專利名稱：一種柵控行波管柵極的制作工藝及其模壓磨具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波真空電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種柵控行波管柵極的制作工藝及 其模壓磨具。
背景技術(shù)：
行波管是一種利用高速電子注與微波信號互作用將電子注的動能轉(zhuǎn)化為微波能 量的功率放大器件。行波管的應(yīng)用范圍十分廣闊，幾乎所有的衛(wèi)星通訊都使用行波管作為 末級放大器。在大多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)中都要使用一只或若干只行波管作為產(chǎn)生高頻發(fā)射脈沖的 大功率放大器。行波管按工作方式一般分為連續(xù)波行波管和脈沖行波管兩大類。以脈沖方式工作的行波管可以采用控制陰極電壓的方法來實(shí)現(xiàn)對電子注的調(diào)制， 稱為陰控。陰控需要配備大功率調(diào)制器，設(shè)備笨重、復(fù)雜，而且耗電量大。亦可用附加調(diào)制 陽極對電子注進(jìn)行控制，稱為陽控。陽控所需脈沖電壓也比較高。同樣可在陰極與陽極之 間裝一個控制柵便構(gòu)成柵控電子槍，構(gòu)成柵極控制。柵極控制，僅用較低的脈沖電壓即可對 電子注進(jìn)行控制，因而能減小調(diào)制器體積、重量和耗電量。采用柵極控制的行波管應(yīng)用更廣 泛。采用柵極控制的行波管，當(dāng)在柵極加負(fù)脈沖截斷注電流時，如果柵極本身在高溫 作用下發(fā)射電子，行波管將無法實(shí)現(xiàn)對電子注電流的完全截至。這些無法截獲的微小注電 流穿過行波管時會產(chǎn)生不希望的信號和干擾噪聲，最終影響行波管的性能。為解決柵發(fā)射 的問題，柵極一般需要采用高逸出功的材料制成，這樣即使在高溫作用下，柵極本身不會發(fā) 射電子，不會對行波管的性能產(chǎn)生影響。目前通常采用逸出功高的鉬材料作為行波管的柵 極，即使鉬制作的柵網(wǎng)本身溫度很高，純鉬電子的發(fā)射亦可忽略不計。不過，當(dāng)來自陰極的 鋇和鋇的蒸發(fā)物沉積在鉬柵網(wǎng)上時，由于鋇本身的逸出功比較小，鋇及其蒸發(fā)物沉積在鉬 柵網(wǎng)后，鉬柵網(wǎng)的逸出功就會下降到足以引起柵發(fā)射的地步。為了抑制柵發(fā)射，必須在鉬柵網(wǎng)表面增加覆蓋層，即便來自陰極的蒸發(fā)物沉積在 柵網(wǎng)上時，所采用的覆蓋層能有效防止柵網(wǎng)逸出功的下降。但由于在鉬基底上增加覆蓋層 是一件復(fù)雜的工作，在覆蓋層附著不牢固時，附著在柵網(wǎng)上的覆蓋層在高溫和電子轟擊下 容易出現(xiàn)飛濺，或者隨著工作時間的延長，覆蓋層吸收的含氧量逐漸增加，它的性能下降， 最終將導(dǎo)致行波管出現(xiàn)柵發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種柵控行波管柵極的制作工藝及其模壓磨具，由此制作出 的柵極能解決柵控行波管的柵發(fā)射問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為利用逸出功大、熔點(diǎn)及沸點(diǎn)高、密度大、穩(wěn)定性強(qiáng)的金屬鉿直接制作柵極。摒棄電 火花制作行波管柵極的工藝，采用先進(jìn)的光刻工藝制作柵極。鉿是銀灰色有光澤的金屬，熔點(diǎn)2227°C，沸點(diǎn)4602°C，密度13. 31克/立方厘米。