曹 艷

（陜西華經(jīng)微電子股份有限公司，陜西 西安 710065）

0 引 言

厚膜混合集成微型傳感信號(hào)諧振電路的研制成功，能夠使高精度小型化振動(dòng)筒壓力傳感器所用諧振電路部分能夠系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，不僅能滿(mǎn)足現(xiàn)有幾十種已有大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的量程的振動(dòng)筒壓力傳感器的應(yīng)用要求，還可廣泛應(yīng)用于各種新型飛機(jī)的大氣數(shù)據(jù)傳感器及使用環(huán)境相似的傳感器，同時(shí)可以用于航天某型號(hào)導(dǎo)彈用振動(dòng)筒壓力傳感器，并在商用支線(xiàn)飛機(jī)等民用航空FADEC（全權(quán)數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制）系統(tǒng)、壓力檢測(cè)設(shè)備上具有廣泛的推廣和應(yīng)用前景。

1 產(chǎn)品描述和分析

1.1 主要技術(shù)指標(biāo)

產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 產(chǎn)品外形尺寸

產(chǎn)品外形尺寸見(jiàn)圖1。

1.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)條件，確立了混合傳感放大器的研制方案。整個(gè)電路由3部分組成，分別為選頻放大電路、限幅放大電路和方波產(chǎn)生電路。

選頻放大電路。給電路輸入一個(gè)微小的正弦波信號(hào)，經(jīng)RC電路進(jìn)行濾波，通過(guò)運(yùn)算放大器及外圍電路構(gòu)成的T型選頻網(wǎng)絡(luò)，對(duì)正弦輸入信號(hào)進(jìn)行選頻放大，得到要求的正弦波信號(hào)輸出到下一級(jí)。

限幅放大電路。另一路輸入信號(hào)從產(chǎn)品11腳輸入，經(jīng)過(guò)放大后通過(guò)運(yùn)算放大器和二極管組成的限幅電路進(jìn)行限幅獲得準(zhǔn)方波，再經(jīng)三極管進(jìn)行放大處理，在電路輸出端6腳獲得驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈所需的電壓。

方波產(chǎn)生電路。從11腳輸入的信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路進(jìn)行限幅放大，而對(duì)另一路輸入信號(hào)進(jìn)行選頻放大、濾波，再通過(guò)精密電壓比較器獲得同頻率的方波信號(hào)，以滿(mǎn)足電路輸出方波頻率范圍在7～35 kHz的要求。

1.4 產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）產(chǎn)品工作溫度范圍寬、精度高、性能穩(wěn)定以及可靠性高；

（2）溫度電壓放大電路和諧振電路部分分開(kāi)獨(dú)立設(shè)計(jì)，減小了兩者之間的相互干擾，使輸出更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定；

圖1 產(chǎn)品外形尺寸

（3）雙列直插，全金屬密封封裝結(jié)構(gòu)，減少了外界的電磁干擾，提高了傳感器的整體精度，且可插拔性能好、散熱好、耐濕以及防鹽霧；

（4）整體設(shè)計(jì)方案的電路簡(jiǎn)潔、工藝選擇合理，封裝結(jié)構(gòu)可靠，保證了產(chǎn)品的性能穩(wěn)定、可靠性高等特點(diǎn)；

（5）體積?。ㄩL(zhǎng)×寬×高≤21 mm×18.5 mm×5.5 mm），重量輕，使用方便。

2 研制過(guò)程中主要解決的關(guān)鍵工藝技術(shù)

這種微型傳感諧振電路的研制過(guò)程中主要解決的關(guān)鍵工藝技術(shù)問(wèn)題，是產(chǎn)品的封裝工藝和厚膜混合集成工藝。

2.1 金屬封裝工藝

產(chǎn)品采用14腳的雙列直插式排列方式、平行縫焊封裝工藝以及全金屬封裝結(jié)構(gòu)的外殼?，F(xiàn)有的平行封焊夾具更適合對(duì)體積較大的產(chǎn)品進(jìn)行封裝。由于該產(chǎn)品體積較小，在封裝過(guò)程中產(chǎn)品的一個(gè)方向容易翹起，導(dǎo)致產(chǎn)品需要進(jìn)行二次封裝，且密封和水汽均無(wú)法滿(mǎn)足要求。為此，設(shè)計(jì)了高精度的專(zhuān)用封裝夾具，既便于操作，又滿(mǎn)足了產(chǎn)品密封和水汽的要求，而且具有良好的電磁屏蔽效果，更有利于產(chǎn)品的批產(chǎn)化。

