專利名稱：一種高導(dǎo)熱材料復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子元器件領(lǐng)域，具體涉及到適用于微波真空電子器件中的一種高導(dǎo)熱材料復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在各種大功率微波器件的高技術(shù)領(lǐng)域中，為了防止器件過熱，需要使器件內(nèi)部工作時產(chǎn)生的大量熱能即時傳導(dǎo)到器件外部(冷端)，再通過外部的各種途徑進(jìn)行散熱。在許多情況下，由于各種電性能要求的限制，內(nèi)部發(fā)熱源與外部散熱部位(一般為金屬)不能直接電連接，因此在內(nèi)部發(fā)熱源與外部散熱部位之間必需增加一層或多層絕緣層，這些層面會對熱能的傳導(dǎo)產(chǎn)生阻尼，因而要求絕緣層材料不僅滿足所需的絕緣強(qiáng)度的要求，同時要具有高導(dǎo)熱率的特性。通常使用各種高導(dǎo)熱陶瓷件作為熱源與冷端的絕緣、導(dǎo)熱介質(zhì)。目前國內(nèi)器件使·用的絕緣散熱材料主要是以陶瓷為主，如氧化鋁、氧化鈹、氮化鋁、氮化硼等。氧化鋁陶瓷工藝成熟，是目前應(yīng)用最廣泛的陶瓷絕緣材料，但其熱導(dǎo)率相對較低，不能滿足大功率器件的散熱要求。氧化鈹陶瓷導(dǎo)熱性能最好，在電真空器件中大量使用，但其熱導(dǎo)率隨溫度升高急劇下降，熱導(dǎo)率由室溫下的250W/m-K降低到在高溫250° C溫度下的120W/m ·Κ和更高溫度400° C下的60W/m*K。并且因氧化鈹有毒，在大規(guī)模集成電路等民用領(lǐng)域已基本不被采用。氮化鋁陶瓷具有較好的導(dǎo)熱性能，同時還具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，但其介質(zhì)損耗較高，也不被用戶青睞。導(dǎo)熱率最好的介質(zhì)材料為金剛石，其導(dǎo)熱率可達(dá)到1500W/m · K，但在真空電子器件領(lǐng)域要求的高品質(zhì)、大尺寸金剛石造價昂貴，難以普及使用。同時由于高導(dǎo)熱冷端金屬，例如導(dǎo)熱率最高的常用金屬銅(其導(dǎo)熱率370W/m · K)，導(dǎo)熱率遠(yuǎn)低于金剛石，但其膨脹系數(shù)為金剛石的4倍，如此大的差異難以將二者直接結(jié)合，以獲得高導(dǎo)熱的性能。于是尋找到一種中間過渡的金剛石銅的復(fù)合材料，可與金剛石結(jié)合形成導(dǎo)熱性能優(yōu)良的復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。金剛石銅是金剛石銅顆粒分散在金屬銅中的復(fù)合材料，其特點(diǎn)是高導(dǎo)熱率，室溫下大于650ff/m · K,低膨脹系數(shù),可與金剛石匹配。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是，針對已有的陶瓷導(dǎo)熱材料存在的問題，即導(dǎo)熱性能和溫度穩(wěn)定性較差，在大功率微波器件使用中，時有出現(xiàn)燒毀和性能惡化現(xiàn)象，為了克服這一缺陷，就需要開發(fā)出一種新的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，既使其絕緣性能優(yōu)良、介質(zhì)損耗低，同時又具有高熱導(dǎo)率的復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型擬采用金剛石作為導(dǎo)熱、絕緣介質(zhì)，再與高導(dǎo)熱、并具有金屬特性的復(fù)合材料一金剛石銅相結(jié)合的高導(dǎo)熱復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的在于提供一種高導(dǎo)熱材料復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型是依靠以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種高導(dǎo)熱材料復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括用于微波真空電子器件慢波系統(tǒng)中三根或多根夾持桿及固態(tài)器件基片，其特征在于，所述夾持桿及基片，其結(jié)構(gòu)是將位于上層的金剛石絕緣材料和位于下層的高導(dǎo)熱復(fù)合金屬一金剛石銅經(jīng)釬焊結(jié)合，固定為一復(fù)合體結(jié)構(gòu)。該復(fù)合體再經(jīng)激光切割成所需外形尺寸。這種結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)I)以金剛石和金剛石銅這種復(fù)合材料分別作為絕緣介質(zhì)和導(dǎo)熱金屬的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，可以獲得極高的導(dǎo)熱率。2)兩種材料膨脹系數(shù)接近，可放心地在高溫環(huán)境下使用3)所用金剛石厚度可以大幅度降低，利于降低制造成本。金剛石部分介電常數(shù)和介質(zhì)損耗低、絕緣性能可靠，無毒、耐高溫，可滿足慢波系統(tǒng)夾持桿或固態(tài)器件基片的使用要求。同時其金屬部分力學(xué)性能優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕，導(dǎo)熱率高，陶瓷部分的熱量可通過金屬快速導(dǎo)出，是理想的絕緣散熱基板和介質(zhì)夾持桿散熱結(jié)構(gòu)?！?br>
