電子真空器件制造工藝.doc

目錄1基本信息2真空電子器件制造零件處理清洗退火表面涂敷部件的制造與測(cè)試裝架玻璃封接工藝銦封工藝陶瓷金屬封接工藝釬焊及氬弧焊測(cè)試總裝排氣烘烤電極去氣陰極分解和激活封離老煉測(cè)試充氣工藝鍍膜工藝離子刻蝕熒光屏涂敷工藝沉淀法粉漿法干法3參考書目1基本信息真空電子器件按其功能分為實(shí)現(xiàn)直流電能和電磁振蕩能量之間轉(zhuǎn)換的靜電控制電子管；將直流能量轉(zhuǎn)換成頻率為300兆赫3000吉赫電磁振蕩能量的微波電子管；利用聚焦電子束實(shí)現(xiàn)光、電信號(hào)的記錄、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換和顯示的電子束管；利用光電子發(fā)射現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的光電管；產(chǎn)生X射線的X射線管；管內(nèi)充有氣體并產(chǎn)生氣體放電的充氣管；以真空和氣體中粒子受激輻射為工作機(jī)理，將電磁波加以放大的真空量子電子器件等。自20世紀(jì)60年代以后，很多真空電子器件已逐步為固態(tài)電子器件所取代，但在高頻率、大功率領(lǐng)域，真空電子器件仍然具有相當(dāng)生命力，而電子束管和光電管仍將廣泛應(yīng)用并有所發(fā)展。2真空電子器件制造零件經(jīng)處理、裝配，制造成真空電子器件，并通過老煉、調(diào)整、測(cè)試而達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的性能要求，這一整個(gè)過程和方法即為真空電子器件的制造工藝。真空電子器件的制造工藝隨器件的種類不同而有所區(qū)別,但就其共同的特點(diǎn)而言,大體上包括零件處理、部件制造與測(cè)試、總裝、排氣等工藝。有些器件,如攝像管和顯像管，還采用某些特殊的制造工藝，如充氣工藝、鍍膜工藝、離子蝕刻和熒光屏涂敷工藝等。零件處理在裝配、制造器件前首先對(duì)零件進(jìn)行處理，目的在于使零件本身清潔、含氣量少，并消除內(nèi)應(yīng)力。清洗金屬零件常用汽油、三氯乙烯、丙酮或合成洗滌劑溶液去除表面的油污，再經(jīng)過酸、堿等處理，去除表面的氧化層或銹垢等。有時(shí)還可在上述液體中進(jìn)行超聲清洗，以獲得更佳的效果。玻璃外殼或零件可用混合酸處理。經(jīng)化學(xué)清洗后的零件均需經(jīng)充分的水洗。陶瓷件經(jīng)去油、化學(xué)清洗和水沖洗后，還可再在馬弗爐中經(jīng)1000左右焙燒，使表面更清潔。退火將清洗過的零件加熱到其熔點(diǎn)以下的一定溫度并保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以消除零件在加工過程中引起的應(yīng)力。大多數(shù)金屬要在保護(hù)性氣體或真空中退火，以免氧化，同時(shí)也可凈化表面和排除內(nèi)部所含氣體。玻璃零件加工后在空氣爐中退火即可。表面涂敷為避免制造過程中氧化、便于焊接或減小使用時(shí)的高頻損耗，某些零件要在表面鍍鎳、銅、金或銀等。還有的零件須預(yù)先涂敷特殊涂層，如微波管內(nèi)用的衰減器可用碳化、石墨噴涂或真空蒸發(fā)、濺射等方法涂敷一層高頻衰減材料。有的零件還須涂敷某種材料，如碳化鉭等，以提高表面逸出功，降低次級(jí)發(fā)射。部件的制造與測(cè)試為保證器件各電極能按設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確、可靠地裝配起來(lái)，預(yù)先制成幾個(gè)部件和組件。對(duì)部分組件須進(jìn)行電氣參數(shù)的測(cè)試（亦稱冷測(cè)），構(gòu)成管殼的組件則須經(jīng)過氣密性檢驗(yàn)，合格后才能總裝。主要制造工藝有裝架、封接、焊接和測(cè)試等。裝架把零件裝配成陰極、電子槍、柵極、慢波電路、陽(yáng)極或收集極等組件，或進(jìn)一步裝配成待封口的管子。裝架時(shí)采用的焊接方法有點(diǎn)焊、原子氫焊、激光焊及超聲焊。有時(shí)也采用微束等離子焊、電子束焊和擴(kuò)散焊。