致密的金屬鉿性質(zhì)不活潑，表面易形成氧化物覆蓋層，在常溫下很穩(wěn)定。所述的柵控行波管柵極的制作工藝流程如下表面清潔處理一表面涂感光膠一表面干燥處理一照相曝光一顯影一表面干燥處 理一刻蝕一去膠一模壓成形一去應(yīng)力退火。具體為a.表面清潔處理為了保證感光膠與鉿金屬基底之間有良好的結(jié)合牢固度，必須對鉿金屬基底進(jìn)行 仔細(xì)徹底的表面清潔處理，可用下列工序達(dá)到徹底的清潔效果①用乳膏狀的MgO在鉿基 底表面均勻涂擦以去除和吸附基底表面雜質(zhì)粘接物；②用CrO3及配置成1 1的溶 液，將涂擦后的柵網(wǎng)浸洗20 30秒；③將浸洗后的柵網(wǎng)取出后放入丙酮溶液中清洗脫水3 分鐘；④取出脫水后的柵網(wǎng)，用干燥空氣吹干表面上的丙酮；b.表面涂感光膠將表面清潔干凈的柵網(wǎng)放置在高速旋轉(zhuǎn)的甩膠機(jī)旋轉(zhuǎn)臺上，抽真空，向柵網(wǎng)表面 滴上感光膠，膠層厚度控制在0. 8 0. 9um，這一厚度必須嚴(yán)格控制，因?yàn)槟ず裉【推鸩?到保護(hù)作用，而膜太厚就會導(dǎo)致曝光不徹底；c.表面干燥處理目的是使感光膠能牢固的粘附在基片上使得在整個操作過程中感光膠不脫落，在 溫度為90士2°C的環(huán)境中保溫15min進(jìn)行干燥處理；d.照相曝光在紫外光照射下曝光，曝光時間為60秒；e.顯影將3%的NaP溶液加熱到190士2°C，將曝光好的柵極浸泡其中10分鐘進(jìn)行顯影；f.表面干燥處理目的是使顯影后的圖案能夠牢牢的依附在鉿基片上，使在下一步刻蝕中不會因?yàn)?刻蝕液和鉿基片的劇烈反應(yīng)而脫落。因此本工序的溫度應(yīng)該比c工序的溫度高，而且時間 要長一些，在溫度為120士2°C的環(huán)境中保溫25min進(jìn)行干燥處理；g.刻蝕用i^eCl3、H2O2, HNO3配成腐蝕液，腐蝕液的質(zhì)量配比按照實(shí)際需求確定，控制所配 溶液的腐蝕速度達(dá)2. 5 μ m/s，若腐蝕速度太慢，則會造成側(cè)腐，加快腐蝕速度則可避免該缺占.h.去膠目的是將仍然附著在柵網(wǎng)上的感光膠脫去，可用超生波清洗脫膠，清洗時間為5 分鐘以上；i.模壓成形去完膠的柵極仍然是平面結(jié)構(gòu)，最后需要通過模壓成為最終的球缺形結(jié)構(gòu)；模壓 定型時溫度為350°C，模壓時間為5秒，定型時間為1分鐘；j.去應(yīng)力退火為消除柵網(wǎng)在壓制成形過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，需進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，退火溫 度為950°C，保溫時間為10分鐘；為防止變形，在退火時需要用工裝將柵網(wǎng)壓緊。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟g中，腐蝕液中溶質(zhì)的質(zhì)量配比 FeCl3 H2O2 HNO3 為 5 4 1。所述的這種柵孔行波管柵極的制作工藝所用的模壓磨具，包括底座、定位膜、外球 面膜、內(nèi)球面膜及鋼珠，所述定位膜置于底座上，所述定位膜為中空結(jié)構(gòu)，所述外球面膜一 端置于定位膜內(nèi)部底端并與底座相接，外球面膜的另一端為球面結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)球面膜的一 端上具有球孔，鋼球設(shè)于內(nèi)球面膜的球孔內(nèi)，內(nèi)球面膜的另一端表面為球面結(jié)構(gòu)，內(nèi)球面膜 置于定位膜內(nèi)，內(nèi)球面膜球面的一端與外球面膜球面的一端相接。