Способ изготовления штырьковых гермовводов

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИТЫРЬКОВЫХ ГЕРМОВВОДОВ путем соединения электровводов с деталью из неорганического диэлектрика при нагреве, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса, снижения энергозатрат, повьипения производительности и улучшения качества спая, соединение осуществляют путем приведения в контакт с неорганическим диэлектриком торца электроввода с последующим воздействием на них электромагнитного поля СВЧ-диапазона и при возникновении в диэлектрической детали локально расплавленной зоны вводят электроввод до его выхода с противоположной стороны детали. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<19) (11) 3(50 С 04 B 37 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3458853/29-33 (22) 28.06.82 (46) 15.04.84. Бюл.Р 14 (72) В.А.Тучин, Б.П.Соколов, В.B.Ясинский, М.М,Любченко, А.И.Гуров и

О.А.Гараймович (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (53) 666.653(088.8)

56 l. Авторское свидетельство СССР

9 109598, кл. С 04 В 37/02, 1955, 2. Преснов В.А ° и др. Керамика и ее спаи с металлом в технике. M., "Атомиздат", 1969, с, 128-129.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 583112, кл. С 04 В 37/02, 1977. (54 ) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ lllT6IPbКОВ61Х ГЕРМОВВОДОВ путем соединения электровводов с деталью из неорганического диэлектрика при нагреве, отличающийся тем,что, с целью упрощения технологического процесса, снижения энергозатрат, повьыения производительности и улучшения качества спая, соединение осуществляют путем приведения в контакт с неорганическим диэлектриком торца электроввода с последующим воздействием на них электромагнитного поля

СВЧ-диапазона и при возникновении в диэлектрической детали локально расплавленной зоны вводят электроввод до его выхода с противополож- щ

Р ной стороны детали. )085965

ИЗОбре (ение ОтнОсится к техноло—

Гии изготовления штырьконых гермовводов и может быть 1!Спольгтонано в радиоэлектронной промышл HHocTH и точном приборостроении.

Известен ряд способов изготовле- 5 ния вакуумноплотных штырьконых электродов н детали и.- неорганических диэлектриков, общим н которых является то, что н диэлектрической,цетали выполняется отверстие, сооrBercr- !() нующее,циаметру электронводон, с по— следующей герметизацией электроввода каким-либо припоем (металлом, стеклом, стеклометаллом или стеклоцемепroM). Например известен способ "активной" пайки, г!ри котором штырьковые электроввоцы (никель, титан, пир— коний и т.д, ), уc TBHQBJ!åHH!1е н отвер-. стия диэлектричаскои детали, впаива-!

Отся актив ньlм ме«1110марг анцГ13ым или серебряным припоем н вакууме или в нейтральной газовой среде. Герметизация достигается актив1161м воздействием припоя с диэлектриком и металлом элекrpoBBO«Ia ()) .

Недостатками такого способа явля-! отся низкие термическая и механи-Ipc кая прочности Brlêуумноплотных с11аен нследствие слабого pacтекания припоя в Отверстии диэлектрика.

Известен способ изготовления штырь-.ковых гермон нодон, основанный на применении в качестве припоя отожжЕНКОй ГЛаЗУРИ, В СОСтclB КОтОРОй

Входят кремнезем, глинозем и окисль

I:ie!3oчноземельных металлов (Взй, СВ0 g5 и др,). В результате высокотемпер=l турной пайки глазурь обеспечивает вакуумноплотное соединение диэлек» трика со UlTblpbl(QB6IM электровводом (2) (К недостаткам yl

Из«1естен также способ г:олучения

Iгтырь кОВ6 х ГермОВ ВОДО!3 путем гlайки кон! .ческогo диэлектри !е(..ко-.о !(!Ти@та

B коническое отверстие диэлектричесКОй ДЕтаЛИ, Нс; ПОВЕРХНОСТЬ КОТОР61Х наносят стекломо«1ибде:-10ily!0 пасту, СОСТОЯ!»(!»»!О 11-.1 Ма!)Гани Рг- ОГО СТ(»К (та пОРО! Л<ообРс1:1 НОГО . .еталлическОГО 1.:Олиб«(сна. ПВЙку осу -:е(т:1ПЯют 13 Ва:

Ра(.Г(«(анл IH»J3 1-.РИПОЯ. ("Г(lc ЛОМОJIИ!. Цсноная паг.та обес: ечпвает герметиза.—

LcHcl ((тищ :T и ОДнонрег(ен! 0 H13«:.. t TQJI

r=,( влек трoпрOBодни!

Недостатками данногo сгос бсз ЯB 60

J! i1J 1 Гс !! ЕР ав. (!МЕPН ан (! OЛЩИH» 1i РОВ О »"» iÄÐJ (ПОКО!1T!!Я и T(Pl< СЛЕс Ст ЗИЕ .