玻璃封接工藝玻璃之間和玻璃與金屬之間的熔封是常用的工藝之一，多已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。利用這種技術(shù)制成電極引線或芯柱，并將管殼與芯柱封接在一起。銦封工藝兩種膨脹系數(shù)相差很大的玻璃或玻璃與各種晶體、玻璃與金屬間的真空密封，可用高純銦作焊料冷壓而成。這種工藝常用于攝像管窗口和管殼間的封接。它適合于不能承受高溫的零部件的真空密封，且銦能作為電極引出線使用。陶瓷金屬封接工藝為實(shí)現(xiàn)陶瓷絕緣件和金屬件的封接以構(gòu)成部件，廣泛采用燒結(jié)金屬粉末法和活性金屬法兩種工藝。前者是將鉬、錳等金屬粉末（有時(shí)添加少量氧化物作為活化劑）涂敷在待封接的陶瓷表面，再在氫爐中在 9001600范圍內(nèi)的某一溫度燒結(jié)成金屬化層，經(jīng)鍍鎳后用焊料與金屬加以封接?；钚越饘俜▌t是利用鈦、鋯等活性金屬和焊料或含活性金屬的合金焊料，在真空爐中升溫至略高于焊料熔點(diǎn)的溫度，形成液相活性合金來(lái)潤(rùn)濕陶瓷和金屬，完成封接。除這兩種工藝外，還有氧化物焊料法、擴(kuò)散封接以及利用蒸發(fā)或?yàn)R射金屬化來(lái)進(jìn)行封接等工藝。圖2是一些常用的陶瓷-金屬封接結(jié)構(gòu)。釬焊及氬弧焊金屬間的連接，常采用在氫爐或真空爐中釬焊的工藝。如果部件需多次釬焊，則應(yīng)先用高熔點(diǎn)焊料后用低熔點(diǎn)焊料進(jìn)行遞級(jí)釬焊。若部件的配合設(shè)計(jì)成具有翻邊的法蘭結(jié)構(gòu)，則可直接用氬弧焊加以連接。測(cè)試有些高頻系統(tǒng)的部件，如諧振腔、慢波電路等，制成后應(yīng)先進(jìn)行“冷測(cè)”，以檢驗(yàn)其電氣性能。必要時(shí)可對(duì)部件作些調(diào)整。對(duì)于光電器件，靶面制成后需經(jīng)動(dòng)態(tài)測(cè)試，以檢驗(yàn)其性能。封接、釬焊或氬弧焊的部件，如作為管殼的一部分，則必須用檢漏儀（如氦質(zhì)譜儀等）檢驗(yàn)其焊縫的密封性能，合格后才能用于總裝?？傃b經(jīng)檢驗(yàn)合格的部件用高頻集中焊、釬焊或氬弧焊等方法裝配成整管后即可進(jìn)行排氣。如果是玻璃管殼，則要把管芯與外殼裝配起來(lái)，在連接處用火焰熔封，即封口。有時(shí)，在總裝后再進(jìn)行一次總體檢漏再行排氣。排氣將總裝好的器件內(nèi)部氣體抽出，使壓強(qiáng)達(dá)到10-5帕以下的過程稱排氣。在排氣過程中還必須進(jìn)行管殼去氣、電極去氣、陰極分解和激活等，以保證管子正常工作。排氣系統(tǒng)常用機(jī)械泵與油擴(kuò)散泵串聯(lián)的系統(tǒng)，近年來(lái)又逐漸采用無(wú)油排氣系統(tǒng)，這有助于改善器件的性能（見真空獲得技術(shù)）。烘烤在排氣過程中常用外部加熱的方法對(duì)管殼和零件進(jìn)行烘烤除氣，再由排氣系統(tǒng)排出管外。為防止管殼金屬部分氧化，還常在真空器件外部再設(shè)置一真空烘罩，以便在真空環(huán)境下進(jìn)行烘烤，又稱“雙真空排氣”。電極去氣管內(nèi)的電極系統(tǒng)除用外烘烤去氣外，還可用高頻加熱、電子轟擊以及直接通電加熱等方法進(jìn)行除氣。加熱的溫度應(yīng)高于使用溫度。陰極分解和激活對(duì)于氧化物陰極，在排氣過程中須加熱陰極使碳酸鹽分解成氧化物。為提高陰極的發(fā)射能力，還應(yīng)進(jìn)一步提高陰極溫度或用支取較大電流的方法加以激活。陰極的分解激活也有在管子封離后進(jìn)行的，如顯像管的“臺(tái)下分解”。封離在器件排氣過程終了，管內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)10-5帕以下時(shí)，將器件與排氣系統(tǒng)分開并保持密封的過程叫封離。對(duì)采用玻璃排氣管的器件，用火焰噴燒排氣管使玻璃融合而與排氣系統(tǒng)分開。采用金屬排氣管的器件，則用特殊夾鉗直接夾斷金屬管，夾口起密封作用以保持管內(nèi)的真空狀態(tài)。含有吸氣材料的器件常用高頻感應(yīng)加熱使蒸散型吸氣劑蒸散或使非蒸散型吸氣劑激活以吸收器件內(nèi)殘余氣體，進(jìn)一步提高真空度。