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真空電子器件

標籤:模擬電子

真空電子器件(vacuum electronic device)指藉助電子在真空或者氣體中與電磁場發生相互作用,將一種形式電磁能量轉換為另一種形式電磁能量的器件。具有真空密封管殼和若干電極,管內抽成真空,殘餘氣體壓力為10-4~10-8帕。有些在抽出管內氣體后,再充入所需成分和壓強的氣體。廣泛用於廣播、通信、電視、雷達、導航、自動控制、電子對抗、計算機終端顯示、醫學診斷治療等領域。

1基本信息

真空電子器件按其功能分為實現直流電能和電磁振蕩能量之間轉換的靜電控制電子管;將直流能量轉換成頻率為300兆赫~3000吉赫電磁振蕩能量的微波電子管;利用聚焦電子束實現光、電信號的記錄、存儲、轉換和顯示的電子束管;利用光電子發射現象實現光電轉換的光電管;產生X射線的X射線管;管內充有氣體併產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理,將電磁波加以放大的真空量子電子器件等。自20世紀60年代以後,很多真空電子器件已逐步為固態電子器件所取代,但在高頻率、大功率領域,真空電子器件仍然具有相當生命力,而電子束管和光電管仍將廣泛應用並有所發展。

2真空電子器件製造

零件經處理、裝配,製造成真空電子器件,並通過老煉、調整、測試而達到設計所規定的性能要求,這一整個過程和方法即為真空電子器件的製造工藝。
真空電子器件的製造工藝隨器件的種類不同而有所區別,但就其共同的特點而言,大體上包括零件處理、部件製造與測試、總裝、排氣等工藝(圖1)。有些器件,如攝像管和顯像管,還採用某些特殊的製造工藝,如充氣工藝、鍍膜工藝、離子蝕刻和熒光屏塗敷工藝等。
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,再經過酸、鹼等處理,去除表面的氧化層或銹垢等。有時還可在上述液體中進行超聲清洗,以獲得更佳的效果。玻璃外殼或零件可用混合酸處理。經化學清洗后的零件均需經充分的水洗。陶瓷件經去油、化學清洗和水沖洗后,還可再在馬弗爐中經1000左右焙燒,使表面更清潔。
表面塗敷
為避免製造過程中氧化、便於焊接或減小使用時的高頻損耗,某些零件要在表面鍍鎳、銅、金或銀等。還有的零件須預先塗敷特殊塗層,如微波管內用的衰減器可用碳化、石墨噴塗或真空蒸發、濺射等方法塗敷一層高頻衰減材料。有的零件還須塗敷某種材料,如碳化鉭等,以提高表面逸出功,降低次級發射。
裝架
把零件裝配成陰極、電子槍、柵極、慢波電路、陽極或收集極等組件,或進一步裝配成待封口的管子。裝架時採用的焊接方法有點焊、原子氫焊、激光焊及超聲焊。有時也採用微束等離子焊、電子束焊和擴散焊。
銦封工藝
兩種膨脹係數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。這種工藝常用於攝像管窗口和管殼間的封接。它適合於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。
釺焊及氬弧焊
金屬間的連接,常採用在氫爐或真空爐中釺焊的工藝。如果部件需多次釺焊,則應先用高熔點焊料後用低熔點焊料進行遞級釺焊。若部件的配合設計成具有翻邊的法蘭結構,則可直接用氬弧焊加以連接。
總裝
經檢驗合格的部件用高頻集中焊、釺焊或氬弧焊等方法裝配成整管后即可進行排氣。如果是玻璃管殼,則要把管芯與外殼裝配起來,在連接處用火焰熔封,即封口。有時,在總裝后再進行一次總體檢漏再行排氣。
烘烤
在排氣過程中常用外部加熱的方法對管殼和零件進行烘烤除氣,再由排氣系統排出管外。為防止管殼金屬部分氧化,還常在真空器件外部再設置一真空烘罩,以便在真空環境下進行烘烤,又稱「雙真空排氣」。
陰極分解和激活
對於氧化物陰極,在排氣過程中須加熱陰極使碳酸鹽分解成氧化物。為提高陰極的發射能力,還應進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後進行的,如顯像管的「台下分解」。
老煉
對排氣后的器件進行電氣處理以獲得穩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,並持續一定時間,使電極進一步去氣,並使陰極發射電流和其他參數達到穩定。對於高電壓器件,老煉前應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,利用放電現象,去除器件內各電極上殘留的毛刺、灰塵以及絕緣件表面的污點等,以免器件在使用時發生跳火現象。為保持器件內足夠的真空度,有的器件本身還裝有鈦泵。
充氣工藝
有些器件,如穩壓管、閘流管和離子顯示器件等,內部須充有一定的特種氣體如氫、氦、氖、氬等。氣體在排氣過程結束時充入。充入的氣體要非常純凈,因此充氣過程要採取一定措施,仔細控制。
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加工方法。使用掩膜可以制出精密圖形。這種工藝可用於器件零部件的表面薄層剝離、有機膜的去除以及對攝像管晶體靶面進行清潔處理或製作靶面的精細網格等(見電子束與離子束微細加工)。
沉澱法
黑白顯像管、示波管常用沉澱法塗屏。先將玻屏清洗乾淨,注入含硅酸鉀的工作液,再注入含熒光質的懸浮液。經過一定時間的靜置沉澱后倒出殘液,通入60左右的熱空氣流,同時用紅外燈或熱空氣均勻地從外部加熱,使之乾燥。在400~450下焙燒,以去除塗敷過程中引入的有機雜質。
干法
這是新發展的一種光粘工藝,屬於干法塗屏工藝。
先在屏面上塗以疏水性預塗膜,再塗以光粘膠。由於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到塗屏的目的。彩色管的三種顏色的熒光粉分三次進行塗敷。這種工藝簡單、成本低、熒光膜亮度高、解析度高,可以滿足超高精細管對塗屏的要求。

3參考書目

莫純昌、陳國平等編:《電真空工藝》,國防工業出版社,北京,1980。
劉聯寶主編:《電真空器件的釺焊與陶瓷-金屬封接》,國防工業出版社,北京,1980。
H.Kohl Walter,The Handbook of Materials and Techniques for Vacuum Devices, Reinhold Pub.Corp., New York,1967.
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