CN1639917A - 同轴连接器及其制造方法以及超导装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种同轴连接器及其制造方法以及超导装置。连接在同轴电缆上的同轴连接器(10)，在作为中心导体的端子(12)的表面形成有由In或In合金构成的表面被覆层(20)，由于使用与In族焊锡材料相同的In作为表面被覆层的材料，因此能够防止表面被覆层的材料与In族焊锡材料反应后在In族焊锡中生成反应生成物，由此，能够得到可以防止损坏In族焊锡的柔软性，可以经得住温度在室温与低温之间反复变化的超导装置。

Description

同轴连接器及其制造方法以及超导装置
技术领域
本发明涉及同轴连接器及其制造方法以及超导装置。
背景技术
由于使用了超导体的超导滤波器与使用了电气良导体的滤波器相比较可以得到良好的频率特性，因此最近引起了极大的关注。
超导滤波器安装在能够对于高频波电磁屏蔽的金属容器里，例如，可以用冷冻机冷却到70k以后使用。
使用图5说明提出的安装了超导滤波器的超导装置。图5是示出提出的超导装置的剖面图。图5A示出锡焊前的状态，图5B示出锡焊后的状态。
如图5B所示，金属容器124内安装了超导滤波器126。超导滤波器126具有介质基板128，由在介质基板128上形成的超导体膜构成的图形130和在介质基板128下形成的接地板136。在图形130的端部形成电极134，在接地板136的下面形成接地电极138。
在金属容器124的端部设置了用于同轴电缆(未图示)与超导滤波器126电连接的同轴连接器110。同轴连接器110起到插座的功能。同轴连接器110具有作为中心导体的端子112、绝缘体114、耦合器116和主体118。
同轴连接器110的端子112使用In族焊锡142与超导滤波器126的电极134连接。
另外，同轴连接器110的端子112与超导滤波器126的电极134连接中使用In族焊锡是因为In族焊锡不仅常温而且在低温下也可以得到良好的柔软性。在同轴连接器的端子与超导滤波器的电极的连接时使用通常的Sn-37％Pb焊锡的情况下，如果温度在室温和低温间变化，则由于金属容器124和超导滤波器126的热膨胀率的差异，在焊锡连接部分加入很大的应力，使焊锡连接部分剥离。对此，如果使用In族焊锡，则由于In族焊锡不仅常温而且在低温下也可以得到良好的柔软性，因此，即使温度在室温和低温间变化时，认为也能够缓和由于金属容器124和超导滤波器126的热膨胀率的差异在焊锡连接部分加入的应力。
如果依据所提出的超导装置，则由于能够使用同轴连接器电连接同轴电缆与超导滤波器，因此能够容易进行机械的连接作业。
但是，在通常的同轴连接器110的端子112的表面上，如图5所示，会形成由数μm的Au构成的表面被覆层120。如果这样使用In族焊锡把形成了由Au构成的表面被覆层120的端子112与超导滤波器126的电极134连接，则表面被覆层120的Au扩散到In族焊锡142中。于是，如图5B所示，在In族焊锡142中，生成Au与In的反应生成物145。形成这种反应生成物145的In族焊锡142由于缺少柔软性，因此如果在室温与低温之间使周围温度反复变化，则破坏焊锡连接。这样，在仅使用In族焊锡142连接同轴连接器110的端子112与超导滤波器126的电极134的情况下，不能够提供能够经得住室温与低温间的温度反复变化的可靠性高的超导装置。
发明内容
本发明的目的是提供即使在使用In族焊锡接合的情况下，也能够经得住室温与低温间的温度反复变化的同轴连接器及其制造方法，以及使用了该同轴连接器的超导装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种同轴连接器，该同轴连接器电连接到同轴电缆上，特征是在作为中心导体的端子的表面上形成有由In或In合金构成的表面被覆层。
另外，为了达到上述目的，本发明提供一种同轴连接器，该同轴连接器电连接到同轴电缆上，特征是作为中心导体的上述端子由Ag或Ag合金构成。
另外，为了达到上述目的，本发明提供一种同轴连接器的制造方法，该同轴连接器电连接到同轴电缆上，特征是具有在作为中心导体的端子的表面上形成由In或In合金构成的表面被覆层的工序。
