СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКНА ВЫВОДА ЭНЕРГИИ СВЧ
METHOD OF PRODUCING SHF ENERGY OUTPUT WINDOW

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам изготовления волноводных узлов устройств СВЧ диапазона.
В настоящее время при производстве электровакуумных и волноводных устройств СВЧ диапазона большое внимание уделяется оптимизации технологических процессов, позволяющей снизить себестоимость изготовления изделий без потери качества. Эта задача достигается в том числе путем использования технологических процессов, не требующих дорогостоящего оборудования и больших энергозатрат.
Из уровня техники известно большое количество способов изготовления окон вывода энергии СВЧ, сущность которых состоит в креплении диэлектрической пластины к металлическому основанию. Например, припайка пластины к основанию припоем, приклеивание и прочее. Однако наиболее надежным способом изготовления окна вывода энергии СВЧ является непосредственное спаивание стеклянной пленки и металлического основания, так как такой тип соединения отличается гарантированной вакуумной плотностью, надежностью и долговечностью.
Известен способ изготовления окна вывода энергии (патент РФ №2300162, приоритет 11.11.2005 г.). Он состоит в том, что к металлическому основанию с отверстием припаивают диэлектрическую пластину из алмаза, которая обладает низкими диэлектрическими потерями. Однако поскольку коэффициент линейного теплового расширения алмаза резко отличается от КЛТР металла основания, то требуется сложная технология обработки пластины: в частности, последовательное напыление на пластину в вакууме карбидообразующих металлов, с последующим нанесением слоя никеля гальваническим осаждением, затем активизацией паяемости пластины, путем обработки пластины в расплаве щелочи, и последующим нагревом ее при температуре 750-800°С.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения паяного соединения металла со стеклом (патент РФ №2148038, приоритет от 02.11.1998 г.), выбранный в качестве прототипа и включающий подготовку деталей и их сборку, предварительный подогрев металлической детали до температуры, превышающей температуру нагрева припаивания ее к стеклу, охлаждение, последующий нагрев деталей в среде защитного газа до температуры припаивания, выполнение припаивания путем формирования спая натеканием размягченного стекла на металлическую деталь и выдержки деталей при температуре припаивания стекла к металлу, охлаждение деталей, причем предварительный подогрев производят после сборки, при этом осуществляют одновременно подогрев стеклянной детали от нагретой металлической детали, а охлаждают детали после предварительного подогрева в потоке защитного газа до потери ими красного свечения. Однако изложенный способ не позволяет получить гарантированного перекрытия отверстия в основании окна вывода энергии СВЧ стеклянной пленкой.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и упрощение процесса изготовления окна вывода энергии СВЧ.
Технический результат достигается тем, что предлагается способ изготовления окна вывода энергии СВЧ, выполненного в виде плоского металлического основания со сквозным отверстием вдоль края которого сформирована фаска, и стеклянной пленки перекрывающей отверстие, края которой вакуумноплотно спаяны с поверхностью фаски, включающий окисление металлического основания при нагреве на воздухе и использование защитной газовой среды для предотвращения окисления металла в процессе пайки со стеклом, при этом нагрев осуществляют с помощью индуктора, предварительно окисленное металлическое основание помещают под колбу, оснащенную прозрачной верхней крышкой, сверху на металлическое основание укладывают стеклянную пленку, затем нагревают металлическое основание с одновременным визуальным наблюдением в микроскоп за процессом спаивания стеклянной пленки с основанием, и после того как область припаянной к основанию пленки достигает края фаски, температуру нагрева повышают на 8-20°С, после образования спая на всей поверхности фаски защитную газовую среду заменяют на водород, прекращают нагрев, и после охлаждения металлического основания удаляют стеклянную пленку за пределами фаски шлифованием.
В предлагаемом способе изготовления окна вывода энергии СВЧ в случае использования основания из металлов с хорошей спаиваемостью со стеклом, укладывают стеклянную пленку такого размера, чтобы ее края не выходили за пределы основания.
В предлагаемом способе изготовления окна вывода энергии СВЧ в случае использования основания из металлов с плохой спаиваемостью со стеклом, укладывают стеклянную пленку такого размера, чтобы ее края выходили за пределы основания со всех сторон.
