CN102484954A - 壳壁衬套 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电源壳的壁(203)的密封衬套，包括基座(204)，壁(203)限定内部和外部，所述密封衬套包括壳外部的信号线的第一部分(202a’)、壳内部的信号线的第二部分(202b’)、以及连接两个其他部分(202a’，202b’)的信号线的第三部分(202c’)，所述衬套的特征在于，第一部分(202a’)从所述壁偏移，以便保证预定安全距离，以及第三部分(202c’)的全部长度埋入所述设备中。

Description

壳壁衬套
技术领域
本发明涉及电源封装的领域，特别涉及设置在这些封装中的穿通件。
背景技术
图1显示了密封的电源封装。
该封装包括金属基座100，其上设置有包括四个壁的金属隔间。两个密封的穿通件101和102的每一个位于相对的壁中，在多数情况下允许微波信号线(未显示)进入和退出。
密封的穿通件104允许低频信号(例如电源或控制信号)的传输。在组装不同部件的阶段过程中，金属格栅103允许这些不同的信号连接到一起，从而防止静电放电。
这种微封装用于微波领域中，用于基于裸片(例如大功率放大器)提供电气功能。
图2显示了现有技术中通过密封的穿通件的截面图。由陶瓷绝缘体制成的穿通件101允许信号线202穿过封装的壁203。穿通件倚靠在封装的基座204上。信号线包括封装外部的第一部件202a、封装内部的第二部件202b和嵌入穿通件中的第三部件202c。信号线连接至位于封装内部的部件205。放置在基座204和部件205之间的底座206允许部件与信号线202放置在相同的水平处，并且能够限制由于连接线的长度而引起的微波失配。
多层陶瓷穿通件包括：与封装的基座204接触的第一层201a，在第一层201a的表面上放置信号线202；以及在壁203处覆盖第一层201a的第二层201b。
使用真空电源封装的一个主要问题是存在被称为次级发射倍增的效应，其可能出现在密封的穿通件附近。次级发射倍增是出现在在真空下发射微波的设备中的寄生效应。其特别出现在真空管、粒子加速器和卫星上的微波电路中。基本的次级发射倍增机制如下所述：通过微波场被加速的初级电子撞击表面，导致发出次级电子，次级电子转而被微波场加速并且撞击表面，导致发出其他的次级电子。对于给定几何形状和特定频率及振幅的场，满足发射电子数指数增长的条件。从而满足次级发射倍增放电的条件。发射电子数的增长受到饱和效应的限制，而且放电可能随着时间波动。
次级发射倍增经常是一种不需要的效应：微波场失去能量，用于加速电子，电子获得的能量基本上在碰撞时被转化为热(发射的次级电子的能量较低)。因此微波结构中发射或储存的能量均减少，并且微波结构被加热。
放电效应出现在封装中位于封装外部的信号线部分与封装的金属壳之间。其相应地破坏信号线。由于封装包含气体，密封封装内部的信号线部分不受影响。在非密封封装的情况下，封装内部的信号线部分也受到次级发射倍增的影响。防止这种效应的最简单的方法是使外部信号线与其他导电元件间隔的足够远。为此，计算能够避免次级发射倍增的最小安全距离d。该距离取决于信号的功率。通常对于40W的信号，对于6dB的裕度安全距离是2mm，对于10dB的裕度安全距离是2.5mm。裕度考虑了电磁仿真中的不确定性以及待克服的制造公差。根据实施的标准，认为6dB的裕度足以保证完全不存在次级发射倍增，但是需要电子实验来证实不存在次级发射倍增。10dB的裕度足以免除电子实验的必要性。
因此，穿通件的第一层201a的高度至少等于该安全距离d，以防止封装的线202和基座204之间的次级发射倍增。第二层201b的高度至少等于该安全距离d，以防止封装的线202与壁203之间的次级发射倍增。因此，穿通件的高度至少是安全距离d的两倍。通常，对于40W的传输功率，对于10dB的裕度穿通件至少具有5mm的总高度。该距离d还适用于线202a和金属壁之间的水平面。
当希望在线中传输更高的功率时会出现问题。例如，对于150W的功率，对于10dB的裕度安全距离d变为5mm。该距离表示要增大密封穿通件的高度。根据现有技术，高度大约为6mm的陶瓷穿通件就达到了制造极限。换言之，很难制造高度为10mm的穿通件。
此外，增大穿通件制造于其中的基板的高度导致难以解决的电气问题。图3显示了10mm高的穿通件的输入/输出处的信号反射率的变化曲线302以及相关的功率损耗曲线301。Y轴的单位是分贝，X轴的单位是千兆赫。在绘制响应曲线时观察到截止频率，在截止频率以下传输信号的功率损耗可忽略不计，在截止频率以上功率损耗猛增。在该频率以上，穿通件不再能够使用。该效应是由于波不再在信号线中传播而导致的，信号线开始像天线一样辐射。对于10mm高的穿通件，截止频率位于2GHz左右。因此，穿通件不能用于3GHz的信号。
总而言之，该穿通件具有以下缺点：首先，该穿通件很难制造；此外，其具有电气方面的限制(对于2GHz以上的频率而言)；最后，没有底座的封装的总高度是难以接受的，也不能与已知的制造方法兼容。