БОЗЕ!11!(.!QB= Н1 - !: П:!ОВЫХ 1 PcBci! iCH TÎB i

НЕВОЗ :ОТ:Ei(3 Ег 6 IIC .Г!УЮ:.",Ей Р (ЕХ =1 Н(i" Š—. с! ОЙ Об() «бот (11:» (01 1 ВВОДОВ с Раз »

»l 111Г в диаметр TJ(вслед(твиc кони lC CК Ой фо .»!«!»1 !t!TI(C«та, СЛОжноС 1 Ь ITBH ки к н им !!с талл иче c!(их ITpoBОдн ие(ОВ и быстрый износ по: p т, я IlpH испольЗонаНИИ М XcTEIH(ЕСКИХ КОНтаКтОН.

К общим недостаткам Всех известНЫХ Cl(Î(..обОВ Е! З ГОЧ ОВЛСс! И я 1(:ТЫрьКOI36JJ( гермозводов относятся многооперационность и трудоемкость подготовительных операций, предварительное из— готовление соотг етс г13у1о!1!их электровводу отверстий в,ци зл((ктрике, неОбходимОГть химической Очистки IIo верхности отверстий, изготовление пастообразного припоя и его равномерное нанесение на поверхность отверстия H электрОВВОда длительность и многостугенчатость термической обработки В ripo! Cссе пайки и герметиза1;ии элек гроввс«да В у(=лониях 1

»IЕ, сlеобХОДИМОС ТЬ и а ГРЕВ с1 ВЛЕК ТРОВвода со всей,це r;-.JTb:3. (!елью изобретения является упрощение технологического процесса, снижение энергозатрат, повышение производительности и улу 1!!ение качества спая.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления штырьконых гермовнодов пут(м соединения электровнодон с деталью v 3 неорганического диэлектрика r!pl-. нагреве, соединениеие ocyr(!ec TB«3!3 <«ò r:óòåì приведеНИ»I B КОНТаКт С НЕОРГанИЧЕСКИМ ДИ— электриком торца электрон вода с 110следу(ощим ноздействием на них электромагнитного поля СВЧ-диапазона и г1ри возникновении В диэлектрической детали локально расплавленной зоны вводят электровнод до его выхода с

ПГ>ОТИВОПОЛОЖНОЙ С TOTJC Hb! ц(» ТВЛ » .

Дле1 изготовлен Ея 1ермонвода осуществляют контакт горца электроввода с поверхностью диэлектрическосй детали.

Б облзсти расположения электро— ввода и детали создают электромагнитное поле СВ-. -диапазона. 11!Тырьковый электроввод, ко орый Гредставляет собой вибраTop концентрирует энергию электромагнитногс: поля,Кое(центрация. энергии характеризуется возникновением высокой напряженности электромаГHHTHQro поля СВЧ liPI 1(QHUBx электроввода. Причем максимальная напряженность.электрического поля возникает -.ри длине электронвода кратНОГО 3:3»2»rc EIHIBJ л /2, ГДС !1 — ДЛИНа вогны электромагнитHior î поля.

В О(блс»СТИ КОН ТаК С деталь(о благодаря Взаимодействию злее<трическОГО гlОля СВ(г ВеlсокОЙ на— пояженнОсти с дHBJT(B!, тоиком прОисхО— дит локальный разо гре;TPTdJIH, При

Н(-"ПО:IT-"i HHH» УГ JioB HB

1085965 где Р„„„„ — удельная мощность плавления диэлектрика;

 — площадь зоны расплава, и — толщина диэлектрической детали, сконцентрированная на торце вибрато- 5 ра мощность равна или превышает мощность, необходимую для разогрева диэлектрика до температуры плавления.

При этом в детали образуется локально расплавленная зона, в которую 0 вводят электроввод до его выхода с противоположной стороны детали.

Скорость введения электраввода в деталь выбирают исходя из вязкости материала в зоне расплава ((U ), толщины детали (d) и температуры затвердевания материала (t.>), т.е.

r3 — СУ(Р

t ) (2)

После введения электроввода в 55 диэлектрическую деталь на заданную длину, воздействие электромагнитного поля прекращают, после чего следует естественное охлаждение полученного соединения электроввода с 60 диэлектрической деталью. При этом образуется герметичное соединение металл-диэлектрик, т.е. гермоввод.

При размещении в электромагнитном поле нескольких электровводов возможно 65 где д — толщина диэлектрической детали;

1 вязкость материала в зоне расплава;

P — удельное давление электро- 25 ввода на материал зоны расплава, время затвердевания материала в зоне расплава.

Условия, определяемые выражением (2), следует соблюдать с тем, чтобы с одной стороны не допустить выброс материала из зоны расплава при большой скорости введения электроввода, а с другой стороны избежать затвердевания материала диэлектрика в зоне расплава при недостаточной скорости введения электроввода.

