一種螺旋線行波管用一體化高頻結構及該高頻結構的製備方法與流程
2023-06-17 16:15:46
本發明涉及真空電子器件領域，特別涉及一種螺旋線行波管用一體化高頻結構及該高頻結構的製備方法。
背景技術：
行波管是雷達、通信、制導和電子對抗等電子信息軍事裝備的核心器件，主要起功率放大的作用。行波管在我國軍事電子系統的應用十分廣泛，包括各類戰鬥機、轟炸機、無人機、艦船、和衛星系統等。
從需求來看，軍事裝備對大功率毫米波螺旋線行波管提出了更高的要求，要求其向大功率、寬頻帶和毫米波以上頻帶拓展。
隨著軍事裝備對行波管要求的不斷提高，制約大功率寬頻帶毫米波行波管發展的問題逐漸暴露出來。主要表現在功率容量低、帶寬不夠寬等，而目前毫米波行波管在功率、帶寬上所面臨的瓶頸使得相關軍事裝備難以滿足更高層次的任務需要。
螺旋線行波管的高頻結構(也叫慢波結構)是管子的核心，它直接決定了管子的輸出功率和穩定性。如圖1所示，常規的慢波結構由金屬管殼3』，夾持杆2』和螺旋線1』組成，採用不同的夾持方式將它們固定在一起。無論採取何種夾持方式，常規的螺旋線和夾持杆之間都是硬連接，加上接觸面積小，二者的界面熱阻比較大，接觸處的熱阻對熱量傳導的阻礙作用最大，使螺旋線的熱量難於傳導出去。為降低界面熱阻，有人將螺旋線和夾持杆焊接在一起，方法是，將螺旋線和夾持杆鍍上金屬膜，然後將夾持杆與螺旋線焊接在一起，最後再酸洗去除夾持杆上多餘的金屬。這種方法的缺點在於，多餘的金屬難以去除乾淨，高頻損耗增加，另外，清洗用的酸液也會侵蝕焊點，降低焊接強度。另一種方法，是將螺旋線電鍍金屬銅後再與夾持杆擴散焊形成慢波組件。該方法雖然摒棄了夾持杆整體鍍膜再焊接的缺點，但是由於夾持杆未經過金屬化，與螺旋線之間仍然是硬連接，實際擴散焊的效果較差。此外，由於螺旋線與夾持杆的接觸面是曲面，兩者之間的有效焊接面積很小，特別是對於毫米波行波管，界面熱阻的降低效果有限。
針對現有夾持式螺旋線行波管高頻散熱性能差，輸出功率受到限制的現狀，需要提出一種新的螺旋線行波管用一體化高頻結構及該高頻結構的製造工藝，進而從根本上解決其界面接觸熱阻高的問題。
技術實現要素：
本發明要解決的第一個技術問題是提供一種螺旋線行波管用一體化高頻結構，該高頻結構通過在夾持杆上曝光光刻並設金屬化鍍層，使得管殼、夾持杆和螺旋線三者焊接在一起形成螺旋線行波管用的高頻結構，該高頻結構減少了三者之間的接觸熱阻，改善了行波管的散熱性能。
本發明要解決的第二個技術問題是提供一種螺旋線行波管用一體化高頻結構的製備方法。該方法通過對夾持杆進行曝光光刻和定點金屬化鍍層，並將螺旋線鍍上適合於壓力擴散焊連接的金屬化鍍層，再通過壓力擴散焊連接的方式，將夾持杆、螺旋線和管殼三者焊接在一起，通過該方法獲得的螺旋線行波管用高頻結構，降低了高頻結構的界面熱阻，並在改善螺旋線行波管散熱性能的同時，提高了螺旋線行波管，特別是毫米波及以上波段行波管的輸出功率等性能。
為解決上述第一個技術問題，本發明採用下述技術方案：
一種螺旋線行波管用一體化高頻結構，所述高頻結構包括螺旋線、夾持杆和管殼；
在與所述螺旋線相對應的所述夾持杆的內側壁上設有通過曝光光刻並金屬化的第一金屬化鍍層，所述螺旋線的外側壁與所述夾持杆的內側壁上的第一金屬化鍍層通過壓力擴散焊連接；所述夾持杆的外側壁與所述管殼的內側壁連接固定。
進一步的，所述夾持杆的外側壁上設有第二金屬化鍍層，所述夾持杆的外側壁上的第二金屬化鍍層與所述管殼的內側壁通過壓力擴散焊連接。
進一步的，在與所述夾持杆相對應的所述螺旋線的外側壁上設有第三金屬化鍍層；該第三金屬化鍍層與所述夾持杆的內側壁上的第一金屬化鍍層通過壓力擴散焊連接。
進一步的，所述第一金屬化鍍層的厚度為0.5-10μm；所述第二金屬化鍍層的厚度為0.5-10μm；所述第三金屬化鍍層的厚度為1-10μm。
進一步的，所述管殼為金屬材質的管殼。
為解決上述第二個技術問題，本發明採用下述技術方案：
