[irokezer58 0]

Не нашёл аналогичной темы в поиске, поэтому предлагаю начать обсуждение тут. Опишу тут свою проблему, но можно и просто делиться опытом и предлагать что-то новое. 

Была у меня в одном проекте плата коммутатора на pin-диодах на частоту чуть выше 2 ГГц. Плата была изготовлена в Резоните на китайском заменителе Роджерса - Wangling. В принципе, коммутатор работал нормально, но при коммутации большой мощности диоды сильно грелись.Теплопроводность Ванглинга не высокая и поэтому я решил использовать подложку с высокой теплопроводностью, чтобы эффективнее отводить тепло от диодов. Сначала было подумал про поликор, стал искать, кто бы мне изготовит плату. Нашёл - компания С-компонент делает платы на поликоре с переходными отверстиями. Но, у них на сайте, в качестве подложки, ещё предлагался нитрид алюминия (AlN). У него теплопроводность выше, чем у поликора почти в десять раз, а остальные параметры - плюс-минус такие же, либо отличаются не критично: эпсилон - 8,5; тангенс - 0,0003. 

Плату заказали, изготовили, получили. Не стали ничего особо проверять, просто сразу запаяли все элементы и включили коммутатор. Потери получились просто огромные! Если аналогичный коммутатор на Ванглинге давал примерно 0,6 дБ потерь на 2 ГГц, то нитрид алюминия показывал не менее 1,3 дБ. Стали копать. Отпаивали элемент за элементом и обмеряли плату. В конце-концов отпаяли и отрезали всё лишнее, осталось только два разъёма и линия передачи между ними. Вместо диодов запаяли просто перемычки из проволоки. Тогда потери составили 0,85 дБ на 2 ГГц. На аналогичной плате на Ванглинге - 0,3 ГГц. То есть, явно что-то не то с платой. Всё это естественно много раз моделировалось в соответствующих САПР: AWR, CST. 

Звонили в С-компонент, разговаривали с технологом, просили его о помощи. Он ничего подсказать не смог. Говорит, на сайте указаны параметры, которые предоставляет производитель нитрида. Правда, он сказал, что обычно нитрид алюминия используется не для СВЧ, а для силовых плат, для хорошего теплоотвода. 

В связи с чем вопрос, может кто-то применял нитрид алюминия в качестве подложек для СВЧ электроники? Может быть на сайте указан неверный тангенс угла потерь? Может какое-то значение имеет поляризация или анизотропия? С чем вообще может быть связано такое расхождение параметров?

[khach 33]

А нет ли там подслоя молибдена под дорожками? Или ищите полную технологическую карту процесса у тех, кто топологию катал, или сполируйте все до подложки и наклейте тестовую структуру из меди чистой- полосок и кольцевой резонатор. По добротности резонатора и потери можно определить ( полосок обычно слишком короткий для этого).

[vov4ick 35]

Нитрид алюминия - пьезоэлектрик. На нём делают ПАВ резонаторы и фильтры, отсюда, видимо, и потери на СВЧ. Ещё для плат он наверняка не монокристалл, дефекты добавляют потери.

Про это даже есть статья

[irokezer58 0]

8 часов назад, khach сказал:

А нет ли там подслоя молибдена под дорожками? Или ищите полную технологическую карту процесса у тех, кто топологию катал, или сполируйте все до подложки и наклейте тестовую структуру из меди чистой- полосок и кольцевой резонатор. По добротности резонатора и потери можно определить ( полосок обычно слишком короткий для этого)

Подслоя нет. Технология там обыкновенная - тонкоплёночная (или толстоплёночная, я уже забыл). Медь наносится сразу на подложку. Мы специально выбрали такой метод, потому что знали про подслой. 

Приклеивании кольцевого резонатора тоже не выглядит достаточно надёжным методом. Если уж подслой так сильно влияет, то слой клея под резонатором тоже может сильно влиять. Он же будет явно толще подслоя. 

[irokezer58 0]

8 часов назад, vov4ick сказал:

Нитрид алюминия - пьезоэлектрик. На нём делают ПАВ резонаторы и фильтры, отсюда, видимо, и потери на СВЧ. Ещё для плат он наверняка не монокристалл, дефекты добавляют потери.

