Твердотельный многоэлементный СВЧ-модуль Советский патент 1992 года по МПК H01J23/30 H01P1/16 

(46) 30.06.92.Бюл. N (21) 4441803/21

24

(22) 15.06.88 72

12) В.К.Зарубин, Г.А.Курпяев, Р.П.Матафонов и В.А.Судаков

(53)621.385.69(088.8)

(56)Рогов В,И. Оконечный поглотитель ЛОВ на основе объемно-поглощающего материала КТ-30,- Электронная техника, сер.1, Электроника-СВЧ, 1974, вып. 5, с,96.

Патент США № 4270106, кл. Н 01 Р 1/16, 1981.

(54)ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ СВЧ-МОДУЛЬ

(57)Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к твердотельным модулям с-поглотителями СВЧ-энергии, выполненным на0основе гибридно-интегральных схем СВЧ с большим количеством активных элементов. Целью изобретения является повышение надежности

и твердотельных модулей СВЧ долговечности. В твердотельном многоэлементном модуле, состоящем из прямоугол - ного корпуса с крышкой с размещенными в нем объемными поглотителями СВЧ- энергии и гибридно-интегральными схемами с активными элементами, корпус 1 выполнен герметичным и заполнен инертным газом. Поглотитель СВЧ-энер- гии выполнен из объемно-поглощающей керамики в виде пластин 3, каждая из которых содержит по крайней мере два сквозных цилиндрических отверстия 7 с фасками 8, прижатых с натягом к боковым стенкам 4 и крышке 5 корпуса модуля посредством металлических пистонов 6 в виде стаканов с упругой отбортовкой так что дно каждого стакана неразъемно соединено со стенками 4 или крышкой 5 корпуса модуля. Конструкция повышает надежность и долговечность модуля в 5- 10 раз. 3 ил.

tf

С

Изобретение относится, к технике СВЧ, а именно к твердотельным модулям с поглотителями СВЧ-энергии, выполненным на основе гибридно-интегральных схем СВЧ с большим количеством активных элементов {диоды, транзисторы и т.д.) и обладающим повышенной надежностью и долговечностью.

Для использования модулей СВЧ в современной радиоаппаратуре требуется, чтобы модули обладали высокой устойчивостью к термоциклам, ударным и вибрационным нагрузкам в течение десятков тысяч часов.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности твердотельных модулей. СВЧ.

Крепление элементов модуля внутри / корпуса должно быть таким, чтобы обеспечить повышенную стойкость моду- .ля к термоциклам, ударным и вибрационным нагрузкам, а сам корпус модуля должен быть вакуумно-плотным и иметь такой газовый состав в своем внутреннем пространстве, который бы не снижал надежности используемых твердотельных активных элементов.

СЛ СП

№

СО

ю

На фиг01 представлено сечение твердотельного модуля СВЧ; на фиг.2 - взаимное расположение керамической пластины, крышки (корпуса) и пистона до закрепления|, на фиг.З - то же, после закрепления.

Вакуумно-плотный корпус модуля с закрепленной на его дне микросхемой 2 с активными и пассивными элементами снабжен объемно-поглощающем СвЧ-энергию керамическими пластинами 3, размещенными на внутренних поверхностях боковых стенок 4 и крышки 5 модуля и прикрепленными к -корпусу и крышке не менее че,м в двух местах каждая металлическими пистонами 6, вставленными в сквозные отверстия 7 с фасками 8 в керамических пластинах (см, фиг,I).

Для осуществления постоянного поджатия керамических пластин к поверхности корпуса каждая пластина 3 (см.фиг,2 и 3) соединена со стенкой 4 или крышкой 5 корпуса I с помощью пистона 6, размещенного в сквозном отверстии 7 керамической пластины с фаской 8 так, что отогнутые края титанового пистона упираются в фаску отверстия в керамической пластине, а дно пистона не доходит до поверхности стенки 4 или крышки 5 корпуса,

В твердотельном многоэлементном модуле, состоящем из прямоугольного корпуса с крышкой с размещенными в нем объемными поглотителями СВЧ-энер гии и гибридно-интегральными схемами с активными элементами, корпус выполнен герметичным и заполнен инертным газом. Поглотитель СВЧ-энергии выполнен из объемно-поглощающей керамики в виде пластин 3S каждая из которых содержит но крайней мере два сквозных цилиндрических отверстия 7 с фасками 8, прижатых с натягом к боковым стенкам 4 и крышке 5 корпуса модуля посредством металлических пистонов 6 в виде стаканов с упругой от- бортовкой так, что дно каждого из стаканов неразъемно соединено со стенками или крышкой корпуса модуля.