采用模壓磨具模壓成型工藝為將柵極放于外球面膜的球面上，將內(nèi)球面模放入 定位模的內(nèi)孔中，用液壓機(jī)通過設(shè)在內(nèi)球面膜上的鋼珠對柵極進(jìn)行壓制定型。定型時應(yīng)將 裝配好的模具加熱到350°C，在5秒內(nèi)壓制成形，并保持壓力停留1分鐘定型；定型好的柵 極不可直接取出，需要將內(nèi)球模取出，將濃度為10% 20%鉻酸傾倒入定位模的內(nèi)孔中， 等柵網(wǎng)自然浮起，用鑷子小心夾出柵極；即完成柵極的模壓成型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明采用光刻工藝制作柵極，將行波管柵網(wǎng)的的加工精度由原來的機(jī)械加工 精度提高到光學(xué)精度，具有加工精度高，光潔度高，合格率高等優(yōu)點(diǎn)；2、本發(fā)明采用逸出功大、熔點(diǎn)及沸點(diǎn)高、密度大、穩(wěn)定性強(qiáng)的金屬鉿直接制作柵 極，能夠有效解決柵控行波管的柵發(fā)射問題。


下面對本發(fā)明說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明圖1為所述的柵控行波管柵極的制作工藝流程圖；圖2為所述的柵控行波管柵極的制作工藝所用模壓磨具的結(jié)構(gòu)圖；圖中標(biāo)記為1、底座，2、定位膜，3、外球面膜，4、內(nèi)球面膜，5、鋼珠，6、柵極。
具體實(shí)施例方式下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及的制造 工藝等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的構(gòu)思、技術(shù)方案有更完 整、準(zhǔn)確和深入的理解。如圖2所示的這種柵控行波管柵極的制作工藝所用的模壓磨具，包括底座1、定位 膜2、外球面膜3、內(nèi)球面膜4及鋼珠5，所述定位膜2置于底座1上，所述定位膜2為中空 結(jié)構(gòu)，所述外球面膜3 —端置于定位膜2內(nèi)部底端并與底座1相接，外球面膜3的另一端為 球面結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)球面膜4的一端上具有球孔，鋼球5設(shè)于內(nèi)球面膜4的球孔內(nèi)，內(nèi)球面膜 4的另一端表面為球面結(jié)構(gòu)，內(nèi)球面膜4置于定位膜2內(nèi)，內(nèi)球面膜4球面的一端與外球面 膜3球面的一端相接。所述的這種柵控行波管柵極的制作工藝，包括以下實(shí)施例實(shí)施例1所述的這種柵控行波管柵極的制作工藝為表面清潔處理一表面涂感光膠一表面干燥處理一照相曝光一顯影一表面干燥處理一刻蝕一去膠一模壓成形一去應(yīng)力退火。具體為a.表面清潔處理①用乳膏狀的MgO在鉿基底表面均勻涂擦以去除和吸附基底表 面雜質(zhì)粘接物；；②用CrO3及配置成1 1的溶液，將涂擦后的柵網(wǎng)浸洗20秒；③將 浸洗后的柵網(wǎng)取出后放入丙酮溶液中清洗脫水3分鐘；④取出脫水后的柵網(wǎng)，用干燥空氣 吹干丙酮；b.表面涂感光膠將表面清潔干凈的柵網(wǎng)放在高速旋轉(zhuǎn)的甩膠機(jī)旋轉(zhuǎn)臺上并抽 真空，一滴一滴的向柵網(wǎng)表面滴上感光膠，膠層厚度控制在0. Sum ；c.