее время большинство полосковых устройств СВЧ диапазона реализуется на керамических или ситалловых основаниях, поскольку данные материалы имеет наиболее приемлемые электрические и эксплуатационные показатели. Основным недостатком ситалловых и большинства керамических подложек является низкая механическая прочность и большая сложность создания на их основе полосковых линий и многослойных структур, что как уже отмечалось ранее, не дает возможности реализации перспективных полосковых устройств СВЧ диапазона в полной мере отвечающих совокупности предъявляемых к ним требований.

Исключение составляет только лишь низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC), которая позволяет не только улучшить массогабаритные характеристики создаваемых устройств и их надежность, но и другие тактико-технические характеристики, за счет уменьшения и оптимизации общей компоновки электронного модуля и сокращения длины проводников. Однако данная технология является сложной и в мире ею обладает ограниченное количество компаний. Кроме того, изделия изготавливаемые по такой технологии, оказываются достаточно дорогими при мелкосерийном производстве.

В связи с этим в настоящее время рядом ведущих зарубежных фирм ведутся интенсивные поиски новых материалов и технологий, которые позволяли бы одновременно сочетать в себе все положительные свойства LTCC и при этом позволили бы увеличить диапазон рабочих частот, разрешающую способность и являлись бы существенно более простыми и дешевыми. Одним из таких наиболее перспективных материалов являются жидкокристаллические полимеры (LCP) с нанесенными на их поверхность металлическими покрытиями, представляющие собой высокомолекулярные соединения, некоторые из которых обладают низким тангенсом диэлектрических потерь в широком диапазоне частот и эксплуатационными свойствами, допуская при этом формирование многослойных структур. Об этом говорит ряд научных исследований, проведенных рядом иностранных фирм за последние несколько лет и сведения об экспериментальных образцах устройств СВЧ диапазона на основе этого материала и технологий.

При этом следует отметить, что сведения о проведении подобных работ отечественными предприятиями отсутствуют, что позволяет говорить с достаточно большой долей вероятности о некотором отставании в данной области нашей промышленности и о целесообразности проведения исследований, направленных на создание технологий производства устройств СВЧ диапазона на основе жидкокристаллических полимеров.