一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法
2023-06-02 00:20:06 1
專利名稱：一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，屬於微波部件表面處理技術領域。
背景技術：
太空飛行器載荷中大功率微波部件如輸出多工器、濾波器、開關矩陣、天線饋源等極易產生微放電效應。微放電效應也稱二次電子倍增效應，是指部件處於I X 10_3Pa或更低壓強時，在承受大功率的情況下發生的諧振放電現象。目前衛星有效載荷系統中微波部件大部分以鋁合金為基體，為了降低器件損耗最常採用的方法是表面電化學鍍銀。在實際應用中，這些鍍銀部件如多工器、濾波器等在大功率電磁波傳輸條件下容易發生微放電效應，導致大功率微波部件失效，甚至使整個有效載荷徹底失效。 研究表明，在微波部件表面製備新的低SEY (二次電子發射係數)鍍層材料，例如Alodine、TiN等，可以在微波部件結構尺寸不變的條件下提高微放電閾值，但這些鍍層自身導電性差，使微波部件在高頻條件下表面阻抗大，Alodine工藝還會造成一定的重金屬環境汙染，工程上難於推廣。已有專利公開了幾種可以用於微波部件表面抑制二次電子發射的方法，包括等離子體轟擊方法形成Ag或者Ti的納米多孔結構；物理鍍膜方法形成Ag、Au納米多晶結構；電泳沉積碳化物、TiN等多種納米晶。但這些方法主要存在以下問題(I)等離子體轟擊方法形成的是非規則形狀陷阱結構，陷阱深度有限，如增加等離子體轟擊時間，不但陷阱不會加深，而且會造成鍍銀層整體剝落，不能起到抑制二次電子發射的作用。(2)物理鍍膜和電泳沉積法鍍覆的薄膜與基底間需要一定的粘附力，通常需要增加高溫退火步驟來提高薄膜與基底的粘附力，但是鋁合金材料不耐高溫，鍍覆在微波部件表面的薄膜容易脫落。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，既能提高微波部件微放電閾值，抑制微波部件微放電效應，又不用改變微波部件設計的結構尺寸。本發明的技術解決方案是一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，步驟如下(I)對微波部件的表面進行去油和清洗處理；(2)對步驟(I)中預處理過的微波部件利用Fe(NO3)3刻蝕液進行微刻蝕反應，在微波部件表面形成微陷阱結構；(3)清洗該微波部件，去除微波部件表面的反應殘留物；
(4)去除微波部件表面殘留的Fe3+ ；(5)再次清洗該微波部件；(6)烘乾該微波部件並包裝保存。步驟(I)中所述對微波部件的表面進行去油和清洗處理具體為先分別依次用丙酮、乙醇超聲清洗5min去油，再用超純水超聲清洗5min，最後在50°C下烘乾。Fe(NO3)3刻蝕液採用Fe (NO3) 3 · 9H20配製，其質量比為Fe (NO3) 3 · 9H20 超純水H2O = I 2。對微波部件利用Fe(NO3)3刻蝕液進行微刻蝕反應時，微刻蝕反應溫度為 500C ±1°C，反應時間為 40s±2s。步驟(3)中清洗該微波部件具體為先進行二級水洗，再用超純水超聲清洗2次，每次2min。所述去除微波部件表面殘留的Fe3+具體為將微波部件在50%的鹽酸中浸泡20s。本發明與現有技術相比的有益效果是(I)本發明提出利用化學微刻蝕的方法，在微波部件表面微刻蝕形成納米微陷阱結構，利用二次電子在微陷阱結構間隙被反射吸收的原理抑制部件表面的二次電子發射。太空飛行器大功率微波部件表面的鍍銀層有 ο μ m左右，本發明提出的微刻蝕方法形成的空隙最深不超過5 μ m。本發明能很好地保持鍍銀層的連續性，避免了現有技術中的不良導體鍍層帶來的高損耗問題，可以將微波部件損耗控制在工程應用要求的範圍之內。(2)本發明提出的微刻蝕方法直接在微波部件的鍍銀表面刻蝕，沒有引入新的鍍層材料，避免了現有技術中鍍層材料帶來的重金屬汙染，同時，也避免了鍍層材料與微波部件基底的粘附力問題。(3)此外，化學方法刻蝕的非規則陷阱結構深度較大，有利於二次電子在陷阱結構間隙被多次反射吸收，更好的抑制二次電子發射，提高微波部件的微放電閾值。
圖I微刻蝕後微波部件表面的粗糙度曲線。圖2微刻蝕前後微波部件表面的SEY特性曲線對比。圖3為本發明方法流程具體實施例方式本發明中微波部件採用鋁合金鍍銀材料，本發明原理為利用化學方法微刻蝕鋁合金鍍銀表面，使微波部件光滑的鍍銀表面形成納米微陷阱結構，以達到抑制二次電子發射的目的。Ku波段阻抗變換器是常用的空間微波部件，下面以Ku波段阻抗變換器為例對本發明提出的微放電抑制方法進行說明。如圖3所示，本發明方法具體步驟如下一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，其特徵在於步驟如下(I)對微波部件的表面進行去油和清洗處理；具體為先分別依次用丙酮、乙醇超聲清洗5min去油，再用去離子水(即超純水)超聲清洗5min，最後在50°C下烘乾。
