一种螺旋线行波管用一体化高频结构及该高频结构的制备方法与流程

本发明涉及真空电子器件领域，特别涉及一种螺旋线行波管用一体化高频结构及该高频结构的制备方法。

背景技术：

行波管是雷达、通信、制导和电子对抗等电子信息军事装备的核心器件，主要起功率放大的作用。行波管在我国军事电子系统的应用十分广泛，包括各类战斗机、轰炸机、无人机、舰船、和卫星系统等。

从需求来看，军事装备对大功率毫米波螺旋线行波管提出了更高的要求，要求其向大功率、宽频带和毫米波以上频带拓展。

随着军事装备对行波管要求的不断提高，制约大功率宽频带毫米波行波管发展的问题逐渐暴露出来。主要表现在功率容量低、带宽不够宽等，而目前毫米波行波管在功率、带宽上所面临的瓶颈使得相关军事装备难以满足更高层次的任务需要。

螺旋线行波管的高频结构(也叫慢波结构)是管子的核心，它直接决定了管子的输出功率和稳定性。如图1所示，常规的慢波结构由金属管壳3’，夹持杆2’和螺旋线1’组成，采用不同的夹持方式将它们固定在一起。无论采取何种夹持方式，常规的螺旋线和夹持杆之间都是硬连接，加上接触面积小，二者的界面热阻比较大，接触处的热阻对热量传导的阻碍作用最大，使螺旋线的热量难于传导出去。为降低界面热阻，有人将螺旋线和夹持杆焊接在一起，方法是，将螺旋线和夹持杆镀上金属膜，然后将夹持杆与螺旋线焊接在一起，最后再酸洗去除夹持杆上多余的金属。这种方法的缺点在于，多余的金属难以去除干净，高频损耗增加，另外，清洗用的酸液也会侵蚀焊点，降低焊接强度。另一种方法，是将螺旋线电镀金属铜后再与夹持杆扩散焊形成慢波组件。该方法虽然摒弃了夹持杆整体镀膜再焊接的缺点，但是由于夹持杆未经过金属化，与螺旋线之间仍然是硬连接，实际扩散焊的效果较差。此外，由于螺旋线与夹持杆的接触面是曲面，两者之间的有效焊接面积很小，特别是对于毫米波行波管，界面热阻的降低效果有限。

针对现有夹持式螺旋线行波管高频散热性能差，输出功率受到限制的现状，需要提出一种新的螺旋线行波管用一体化高频结构及该高频结构的制造工艺，进而从根本上解决其界面接触热阻高的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种螺旋线行波管用一体化高频结构，该高频结构通过在夹持杆上曝光光刻并设金属化镀层，使得管壳、夹持杆和螺旋线三者焊接在一起形成螺旋线行波管用的高频结构，该高频结构减少了三者之间的接触热阻，改善了行波管的散热性能。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种螺旋线行波管用一体化高频结构的制备方法。该方法通过对夹持杆进行曝光光刻和定点金属化镀层，并将螺旋线镀上适合于压力扩散焊连接的金属化镀层，再通过压力扩散焊连接的方式，将夹持杆、螺旋线和管壳三者焊接在一起，通过该方法获得的螺旋线行波管用高频结构，降低了高频结构的界面热阻，并在改善螺旋线行波管散热性能的同时，提高了螺旋线行波管，特别是毫米波及以上波段行波管的输出功率等性能。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种螺旋线行波管用一体化高频结构，所述高频结构包括螺旋线、夹持杆和管壳；

在与所述螺旋线相对应的所述夹持杆的内侧壁上设有通过曝光光刻并金属化的第一金属化镀层，所述螺旋线的外侧壁与所述夹持杆的内侧壁上的第一金属化镀层通过压力扩散焊连接；所述夹持杆的外侧壁与所述管壳的内侧壁连接固定。

