衰減瓷是超高頻器件中的衰減介質(zhì)材料,用于吸收部分不需要的微波電磁場(chǎng)能量,要求具有衰減比大,熱穩(wěn)定性好,高溫不放氣等性能。衰減瓷一般是多孔結(jié)構(gòu),往往需要用特殊的封接工藝。衰減瓷用于超高頻器件的內(nèi)部,起著體積衰減作用或同軸磁控管中的抑制寄生模式的瓷環(huán)等。其中瓷的衰減量與陶瓷的制造工藝有關(guān),但它在整個(gè)器件的導(dǎo)熱情況卻與封接工藝有關(guān)。

　　一般情況下,我們把衰減瓷環(huán)一個(gè)挨一個(gè)的擺放在腔體內(nèi),用無(wú)氧銅環(huán)壓緊并把無(wú)氧銅環(huán)焊在腔體內(nèi),達(dá)到固住衰減瓷的目的。簡(jiǎn)要的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。這樣的結(jié)構(gòu)工藝較簡(jiǎn)單。但是衰減瓷環(huán)與腔體不能有良好的接觸,不能與腔體合為一個(gè)整體,而且由于衰減瓷環(huán)與腔體(一般為無(wú)氧銅) 膨脹系數(shù)不同,在器件工作時(shí)由于溫度較高,使得衰減瓷環(huán)與腔體脫離,不利于熱量及時(shí)導(dǎo)出,從而會(huì)產(chǎn)生震蕩,影響整個(gè)管體性能,造成器件不能正常的工作或使用壽命縮短。針對(duì)此現(xiàn)象本文通過(guò)實(shí)驗(yàn),采取了Ti-Ag-Cu 的活性焊接方法,把衰減瓷與腔體焊接在一起,成為一個(gè)整體,并通過(guò)改進(jìn)模夾具,避免了衰減瓷在焊接過(guò)程中的炸裂現(xiàn)象, 使衰減瓷與腔體有著良好的接觸,熱量能夠及時(shí)散出,延長(zhǎng)了使用壽命。

圖1 　原焊接位置結(jié)構(gòu)示意圖

1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1、使用材料

　　無(wú)氧銅管、無(wú)氧銅環(huán)(按規(guī)范進(jìn)行化學(xué)清洗);Ti-Ag-Cu 焊料片按規(guī)范進(jìn)行化學(xué)清洗并進(jìn)行真空爐退火;

　　BeO瓷環(huán),(BeO:94%,TiO2:6% ) ,按規(guī)范進(jìn)行清洗并進(jìn)行真空爐燒結(jié)。

1.2、模具的選用

　　由于石墨材料的膨脹系數(shù)較小,選用石墨材作為對(duì)中模具,即保證了部件的對(duì)中同心精度,又解決了瓷環(huán)焊接時(shí)由于使用不銹鋼模具所引起的陶瓷炸裂現(xiàn)象。另外選用石墨材料裝在無(wú)氧銅管的外圍,也有效地抑制無(wú)氧銅高溫膨脹。實(shí)驗(yàn)中所用的對(duì)中模具和抑制膨脹模具分別如圖2(a) 和圖2(b)所示。

圖2 　對(duì)中模具和抑制膨脹模具

1.3、裝架步驟

　　將清洗好的無(wú)氧銅環(huán)和BeO衰減瓷環(huán)按裝架順序擺放好,把Ti-Ag-Cu焊料片剪成衰減瓷環(huán)外套封的側(cè)面積大小,并卷在已擺放好無(wú)氧銅環(huán)和衰減瓷環(huán)的外表面,一起插入欲焊接的無(wú)氧銅管中的焊接的部位(側(cè)封) 。改進(jìn)后的焊接位置如圖3 所示。通過(guò)這樣的改進(jìn),可以使每一個(gè)衰減瓷環(huán)都能夠與無(wú)氧銅管有著良好的接觸,利于熱量的導(dǎo)出。放入對(duì)中模具和抑制膨脹的模具中準(zhǔn)備焊接。

圖3 　改進(jìn)后的焊接位置示意圖

1.4、焊接溫度

　　將以上裝配好的部件放在真空爐中進(jìn)行焊接,緩慢升降溫,保溫30～50min ,指示焊料(Ag-Cu28焊料,熔流點(diǎn)780℃) 熔化后提高到40～70℃。

2、分析結(jié)論

2.1、將衰減瓷與腔體進(jìn)行焊接的工藝優(yōu)于衰減瓷直接碼放的工藝

　　由于BeO與無(wú)氧銅的熱膨脹系數(shù)相差很大,采取直接碼放的工藝不能保證兩者的密切接觸。幾種常見材料的熱膨脹系數(shù)如圖4所示。而用Ti-Ag-Cu焊料對(duì)BeO衰減瓷進(jìn)行外套封的活性焊接,保證了瓷環(huán)與外壁良好接觸,散熱性能較好。

圖4 　幾種常見材料的熱膨脹系數(shù)

2.2、石墨模具的選取

　　通過(guò)分析該焊接結(jié)構(gòu),選取石墨模具作為對(duì)中模具。石墨的熱膨脹系數(shù)較小,與氧化鈹?shù)臒崤蛎浵禂?shù)也比較接近,既能保證部件的同心度。同時(shí),又不會(huì)因兩者的膨脹系數(shù)差異引起陶瓷炸裂問題。