§ 4.4. Контрольные датчики в системе ГАП

Источником информации на основных этапах изготовления РЭА на базе ОИС СВЧ являются контрольные датчики со средствами преобразования аналоговой измерительной информации в цифровой код (по существу, это измерительные преобразователи). Номенклатура датчиков в ГАП РЭА определяется ее функциональными особенностями. Это и входной, и пооперационный, и выходной контроль ЭБ, законченных функциональных узлов и аппаратуры в целом.

Рассмотрим некоторые типичные датчики, которые найдут применение.в системе ГАП.

При создании миниатюрных БЭ измерительных преобразователей необходимо широко использовать принципы проектирования ОИС СВЧ, причем выводы энергии преобразователей должны быть согласованы со стандартными измерительными трактами ).

Следует отметить, что надежность СВЧ модулей на этапе сборки и регулировки во многом определяется качеством пооперационного контроля БЭ и функциональных узлов. Пооперационный контроль позволяет своевременно обнаружить отклонение выходных параметров от заданных и, если возможно, скорректировать его соответствующей регулировкой либо снять с дальнейшего монтажа бракованный узел.

Несмотря на простоту конструкции и технологического процесса изготовления ИС СВЧ, надежность при их использовании в многофункциональных ОИС должна быть исключительно высокой, что обуславливает весьма жесткие требования на конструктивно-электрические характеристики ОИС. Особенности технологии изготовления ОИС СВЧ делают пооперационный контроль и измерение их электрических характеристик на базе существующего измерительного оборудования (коакскально-волноводные измерительные тракты) практически невозможным. В результате этого бракованные узлы обнаруживаются только в конце технологического цикла сборки СВЧ модуля при проверке его интегральных характеристик в отделе технического контроля, что существенно снижает выход годных изделий.

) Существует большая многолетняя и весьма, к сожалению, устойчивая проблема согласования новой «нестандартной» РЭА со стандартной измерительной аппаратурой. Она во многом определяется ведомственной разобщенностью создателей РЭА и измерительной техники.

Учитывая высокие темпы развития ОИС СВЧ и переход к их массовому производству, необходимо:

- увеличивать быстродействие контрольных датчиков, связанное с их механическим подключением к сборочному узлу на технологической линии;

- использовать простые по конструкции широкополосные переходы на миниатюрные ЛП, имеющие высокую повторяемость параметров при многократном переключении;

Ггнерапи

Рис. 4.1

- более широко применять неразрушающие методы контроля;

- повышать точность измерений с использованием микропроцессоров;

- автоматизировать процесс измерения, обработки и регистрации данных [А. Н. Тихонов, 1980).

Ниже предлагаются пути реализации перечисленных требований к измерительным преобразователям, использующим физико-технические свойства ОИС СВЧ, и рассматриваются некоторые типичные датчики, которые перспективны для применения в системе ГАП.

Многозондовый датчик для измерения комплексных сопротивлений. Конструкция измерительного датчика комплексных сопротивлений показана на рис. 4.1. Основы датчика составляют: диэлектрическая подложка /, на одной стороне которой расположен узкий проводник НПЛ 2, а с другой стороны подложки, в экранном слое 3 (перпендикулярно НПЛ), выполнены четыре измерительных зонда А, В, С, D ввиде закороченных с одной стороны СЩЛ на расстоянии / друг от друга, равном 1/8 средней длины волны

в НПЛ. Измерительный датчик изготавливается из материала той же толщины, что и измеряемая СВЧ ИС. Подсоединение измеряемой ИС к датчику производится с помощью гальванических прижимов либо за счет встроенного датчика в ИС для контроля частотных характеристик на всех этапах (операциях) технологической сборки.

Особенности работы измерительного датчика состоят в следующем. Отрезок НПЛ 2 с одной стороны подключается к генератору СВЧ колебаний, а с другой нагружается на измеряемую комплексную нагрузку, между которыми в НПЛ возникает стоячая волна.

В СЩЛ ответвляется небольшая часть мощности, распространяющейся по НПЛ. Поперечное магнитное поле НПЛ совпадает по направлению с магнитным полем СЩЛ, причем амплитуда сигнала, проходящего по СЩЛ, пропорциональна суммарной амплитуде падающей и отраженной от исследуемой нагрузки волн в соответствующей точке НПЛ. Коэффициент связи между НПЛ и СЩЛ зависит от расстояния Хо между центром НПЛ и короткозамкнутым концом СЩЛ, а также волнового сопротивления СЩЛ. Мощность волны, возбуждаемой в СЩЛ, через переключатели на pin-диодах 4-13 подается на общую квадратичную детекторную секцию 14. Применение переключателей исключает проблему подбора идентичных по характеристикам детекторов, что существенно повышает точность датчика.

Экспресс-метод контроля диэлектрических проницаемос-тей подложек. Для обеспечения высокой надежности СВЧ модуля в ряде случаев необходим 100-процентный браковочный контроль подложек по диэлектрической проницаемости. В этом случае желательно применять неразрушающий метод контроля. Среди всех известных способов наибольшее распространение на практике получил резонансный метод с использованием кольцевого резонатора на НПЛ (рис. 4.2).

Кольцевой резонатор 1 выполнен на верхней стороне подложки 2, а в слое металла 3 вырезаны входная 4 и выходная 5 СЩ-Л. Возбуждение резонатора осуществляется по магнитному полю (индуктивное возбуждение). Исследуемый образец 6 накладывается на поверхность резонатора, перекрывая его полностью.

Принцип работы контрольного датчика следующий. Сигнал, подаваемый от генератора через резонатор, попадает на детектор, с помощью которого фиксируется резонансная частота. При внесении на поверхность резонатора диэлектрической подложки наблюдается смещение резонансной частоты. Поскольку проницаемость среды пропор-