进一步的，所述夹持杆的外侧壁上设有第二金属化镀层，所述夹持杆的外侧壁上的第二金属化镀层与所述管壳的内侧壁通过压力扩散焊连接。

进一步的，在与所述夹持杆相对应的所述螺旋线的外侧壁上设有第三金属化镀层；该第三金属化镀层与所述夹持杆的内侧壁上的第一金属化镀层通过压力扩散焊连接。

进一步的，所述第一金属化镀层的厚度为0.5-10μm；所述第二金属化镀层的厚度为0.5-10μm；所述第三金属化镀层的厚度为1-10μm。

进一步的，所述管壳为金属材质的管壳。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种螺旋线行波管用一体化高频结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、与所述螺旋线相对应的夹持杆内侧壁曝光光刻，并得到焊点图形；

S2、图形化后的夹持杆内侧壁金属化，得到第一金属化镀层；

S3、夹持杆内侧壁去除剩余光刻胶；

S6、利用定位模具将螺旋线、夹持杆和管壳进行组装和定位；

S7、利用挤压法将螺旋线和夹持杆装配至管壳内；并通过压力扩散焊连接获得一体化高频结构。

进一步的，该方法进一步的包括如下步骤：

S4、夹持杆的外侧壁金属化，得到第二金属化镀层。

进一步的，该方法进一步的包括如下步骤：

S5、与所述夹持杆相对应的螺旋线外侧壁金属化，得到第三金属化镀层。

进一步的，所述夹持杆的外侧壁上的第二金属化镀层与所述管壳的内侧壁通过压力扩散焊连接。

进一步的，所述第三金属化镀层与所述夹持杆的内侧壁上的第一金属化镀层通过压力扩散焊连接。

本发明通过对夹持杆进行曝光光刻和定点金属化镀层，并将螺旋线镀上适合于压力扩散焊连接的金属化镀层，再通过压力扩散焊连接的方式，将夹持杆、螺旋线和管壳三者焊接在一起，通过本发明提供的方法所获得的螺旋线行波管用高频结构，与现有的高频结构相比，降低了高频结构的界面热阻，有效的解决了螺旋线行波管的散热问题，且在改善螺旋线行波管散热性能的同时，提高了螺旋线行波管，特别是毫米波及以上波段行波管的输出功率等性能。

附图说明

图1为常规螺旋线行波管用高频结构的结构示意图。

图2为本发明第一实施例中螺旋线行波管用高频结构的结构示意图。

图3为图2中A部放大示意图。

图4为本发明第一实施例中螺旋线行波管用高频结构的制备方法流程图。

图5为本发明第二实施例中螺旋线行波管用高频结构的结构示意图。

图6为本发明第二实施例中螺旋线行波管用高频结构的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图2、3、4所示，一种螺旋线行波管用一体化高频结构，所述高频结构包括螺旋线1、夹持杆2和管壳3；

在与所述螺旋线1相对应的所述夹持杆2的内侧壁上设有通过曝光光刻并金属化的第一金属化镀层21,具体为，夹持杆2内侧壁曝光光刻，得到焊点图形；图形化后的夹持杆内侧壁金属化得到第一金属化镀层21，第一金属化镀层21的金属化方法采用磁控溅射或电子束蒸发等方法，该第一金属化镀层21的镀层材料为金或铜等，其厚度为0.5-10μm；

所述夹持杆2的外侧壁上设有第二金属化镀层22，第二金属化镀层22的金属化方法采用磁控溅射或电子束蒸发等方法，该第二金属化镀层22的镀层材料为金或铜等，其厚度为0.5-10μm；

在与所述夹持杆2相对应的所述螺旋线1的外侧壁上设有第三金属化镀层11，第三金属化镀层11的金属化方法采用磁控溅射或电镀等方法，该第三金属化镀层11的镀层材料为金或铜等，其厚度为1-10μm；所述螺旋线1的外侧壁上的第三金属化镀层11与所述夹持杆2的内侧壁上的第一金属化镀层21通过压力扩散焊连接；所述夹持杆2的外侧壁上的第二金属化镀层22与所述管壳3的内侧壁通过压力扩散焊连接。