Про это даже есть статья

Про пьезоэлектрик - интересная версия. Тоже думал об этом. Но почему-то мне кажется, что настолько сильное проявление пьезоэффекта должно отражаться на измерении тангенса угла потерь. То есть материал с пьезоэффектом должен давать гораздо больший тангенс. Но, производитель явно указывает его как 0,0003. А ещё пьезоэффект по идее должен зависеть от мощности электромагнитного поля. В таком случае потери должны зависеть от мощности, подаваемого сигнала. Сегодня попробую измерить на разных мощностях.
А по поводу монокристалла, поликоровые подложки разве используются в виде монокристалла? Не поликристалла? Я думал, что обычно и там и там делают поликристалл. Хотя, возможно я ошибаюсь.  Ещё допускаю, что возможно, это даже не поликристалл, а просто порошок нитрида алюминия, смешанный с клеем. Но это вообще сомнительно. Потому что в таком случае вряд ли было бы возможно получить такую большую теплопроводность. Хотя такая версия объясняла бы, почему на сайте указан неверный угол потерь. Типа, они указывают для монокристалла, а сами делают какую-то смесь. 
 

[Boriskae 1]

On 11/10/2023 at 10:29 AM, irokezer58 said:

Про пьезоэлектрик - интересная версия. Тоже думал об этом. Но почему-то мне кажется, что настолько сильное проявление пьезоэффекта должно отражаться на измерении тангенса угла потерь. То есть материал с пьезоэффектом должен давать гораздо больший тангенс. Но, производитель явно указывает его как 0,0003. А ещё пьезоэффект по идее должен зависеть от мощности электромагнитного поля. В таком случае потери должны зависеть от мощности, подаваемого сигнала. Сегодня попробую измерить на разных мощностях.
А по поводу монокристалла, поликоровые подложки разве используются в виде монокристалла? Не поликристалла? Я думал, что обычно и там и там делают поликристалл. Хотя, возможно я ошибаюсь.  Ещё допускаю, что возможно, это даже не поликристалл, а просто порошок нитрида алюминия, смешанный с клеем. Но это вообще сомнительно. Потому что в таком случае вряд ли было бы возможно получить такую большую теплопроводность. Хотя такая версия объясняла бы, почему на сайте указан неверный угол потерь. Типа, они указывают для монокристалла, а сами делают какую-то смесь. 
 

Поликор это вроде как порошок плюс склеивающий материал. Если нужен монокристаллический "поликор", можно использовать сапфировые подложки. Кстати, сейчас в России сапфировые подложки проще купить, чем поликор, ибо в России одно из самых больших производств сапфира.

[irokezer58 0]

13 минут назад, Boriskae сказал:

Поликор это вроде как порошок плюс склеивающий материал. Если нужен монокристаллический "поликор", можно использовать сапфировые подложки. Кстати, сейчас в России сапфировые подложки проще купить, чем поликор, ибо в России одно из самых больших производств сапфира.

Большое производство сапфира - это прекрасно! Но, я же не буду сам плату изготавливать. У меня нет производства плат. А чтобы кто-то делал на заказ платы на сапфире - я такого не слышал. 

Изменено 10 ноября, 2023 пользователем irokezer58

[vov4ick 35]

Поликора у нас тоже много. Его используют для гибридных схем, в том числе СВЧ, он матовый в объёме, т.к. по сути керамика (поликристаллический корунд Al2O3), примесей в нём доли процента, специально посмотрел.

Сапфир (тоже Al2O3) монокристаллический хрупкий и очень дорогой, кроме оптики, используется в микроэлектронике.

На запрос AlN керамика много чего находится, но про применение на СВЧ не пишут 😞

[Filippov.Dimas 0]

59 minutes ago, irokezer58 said:

Большое производство сапфира - это прекрасно! Но, я же не буду сам плату изготавливать. У меня нет производства плат. А чтобы кто-то делал на заказ платы на сапфире - я такого не слышал. 

 

АЕК когда-то делал, попробуйте обратиться к ним.

http://www.ad-rf.com/page/products/microwavefilters.php?lang=ru&id=all&id2=c1-asc

[Boriskae 1]

On 11/10/2023 at 1:29 PM, vov4ick said:

Поликора у нас тоже много. Его используют для гибридных схем, в том числе СВЧ, он матовый в объёме, т.к. по сути керамика (поликристаллический корунд Al2O3), примесей в нём доли процента, специально посмотрел.

