ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
ELECTRODE ASSEMBLY OF ELECTRONIC DEVICES

Изобретение относится к электронной технике, в частности к приборам вакуумной микроэлектроники, а именно к выполнению электродного узла указанных приборов.
Такие приборы обычно содержат два или более электродов, для которых должно быть осуществлено взаимное позиционирование, обеспечивающее соблюдение расстояния между ними с высокой точностью. С этой целью в подобных устройствах используют разделительные элементы - спейсеры.
Так, в автоэмиссионном триоде по патенту РФ №2110811 (опубл. 20.08.1998) [1] для позиционирования управляющего электрода и анода относительно многоострийного эмиттера используются спейсеры в виде покрытых изолирующим слоем столбиков, выполненных как единое целое с подложкой, на которой выполнены острия эмиттера.
В рентгеновской трубке триодного типа по патенту США №8300769 (опубл. 30.10.2012) [2] плоские катод с автоэлектронной эмиссией и управляющий электрод разделены диэлектрическим спейсером в виде двух полуколец и опираются на него с противоположных сторон.
В одном из примеров выполнения устройства по патенту США №6850595 (опубл. 01.01.2005) [3], тоже относящегося к рентгеновской трубке, упомянутые электроды разделены спейсером в виде кольца.
Важной характеристикой подобных устройств является устойчивость их по отношению к электрическому пробою в электродном узле, поскольку поля между электродами в процессе работы этих устройств могут иметь весьма высокую напряженность.
Электрическая прочность промежутков между электродами в обоих приведенных в качестве примеров электродных узлах и во многих других случаях, когда электроды опираются на спейсеры, фактически определяется расстоянием между электродами (толщиной спейсера), поскольку с ним совпадает протяженность разрядного промежутка в случае электрического пробоя по поверхности спейсера.
В устройстве по патенту РФ №2248643 (опубл. 20.03.2005) [4], имеющем электроды с коаксиальным взаимным расположением, размещенный между ними спейсер для увеличения протяженности разрядного промежутка снабжен пазами. Аналогичное решение может быть применено и в случае плоских электродов, опирающихся на спейсер. Так, использование данного принципа предусмотрено в патенте США №8350459 (опубл. 08.01.2013) [5], где спейсер для увеличения протяженности разрядного промежутка выполнен с боковой поверхностью, имеющей волнистый рельеф.
Однако осуществление подобного решения при малых (микронных и субмикронных) промежутках между электродами встречает серьезные технологические трудности, так как каждый паз должен иметь ширину, составляющую небольшую часть от толщины спейсера, соответствующей указанному малому промежутку между электродами.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении электрической прочности электродного узла при малых расстояниях между электродами.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является конструкция электродного узла с плоскими электродами по патенту [3].
Предлагаемый электродный узел, как и наиболее близкий к нему известный, содержит два плоских электрода и разделяющий их кольцеобразный диэлектрический спейсер, на который с противоположных сторон опираются электроды.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом электродном узле, в отличие от наиболее близкого к нему известного, оба электрода снабжены расположенными по их периферии выступами и опираются на спейсер этими выступами, причем выступы одного электрода находятся напротив промежутков между выступами другого электрода.
Благодаря предлагаемому выполнению электродного узла протяженность разрядного промежутка по поверхности спейсера, по которому может произойти пробой, увеличивается за счет того, что этот промежуток дополнительно включает часть расстояния между соседними выступами электродов. Последнее же может быть существенно больше, чем расстояние между электродами, определяемое толщиной спейсера.
Наиболее целесообразно такое выполнение электродного узла, когда электроды имеют одинаковое количество выступов, распределенных равномерно по периферии каждого из них, и при этом выступы одного электрода находятся напротив середин промежутков между выступами другого электрода. В этом случае увеличение протяженности разрядного промежутка, по которому может произойти пробой, максимально.
Для дополнительного увеличения протяженности разрядного промежутка, по которому может произойти пробой, кольцеобразный диэлектрический спейсер может быть выполнен с пазами, ориентированными ортогонально его направляющей окружности.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых схематически представлены:
- на фиг. 1 - элементы электродного узла по наиболее близкому известному техническому решению;
- на фиг. 2 - электродный узел по наиболее близкому известному техническому решению в сборе;
- на фиг. 3 - элементы предлагаемого электродного узла;
- на фиг. 4 - предлагаемый электродный узел в сборе;
- на фиг. 5 - часть спейсера предлагаемого электродного узла, выполненного с пазами;
- на фиг. 6 - фрагмент изображения предлагаемого электродного узла со спейсером по фиг. 5.
Выполнение электродных узлов в соответствии с наиболее близким известным и предлагаемым техническими решениями на чертежах иллюстрируется на примере, когда указанные решения применены в катодно-сеточном узле автоэмиссионного электронного прибора, содержащего плоские катодный и вытягивающий (управляющий) электроды и спейсер.
Позициями 1.1, 2.1 и 3.1 на фиг. 1 и фиг. 2 обозначены, соответственно, катодный электрод, спейсер и вытягивающий (управляющий) электрод устройства по известному техническому решению, а позициями 1.2, 2.1 и 3.2 на фиг. 3 и фиг. 4 - соответственно, катодный электрод, спейсер и вытягивающий (управляющий) электрод устройства по предлагаемому техническому решению. Позициями 4.1 и 4.2 на фиг. 2 и фиг. 4 соответственно обозначены электродные узлы в сборе на основе известного и предлагаемого технических решений, показанные в двух проекциях.
В данном иллюстративном примере в обоих устройствах вытягивающий (управляющий) электрод (позиции 3.1, фиг. 1 и 3.2, фиг. 3) выполнен в виде находящейся в его центральной части сетки (3.1.1, фиг. 1 и 3.2.1, фиг. 3), закрепленной на "непрозрачной" периферийной части (3.1.2, фиг. 1 и 3.2.2, фиг. 3).