一種螺旋線行波管用一體化高頻結構的製備方法，該方法包括如下步驟：
S1、與所述螺旋線相對應的夾持杆內側壁曝光光刻，並得到焊點圖形；
S2、圖形化後的夾持杆內側壁金屬化，得到第一金屬化鍍層；
S3、夾持杆內側壁去除剩餘光刻膠；
S6、利用定位模具將螺旋線、夾持杆和管殼進行組裝和定位；
S7、利用擠壓法將螺旋線和夾持杆裝配至管殼內；並通過壓力擴散焊連接獲得一體化高頻結構。
進一步的，該方法進一步的包括如下步驟：
S4、夾持杆的外側壁金屬化，得到第二金屬化鍍層。
進一步的，該方法進一步的包括如下步驟：
S5、與所述夾持杆相對應的螺旋線外側壁金屬化，得到第三金屬化鍍層。
進一步的，所述夾持杆的外側壁上的第二金屬化鍍層與所述管殼的內側壁通過壓力擴散焊連接。
進一步的，所述第三金屬化鍍層與所述夾持杆的內側壁上的第一金屬化鍍層通過壓力擴散焊連接。
本發明通過對夾持杆進行曝光光刻和定點金屬化鍍層，並將螺旋線鍍上適合於壓力擴散焊連接的金屬化鍍層，再通過壓力擴散焊連接的方式，將夾持杆、螺旋線和管殼三者焊接在一起，通過本發明提供的方法所獲得的螺旋線行波管用高頻結構，與現有的高頻結構相比，降低了高頻結構的界面熱阻，有效的解決了螺旋線行波管的散熱問題，且在改善螺旋線行波管散熱性能的同時，提高了螺旋線行波管，特別是毫米波及以上波段行波管的輸出功率等性能。
附圖說明
圖1為常規螺旋線行波管用高頻結構的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例中螺旋線行波管用高頻結構的結構示意圖。
圖3為圖2中A部放大示意圖。
圖4為本發明第一實施例中螺旋線行波管用高頻結構的製備方法流程圖。
圖5為本發明第二實施例中螺旋線行波管用高頻結構的結構示意圖。
圖6為本發明第二實施例中螺旋線行波管用高頻結構的製備方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖說明本發明的具體實施方式。
如圖2、3、4所示，一種螺旋線行波管用一體化高頻結構，所述高頻結構包括螺旋線1、夾持杆2和管殼3；
在與所述螺旋線1相對應的所述夾持杆2的內側壁上設有通過曝光光刻並金屬化的第一金屬化鍍層21,具體為，夾持杆2內側壁曝光光刻，得到焊點圖形；圖形化後的夾持杆內側壁金屬化得到第一金屬化鍍層21，第一金屬化鍍層21的金屬化方法採用磁控濺射或電子束蒸發等方法，該第一金屬化鍍層21的鍍層材料為金或銅等，其厚度為0.5-10μm；
所述夾持杆2的外側壁上設有第二金屬化鍍層22，第二金屬化鍍層22的金屬化方法採用磁控濺射或電子束蒸發等方法，該第二金屬化鍍層22的鍍層材料為金或銅等，其厚度為0.5-10μm；
在與所述夾持杆2相對應的所述螺旋線1的外側壁上設有第三金屬化鍍層11，第三金屬化鍍層11的金屬化方法採用磁控濺射或電鍍等方法，該第三金屬化鍍層11的鍍層材料為金或銅等，其厚度為1-10μm；所述螺旋線1的外側壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持杆2的內側壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；所述夾持杆2的外側壁上的第二金屬化鍍層22與所述管殼3的內側壁通過壓力擴散焊連接。
一種用於本實施例中上述螺旋線行波管用一體化高頻結構的製備方法，該方法包括如下步驟：
S1、與所述螺旋線1相對應的夾持杆2內側壁曝光光刻，並得到焊點圖形；具體為，根據螺旋線1的寬度和螺距，確定焊點圖形。假設均勻螺距的螺旋線，焊點圖形為一排等間距排列的矩形，矩形的長寬分別為螺旋線的寬度和夾持杆的寬度，每個矩形的間距為螺旋線螺距。
S2、圖形化後的夾持杆2內側壁金屬化，得到第一金屬化鍍層21；
S3、夾持杆2內側壁去除剩餘光刻膠；
S4、夾持杆2的外側壁金屬化，得到第二金屬化鍍層22。
S5、與所述夾持杆2相對應的螺旋線1外側壁金屬化，得到第三金屬化鍍層11。