表面干燥處理溫度為92°C的環(huán)境中保溫15min進(jìn)行干燥處理；d.照相曝光在紫外光照射下曝光，曝光時間為60秒；e.顯影將3%的NaP溶液加熱到192°C，將曝光好的柵極浸泡其中IOmin進(jìn)行顯 影；f.表面干燥處理在溫度為122°C的環(huán)境中保溫25min進(jìn)行干燥處理；g.刻蝕用i eCl3、H2O2, HNO3配成腐蝕液，控制腐蝕速度達(dá)2. 5 μ m/s ；h.去膠用超生波清洗法脫膠，清洗時間為10分鐘；i.模壓成形去完膠的柵極仍然是平面結(jié)構(gòu)，通過模壓使其成為球缺形結(jié)構(gòu)；采 用如圖1中所示的模具對柵網(wǎng)進(jìn)行壓制成形，所述磨具具體模壓成型工藝為將柵極6放于 外球面膜3的球面上，將內(nèi)球面模4放入定位模2的內(nèi)孔中；用液壓機(jī)通過設(shè)在內(nèi)球面膜4 的鋼珠5對柵極6進(jìn)行壓制定型；定型時應(yīng)將裝配好的模具加熱到350°C，壓制5秒成形，并 保持壓力停留1分鐘定型。定型好的柵極不可直接取出，需要將內(nèi)球模取出，將濃度為10% 的鉻酸傾倒入定位模的內(nèi)孔中，等柵網(wǎng)自然浮起，用鑷子小心夾出柵極；j.去應(yīng)力退火用工裝將柵網(wǎng)壓緊，退火溫度為950°C，保溫時間為10分鐘。實(shí)施例2所述的這種柵控行波管柵極的制作工藝為表面清潔處理一表面涂感光膠一表面干燥處理一照相曝光一顯影一表面干燥處 理一刻蝕一去膠一模壓成形一去應(yīng)力退火。具體為a.表面清潔處理①用乳膏狀的MgO在鉿基底表面均勻涂擦；②用&03及吐504配 置成1 1的溶液，將涂擦后的柵網(wǎng)浸洗30秒；③將浸洗后的柵網(wǎng)取出后放入丙酮溶液中 清洗脫水3分鐘；④取出脫水后的柵網(wǎng)，用干燥空氣吹干丙酮；b.表面涂感光膠將表面清潔干凈的柵網(wǎng)放在高速旋轉(zhuǎn)的甩膠機(jī)旋轉(zhuǎn)臺上并抽 真空，一滴一滴的向柵網(wǎng)表面滴上感光膠，膠層厚度控制在0. 9um ；c.表面干燥處理溫度為88°C的環(huán)境中保溫15min進(jìn)行干燥處理；d.照相曝光在紫外光照射下曝光，曝光時間為60秒；e.顯影將3%的NaP溶液加熱到188°C，將曝光好的柵極浸泡其中IOmin進(jìn)行顯 影；f.表面干燥處理在溫度為118°C的環(huán)境中保溫25min進(jìn)行干燥處理；g.刻蝕用i eCl3、H2O2, HNO3配成腐蝕液，控制腐蝕速度達(dá)2. 5 μ m/s ；h.去膠用超生波清洗法脫膠，清洗時間為15分鐘；
i.模壓成形去完膠的柵極仍然是平面結(jié)構(gòu)，通過模壓使其成為球缺形結(jié)構(gòu)；采 用如圖1中所示的模具對柵網(wǎng)進(jìn)行壓制成形，具體模壓成型工藝為將柵極6放于外球面膜 3的球面上，將內(nèi)球面模4放入定位模2的內(nèi)孔中；用液壓機(jī)通過設(shè)在內(nèi)球面膜4的鋼珠5 對柵極6進(jìn)行壓制定型；定型時應(yīng)將裝配好的模具加熱到350°C，壓制5秒成形，并保持壓 力停留1分鐘定型。定型好的柵極不可直接取出，需要將內(nèi)球模取出，將20%的鉻酸傾倒入 定位模的內(nèi)孔中，等柵網(wǎng)自然浮起，用鑷子小心夾出柵極；j.去應(yīng)力退火用工裝將柵網(wǎng)壓緊，退火溫度為950°C，保溫時間為10分鐘。實(shí)施例3所述的這種柵控行波管柵極的制作工藝流程為表面清潔處理一表面涂感光膠一表面干燥處理一照相曝光一顯影一表面干燥處 理一刻蝕一去膠一模壓成形一去應(yīng)力退火。