在线式微波功率传感器的封装研究

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1、摘要微波功率计广泛用于测量微波发射机／接收机的输出／输入功率、信号源的输出电平以及接收机本地振荡器的电平、天线系统辐射的功率、振荡器的输出功率、交流信号电压的均方根值以及标准交直流、毫瓦计、标准信号发生器的校准等，在国防、通讯、科研等领域有着光明的前景。最近几年，随着无线通信领域的快速发展，产业界对于无线通信设备高度集成化的需求非常强烈。这样的需求客观上刺激了微波器件向高度集成化、小型化的方向发展。随着RFMEMS技术的快速发展，把微波功率传感器通过标准的GaAsMMIC工艺制备出来已经不再是梦想。采用RFMEMS技术实现

2、的微波功率传感器能嵌入到微波和毫米波单片集成电路当中，从而实现对微波功率的在线检测。这样，不仅大大提高了集成度，还能充分利用被检测的微波信号。同时，利用RFMEMS技术制备的微波器件都是无源器件，无需消耗直流功率，在相同条件下可以显著提高系统的工作时间。微系统产业的很多研究、开发人员都把包括组装和测试在内的封装视为产品成功商业化的唯一最亟待解决的关键问题。封装实质上也是影响市场上各种RFMEMS和微系统产品总生产成本的主要因素。本文针对一种高灵敏度、宽频率范围、低的插入损耗和反射损耗、高线性度并可以转换工作状态的在线式微波

3、功率传感器进行了封装方面的研究。主要内容包括以下几个部分：．第一章对RFMEMS封装进行了综述。介绍了RFMEMS封装的定义、分类，着重介绍了适合RFMEMS封装的类型。以RFMEMS封装区别于IC封装的特殊性和它的基本要求说明为什么现在RFMEMS产品的封装和组装已成为RFMEMS和微系统生产中的主要成本。提出了目前关于封装问题大家研究比较多的方向，包括讨论了MEMS封装分类、功能和基本的工艺方法，以及MEMS封装和微电子封装的异同，列出了这几个方面目前的发展状况以及面临的问题。第二章研究了作为封装对象的在线式微波功率传

4、感器。介绍了在线式微波功率传感器的主要性能参数、工作原理和设计结构。第三章是讨论封装工艺对于封装后器件性能影响的热学、电磁学分析。本文采用多层异质结构建立的热学模型分析了封装后引入的热效应对在线式微波功率传感器灵敏度、热时间常数、耦合度的影响。本文还模拟验证了封装对在线式微波功率传感器微波特性的影响，分别针对不同的粘结层高度、宽度和厚度，以及不同的顶盖设计，利用高频结构模拟软件HFSS分别进行了研究。基于上述研究结果，本文还总结了一些适用于射频封装设计的准则。‘第四章是对基于GaAsMMIC工艺研制出的在线式微波功率传感器

5、进行了测试和封装。本文详细介绍了传感器的封装流程，并对封装前的传感器进行了测试。封装前的传感器在x波段(8．12GHz)，功率传感器的插入损耗小于2．65dB，回波损耗小于．28．7dB。在10GHz中心频率处的灵敏度大于261zV／mW。第五章基于前面的研究内容，提出了一种在线式微波功率传感器的封装设计，该设计充分考虑了封装热效应对在线式微波功率传感器的影响，且完全符合射频封装的要求。关键词：MEMS在线式微波功率传感器GaAsMMIC封装AbstractAsthedevelopmentofcommunications。

6、apowermeterhasbeenwidelyusedinthefieldsofnationaldefense，communication，scientificresearchandSOon．Inrecentyears，theurgentdemandsinwirelessapplicationsandcommunicationsystemsrequireexpandingdevelopmentfortheapplicationofintegratedmicrowavedevices．Nowadays，withtherap

7、iddevelopmentoftechnologyofMEMS，whenthemicrowavepowersensorCanbefullycompatiblewiththeGaAsMMICprocess，sensorscanbeinsertedintomicrowaveandmillimeter-wavemonolithicintegratedcircuitstorealizein-linetypemicrowavepowermeasurement．Asaresult,hi：曲integrationdensitycallb

8、eachievedandthemicrowavesignalisavailableafterthemeasurement．Besides，themicrowavecomponentfabricatedbyMEMStechnologyispassivedevicewhichtheconsumptionof