S6、利用定位模具將螺旋線1、夾持杆2和管殼3進行組裝和定位；
S7、利用擠壓法將螺旋線1和夾持杆2裝配至管殼3內；並通過壓力擴散焊連接獲得一體化的高頻結構；即螺旋線1的外側壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持杆2的內側壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；夾持杆2的外側壁上的第二金屬化鍍層22與管殼3的內側壁通過壓力擴散焊連接固定。其中壓力擴散焊的工藝參數為：焊接溫度650℃-1000℃，焊接時間1-60min，焊接時真空度1×10-3-1×10-5Pa。
進一步的，壓力擴散焊的具體工藝為，將裝配好的高頻結構裝入擴散焊模具內，在氫氣爐內以焊接溫度750℃，焊接30min，焊接時爐內真空度為1×10-4Pa。
實施例2：
如圖5、6所示，一種螺旋線行波管用一體化高頻結構，所述高頻結構包括螺旋線1、夾持杆2和管殼3；所述管殼3為金屬材質的管殼。
在與所述螺旋線1相對應的所述夾持杆2的內側壁上設有通過曝光光刻並金屬化的第一金屬化鍍層21，具體為，夾持杆2內側壁曝光光刻，得到焊點圖形；圖形化後的夾持杆內側壁金屬化得到第一金屬化鍍層21，第一金屬化鍍層21的金屬化方法採用磁控濺射或電子束蒸發等方法，該第一金屬化鍍層21的鍍層材料為金或銅等，其厚度為0.5-10μm；
在與所述夾持杆2相對應的所述螺旋線1的外側壁上設有第三金屬化鍍層11，第三金屬化鍍層11的金屬化方法採用磁控濺射或電鍍等方法，該第三金屬化鍍層11的鍍層材料為金或銅等，其厚度為1-10μm；所述螺旋線1的外側壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持杆2的內側壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；所述夾持杆2的外側壁與所述管殼3的內側壁連接固定。
一種用於本實施例中上述螺旋線行波管用一體化高頻結構的製備方法，該方法包括如下步驟：
S1、與所述螺旋線1相對應的夾持杆2內側壁曝光光刻，並得到焊點圖形；
S2、圖形化後的夾持杆2內側壁金屬化，得到第一金屬化鍍層21；
S3、夾持杆2內側壁去除剩餘光刻膠；
S4、與所述夾持杆2相對應的螺旋線1外側壁金屬化，得到第三金屬化鍍層11。
S5、利用定位模具將螺旋線1、夾持杆2和管殼3進行組裝和定位；
S6、利用擠壓法將螺旋線1和夾持杆2裝配至管殼3內；並通過壓力擴散焊連接獲得一體化的高頻結構；即螺旋線1的外側壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持杆2的內側壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；夾持杆2的外側壁與管殼3的內側壁通過壓力擴散焊連接固定。其中壓力擴散焊的工藝參數為：焊接溫度650℃-1000℃，焊接時間1-60min，焊接時真空度1×10-3-1×10-5Pa。
進一步的，壓力擴散焊的具體工藝為，將裝配好的高頻結構裝入擴散焊模具內，在氫氣爐內以焊接溫度750℃，焊接30min，焊接時爐內真空度為1×10-4Pa。
本文中所採用的描述方位的詞語「上」、「下」、「左」、「右」等均是為了說明的方便基於附圖中圖面所示的方位而言的，在實際裝置中這些方位可能由於裝置的擺放方式而有所不同。
綜上所述，本發明所述的實施方式僅提供一種最佳的實施方式，本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍可能基於本發明所揭示的內容而作各種不背離本發明創作精神的替換及修飾；因此，本發明的保護範圍不限於實施例所揭示的技術內容，故凡依本發明的形狀、構造及原理所做的等效變化，均涵蓋在本發明的保護範圍內。