Твердотельный многоэлементный свч-модуль

 

СООЗ СОНЕТСКИ1«

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГССУДАРСТВЕНКЬ1Й КОМИТЕТ

ПО Иаов1 ЕтЕНИЯМ И ОТН1 ЦТИЯМ

П1 И ГННт ССа (46) 30. 06. 92. Бюл. Р 24 (21) .4441803/21

22) 15.06.88

72) В.К,Зарубин, Г.А.Курпяев, Р.Ц,Матафонов и В.А.Судаков (53) 621.385.69(088.8) (56) Рогов В.И. Оконечный поглотитель

ЛОВ на основе объемно-поглощающего материала KT-ЗО.- Электронная техника, сер.l "Электроника-СВЧ", 1974, вып. 5, с.96.

Патент США Ф 4270106, кл. H OI 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 на,основе гибридно-интегральных схем СВЧ с большим количест» вом с;ктивных элементов..Целью изобретения является повышение надежности и твердотельных модулей СВЧ долговечИзобретение относится,.к технике

СВЧ, а именно к твердотельным модулям с поглотителями СВЧ-энергии, выпол;ненным на основе гибридно-интеграль-! ных схем СВЧ с большим количеством активных элементов (диоды, транзисторы и т.д.) и обладающим повьппенной надежностью и долговечностью.

Для использования модулей СВЧ в современной радиоаппаратуре требуется, чтобы модули обладали высокой устойчивостью к термоциклам, ударным и вибрационньпч нагрузкам в течение десятков тысяч часов, (51) 5 Н 01 Л 23/30 Н O l Р l /16 ности. В твердотельном многоэлементном модуле, состоящем из прямоугольного корпуса с крышкой с размещенными в нем объемными поглотителями СВЧэнергии и гибридно-интегральными схемами с активными элементами, корпус l. выполнен герметичным и заполнен инертным газом. Поглотитель СВЧ-энер гии выполнен иэ объемно-поглощающей керамики в виде пластин 3, каждая иэ которых содержит по крайней мере два сквозных цилиндрических отверстия 7 с фасками 8, прижатых с натяroM 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 510 раз, 3 ил.

Целью изобретения является повьппе- Ю ние надежности и допговечности твер- «©

1. к.еь дотельных модулей. СВЧ. ффр г

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

1552921

На фиг.1 представлено сечение твердотельного модуля СВЧ; иа фиг.2— взаимное расположение керамической пластины, крьш«ки (корпуса} и пистона до закрепления;, на фиг,3 — то же, после закрепления.

Вакуумно"плотный корпус 1 модуля с закрепленпай на его дне.микросхемой 2 с активными и пассивными эле- 13 ментаии снабжен объемно"поглощающими

СВЧ-энергию керамическими пластинами

3, размещенными на внутренних поверхностях боковых стенок 4 и крышки 5 модуля и прикрепленными к..корпусу и крьппке не менее чем в двух местах каждая металлическими пистонами б, вставленными в сквозные отверстия 7 с фасками 8 в керамических пластинах (см. фиг,1}. 20

Для осуществления постоянного поджатия керамических пластин к поверхности корпуса каждая пластина 3 (см.фиг.2 и 3) соединена са стенкой

4 или крышкой 5 корпуса 1 с помощью 25 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, à 3О дно пистона не доходит до поверхности стенки 4 или крьппки 5 корпуса.

В твердатепьном многоэлементном модуле, состоящем из прямоугольного

35 корпуса с крьппкой с размещенными в нем объемными паглотителями СВЧ-энергии и гибридно-интегральными схемами с активными элементами, корпус выпал" нен герметичным и заполнен инертным газам. Поглотитель СВЧ-энергии выполнен из объемно-поглощающей керамики в виде пластин 3, каждая иэ которых содержит по крайней мере два сквозных цилиндрических отверстия 7 с 45 фасками 8, прижатых с натягом к боко вым стенкам 4 и крышке 5 корпуса модуля посредством металлических пистонов б в виде стаканов с упругой отбортовкой так, что дна каждого из стаканов нераэъемно соединено со стен" хами или крышкой корпуса модуля.

Откачка корпуса, заполнение его

««нутреннего объема инертным газом и последующая герметизация модуля !

35 являются важнейшими особенностями

TI3Pppot8JIsHo1 o Ho JIII> T K. cII0c:обст вуют созданию и поддержанию во времени нейтральном газовой среды во внутреннем объеме герметизированного модуля, чем увеличивают надежность и долговечность твердотельного модули в целом.

Особенно следует отметить необходимость заполнения внутреннего сбъема модуля после откачки инертным газом под избыточным по сравнению с атмосферным давлением. Поеимущество 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 гаэосодержащих. деталей внутреннего объема изделия, тем больше вероятность деградации внутренних структур (например, транзисторов) под отравляющим воздействием выделившихся агрессивных газов и тем, следовательно, меньше надежность и долговечность всего изделия °

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

Наполнение внутреннего объема откаченного модуля инертным газом пад избыточным давлением повышает надежность и долговечность модуля в целом.