Откачка корпуса, заполнение его внутреннего объема инертным газом к последующая герметизация модуля являются важнейшими особенностями твердотельного модуля, т.к. способствуют созданию и поддержанию во времени нейтральном газовой среды во внут0

5

0

5

0

5

0

45

50

55

рением объеме герметизированного модуля, чем увеличивают надежность и долговечность твердотельного модуля в целом.

Особенно следует отметить необходимость заполнения внутреннего объема модуля после откачки инертным газом под избыточным по сравнению с атмосферным давлением. Преимущество заполнения внутреннего объема корпуса инертным газом по сравнению с вакуумной атмосферой состоит в следующем.

Чем глубже вакуум в изделии, тем легче остаточным газам выделяться из гаэо- содержащих деталей внутреннего объема изделия, тем больше вероятность деградации внутренних структур (например, транзисторов) под отравляющим воздействием выделив шихся агрессивных газов и тем, следовательно, меньше надежность и долговечность всего изделия,

Создание избыточного по сравнению с атмосферным давления инертных газов во внутреннем объеме откаченного модуля препятствует выделению остаточных газов и способствует более длительному сохранению нейтральной газовой среды внутри модуля, Кроме того, газовая среда улучшает теплоот- од от кристаллов полевых транзисторов, используемых в модуле, увеличивая тем самым срок их службы.

Наполнение внутреннего объема о т- каченного модуля инертным газом под избыточным давлением повышает надежность и долговечность модуля в целом.

Меньшему выделению агрессивных компонентов служит и использование в качестве поглотителя СВЧ-энергии обт емно-поглощающей керамики, имеющей существенно меньшую пористость и газовыделение, чем поглотители на основе органических компаундов или рези- нонаполненных и ферроэпоксидных материалов, Это обстоятельство было решающим при выборе материала поглотителей СВЧ-энергии,

Однако использование объемно-поглощающей керамики в модуле было бы невозможно, если бы не удалось отойти от традиционных крепящих керамику устройств и предложить новый крепящий механизм.

Особенность предлагаемого устройства крепления керамики состоит в том, что керамика и металл корпуса

(или крышки) не просто неразъемно соединяются, а соединяются так, что каждая из соединяемых деталей имеет

возможность изменять свои геометричес- постоянного поджатня и исключения трекии размеры независимо от другой, оставаясь при этом постоянно прижатой с натягом к другой детали Постоянное поджатие одной детали к другой важно потрму, что исчезновение под-1- ю жатия в условиях жестких вибрационных нагрузок неизбежно ведет к дальнейшему ослаблению соединения этих деталей до полного разрушения соединений.15

В такой же степени важна и относительная свобода изменения геометрических размеров соединяемых деталей независимо друг от друга, поскольку обе соединяемые детали имеют большую 20 -разницу в коэффициентах температурного расширения (КТР) и не могут быть заменены другой парой из физических и конструкционных особенностей модуля в целом. 25

Поскольку известными устройствами крепления соединить и держать поджатыми в процессе любых внешних воздействий керамику и титановый корпус

ния стенок пистона о внутренние поверхности отверстий в керамике внешний диаметр цилиндрической части пистона должен быть меньше диаметра отверстия в керамике не менее чем на две толщины стенок пистона, а высота пистона должна быть меньше толщины керамики настолько, чтобы при упнра- ний отогнутых краев пистона в фаску отверстия в керамике до сварки дно . пистона не доходило до поверхности корпуса на расстояние, достаточное для осуществления натяга пистона при сварке.

Сборку осуществляют следующим образом.

Во внутренний объем пистона 6 вставляют электрод установки для точечной сварки до упора в дно пистона и усилием, прикладываемым к электроду, поджимают дно пистона до. соприкосновения с поверхностью стенки 4 или крышки 5корпуса, после чего производит-: ся точечная сварка (см.фиг.3).ВнутренВо внутренний объем пистона 6 вставляют электрод установки для точечной сварки до упора в дно пистона и усилием, прикладываемым к электроду, поджимают дно пистона до. соприкосновения с поверхностью стенки 4 или крышки 5корпуса, после чего производит-: ся точечная сварка (см.фиг.3).Внутрен(крышку) не представляется возможным,30 Ний диаметр цилиндрической частиписто- устройство крепления, обеспечивая на долженбыть достаточнымдля прохож- густончивостъ модуля к климатическим и вибрационным нагрузкам, способствудения и упора в дно пистона инструмента для точечной сварки.