В предлагаемом способе изготовления окна вывода энергии СВЧ нагрев спаиваемых деталей осуществляют в колбе, изготовленной из кварцевого стекла, помещенной в индуктор и оснащенной верхней прозрачной крышкой, что позволяет контролировать процесс припайки стеклянной пленки к металлическому основанию на всех стадиях технологического процесса. Контроль осуществляется визуальным способом посредством использования микроскопа. Таким образом достигается повышение надежности паянного соединения при простоте используемого способа. В процессе пайки припаивание стеклянной пленки происходит в направлении от краев металлического основания к центру, при этом когда область спая достигает сквозного отверстия, температуру нагрева повышают на 8-20°С. Повышение температуры в данном диапазоне позволяет достичь дополнительного размягчения стеклянной пленки для того, чтобы она опустилась до нижнего края фаски. В результате стеклянная пленка надежно спаивается с поверхностью фаски. Повышение температуры на большую величину приводит к нарушению целостности стеклянной пленки.
В случае, если металлическое основание изготовлено из металла с хорошей спаиваемостью со стеклом, например, из ковара, подготавливают стеклянную пленку такой конфигурации и размера, чтобы она не выходила за края металлического основания, так как выходящая за пределы металлического основания пленка припаяется к его боковой поверхности, что потребует дополнительной операции по ее удалению.
В случае, если металлическое основание изготовлено из металла с плохой спаиваемостью со стеклом, например, из молибдена, подготавливают и укладывают пленку такой конфигурации и размера, чтобы она выступала за края металлического основания со всех сторон. Адгезия стеклянной пленки к молибдену хуже, чем, например, к ковару, и, если пленка не выступает за пределы металлического основания, она при разогреве сворачивается. Выступающая за край металлического основания часть пленки, которая непосредственно не контактирует с его поверхностью, и остается при нагреве холодной, служит своеобразным каркасом, удерживающим разогреваемую на поверхности металлического основания область пленки от сворачивания.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена установка для реализации предлагаемого способа изготовления окна вывода СВЧ энергии:
1 - металлическое основание в виде диска;
2 - индуктор;
3 - стеклянная пленка;
4 - колба с прозрачной верхней крышкой;
5 - Керамическая втулка;
6 - резиновое уплотнение для предотвращения утечки защитного газа;
7 - станина.
На фиг. 2 представлено расположение стеклянной пленки 3 на металлическом основании 1. А - на основании из основания из металла с хорошей спаиваемостью со стеклом; Б - на основании из металла с плохой спаиваемостью со стеклом.
Пример №1. Металлическое основание 1, представляющее собой диск из ковара с прямоугольным отверстием в центре и фасками вдоль края отверстия, с помощью индуктора 2 прогревают на воздухе до красного свечения для окисления поверхности металлического основания 1 и охлаждают. На металлическое основание 1 помещают пленку 3 из стекла С50-1. Накрывают все это колбой 4, под которой есть возможность создавать газовую среду азота или водорода. Индукционно разогревают металлическое основание 1, наблюдая за ним в окуляре микроскопа сквозь прозрачное стекло колбы 4. Наблюдают возникающую у края основания 1 и распространяющуюся к его центру область припаянной к основанию пленки 3. Когда область припаянной к металлическому основанию 1 пленки 3 достигает внешних краев фаски температуру нагрева повышают на 10°С. Когда область припаянной пленки 3 распространится на фаски, а пленка 3 над отверстием опустится до нижнего края фасок, среду азота под колбой 4 заменяют на водород и прекращают нагрев. После охлаждения, стекло с плоской поверхности металлического основания 1 сошлифовывают с помощью абразива.
2
3
3
Пример №2. Металлическое основание 1, представляющее собой диск из молибдена с прямоугольным отверстием в центре и с фасками вдоль края отверстия, с помощью индуктора 2 прогревают на воздухе до появления дымления (образование на поверхности основания окислов MoO и МоО) и охлаждают. Затем помещают металлическое основание 1 под колбу 4 со средой азота и индукционно нагревают до появления и прекращения легкого дымления (удаление (возгонка) окислов МоО). Удаляют колбу 4 и укладывают на металлическое основание стеклянную пленку 3 из стекла С48-3. Размер и конфигурация пленки 3 таковы, что пленка везде выступает за пределы металлического основания 1. Далее процесс получения окна вывода энергии СВЧ с основанием из молибдена осуществляют так же, как и в случае основания из ковара в примере №1.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления окна вывода энергии СВЧ для электронных приборов позволяет снизить трудоемкость и стоимость изготовления, а также повысить надежность.