Меньшему выделению агрессивных компонентов служит и использование в качестве поглатителя СВЧ"энергии объемно-поглощающей керамики, имеющей существенно меньшую пористость и газовыделение, чем поглотители на основе органических компаундов или реэи-, нонаполненных и ферроэпоксидных материалов, Это обстоятельство было решающим при выборе материала погло-. тителей СВЧ-энергии, Однако использование объемно-поглощающей керамики в модуле было бы невозможно, если бы не удалось отойти от традицианчых крепящих керамику устройств и предложить новый крепящий механизм.

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

155292) (или крышки) не просто неразъемно соединяются, а соединяются так, что каждая из соединяемых деталей имеет воэможность изменять свои геометричес"

5 кий размеры независимо от другой, ос» таваясь при этом постоянно прижатой с натягом к другой детали, Постоянное поджатие одной детали к другой важно потому, что исчезновение под жатия в условиях жестких вибрационных нагрузок неизбежно ведет к дальнейшему ослаблению соединения этих деталей до полного разрушения соединений. l5

В такой же степени важна и относительная свобода изменения геометрических размерон соединяемых деталей независимо друг от друга, поскольку обе соединяемые цетали имеют большую 20

-разницу.в коэффициентах температурного расширения (KTP) и не могут быть заменены другой парой иэ физических и конструкционных особенностей модуля в целом. 25

Поскольку известными устройствами крепления соединить и держать поджатыми в процессе любых внешних воздей« ствий керамику и титановый корпус (крышку) ие представляется возможным, 30 устройство крепления, обеспечивая устойчивость модуля к климатическим и вибрационным на„грузкам, способствует созданию надежного и долговечного модуля. 35

Создание постоянного поджатия керамических пластин к корпусу осуществляется следующим образом, Пистоны служащие для крепления,4О керамических пластин, изготавливаются из листового материала в ниде стаканов цилиндрической формы с отбортонкой, В процессе изготовления пистонов данлением материал пистона и особенно его отогнутые края иагортовываются, приобретая упругие, пружинящие свойства. Если такой пистон погрузить в сквозные цилиндрические отверстия с фасками в керамике так, чтобы отогну- 5О тые края пистона упирались в фаски отверстий, а дно пистона при этом еще не доходило да поверхности корпуса модуля, затем натянуть пистон за донышко за счет пружинящих свойств отбортавки и саед".Нить дно пистона иераэъемно с поверхностью корпуса, то созданное таким образом устройство обеспечит пружинящий прижим керамических пластин при всех услоннях эксплуа-. тации модуля.

Установлено, что для осуществления постоянного поджатия и исключения трения стенок пистона о внутренние поверхности отнерстий в керамике внешний диаметр цилиндрической части пистона должен быть меньше диаметра от-. верстия н керамике не менее чем на две толщины стенок пистона, а высота пистона должна быть меньше толщины керамики настолько, чтобы при упирании отогнутых краев пистона н фаску отверстия а 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, прикладЪ|ваемым к электроду, поджимают дно пистона до соприкосновения с понерхностью стенки 4 или крышки 5корпуса,после чегопроизводит-... ся точечнаясварка (см.фиг,3).Внутрен,ний диаметрцилиндрической частиписто на долженбыть достаточнымдля прохождения 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

KT-30, 2-3 мм соответственно для боковых пластин и пластинь| на крышке.

Толщина стенок пистона, изготовленного из титана, -О,! 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 коргусу эа счет упругой деформации от% бортовки пистона.

Перед заполнением внутреннего объема корпуса I (см. фиг. l ) инертным газом корпус откачивается до остаточного давления 5 ° lO 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

1552921

16 $6 TSAR

Составитель Т.Николаева

Техред Л.Олийньи Корректор М.Максимишинец

Мн «««««ю «« «Ю

Тираж 255 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Редактор.И.Кузнецова

Заказ 2815

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-нздательcкиh комбинат "Патент", г ужгород, ул. Гагарина, 10 1 инертным газом под давлением 2 атм и только после этого откусынается откачной штенгель йожницами механизма холодного отпая, ч)беспечиная накуумйоплотный шов в месте откусывания штенгеля, Сам корпус с занаренными 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 газдвой среды внутри корпуса модуля.

Конструкция твердрдельного модуля

СВЧ увеличивает надежность и долговечность приборов этого класса в .5-10 раз.

Формула изобретения

Твердотельный многоэлементный СВЧмодуль. Выполненный ввиде прямоуголь- 20 ного корпуса крышкой, содержащего гибридно-интегральные схемы, активные элементы и поглотитель СВЧ-энергии, 1 отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и надежности модуля, корпус ныполнен герметичным и заполнен инертным газом, поглотитель СВЧ-энергии выполнен из объемно-поглощающей керамики в виде пластин, каждая иэ которых содержит по крайней мере два сквозных цилиндрических отнерстия с фасками, прижатых с натягом к боковым стенкам и крышке корпуса модуля посредством металлических пистонов в виде стаканов с упругой отбортовкай, при этом дно каждого пистона нераэъемно соединенб со стенками или крышкой корпуса модуля,