本發(fā)明涉及真空電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)及該高頻結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)：

行波管是雷達、通信、制導(dǎo)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(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，包括各類戰(zhàn)斗機、轟炸機、無人機、艦船、和衛(wèi)星系統(tǒng)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(fā)展的問題逐漸暴露出來。主要表現(xiàn)在功率容量低、帶寬不夠?qū)挼?，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(guān)軍事裝備難以滿足更高層次的任務(wù)需要。

螺旋線行波管的高頻結(jié)構(gòu)(也叫慢波結(jié)構(gòu))是管子的核心，它直接決定了管子的輸出功率和穩(wěn)定性。如圖1所示，常規(guī)的慢波結(jié)構(gòu)由金屬管殼3’，夾持桿2’和螺旋線1’組成，采用不同的夾持方式將它們固定在一起。無論采取何種夾持方式，常規(guī)的螺旋線和夾持桿之間都是硬連接，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(dǎo)的阻礙作用最大，使螺旋線的熱量難于傳導(dǎo)出去。為降低界面熱阻，有人將螺旋線和夾持桿焊接在一起，方法是，將螺旋線和夾持桿鍍上金屬膜，然后將夾持桿與螺旋線焊接在一起，最后再酸洗去除夾持桿上多余的金屬。這種方法的缺點在于，多余的金屬難以去除干凈，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后再與夾持桿擴散焊形成慢波組件。該方法雖然摒棄了夾持桿整體鍍膜再焊接的缺點，但是由于夾持桿未經(jīng)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，由于螺旋線與夾持桿的接觸面是曲面，兩者之間的有效焊接面積很小，特別是對于毫米波行波管，界面熱阻的降低效果有限。

針對現(xiàn)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(xiàn)狀，需要提出一種新的螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)及該高頻結(jié)構(gòu)的制造工藝，進而從根本上解決其界面接觸熱阻高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)，該高頻結(jié)構(gòu)通過在夾持桿上曝光光刻并設(shè)金屬化鍍層，使得管殼、夾持桿和螺旋線三者焊接在一起形成螺旋線行波管用的高頻結(jié)構(gòu)，該高頻結(jié)構(gòu)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(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)的制備方法。該方法通過對夾持桿進行曝光光刻和定點金屬化鍍層，并將螺旋線鍍上適合于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，將夾持桿、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(jié)構(gòu)，降低了高頻結(jié)構(gòu)的界面熱阻，并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(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)，所述高頻結(jié)構(gòu)包括螺旋線、夾持桿和管殼；

在與所述螺旋線相對應(yīng)的所述夾持桿的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有通過曝光光刻并金屬化的第一金屬化鍍層，所述螺旋線的外側(cè)壁與所述夾持桿的內(nèi)側(cè)壁上的第一金屬化鍍層通過壓力擴散焊連接；所述夾持桿的外側(cè)壁與所述管殼的內(nèi)側(cè)壁連接固定。

進一步的，所述夾持桿的外側(cè)壁上設(shè)有第二金屬化鍍層，所述夾持桿的外側(cè)壁上的第二金屬化鍍層與所述管殼的內(nèi)側(cè)壁通過壓力擴散焊連接。

進一步的，在與所述夾持桿相對應(yīng)的所述螺旋線的外側(cè)壁上設(shè)有第三金屬化鍍層；該第三金屬化鍍層與所述夾持桿的內(nèi)側(cè)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(zhì)的管殼。

為解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟：

S1、與所述螺旋線相對應(yīng)的夾持桿內(nèi)側(cè)壁曝光光刻，并得到焊點圖形；

S2、圖形化后的夾持桿內(nèi)側(cè)壁金屬化，得到第一金屬化鍍層；

S3、夾持桿內(nèi)側(cè)壁去除剩余光刻膠；

S6、利用定位模具將螺旋線、夾持桿和管殼進行組裝和定位；

S7、利用擠壓法將螺旋線和夾持桿裝配至管殼內(nèi)；并通過壓力擴散焊連接獲得一體化高頻結(jié)構(gòu)。

進一步的，該方法進一步的包括如下步驟：

S4、夾持桿的外側(cè)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、與所述夾持桿相對應(yīng)的螺旋線外側(cè)壁金屬化，得到第三金屬化鍍層。

進一步的，所述夾持桿的外側(cè)壁上的第二金屬化鍍層與所述管殼的內(nèi)側(cè)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桿的內(nèi)側(cè)壁上的第一金屬化鍍層通過壓力擴散焊連接。

本發(fā)明通過對夾持桿進行曝光光刻和定點金屬化鍍層，并將螺旋線鍍上適合于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，將夾持桿、螺旋線和管殼三者焊接在一起，通過本發(fā)明提供的方法所獲得的螺旋線行波管用高頻結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的高頻結(jié)構(gòu)相比，降低了高頻結(jié)構(gòu)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(guī)螺旋線行波管用高頻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實施例中螺旋線行波管用高頻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2中A部放大示意圖。

圖4為本發(fā)明第一實施例中螺旋線行波管用高頻結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖。

圖5為本發(fā)明第二實施例中螺旋線行波管用高頻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明第二實施例中螺旋線行波管用高頻結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)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(jié)構(gòu)，所述高頻結(jié)構(gòu)包括螺旋線1、夾持桿2和管殼3；

