衰減瓷是超高頻器件中的衰減介質材料,用于吸收部分不需要的微波電磁場能量,要求具有衰減比大,熱穩定性好,高溫不放氣等性能。衰減瓷一般是多孔結構,往往需要用特殊的封接工藝。衰減瓷用于超高頻器件的內部,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等。其中瓷的衰減量與陶瓷的制造工藝有關,但它在整個器件的導熱情況卻與封接工藝有關。

　　一般情況下,我們把衰減瓷環一個挨一個的擺放在腔體內,用無氧銅環壓緊并把無氧銅環焊在腔體內,達到固住衰減瓷的目的。簡要的結構示意圖如圖1 所示。這樣的結構工藝較簡單。但是衰減瓷環與腔體不能有良好的接觸,不能與腔體合為一個整體,而且由于衰減瓷環與腔體(一般為無氧銅) 膨脹系數不同,在器件工作時由于溫度較高,使得衰減瓷環與腔體脫離,不利于熱量及時導出,從而會產生震蕩,影響整個管體性能,造成器件不能正常的工作或使用壽命縮短。針對此現象本文通過實驗,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,成為一個整體,并通過改進模夾具,避免了衰減瓷在焊接過程中的炸裂現象, 使衰減瓷與腔體有著良好的接觸,熱量能夠及時散出,延長了使用壽命。

圖1 　原焊接位置結構示意圖

1、實驗過程

1.1、使用材料

　　無氧銅管、無氧銅環(按規范進行化學清洗);Ti-Ag-Cu 焊料片按規范進行化學清洗并進行真空爐退火;

　　BeO瓷環,(BeO:94%,TiO2:6% ) ,按規范進行清洗并進行真空爐燒結。

1.2、模具的選用

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

圖2 　對中模具和抑制膨脹模具

1.3、裝架步驟

　　將清洗好的無氧銅環和BeO衰減瓷環按裝架順序擺放好,把Ti-Ag-Cu焊料片剪成衰減瓷環外套封的側面積大小,并卷在已擺放好無氧銅環和衰減瓷環的外表面,一起插入欲焊接的無氧銅管中的焊接的部位(側封) 。改進后的焊接位置如圖3 所示。通過這樣的改進,可以使每一個衰減瓷環都能夠與無氧銅管有著良好的接觸,利于熱量的導出。放入對中模具和抑制膨脹的模具中準備焊接。

圖3 　改進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行焊接,緩慢升降溫,保溫30～50min ,指示焊料(Ag-Cu28焊料,熔流點780℃) 熔化后提高到40～70℃。

2、分析結論

2.1、將衰減瓷與腔體進行焊接的工藝優于衰減瓷直接碼放的工藝

　　由于BeO與無氧銅的熱膨脹系數相差很大,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如圖4所示。而用Ti-Ag-Cu焊料對BeO衰減瓷進行外套封的活性焊接,保證了瓷環與外壁良好接觸,散熱性能較好。

圖4 　幾種常見材料的熱膨脹系數

2.2、石墨模具的選取

　　通過分析該焊接結構,選取石墨模具作為對中模具。石墨的熱膨脹系數較小,與氧化鈹的熱膨脹系數也比較接近,既能保證部件的同心度。同時,又不會因兩者的膨脹系數差異引起陶瓷炸裂問題。