具體為a.表面清潔處理①用乳膏狀的MgO在鉿基底表面均勻涂擦；②用CrO3及配 置成1 1的溶液，將涂擦后的柵網(wǎng)進(jìn)行浸洗25秒；③將浸洗后的柵網(wǎng)取出后放入丙酮溶 液中清洗脫水3分鐘；④取出脫水后的柵網(wǎng)，用干燥空氣吹干丙酮；b.表面涂感光膠將表面清潔干凈的柵網(wǎng)放在高速旋轉(zhuǎn)的甩膠機(jī)旋轉(zhuǎn)臺上并抽 真空，一滴一滴的向柵網(wǎng)表面滴上感光膠，膠層厚度控制在0. 9um ；c.表面干燥處理溫度為90°C的環(huán)境中保溫15min進(jìn)行干燥處理；d.照相曝光在紫外光照射下曝光，曝光時間為60秒；e.顯影將3%的NaP溶液加熱到190°C，將曝光好的柵極浸泡其中IOmin進(jìn)行顯 影；f.表面干燥處理在溫度為120°C的環(huán)境中保溫25min進(jìn)行干燥處理；g.刻蝕用i^eCl3、H2O2, HNO3配成腐蝕液，控制腐蝕速度達(dá)2. 5 μ m/s ；h.去膠用超生波清洗法脫膠，清洗時間為20分鐘；i.模壓成形去完膠的柵極仍然是平面結(jié)構(gòu)，通過模壓使其成為球缺形結(jié)構(gòu)；采 用如圖1中所示的模具對柵網(wǎng)進(jìn)行壓制成形，具體模壓成型工藝為將柵極6放于外球面膜 3的球面上，將內(nèi)球面模4放入定位模2的內(nèi)孔中；用液壓機(jī)通過設(shè)在內(nèi)球面膜4的鋼珠5 對柵極6進(jìn)行壓制定型；定型時應(yīng)將裝配好的模具加熱到350°C，壓制5秒成形，并保持壓 力停留1分鐘定型。定型好的柵極不可直接取出，需要將內(nèi)球模取出，將濃度為15%的鉻酸 傾倒入定位模的內(nèi)孔中，等柵網(wǎng)自然浮起，用鑷子小心夾出柵極；j.去應(yīng)力退火用工裝將柵網(wǎng)壓緊，退火溫度為950°C，保溫時間為10分鐘。所述實(shí)施例1至實(shí)施例3中，所述步驟g中，腐蝕液中溶質(zhì)的質(zhì)量配比 FeCl3 H2O2 HNO3 為 5 4 1。經(jīng)以上實(shí)施例制作的柵極，工作性能穩(wěn)定，能有效解決柵極發(fā)射的問題。上面結(jié)合 附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用 了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思 和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種柵控行波管柵極的制作工藝，其特征在于包括以下工序；表面清潔處理一表 面涂感光膠一表面干燥處理一照相曝光一顯影一表面干燥處理一刻蝕一去膠一模壓成形 —去應(yīng)力退火；具體步驟為a.表面清潔處理具體工藝為①用乳膏狀的MgO在鉿基底表面均勻涂擦以去除和吸附基底表面雜質(zhì)粘 接物；②用CrO3及配置成1 1的溶液，將涂擦后的柵網(wǎng)浸洗20 30秒；③將浸洗 后的柵網(wǎng)取出后放入丙酮溶液中清洗脫水3分鐘；④取出脫水后的柵網(wǎng)，用干燥空氣吹干 表面上的丙酮；b.表面涂感光膠將表面清潔干凈的柵網(wǎng)放置在高速旋轉(zhuǎn)的甩膠機(jī)旋轉(zhuǎn)臺上，抽真空，向柵網(wǎng)表面滴感 光膠，膠層厚度控制在0. 8 0. 9um ；c.表面干燥處理在溫度為90士2°C的環(huán)境中保溫15min進(jìn)行干燥處理；d.照相曝光在紫外光照射下曝光，曝光時間為60秒；e.