(2)對步驟(I)中預處理過的微波部件利用Fe (NO3) 3刻蝕液進行微刻蝕反應，在微波部件光滑的鍍銀表面形成微陷阱結構；過程如下(2. I)稱取Fe (NO3) 3 · 9H20晶體500g，加入IL去離子水，攪拌使其溶解；(2. 2)給Fe (NO3) 3溶液加熱，將溫度升高並穩定在50°C ± 1°C ;(2. 3)在洗淨的Ku阻抗變換器表面無需處理的部分塗膠保護；(2.4)浸入 Fe (NO3) 3 刻蝕液中，反應 40s ± 2s ；(2. 5)取出Ku阻抗變換器並清洗乾淨，清洗過程包括二級水洗，和超聲清洗2次，每次2min。Fe (NO3) 3刻蝕液採用Fe (NO3) 3 · 9H20配製，其質量比為Fe (NO3) 3 · 9H20 去離子水 H2O = I 2。(3)清洗該微波部件，去除微波部件表面的反應殘留物；具體為先進行二級水洗，再用去離子水超聲清洗2次，每次2min(4)去除微波部件表面殘留的Fe3+，具體為將微刻蝕後的Ku阻抗變換器在50%的鹽酸中浸泡20s，以去除Fe3+，並先後經過二級水洗，和超聲清洗2次，每次2min。(5)再次清洗該微波部件；(5. I)將Ku阻抗變換器放入丙酮中，並超聲清洗5min ；(5. 2)將Ku阻抗變換器放入乙醇中，並超聲清洗5min ；(5. 3)將Ku阻抗變換器從乙醇中取出，用大量去離子水衝洗；(5. 4)將Ku阻抗變換器放入去離子水中，超聲清洗5min，然後烘乾。(6)烘乾該微波部件並包裝保存。Ku阻抗變換器經以上步驟微刻蝕處理後，部件表面在掃描電子顯微鏡下可以看至IJ，在光滑的鍍銀層上形成了比較密集的溝槽結構，這些非規則形狀的溝槽平均寬度大約I μ m,深度大約5 μ m。這是由於Fe (NO3) 3刻蝕液與Ag的反應最初是從多晶晶界開始，隨著刻蝕的繼續，在鍍銀層晶界處形成納米微陷阱結構。利用雷射共聚焦掃描顯微鏡(LSM)分析微刻蝕前後的Ku阻抗變換器表面的三維圖像，可以看出，微刻蝕在Ku阻抗變換器鍍銀表面形成了隨機非規則的空隙。由圖I粗糙度曲線可以計算，隨機非規則孔隙的深度在2 μ m附近分布，其等效深寬比和等效孔隙率分別為 O. 749 和 O. 556。利用SEY測試平臺對微刻蝕前後的Ku阻抗變換器表面進行二次電子發射特性測試，結果如圖2所示，在未清洗測試條件下，E1從52eV增加到250eV，SEYmax從I. 98減小到I. 21。微刻蝕前後的Ku阻抗變換器經微放電實驗測試，其微放電閾值從2000W提高到7000W，如下表所示表I微刻蝕前後Ku阻抗變換器的微放電閾值對比
權利要求
1.一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，其特徵在於步驟如下 (1)對微波部件的表面進行去油和清洗處理； (2)對步驟(I)中預處理過的微波部件利用Fe(NO3)3刻蝕液進行微刻蝕反應，在微波部件表面形成微陷阱結構； (3)清洗該微波部件，去除微波部件表面的反應殘留物； (4)去除微波部件表面殘留的Fe3+; (5)再次清洗該微波部件； (6)烘乾該微波部件並包裝保存。
2.根據權利要求I所述的一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，其特徵在於步驟(I)中所述對微波部件的表面進行去油和清洗處理具體為先分別依次用丙酮、乙醇超聲清洗5min去油，再用超純水超聲清洗5min，最後在50°C下烘乾。
3.根據權利要求I所述的一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，其特徵在於Fe (NO3) 3刻蝕液採用Fe (NO3) 3 · 9H20配製，其質量比為Fe (NO3) 3 · 9H20 超純水H2O =I 2。
4.根據權利要求I或3所述的一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，其特徵在於對微波部件利用Fe(NO3)3刻蝕液進行微刻蝕反應時，微刻蝕反應溫度為500C ±1°C，反應時間為 40s±2s。
5.根據權利要求I所述的一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，其特徵在於步驟(3)中清洗該微波部件具體為先進行二級水洗，再用超純水超聲清洗2次，每次2min。
6.根據權利要求I所述的一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，所述去除微波部件表面殘留的Fe3+具體為將微波部件在50%的鹽酸中浸泡20s。
全文摘要
本發明公開了一種抑制微波部件微放電效應的微刻蝕工藝方法，這一方法的核心是在保證微波部件良好導電性的基礎上，利用化學方法微刻蝕鋁合金鍍銀表面，使微波部件光滑的鍍銀表面形成納米微陷阱結構，從而抑制微波部件表面的二次電子發射，以達到提高微放電閾值，抑制微放電的目的。該方法主要包括以下處理步驟微波部件經必要清洗後，利用Fe(NO3)3溶液進行刻蝕，在部件鍍銀表面形成納米微結構；然後在50％的鹽酸中浸泡去除Fe3+。該方法與現有的微波部件處理工藝銜接良好，微波部件表面的二次電子發射係數受到明顯抑制，部件的微放電閾值也有顯著提高。
文檔編號C23F1/00GK102925893SQ20121043136
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者崔萬照, 楊晶, 胡天存, 王瑞, 賀永寧 申請人:西安空間無線電技術研究所