老煉對(duì)排氣后的器件進(jìn)行電氣處理以獲得穩(wěn)定的電氣性能的工藝稱為老煉。首先在陰極加熱條件下，各電極上加正常的或略高的電壓，并持續(xù)一定時(shí)間，使電極進(jìn)一步去氣，并使陰極發(fā)射電流和其他參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。對(duì)于高電壓器件，老煉前應(yīng)在陰極不加熱的條件下，各電極間加以比工作電壓更高的電壓，利用放電現(xiàn)象，去除器件內(nèi)各電極上殘留的毛刺、灰塵以及絕緣件表面的污點(diǎn)等，以免器件在使用時(shí)發(fā)生跳火現(xiàn)象。為保持器件內(nèi)足夠的真空度，有的器件本身還裝有鈦泵。測(cè)試器件經(jīng)老煉后需要測(cè)試性能，主要參數(shù)應(yīng)達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。這種測(cè)試亦稱“熱測(cè)“。為使用可靠，還須抽樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、耐沖擊試驗(yàn)、耐震試驗(yàn)及冷熱循環(huán)等例行試驗(yàn)。充氣工藝有些器件,如穩(wěn)壓管、閘流管和離子顯示器件等，內(nèi)部須充有一定的特種氣體如氫、氦、氖、氬等。氣體在排氣過程結(jié)束時(shí)充入。充入的氣體要非常純凈，因此充氣過程要采取一定措施，仔細(xì)控制。鍍膜工藝在現(xiàn)代真空電子器件制造過程中，鍍膜工藝應(yīng)用很廣。鍍膜工藝包括真空蒸發(fā)、濺射、離子涂敷及化學(xué)氣相沉積等。在制作攝像管、光電倍增管時(shí)，各類透明導(dǎo)電膜、光電陰極和光導(dǎo)靶面材料采用真空蒸涂的方法制成。顯像管熒光膜內(nèi)表面常蒸鋁膜以防止熒光膜灼傷，也可提高管子的亮度和對(duì)比度?，F(xiàn)代鍍膜工藝也被用來(lái)改變某些材料的表面狀態(tài)，制作陰極以及使陶瓷或其他介質(zhì)表面低溫金屬化和實(shí)現(xiàn)高頻低損耗的封接等。離子刻蝕這是用離子能量將固體原子或分子從表面層上逐漸剝離的一種新型微細(xì)加工方法。使用掩膜可以制出精密圖形。這種工藝可用于器件零部件的表面薄層剝離、有機(jī)膜的去除以及對(duì)攝像管晶體靶面進(jìn)行清潔處理或制作靶面的精細(xì)網(wǎng)格等（見電子束與離子束微細(xì)加工）。熒光屏涂敷工藝顯像管和示波管屏面內(nèi)表面須涂敷一層均勻的熒光物質(zhì)。涂屏的方法應(yīng)盡量保持材料的熒光性質(zhì)。對(duì)涂層的要求是均勻、顆粒大小分布要滿足一定要求、真空性能好、放氣量小、有足夠的粘附強(qiáng)度。涂屏方法主要有沉淀法、粉漿法和干法幾種。沉淀法黑白顯像管、示波管常用沉淀法涂屏。先將玻屏清洗干凈,注入含硅酸鉀的工作液,再注入含熒光質(zhì)的懸浮液。經(jīng)過一定時(shí)間的靜置沉淀后倒出殘液，通入60左右的熱空氣流，同時(shí)用紅外燈或熱空氣均勻地從外部加熱，使之干燥。在400450下焙燒，以去除涂敷過程中引入的有機(jī)雜質(zhì)。粉漿法彩色顯像管熒光屏多采用粉漿法涂敷熒光粉，即采用含有水溶性感光膠的熒光粉漿注入屏面內(nèi)進(jìn)行旋涂,使熒光粉漿均勻分布,再經(jīng)光學(xué)曝光、顯影（溫純水沖洗）等步驟制造而成。三種熒光物質(zhì)需分三次相繼涂敷以使其分別固定在相應(yīng)的位置上。有的管型需預(yù)先在三種色粉之間的位置涂以石墨黑底。熒光膜上要先用溶液法涂一層有機(jī)膜，再蒸涂鋁膜以保證鋁膜表面光亮，而有機(jī)膜在以后的焙燒中燒掉。由于屏面涂有熒光粉而不能經(jīng)受玻璃熔封的高溫，須采用低熔點(diǎn)玻璃焊料在 440左右將屏面與頸錐組件加以封接。干法這是新發(fā)展的一種光粘工藝，屬于干法涂屏工藝。先在屏面上涂以疏水性預(yù)涂膜，再涂以光粘膠。由于光粘膠曝光即有粘性，所以在撒上干熒光粉后，可用空氣噴吹屏幕，將未曝光部分的粉吹掉而達(dá)到涂屏的目的。彩色管的三種顏色的熒光粉分三次進(jìn)行涂敷。這種工藝簡(jiǎn)單、成本低、熒光膜亮度