Сапфир (тоже Al2O3) монокристаллический хрупкий и очень дорогой, кроме оптики, используется в микроэлектронике.

На запрос AlN керамика много чего находится, но про применение на СВЧ не пишут 😞

Слышал, что сейчас есть трудности с производством поликоровых подложек в России. А спафир не такой уж и дорогой, предприятие АО "Монокристалл" выпускает пластины миллионами штук в месяц.

[Polifer.spb 1]

В 10.11.2023 в 17:13, Boriskae сказал:

Слышал, что сейчас есть трудности с производством поликоровых подложек в России. А спафир не такой уж и дорогой, предприятие АО "Монокристалл" выпускает пластины миллионами штук в месяц.

Поправлю: трудностей с производством поликоровых подложек в России нет, мы его производим. Проблема в данный момент состоит в том, что цена потребность страны в поликоре кратно превышает возможности единственного производителя, поэтому есть некоторая очередь на годы вперед.

Сапфир как раз очень дорогой! Цена поликоровой подложки - около 1000 рублей без НДС (в зависимости от толщины и полировки), при этом от 1 штуки. Цена сапфировой подложки - 1900-1950 рублей без НДС при покупке от 10 000 (десять тысяч) штук. АО "Монокристалл" выпускал сапфировые пластины миллионами штук в месяц, когда был экспорт, а сейчас экспорт отвалился по понятным причинам.

В 10.11.2023 в 13:29, vov4ick сказал:

Поликора у нас тоже много. Его используют для гибридных схем, в том числе СВЧ, он матовый в объёме, т.к. по сути керамика (поликристаллический корунд Al2O3), примесей в нём доли процента, специально посмотрел.

Сапфир (тоже Al2O3) монокристаллический хрупкий и очень дорогой, кроме оптики, используется в микроэлектронике.

На запрос AlN керамика много чего находится, но про применение на СВЧ не пишут 😞

Мы (ООО "Полифер") на нитриде алюминия делаем СВЧ-нагрузки серийно.

В 10.11.2023 в 13:07, irokezer58 сказал:

Большое производство сапфира - это прекрасно! Но, я же не буду сам плату изготавливать. У меня нет производства плат. А чтобы кто-то делал на заказ платы на сапфире - я такого не слышал. 

 

Это потому, что у нас не развит сервис контрактного производства микроплат на керамике: каждый радиоэлектронный завод считает своим долгом содержать собственный цех для выпуска плат, чтобы не отдавать на сторону чертежи и деньги за платы.

Платы на сапфире по тонкопленочной технологии выпускают или имеют для этого все возможности: ПАО "Ставропольский радиозавод "Сигнал", КНИРТИ, Исток им. Шокина, мы (ООО "Полифер"), АО "ОКБ-Планета", АО "НПФ "Микран"... и думаю, есть еще кто-нибудь, о ком я забыл)

 

Только есть несколько важных моментов: платы на сапфире очень трудно прошить лазером (сделать отверстие) и трудно разрезать пластину на конкретные платы. "Монокристалл" утверждает, что нет никаких проблем, но я уже лет 7 как не могу добиться приемлемого уровня выхода годных из-за того, что мне никак не подобрать лазер с нужной длиной волны для задач резки и прошивки отверстий на сапфире.

[vov4ick 35]

6 часов назад, Polifer.spb сказал:

Только есть несколько важных моментов

Вот эти товарищи https://laserapr.ru/ нарезали нам монокристаллический сапфир на квадратные подложки импульсным лазером, может быть и вам помогут.

[khach 33]

Третья гармоника YAG (355нм) вполне неплохо незачерненный сапфир режет.  Сейчас появляются новые DPSS лазера на Pr:YLF, вторая гармоника 320 нм, но пока технологически надежных не встречал. А вот для литографии безмасочной субмикронной самое то.

Черненный сапфир ( с предварительно нанесенным поглотителем) режется даже СО2, но сам рез непредсказуемый получается.

[UART 14]

В 01.12.2023 в 18:54, Polifer.spb сказал:

Мы (ООО "Полифер") на нитриде алюминия делаем СВЧ-нагрузки серийно.

я вот об этом думал и подумал, что странно, что не получилось у человека...

[vov4ick 35]

Может быть дело в том что в нагрузке не важны потери в материале?