Ограничения по толщине стенки диэлектрической детали связаны с мощностью генератора электромагнитного 40 поля СВЧ, материалом диэлектрика и удельным давлением электроввода на материал в зоне расплава. Расчетные и экспериментальные результаты составляют для установки с уровнем про-45 водимой СВЧ мощности 500 Вт до б мм для ситалла и 0,8 мм для керамики

22ХС. При больших толщинах стенок указанных типов диэлектриков подводи мая в резонатор мощность, ограничивае-50 мая существующими типами СБЧ-генераторов, не позволяет создавать зону расплава по всей толщине стенки детали. одновременное, изготовление партии гермовводов.

Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена при использовании электромагнитного поля только СВЧ-диапазона. Это объясняется тем, что тангенс угла потерь неорганических диэлектрических материалов, являющийся показателем степени поглощения энергии, резко возрастает с ростом частоты электромагнитного поля, начиная с частоты порядка

10 Рц (нижняя граница СВЧ-диапазона).

На фиг.1 поясняется реализация предлагаемого способа; на фиг.2 этапы образования гермосоединения.

B объемном СВЧ-резонаторе 1 с известным распределением поля, длиной волнь| 12 см, добротностью 5 ° 10 и уровнем подводимой мощности 500 Вт размещают диэлектрическую деталь ? и штырьковый электроввод 3, câëзанный с механизмом перемещения 4. Электромагнитное поле СВЧ-диапазона подводят к объемному резонатору 1 от

СВЧ генератора. 5.

Использование обьемного резон тора обусловлено тем, что его применение позволяет получить напряженность электрического поля СВЧ порядка

3 10 B/ìM при относительно маломощном источнике СВЧ-энергии. В качестве диэлектрической детали используют ситалловук и керамическую подложки соответственно типа CT-50 и 22ХС тол диной 1 мм. D качестве электроввода используют вольфрамовую или стальную проволоку диаметром 1 мм. В соответствии с длиной волны в резонаторе

1 длину электроввода 3 выбирают равной 60 мм. Для получения электроввода меньшей длины применяют специальный держатель электропвода, представляющий собой металлический стержень, в торце которого продольно его оси фиксируют штырьковый электровнод. При этом общая длина держателя с установленным в нем электровводом составляет 60 мм.

Для изготовления гермоввода с помощью механизма перемещения 4 ocóùåñ— твляют контакт торца электроввода 3 с поверхностью диэлектрической детали 2 под заданным углом от 90 до 30

В объемном резонаторе 1 с помощью

CB I-генератора 5 возбуждают электромагнитное поле. Время возникновения локально расплавленной зоны в диэлектрике при указанной мощности СВЧ-генератора и его добротности составляет около 0,5 с для ситалла и 20-25 с для керамики. Скорость введения электроввода в диэлектрик составляет 20 мм/с для ситалла и б мм/с для кремния.После введения электроввода в диэлектрическую деталь на заданную длину подачу энергии в резонатор прекр ида1085965

Усй уиг дмх я и

enmpvg; анцс и и процесса ют, затем следует естественное охлаждение полученного соединения до температуры затвердевания диэлектрика.

Это время составляет для соединения электроввода с ситаллом около 3 с, а для керамики около 12-15 с. Общее 5 время изготовления гермоввода составляет в среднем от 30 до 60 с.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять соединения металлов практически со всеми неорганическими диэлектриками, содержащими стеклофазу (a частности такие керамики как 102, ВК-92, 22Х, 22ХС, М7, ВГ-IV и другие).

Образование локальной зоны расплава диэлектрика и его скорость зависит от уровня проводимой в объемный резонатор СВЧ-мощности, степени концентрации электромагнитного СВЧ-поля на рабочем торце электроввода, тангенса угла потерь диэлектрического материала, являющегося мерой его поглощения СВЧ-энергии и температуры плавления диэлектрика. Очевидно качество соединений металла с диэлектриком существенно зависит от наличия и процентного содержания стеклофазы, ее температуры плавления, химического состава, вязкости и смачивающей способности. Поскольку диэлектрики, имеющие в своем составе стеклофазу, легче образуют соединения с металлом,ЗО то чем выше содержание стеклофазы и ниже температура ее плавления, тем выше скорость ползучести материала диэлектрика в зоне расплава и тем лучше она затекает в зазоры между металлическим электровводом и диэлек. триком после введения последнего в зону расплава, Наличие в составе керамики минерализаторов на основе окислов марганца и кремния, как, например, в керамике типа 22ХС, снижает вязкость расплавленного диэлектрика, улучшает смачиваемость металла расплавленным диэлектриком.

Микроскопические исследования полученных спаев показывают, что в процессе образования гермосоединения под воздействием СВЧ поля стеклофаза керамики диффундирует в породы металла, образуя между ними прочную связь, которая и обеспечивает высокую механическую прочность и вакуумную плотность.

Предлагаемый способ изготовления гермовводов позволяет устранить многооперационность и трудоемкость технологического процесса и значительно сократить время его проведения, что ведет к резкому повышению производительности и,снижению в сотни раз энергозатрат производства.

ВНИИПИ Заказ 2164/23

Тираж 606 Подписное

Филиал ППП "Патент", r,Ужгород,ул.Проектная .4