在與所述螺旋線1相對應(yīng)的所述夾持桿2的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有通過曝光光刻并金屬化的第一金屬化鍍層21,具體為，夾持桿2內(nèi)側(cè)壁曝光光刻，得到焊點圖形；圖形化后的夾持桿內(nèi)側(cè)壁金屬化得到第一金屬化鍍層21，第一金屬化鍍層21的金屬化方法采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)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；

所述夾持桿2的外側(cè)壁上設(shè)有第二金屬化鍍層22，第二金屬化鍍層22的金屬化方法采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)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；

在與所述夾持桿2相對應(yīng)的所述螺旋線1的外側(cè)壁上設(shè)有第三金屬化鍍層11，第三金屬化鍍層11的金屬化方法采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(cè)壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持桿2的內(nèi)側(cè)壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；所述夾持桿2的外側(cè)壁上的第二金屬化鍍層22與所述管殼3的內(nèi)側(cè)壁通過壓力擴散焊連接。

一種用于本實施例中上述螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟：

S1、與所述螺旋線1相對應(yīng)的夾持桿2內(nèi)側(cè)壁曝光光刻，并得到焊點圖形；具體為，根據(jù)螺旋線1的寬度和螺距，確定焊點圖形。假設(shè)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桿的寬度，每個矩形的間距為螺旋線螺距。

S2、圖形化后的夾持桿2內(nèi)側(cè)壁金屬化，得到第一金屬化鍍層21；

S3、夾持桿2內(nèi)側(cè)壁去除剩余光刻膠；

S4、夾持桿2的外側(cè)壁金屬化，得到第二金屬化鍍層22。

S5、與所述夾持桿2相對應(yīng)的螺旋線1外側(cè)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、夾持桿2和管殼3進行組裝和定位；

S7、利用擠壓法將螺旋線1和夾持桿2裝配至管殼3內(nèi)；并通過壓力擴散焊連接獲得一體化的高頻結(jié)構(gòu)；即螺旋線1的外側(cè)壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持桿2的內(nèi)側(cè)壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；夾持桿2的外側(cè)壁上的第二金屬化鍍層22與管殼3的內(nèi)側(cè)壁通過壓力擴散焊連接固定。其中壓力擴散焊的工藝參數(shù)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(jié)構(gòu)裝入擴散焊模具內(nèi)，在氫氣爐內(nèi)以焊接溫度750℃，焊接30min，焊接時爐內(nèi)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(jié)構(gòu)，所述高頻結(jié)構(gòu)包括螺旋線1、夾持桿2和管殼3；所述管殼3為金屬材質(zhì)的管殼。

在與所述螺旋線1相對應(yīng)的所述夾持桿2的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有通過曝光光刻并金屬化的第一金屬化鍍層21，具體為，夾持桿2內(nèi)側(cè)壁曝光光刻，得到焊點圖形；圖形化后的夾持桿內(nèi)側(cè)壁金屬化得到第一金屬化鍍層21，第一金屬化鍍層21的金屬化方法采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)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；

在與所述夾持桿2相對應(yīng)的所述螺旋線1的外側(cè)壁上設(shè)有第三金屬化鍍層11，第三金屬化鍍層11的金屬化方法采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(cè)壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持桿2的內(nèi)側(cè)壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；所述夾持桿2的外側(cè)壁與所述管殼3的內(nèi)側(cè)壁連接固定。

一種用于本實施例中上述螺旋線行波管用一體化高頻結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括如下步驟：

S1、與所述螺旋線1相對應(yīng)的夾持桿2內(nèi)側(cè)壁曝光光刻，并得到焊點圖形；

S2、圖形化后的夾持桿2內(nèi)側(cè)壁金屬化，得到第一金屬化鍍層21；

S3、夾持桿2內(nèi)側(cè)壁去除剩余光刻膠；

S4、與所述夾持桿2相對應(yīng)的螺旋線1外側(cè)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、夾持桿2和管殼3進行組裝和定位；

S6、利用擠壓法將螺旋線1和夾持桿2裝配至管殼3內(nèi)；并通過壓力擴散焊連接獲得一體化的高頻結(jié)構(gòu)；即螺旋線1的外側(cè)壁上的第三金屬化鍍層11與所述夾持桿2的內(nèi)側(cè)壁上的第一金屬化鍍層21通過壓力擴散焊連接；夾持桿2的外側(cè)壁與管殼3的內(nèi)側(cè)壁通過壓力擴散焊連接固定。其中壓力擴散焊的工藝參數(shù)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(jié)構(gòu)裝入擴散焊模具內(nèi)，在氫氣爐內(nèi)以焊接溫度750℃，焊接30min，焊接時爐內(nèi)真空度為1×10^-4Pa。

本文中所采用的描述方位的詞語“上”、“下”、“左”、“右”等均是為了說明的方便基于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于裝置的擺放方式而有所不同。

綜上所述，本發(fā)明所述的實施方式僅提供一種最佳的實施方式，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上，然而熟悉本項技術(shù)的人士仍可能基于本發(fā)明所揭示的內(nèi)容而作各種不背離本發(fā)明創(chuàng)作精神的替換及修飾；因此，本發(fā)明的保護范圍不限于實施例所揭示的技術(shù)內(nèi)容，故凡依本發(fā)明的形狀、構(gòu)造及原理所做的等效變化，均涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。