另外，为了达到上述目的，本发明提供一种超导装置，该超导装置具有电连接到同轴电缆上的同轴连接器和经过上述同轴连接器电连接到上述同轴电缆上的超导元件，特征是在作为中心导体的端子的表面上形成有由In或In合金构成的表面被覆层，上述端子与上述超导元件的电极由In族焊锡接合。
另外，为了达到上述目的，本发明提供一种超导装置，该超导装置具有电连接到同轴电缆上的同轴连接器和经过上述同轴连接器电连接到上述同轴电缆上的超导元件，特征是上述同轴连接器的作为中心导体的端子由Ag或Ag合金构成。
如果依据本发明，则即使在使用In族焊锡连接同轴连接器的端子与超导元件的电极的情况下，也能够防止损伤In族焊锡的柔软性。从而，如果依据本发明则能够提供经得住室温与低温间的温度反复变化的超导装置。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的同轴连接器的侧面图。
图2是示出本发明第1实施方式的超导装置的概略图。
图3是示出本发明第2实施方式的同轴连接器的侧面图。
图4是示出本发明第3实施方式的同轴连接器的侧面图。
图5是示出所提出的超导装置的剖面图。
具体实施方式
第1实施形态
使用图1和图2说明本发明第1实施形态的同轴连接器及其制造方法以及超导装置。
同轴连接器
首先，使用图1说明本实施形态的同轴连接器。图1是示出本发明第1实施形态的同轴连接器的侧面图。另外，对于端子的端部示出剖面。
如图1所示，同轴连接器10具有：作为中心导体的端子12；在端子12周围形成的由氟系树脂构成的圆柱状的绝缘体14；在绝缘体14周围形成的外部导体的圆柱形的耦合器16；支撑端子12、绝缘体14以及耦合器16的主体18。
同轴连接器10是SMA(SUB-MINIATURE TYPE A)形的同轴连接器，起到插座的作用。
端子12的纸面右侧的端部形成棒状。作为端子12的材料，例如使用Cu。在端子12的表面上形成20μm厚度的由In构成的表面被覆层20。由于在端子12的表面上形成由In构成的表面被覆层20，因此，在使用In族焊锡连接端子12与超导滤波器的电极(参照图2)时，可以得到良好的润湿性。
另外，本说明书中所谓In族焊锡，是指纯In、含In的二元合金、以In为主要成分的三元以上的合金等。
在端子12与表面被覆层20的界面上，形成作为In与Cu合金的反应层22。反应层22是在端子12的表面上形成表面被覆层20时，表面被覆层20的In与端子12的Cu反应后生成的。
在耦合器16的周围形成螺纹牙23。耦合器16在利用旋入式的结合方式与同轴电缆(未图示)侧的同轴连接器(未图示)结合时，起到雄结合部的作用。
超导装置
下面，使用图2说明使用了本实施形态的同轴连接器的超导装置。图2是示出本发明第1实施方式的超导装置的概略图。图2A是平面图，图2B是剖面图。
如图2A所示，本实施形态的超导装置具有金属包24，金属包24内安装的超导滤波器26，用于超导滤波器26与同轴电缆(未图示)电连接的同轴连接器10。
金属容器24，例如由Al合金构成。金属容器24的外形尺寸，例如是54mm×48mm×13.5mm。
在金属容器24内安装着作为2GHz频带的带通滤波器的超导滤波器26。
这里，说明超导滤波器26。
作为超导滤波器26的基板，使用MgO单晶体构成的介质基板28。介质基板28的尺寸，例如是38mm×44mm×0.5mm。
在介质基板28上，交互形成以YBa2Cu3OX(X＝6.5～7)为主要成分的高温超导体膜(以下称「YBCO系高温超导体膜」构成的1/2波长型的发夹型图形30a、30b。发夹型图形30a和发夹型图形30b作为整体配置成一列。总共配置9个发夹型图形30a、30b。在配置成一列的发夹型图形30a两侧的介质基板28上，形成由YBCO系高温超导体膜构成的1/4波长型馈线图形32a、32b。
另外，发夹型图形30a、30b及馈线图形32a、32b可以通过激光蒸镀法形成YBCO系高温超导体膜，也可以使用光刻技术构图YBCO系高温超导体膜。
在馈线图形32a、32b的端部上，分别形成Ag/Pd/Ti构造的电极34。电极34例如能够用蒸镀法通过Ti膜、Pd膜及Ag膜顺序叠层形成。
在介质基板28的下面，如图2B所示，形成由YBCO系高温超导体膜构成的接地板36。接地板36形成β形。构成接地板36的YBCO系高温超导体膜例如能够利用激光蒸镀法形成。
在接地板36的下面形成Ag/Pd/Ti构造的接地电极38。接地电极38形成β形。接地电极38例如用蒸镀法通过顺序叠层Ti膜、Pd膜及Ag膜形成。