ет созданию надежного и долговечного модуля.

I

Создание постоянного поджатия

керамических пластин к корпусу осуществляется следующим образом.

Пистоны, служащие для крепления керамических пластин, изготавливаются из листового, материала в виде стаканов цилиндрической формы с отбортов- кой. В процессе изготовления пистонов давлением материал пистона и особенно его отогнутые края нагортовываются, приобретая упругие, пружинящие свойства. Если такой пистон погрузить в Сквозные цилиндрические отверстия с фасками в керамике так, чтобы отогну- тые края пистона упирались в фаски отверстий, а дно пистона при этом еще не доходило до поверхности корпуса модуля, затем натянуть пистон за донышко за счет пружинящих свойств отбортовки и соединить дно пистона неразъемно с поверхностью корпуса, то созданное таким образом устройство обеспечит пружинящий прижим керамичес1552921

ких пластин при всех условиях эксплуатации модуля.

Установлено, что для осуществления

ния стенок пистона о внутренние поверхности отверстий в керамике внешний диаметр цилиндрической части пистона должен быть меньше диаметра отверстия в керамике не менее чем на две толщины стенок пистона, а высота пистона должна быть меньше толщины керамики настолько, чтобы при упнра- ний отогнутых краев пистона в фаску отверстия в керамике до сварки дно . пистона не доходило до поверхности корпуса на расстояние, достаточное для осуществления натяга пистона при сварке.

Сборку осуществляют следующим образом.

Во внутренний объем пистона 6 вставляют электрод установки для точечной сварки до упора в дно пистона и усилием, прикладываемым к электроду, поджимают дно пистона до. соприкосновения с поверхностью стенки 4 или крышки 5корпуса, после чего производит-: ся точечная сварка (см.фиг.3).ВнутренНий диаметр цилиндрической частиписто- на долженбыть достаточнымдля прохож-

Ний диаметр цилиндрической частиписто на долженбыть достаточнымдля прохож-

|

дения и упора в дно пистона инструмента для точечной сварки.

В эксперименте внутренний диаметр пистона был равен 4,2 мм при толщине пластин, изготовленных из керамики КТ-30, 2-3 мм соответственно для боковых пластин и пластины на крышке Толщина стенок пистона, изготовленного из титана, -О,1 мм. Дно пистона не доходило до поверхности титанового корпуса на 0,2 мм.

Пистон, закрепленный на корпусе точечной сваркой после его натяжения, осуществляет постоянное пружинное поджатие керамических пластин к корпусу за счет упругой деформации отбортовки пистона.

|

Перед заполнением внутреннего объема корпуса 1 (см. фиг.1) инертным газом корпус откачивается до остаточного давления 5 мм рт.ст. при температуре корпуса +90°С. Повышенная температура способствует принудительному газоотделению всех элементов, расположенных внутри корпуса. После откачки имевшихся и выделившихся газов происходит заполнение корпуса

инертным газом под давлением 2 атм и только после этого откусывается от- качной штенгель ножницами механизма холодного отпая, ибеспечивая вакуумно- плотный шов в месте откусывания штен- геля. Сам корпус с заваренными по периметру крышками 5 (см, фиг.1).проверяется на вакуумную плотность еще до начала откачки, Так создаются ус- ловия для получения и поддержания во времени неизменной и нейтральной га- здвой среды внутри корпуса модуля.

Конструкция твердотельного модуля СВЧ увеличивает надежность и долго- вечность приборов этого класса в 5-10 раз. Формула изобретения

Твердотельный многоэлементный СВЧ- модуль, выполненный ввиде прямоуголь-

М //V

ного корпуса Q крышкой, содержащего гибридно-интегральные схемы, активные элементы и поглотитель СВЧ-энергии, отличающийся тем, что, с целью по1ыгоения долговечности и надежности модуля, корпус выполнен герметичным и заполнен инертным газом, поглотитель СВЧ-энергии выполнен из объемно-поглощающей керамики в виде пластин, каждая из которых содержит по крайней мере два сквозных цилиндрических отверстия с фасками, прижатых с натягом к боковым стенкам и крышке корпуса модуля посредством металлических пистонов в виде стаканов с упругой отбортовкой, при этом дно каждого пистона неразъемно соединено со стенками или крышкой корпуса модуля,