圖I為微波器件導(dǎo)熱原理圖圖2為傳統(tǒng)使用的陶瓷散熱材料示意圖圖3為高導(dǎo)熱材料復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖圖4幾種導(dǎo)熱材料性能對比示意圖
具體實(shí)施方式
參照圖1，表不傳統(tǒng)情況下，在微波真空電子器件中熱能傳導(dǎo)的一般規(guī)律不意圖。圖中熱源是指位于器件中心的電子束，熱能傳向外圍的慢波結(jié)構(gòu)陶瓷介質(zhì)組件，以及相應(yīng)器件外部的管殼、磁鋼。參照圖2，表示傳統(tǒng)使用的絕緣介質(zhì)夾持桿與慢波系統(tǒng)示意圖，這種結(jié)構(gòu)存在著一些功能的缺陷，但目前仍在廣泛地使用著。參照圖3，表示本實(shí)用新型所述的高導(dǎo)熱材料復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。該復(fù)合結(jié)構(gòu)的室溫導(dǎo)熱率> 500ff/m ·Κ，250 導(dǎo)熱率> 350W/m · K，400C導(dǎo)熱率彡300ff/m · K，介質(zhì)層厚度范圍為O. Imm O. 3mm ;復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸范圍為 O. 3mm (寬)X0. 7mm (厚)X 50mm (長)；對于這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)，采用釬焊連接方式將兩種材料結(jié)合為一體，采用現(xiàn)有成熟的釬焊工藝方式進(jìn)行焊接，工藝過程相對簡單，但復(fù)合層的界面熱阻會影響復(fù)合結(jié)構(gòu)整體的熱導(dǎo)率。復(fù)合后的整體材料可通過激光加工成所需形狀。圖中I為高導(dǎo)熱金屬金剛石銅，通過釬焊的方式連接著金剛石介質(zhì)4，二者的結(jié)合界面為5，該復(fù)合結(jié)構(gòu)的夾持桿夾著慢波螺旋線2，將慢波線整體裝配在管殼3中。參考圖4，表示幾種導(dǎo)熱材料性能對比示意圖，A代表本專利所述導(dǎo)熱材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的夾持桿，B為氧化鈹瓷桿，C與D分別代表氮化鋁和氮化硼瓷桿,可以看出，本復(fù)合材料的導(dǎo)熱率很高。
權(quán)利要求1. 一種高導(dǎo)熱材料復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括用于微波真空電子器件慢波系統(tǒng)中三根或多根夾持桿，還包括用于微波固態(tài)器件中高導(dǎo)熱絕緣基片，其特征在于，所述慢波系統(tǒng)中夾持桿以及固態(tài)器件中高導(dǎo)熱絕緣基片均為復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是將位于上層的金剛石絕緣材料與位于下層的高導(dǎo)熱復(fù)合金屬一金剛石銅用釬焊連結(jié)，固定為一復(fù)合體。
專利摘要一種高導(dǎo)熱材料復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，屬于電子元器件領(lǐng)域，包括用于微波真空電子器件慢波系統(tǒng)中三根或多根夾持桿及用于微波固態(tài)器件中高導(dǎo)熱絕緣基片，二者均為復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是將位于上層的金剛石絕緣材料和位于下層的高導(dǎo)熱復(fù)合金屬—金剛石銅用釬焊連結(jié)固定為一復(fù)合體。該復(fù)合傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的溫度熱導(dǎo)率≥500W/m·K；介電常數(shù)和介質(zhì)損耗低、絕緣性能可靠，無毒、耐高溫，可滿足慢波系統(tǒng)夾持桿或固態(tài)器件基片的使用要求。
文檔編號H01J23/00GK202695372SQ20122035876
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者楊明華, 楊小萌, 黃拓?fù)? 周明干, 李瑤 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十二研究所