一种用于本实施例中上述螺旋线行波管用一体化高频结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、与所述螺旋线1相对应的夹持杆2内侧壁曝光光刻，并得到焊点图形；具体为，根据螺旋线1的宽度和螺距，确定焊点图形。假设均匀螺距的螺旋线，焊点图形为一排等间距排列的矩形，矩形的长宽分别为螺旋线的宽度和夹持杆的宽度，每个矩形的间距为螺旋线螺距。

S2、图形化后的夹持杆2内侧壁金属化，得到第一金属化镀层21；

S3、夹持杆2内侧壁去除剩余光刻胶；

S4、夹持杆2的外侧壁金属化，得到第二金属化镀层22。

S5、与所述夹持杆2相对应的螺旋线1外侧壁金属化，得到第三金属化镀层11。

S6、利用定位模具将螺旋线1、夹持杆2和管壳3进行组装和定位；

S7、利用挤压法将螺旋线1和夹持杆2装配至管壳3内；并通过压力扩散焊连接获得一体化的高频结构；即螺旋线1的外侧壁上的第三金属化镀层11与所述夹持杆2的内侧壁上的第一金属化镀层21通过压力扩散焊连接；夹持杆2的外侧壁上的第二金属化镀层22与管壳3的内侧壁通过压力扩散焊连接固定。其中压力扩散焊的工艺参数为：焊接温度650℃-1000℃，焊接时间1-60min，焊接时真空度1×10^-3-1×10^-5Pa。

进一步的，压力扩散焊的具体工艺为，将装配好的高频结构装入扩散焊模具内，在氢气炉内以焊接温度750℃，焊接30min，焊接时炉内真空度为1×10^-4Pa。

实施例2：

如图5、6所示，一种螺旋线行波管用一体化高频结构，所述高频结构包括螺旋线1、夹持杆2和管壳3；所述管壳3为金属材质的管壳。

在与所述螺旋线1相对应的所述夹持杆2的内侧壁上设有通过曝光光刻并金属化的第一金属化镀层21，具体为，夹持杆2内侧壁曝光光刻，得到焊点图形；图形化后的夹持杆内侧壁金属化得到第一金属化镀层21，第一金属化镀层21的金属化方法采用磁控溅射或电子束蒸发等方法，该第一金属化镀层21的镀层材料为金或铜等，其厚度为0.5-10μm；

在与所述夹持杆2相对应的所述螺旋线1的外侧壁上设有第三金属化镀层11，第三金属化镀层11的金属化方法采用磁控溅射或电镀等方法，该第三金属化镀层11的镀层材料为金或铜等，其厚度为1-10μm；所述螺旋线1的外侧壁上的第三金属化镀层11与所述夹持杆2的内侧壁上的第一金属化镀层21通过压力扩散焊连接；所述夹持杆2的外侧壁与所述管壳3的内侧壁连接固定。

一种用于本实施例中上述螺旋线行波管用一体化高频结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、与所述螺旋线1相对应的夹持杆2内侧壁曝光光刻，并得到焊点图形；

S2、图形化后的夹持杆2内侧壁金属化，得到第一金属化镀层21；

S3、夹持杆2内侧壁去除剩余光刻胶；

S4、与所述夹持杆2相对应的螺旋线1外侧壁金属化，得到第三金属化镀层11。

S5、利用定位模具将螺旋线1、夹持杆2和管壳3进行组装和定位；

S6、利用挤压法将螺旋线1和夹持杆2装配至管壳3内；并通过压力扩散焊连接获得一体化的高频结构；即螺旋线1的外侧壁上的第三金属化镀层11与所述夹持杆2的内侧壁上的第一金属化镀层21通过压力扩散焊连接；夹持杆2的外侧壁与管壳3的内侧壁通过压力扩散焊连接固定。其中压力扩散焊的工艺参数为：焊接温度650℃-1000℃，焊接时间1-60min，焊接时真空度1×10^-3-1×10^-5Pa。

进一步的，压力扩散焊的具体工艺为，将装配好的高频结构装入扩散焊模具内，在氢气炉内以焊接温度750℃，焊接30min，焊接时炉内真空度为1×10^-4Pa。

本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。

综上所述，本发明所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本发明的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本发明的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本发明的保护范围内。