2.2 厚膜混合集成工藝

產(chǎn)品采用厚膜混合集成工藝。典型厚膜混合集成電路是以96%的AL2O3陶瓷基片作為線(xiàn)路的基板[1]。電容采用再流焊工藝，裸芯片粘接后進(jìn)行金絲壓焊，有效縮小了產(chǎn)品體積。由于產(chǎn)品的體積小、印刷導(dǎo)體線(xiàn)條密集、導(dǎo)帶細(xì)、線(xiàn)間距小，因此增加了印刷難度。為了防止印刷時(shí)不同層間的錯(cuò)位，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了幾個(gè)印刷定位點(diǎn)，避免了用肉眼觀察導(dǎo)體間相對(duì)位置造成的誤差，保證了印刷時(shí)導(dǎo)體位置的準(zhǔn)確性和不同層間導(dǎo)體銜接的良好性，減小了誤差，同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性。

3 產(chǎn)品工藝概況

電路采用厚膜混合集成電路集成工藝，電阻連同導(dǎo)帶用平面厚膜印刷、燒結(jié)，激光調(diào)阻，保證電阻阻值的精度、穩(wěn)定性和一致性。基片表面非焊區(qū)部分采用表面鈍化保護(hù)；集成塊采用裸芯片粘接后金絲壓焊，電容采用再流焊技術(shù)，可靠性更高；封裝結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)殼體，全金屬密封，引線(xiàn)鍍金，表面鍍鎳，適于抗耐濕、防鹽霧要求，同時(shí)保證屏蔽性，防止外界干擾影響產(chǎn)品精度與穩(wěn)定性。

按照單位的通用工藝要求和產(chǎn)品的組裝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工藝工序?yàn)椤癙ROTELL布圖→制版→印刷→烘干→燒結(jié)→激光調(diào)阻→表面裝配→測(cè)試→封裝→篩選”。其中，關(guān)鍵工序包括厚膜印刷和金絲球焊。厚膜印刷要求操作人員嚴(yán)格按照產(chǎn)品圖紙及相關(guān)工藝文件進(jìn)行操作，需要產(chǎn)品圖形（包括導(dǎo)體、電阻、介質(zhì)、玻璃等）清晰、完整、無(wú)毛刺、漏瓷、污染、劃傷、手印、錯(cuò)位、表面起毛以及表面發(fā)花等現(xiàn)象。焊接在混合集成電路中占有十分重要的地位，利用金絲球焊可增加焊點(diǎn)的強(qiáng)度，降低焊接的失效機(jī)率。實(shí)踐證明，利用金絲球焊技術(shù)可以得到高可靠的混合集成電路。

產(chǎn)品制造過(guò)程中，嚴(yán)格按照質(zhì)量保證大綱和各工序質(zhì)量控制要求進(jìn)行生產(chǎn)，各批次產(chǎn)品均達(dá)到了指標(biāo)要求，送用戶(hù)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試均合格。

4 產(chǎn)品可靠性情況

4.1 實(shí)施依據(jù)

GJB450A—2004《裝備可靠性工作通用要求》和GJB2438—2002《混合集成電路通用規(guī)范》。

4.2 可靠性分配與設(shè)計(jì)

4.2.1 可靠性預(yù)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的始終。在線(xiàn)路設(shè)計(jì)方面、元器件選用方面進(jìn)行綜合考慮，簡(jiǎn)化線(xiàn)路，減少了元器件數(shù)量，并綜合考慮了元器件性能的余量設(shè)計(jì)。根據(jù)GJB/Z299C—2006《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行了理論計(jì)算和預(yù)計(jì)。

根據(jù)電路包含的電子元器件及膜電阻（集成電路5只、膜電阻26只、片電容13只、三極管7只、二極管1只）予以計(jì)算分析（其中N表示元器件個(gè)數(shù)），得到產(chǎn)品平均故障間隔時(shí)間為10.11萬(wàn)小時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)滿(mǎn)足協(xié)議要求。

4.2.2 可靠性設(shè)計(jì)

對(duì)這種微型傳感信號(hào)諧振電路的可靠性設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面[2]：

（1）電路設(shè)計(jì)選用電路簡(jiǎn)潔、已成熟的功能電路；

（2）元器件方面，選用質(zhì)量穩(wěn)定、工作溫度范圍寬的元器件；

（3）熱設(shè)計(jì)方面，產(chǎn)品本身無(wú)大電流，自殼體散熱；

（4）元器件及殼體采用阻燃材料保證產(chǎn)品安全。

5 存在的主要問(wèn)題及努力方向

在后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中，需要加強(qiáng)生產(chǎn)組裝過(guò)程中的工藝控制，優(yōu)化篩選工裝夾具，不斷提高產(chǎn)品的合格率，力求為客戶(hù)整機(jī)提供更穩(wěn)定、更可靠的產(chǎn)品，按照低功耗、小型化、批產(chǎn)化和高可靠的設(shè)計(jì)原則，持續(xù)地滿(mǎn)足客戶(hù)在傳感放大器方面不斷提出的需求。

6 結(jié) 論

所述產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，可替代美國(guó)Weston Aero公司的系列產(chǎn)品，目前主要為飛機(jī)高度、速度以及氣象探測(cè)等傳感器系統(tǒng)提供配套電路，有望推廣到精密壓力測(cè)量領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。