Катодный электрод в обоих устройствах имеет центральную эмитирующую часть (1.1.1, фиг. 1 и 1.2.1, фиг. 3) и периферийную часть (1.1.2, фиг. 1 и 1.2.2, фиг. 3).
Спейсеры обоих устройств (позиция 2.1 на фиг. 1 - фиг. 4) выполнены одинаково и имеют кольцеобразную форму, т.е. форму тороида, под которым здесь понимается любое тело, похожее на тор - тело, образованное вращением образующей плоской фигуры (круга, эллипса, прямоугольника или др.) вокруг оси, лежащей вне этой фигуры в ее плоскости. При этом вращении центр указанной образующей фигуры перемещается по окружности, называемой направляющей окружностью. Спейсер по фиг. 1-4 имеет образующую фигуру в виде прямоугольника.
Особенностью конструкции устройства по предлагаемому техническому решению является то, что оба электрода (1.2, 3.2, фиг. 3) в их периферийных частях (1.2.2, 3.2.2) имеют выступы (позиции 1.2.3 и 3.2.3 на фиг.3 и фиг. 4). При сборке электроды устанавливают по разные стороны от спейсера 2.1 и ориентируют относительно друг друга так, чтобы выступы одного оказались напротив промежутков между выступами другого (см. фиг. 4: позиции 1.2.3 - выступы первого электрода (в данном примере - катодного электрода 1.2), позиции 3.2.3 - выступы второго электрода (в данном примере - вытягивающего (управляющего) электрода 3.2). Оба электрода опираются своими выступами на противоположные стороны поверхности спейсера 2.1.
На фиг. 3 и фиг. 4 представлен наиболее предпочтительный (но не являющийся обязательным и единственно возможным) частный случай выполнения электродов, когда они имеют одинаковое количество выступов, распределенных равномерно по периферии каждого из электродов, и, кроме того, выступы одного электрода находятся напротив середин промежутков между выступами другого электрода.
В устройстве по наиболее близкому известному техническому решению протяженность пути пробоя равна толщине h спейсера 2.1, показанной на фиг. 2. В предлагаемом же устройстве при указанном наиболее предпочтительном симметричном расположении выступов одного электрода между выступами другого она примерно равна L/2+h, где L - длина дуги между серединами выступов, показанная на фиг. 3; толщина h спейсера 2.1, показанная на фиг. 4, - такая же, как на фиг. 2 для известного устройства.
Поскольку, как правило, L значительно больше h, протяженность пути пробоя может быть увеличена в несколько раз. Например, согласно примеру, приведенному в патенте [2], расстояние между электродами (толщина спейсера) может составлять от 10 до 1000 микрон при диаметре порядка 1 см. В этом случае, приняв количество выступов равным четырем и L=7 мм (несколько меньше четверти длины окружности при диаметре 1 см) и выбрав в качестве h среднее значение (500 микрон = 0,5 мм), получим увеличение протяженности пути пробоя в 8 раз.
На фиг. 5 показана в двух проекциях часть 2.2 спейсера в частном случае его выполнения, когда он имеет пазы 5, а на фиг. 6 - часть 4.3 электродного узла, содержащего такой спейсер. Пазы 5 кольцеобразного диэлектрического спейсера ориентированы ортогонально его направляющей окружности 6. Наличие таких пазов увеличивает протяженность пути возможного пробоя на величину, равную произведению количества пазов на длине упомянутой выше дуги между серединами выступов электродов на сумму ширины и удвоенной глубины паза (при прямоугольной форме пазов). При этом ширина пазов может быть как меньше, так и больше расстояния между электродами (т.е. толщины спейсера), а выполнение их при указанной ориентации связано с меньшими технологическими трудностями, чем при ориентации в соответствии с известными техническими решениями, когда пазы "делят" спейсер на части по его толщине, которая значительно меньше длины упомянутой выше дуги.
Очевидно, что круглая форма как электродов, так и спейсера, не является обязательной. С точки зрения достигаемого технического результата эквивалентным описанному является выполнение их, например, эллиптическими, овальными или в виде многоугольников. При этом форма спейсера может быть определена как результат перемещения центра образующей фигуры не по направляющей окружности, а по произвольной замкнутой направляющей линии, являющейся в названных в качестве примера случаях, соответственно, эллипсом, овалом или многоугольником, с сохранением ортогональности плоскости этой фигуры и направляющей линии.
Использование в электронном приборе электродного узла с электродами, опирающимися на спейсер описанным образом, в том числе при выполнении спейсера с пазами, возможно для электродов любого назначения. При этом фактически не изменяются электрические характеристики прибора и его размеры.
Для фиксации частей предлагаемого электродного узла в корпусе использующего его прибора могут быть применены, например, установленные в корпусе упругие элементы, прижимающие выступы электродов к спейсеру. Электроды могут быть также приварены или припаяны к спейсеру, поверхность которого выполняется с металлизацией в местах контакта с выступами электродов. В этом случае части электродного узла образуют монолитное изделие.
Изложенный подход к выполнению электродного узла может быть применен, в частности, в триодах, управляемых электронных пушках, рентгеновских трубках триодного типа с автоэмиссионным катодом, для которых характерны малые расстояния между электродами.
Источники информации
1. Патент РФ №2110811, опубл. 20.08.1998.
2. Патент США №8300769, опубл. 30.10.2012.
3. Патент США №6850595, опубл. 01.01.2005.
4. Патент РФ №2248643, опубл. 20.03.2005.
5. Патент США №8350459, опубл. 08.01.2013.