衰减陶瓷在真空电子器件中的应用

2009-12-01 李秀霞中国科学院电子学研究所

　　衰减瓷是超高频器件中的衰减介质材料,用于吸收部分不需要的微波电磁场能量,要求具有衰减比大,热稳定性好,高温不放气等性能。衰减瓷一般是多孔结构,往往需要用特殊的封接工艺。衰减瓷用于超高频器件的内部,起着体积衰减作用或同轴磁控管中的抑制寄生模式的瓷环等。其中瓷的衰减量与陶瓷的制造工艺有关,但它在整个器件的导热情况却与封接工艺有关。

　　一般情况下,我们把衰减瓷环一个挨一个的摆放在腔体内,用无氧铜环压紧并把无氧铜环焊在腔体内,达到固住衰减瓷的目的。简要的结构示意图如图1 所示。这样的结构工艺较简单。但是衰减瓷环与腔体不能有良好的接触,不能与腔体合为一个整体,而且由于衰减瓷环与腔体(一般为无氧铜) 膨胀系数不同,在器件工作时由于温度较高,使得衰减瓷环与腔体脱离,不利于热量及时导出,从而会产生震荡,影响整个管体性能,造成器件不能正常的工作或使用寿命缩短。针对此现象本文通过实验,采取了Ti-Ag-Cu 的活性焊接方法,把衰减瓷与腔体焊接在一起,成为一个整体,并通过改进模夹具,避免了衰减瓷在焊接过程中的炸裂现象, 使衰减瓷与腔体有着良好的接触,热量能够及时散出,延长了使用寿命。

原焊接位置结构示意图

图1 　原焊接位置结构示意图

1、实验过程

1.1、使用材料

　　无氧铜管、无氧铜环(按规范进行化学清洗);Ti-Ag-Cu 焊料片按规范进行化学清洗并进行真空炉退火;

　　BeO瓷环,(BeO:94%,TiO2:6% ) ,按规范进行清洗并进行真空炉烧结。

1.2、模具的选用

　　由于石墨材料的膨胀系数较小,选用石墨材作为对中模具,即保证了部件的对中同心精度,又解决了瓷环焊接时由于使用不锈钢模具所引起的陶瓷炸裂现象。另外选用石墨材料装在无氧铜管的外围,也有效地抑制无氧铜高温膨胀。实验中所用的对中模具和抑制膨胀模具分别如图2(a) 和图2(b)所示。

对中模具和抑制膨胀模具

图2 　对中模具和抑制膨胀模具

1.3、装架步骤

　　将清洗好的无氧铜环和BeO衰减瓷环按装架顺序摆放好,把Ti-Ag-Cu焊料片剪成衰减瓷环外套封的侧面积大小,并卷在已摆放好无氧铜环和衰减瓷环的外表面,一起插入欲焊接的无氧铜管中的焊接的部位(侧封) 。改进后的焊接位置如图3 所示。通过这样的改进,可以使每一个衰减瓷环都能够与无氧铜管有着良好的接触,利于热量的导出。放入对中模具和抑制膨胀的模具中准备焊接。

改进后的焊接位置示意图