顯影將3%的NaP溶液加熱到190士2°C，將曝光好的柵極浸泡其中10分鐘進(jìn)行顯影；f.表面干燥處理在溫度為120士2°C的環(huán)境中保溫25min進(jìn)行干燥處理；g.刻蝕用i^eCl3、H2O2, HNO3配成腐蝕液，腐蝕液的質(zhì)量配比按照實(shí)際需求確定；控制所配溶液 的腐蝕速度達(dá)2. 5 μ m/s ；h.去膠用超生波清洗脫膠，清洗時間為5分鐘以上；i.模壓成形去完膠的柵極仍然是平面結(jié)構(gòu)，通過模壓成為最終的球缺形結(jié)構(gòu)；j.去應(yīng)力退火為消除柵網(wǎng)在壓制成形過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，需進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，退火溫度為 950°C，保溫時間為10分鐘；為防止變形，在退火時需要用工裝將柵網(wǎng)壓緊。
2.按照權(quán)利要求1所述的柵控行波管柵極的制作工藝，其特征在于所述步驟i中模 壓定型溫度為350°C，模壓時間為5秒，定型時間為1分鐘。
3.按照權(quán)利要求1所述的柵控行波管柵極的制作工藝，其特征在于所述步驟g中，腐 蝕液中溶質(zhì)的質(zhì)量配比FeCl3 H2O2 HNO3為5 4 1。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的柵控行波管柵極的制作工藝所用的模壓模具，其特征在 于其包括底座(1)、定位膜O)、外球面膜(3)、內(nèi)球面膜⑷及鋼珠(5)，所述定位膜⑵ 置于底座(1)上，所述定位膜(2)為中空結(jié)構(gòu)，所述外球面膜(3) —端置于定位膜O)內(nèi)部 底端并與底座(1)相接，外球面膜(3)的另一端為球面結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)球面膜(4)的一端上具 有球孔，鋼球(5)設(shè)于內(nèi)球面膜的球孔內(nèi)，內(nèi)球面膜的另一端表面為球面結(jié)構(gòu)，內(nèi) 球面膜(4)置于定位膜( 內(nèi)，內(nèi)球面膜(4)球面的一端與外球面膜C3)球面的一端相接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柵控行波管柵極的制作工藝及其模壓磨具，所述的柵控行波管柵極制作的工藝包括表面清潔處理→表面涂感光膠→表面干燥處理→照相曝光→顯影→表面干燥處理→刻蝕→去膠→模壓成形→去應(yīng)力退火，所述的柵控行波管柵極制作的工藝所用模壓磨具，包括置于底座上的定位膜，一端置于定位膜內(nèi)部底端并與底座相接的外球面膜，置于定位膜中的內(nèi)球面膜，設(shè)于內(nèi)球面一端上的鋼球，內(nèi)球面膜一端與外球面膜相接，二者相接面均為球面。本發(fā)明將逸出功大、熔點(diǎn)及沸點(diǎn)高、穩(wěn)定性強(qiáng)的金屬鉿作為基底直接制作柵極，并采用先進(jìn)的光刻工藝，將行波管柵網(wǎng)的加工精度提高到光學(xué)精度，本發(fā)明制作的柵極具有加工精度高，光潔度高，合格率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01J9/14GK102054641SQ201010527968
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者吳華夏, 江祝苗, 王瑩, 陳明龍 申請人:安徽華東光電技術(shù)研究所