另一种方案包括用绝缘漆覆盖接地金属件(封装和底座的壁)。但是，存在剥离的风险。此外，难以应用这种漆。
另一种替代方式是用树脂(圆顶封装体)覆盖外部信号线。但是，由于线202a上具有高介电常数的树脂的存在，存在开裂、温度循环下的剥离以及电气响应改变的风险。
发明内容
本发明的目的在于减轻上述问题，本发明采用的方法是提供使次级发射倍增的风险最小化以及操作在高功率下的穿通件。
为此，本发明的主题是用于传送信号的设备，该设备也称作穿通件，所述设备通过放置在基座上并且与壁接触而能够用于通过包括所述基座的电源封装的所述壁传送信号，所述壁界定出内部和外部，所述密封设备包括所述封装外部的第一信号线部分、所述封装内部的第二信号线部分以及连接其他两个部分的第三信号线部分，所述穿通件的特征在于，第一部分从所述壁偏移，以便符合第一预定安全距离，以及第三部分的全部长度埋入所述设备中。
使用本发明意味着不需要增大穿通件的高度来传输更高的功率，因此匹配50欧姆的信号线可以具有较小的宽度。因此，穿通件和与其相连的信号线对最高频率的响应更好。
根据本发明的第一实施例，第一和第二信号线部分在高度上偏移，所述高度被确定为平行于壁。
本发明的第一实施例的一个优点是其不对称性。第一层的高度可以小于安全距离。因此减小了封装内部的信号线的高度。因此能够降低甚至去除封装内部的底座。
本发明允许使用具有较小高度的陶瓷穿通件。这也限制了穿通件所在的隔间的高度。因此减小了封装的纵横比(一方面宽度和长度与另一方面金属隔间的高度之比)。这导致封装的制造过程中(基座100、金属隔间203和穿通件101、102和104的高温焊接)以及封装的密封封装之后应力较小(特别是热机械应力)。
附图说明
通过阅读以非限制性示例给出以及借助于附图的详细描述，将更好地理解本发明，其他优点也将变得明显，其中：
图1如上所述显示了密封的电源封装；
图2如上所述显示了根据现有技术的密封穿通件的截面图；
图3如上所述显示了已知现有技术的穿通件的响应曲线；
图4显示根据本发明的穿通件的第一实施例的截面图；
图5显示根据本发明的穿通件的响应曲线；以及
图6显示根据本发明的穿通件的第二实施例的截面图。
具体实施方式
图4显示根据本发明的穿通件的第一实施例的截面图。电源封装的壁203的穿通件允许信号线穿过。该封装包括基座204。壁203界定内部和外部。穿通件包括封装外部的第一信号线部分202a’、封装内部的第二信号线部分202b’以及连接两个其他部分202a’、202b’的第三信号线部分202c’。第一部分202a’从壁偏移，以便符合与壁的第一预定安全距离。第三部分202c’的全部长度都被埋入。
第三信号线部分202c’在高度上相对于第一信号线部分202a’偏移。
第一安全距离用于防止封装外部的次级发射倍增。
实际上，多层穿通件包括与封装的基座204接触的第一层401a。第一层是平行六面体。第三信号线部分202c’位于第一层401a的表面上。
穿通件包括在封装的外部部分以及封装的壁203中覆盖第一层401a的第二层401b。第二层是平行六面体，电镀孔穿过该平行六面体的体积。该电镀孔连接信号线的第三部分202c’(接触第二层的下表面)至位于第二层401b的上表面的第一信号线部分202a’。
根据本发明的第一实施例，第一信号线部分202a’和第二信号线部分202b’在高度上偏移，认为所述高度平行于壁203。通过使用本发明的该实施例，能够减小第一层的高度，因此降低甚至去除支撑连接信号线的部件205的底座206。
第一信号线部分202a’足够远，从而符合预定安全距离。例如，对于距离壁5mm的安全距离d’，第一信号线部分202a’偏移5mm的距离。
在封装外部，第一信号线部分202a’位于第二层401b上。制造于该第二层401b中的电镀孔允许信号被传送至层401b和401a之间的交界面。埋入的第三部分202c’位于层401a的表面上。可以从内部接近第二信号线部分202b’，从而将第二信号线部分202b’连接至相关部件。
通过丝网印刷导电胶制造各种线。镍/金涂层应用于外部信号线部分202a’和202c’。
信号线的第三部分202c’是埋入的。由于次级发射倍增仅仅出现在真空中，因此该线部分不受影响。要考虑的安全距离d是第二层的表面上的第一信号线部分202a’和封装的金属部件(即一方面是壁另一方面是基座)之间的距离。
信号线202c’埋入封装外部的穿通件中。这使得在真空中线与地平面间隔，而不会增大穿通件的高度。
本发明的一个优点在于当用于高频信号时其性能更好。图5显示了根据本发明的穿通件的响应曲线。曲线501显示了穿通件的输入与输出之间的功率损耗。曲线502和503分别对应于输入和输出处的反射参数。穿通件为4mm高，信号功率为150W。与图3一样，图5中的曲线以分贝对频率的函数来表示。可以观察到，与已知的现有技术的穿通件不同，在2GHz没有急剧的功率损耗，而是在大约7.5GHz出现急剧的功率损耗。
根据本发明的第二实施例，第二信号线部分202b’从壁偏移，以便符合第二预定安全距离。图6显示了根据本发明的密封穿通件的第二实施例的截面图。与第一实施例一样，密封穿通件包括封装外部的第一信号线部分602a、封装内部的第二信号线部分602b以及连接两个其他部分602a、602b的第三信号线部分602c。第一部分602c从壁偏移，以便符合与壁的第一预定安全距离。第三部分602c的全部长度是埋入的。但是，由于第一部分602a和第二部分602b在高度上不偏移，可能需要使用封装内部的底座206。
在封装是密封封装的情况下，第二安全距离用于防止在封装内部形成电晕。
当由于封装的泄露而导致轨道中使用的封装的内部压力降低时，出现电晕，该泄露以在地面上确定的速度出现。将信号线与任意的地平面间隔开以减小引起放电的电场，或者将导体埋入保护性电介质中从而等离子体仅形成在很高的水平，除此之外，没有防止电晕形成的标准方法。电晕是当电流(直流或者非直流)在两个电极之间流动时产生的一种放电，其中这两个电极在正常空气中通过中性流体的电离被提高到高电势并且被该中性流体分隔开来。然后产生等离子体，通过从离子转化为中性气体分子来传输电荷。当流体中一点的电场足够高时，流体在该点附近电离，并变为导电的。如果导体的几何形状和场值使得电离区膨胀而不是稳定，电流将通过找到远至相反电极的路径流动而结束，从而形成破坏结构的火花或者电弧。
在封装是非密封封装的情况下，第二安全距离用于防止封装内部的次级发射倍增。如果封装不再是密封的，封装的内部也处于真空。在这样的条件下，信号线也可能受到次级发射倍增。在这种情况下，穿通件将是对称的。
根据本发明的一个变形，穿通件由密封绝缘材料制成(以及通过高温烧结获得)，例如主要由氧化铝粉末、黏合剂、增塑剂和其他添加剂组成的陶瓷。密封绝缘材料可用于密封封装和非密封封装两者。
根据本发明的另一个变形，穿通件由有机材料制成。这种材料例如可以是基于玻璃纤维增强或者石英纤维增强的环氧树脂。通过有机材料制造穿通件使得最终的封装在本质上就是非密封的。
有利地，穿通件放置在基座上，从而相对于基座形成凹槽r。这具有增大基座和信号线的外部之间的距离的作用。从而能够使用高度小于第一安全距离的第一层。从而能够从封装内部去除底座。凹槽r的长度例如是1mm。则第一层401a和第二层401b的高度分别是1mm和3mm。
有利地，穿通件还包括覆盖第一信号线部分202a’的树脂。树脂放置在连接区域202a’和相关的连接线上。树脂在本质上是绝缘的，从而增大了封装的金属体和带电微波线之间的距离d。
有利地，穿通件还包括覆盖第二信号线部分202b’的树脂。

Claims (10)

1.一种信号传送设备，所述设备能够通过放置在基座(204)上并且与壁(203)接触而用于通过包括所述基座(204)的电源封装的所述壁(203)传送信号，所述壁(203)界定出内部和外部，所述密封设备包括所述封装外部的第一信号线部分(202a’)、所述封装内部的第二信号线部分(202b’)以及连接其他两个部分(202a’，202b’)的第三信号线部分(202c’)，所述穿通件的特征在于，第一部分(202a’)从所述壁(203)偏移，以便符合第一预定安全距离，以及第三部分(202c’)的全部长度埋入所述设备中。
2.根据权利要求1所述的信号传送设备，其特征在于，所述第一信号线部分(202a’)和所述第二信号线部分(202b’)在高度上偏移，所述高度被确定为平行于所述壁(203)。
3.根据权利要求1所述的信号传送设备，其特征在于，所述第二信号线部分(202b’)从所述壁偏移，从而符合第二预定安全距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的信号传送设备，其特征在于，所述封装是密封的，以及所述第二安全距离用于防止在所述封装内部形成电晕。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的信号传送设备，其特征在于，所述封装不是密封的，以及所述第二安全距离用于防止所述封装内部的次级发射倍增。
6.根据前述权利要求中任一项所述的信号传送设备，其特征在于，其由密封绝缘材料制成，并且通过高温烧结获得。
7.根据权利要求5所述的信号传送设备，其特征在于，其由有机材料制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的信号传送设备，其特征在于，所述穿通件位于所述基座(204)上，以便相对于所述基座(204)形成凹槽(r)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的信号传送设备，其特征在于，其进一步包括覆盖所述第一信号线部分(202a’)的树脂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的信号传送设备，其特征在于，其进一步包括覆盖所述第二信号线部分(202b’)的树脂。
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