这样，构成了超导滤波器26。这样的超导滤波器26例如起到2GHz频带的微波带线型的带通滤波器的作用。
超导滤波器26的接地电极38电连接到金属容器24。
在接地电极38的两端，安装着同轴连接器10。同轴连接器10用螺栓固定在金属容器24上。
图2A中，在纸面左侧的同轴连接器10上连接着输入侧同轴电缆(未图示)的同轴连接器(未图示)，图2B中，在纸面右侧的同轴连接器10上连接着输出侧同轴电缆(未图示)的同轴连接器(未图示)。如上所述，同轴电缆侧(未图示)的同轴连接器(未图示)与同轴连接器10通过螺旋方式结合。
同轴连接器10的端子12和超导滤波器的电极34使用In族焊锡42连接。
在端子12与In族焊锡42的连接部分上，生成作为In和Cu合金的反应生成物44。In和Cu合金的反应生成物集中在端子12与In族焊锡42的连接部分的附近后生成，而不是在离开端子12与In族焊锡42的连接部分的In族焊锡42中生成。不是在离开端子12与In族焊锡42的连接部分的In族焊锡42中生成的原因是由于使用In族焊锡42连接时，与端子12的Cu在In族焊锡42中的扩散速度相比较，In族焊锡42的In在端子12中的扩散速度快。
这样构成了本实施形态的超导装置。
本实施形态的超导装置主要具有使用Cu作为同轴连接器10的端子12的材料，在端子12的表面形成由In构成的表面被覆层20的特征。
如上所述，把形成由Au构成的表面被覆层的一般同轴连接器的端子使用In族焊锡连接到超导滤波器的电极的情况下，在端子表面上形成的表面被覆层的Au在In族焊锡中扩散，在In族焊锡中生成反应生成物。生成这样的反应生成物的In族焊锡由于柔软性差，因此如果反复室温与低温的温度循环，则破坏In族焊锡与端子的连接。
与此不同，本实施形态中，由于作为表面被覆层20的材料，使用了与In族焊锡的材料相同的In，因此，表面被覆层20的材料与In族焊锡的材料反应后，不会生成反应生成物。而且，作为端子12的材料使用的Cu如上所述是在使用In族焊锡42连接时，在In族焊锡42中的扩散速度比In族焊锡42的In在端子12中的扩散速度慢的材料。因此，端子12与In族焊锡42反应后生成的反应生成物44是集中在端子12与In族焊锡42的连接部分的附近后生成，难以在In族焊锡42中生成。
因此，如果依据本实施形态，即使在使用In族焊锡42连接的情况下，也能够防止在In族焊锡42中生成反应生成物。从而，如果依据本实施形态，能够提供可以防止损坏In族焊锡42的柔软性，可以经得住温度在室温与低温之间的反复变化的超导装置。
评价结果
下面，说明本实施形态的超导装置的评价结果。
首先，为了促进同轴连接器10的端子12与In族焊锡42在连接部分中的扩散反应，在100℃下放置24小时。
接着，进行使周围温度在室温与低温(70K)之间进行反复变化的温度循环试验。
其结果，即使超过10次循环，同轴连接器10的端子12与In族焊锡42之间的电连接也不发生恶化。
由此可知，如果依据本实施形态，可以提供能够经得住温度在室温与低温之间反复变化的超导装置。
作为比较例，使用在由Cu构成的端子表面上形成的Au构成的表面被覆层，进行同样的温度循环试验。
其结果，在达到10次循环之前，同轴连接器10的端子12与In族焊锡42间的电连接已经发生恶化。
同轴连接器的制造方法
下面，使用图1说明本实施形态的同轴连接器的制造方法。
首先，准备由Cu构成的端子12。
接着，在端子12的表面上涂敷松香类焊料。
接着在融化的In族焊锡液里浸渍端子12。这样，在端子12的表面上形成由In构成的表面被覆层20。这时，端子12的Cu与表面被覆层20的In发生反应，在端子12与表面被覆层20的界面上形成作为Cu与In合金的反应层22。
这样，形成了在表面形成了由In构成的表面被覆层20的端子12。
如果把这样形成的端子12与绝缘物14、耦合器16、及主体18等组合，则可以制造本实施形态的同轴连接器。
第2实施形态
使用图3说明本发明第2实施形态的同轴连接器。图3是示出本发明第2实施形态的同轴连接器的侧面图。另外，在图3中，示出端子端部的剖面。在与图1或图2所示的第1实施形态的超导装置相同的构成要素中使用相同的符号，省略或简化说明。
本实施形态的超导装置主要具有使用Ni作为同轴连接器10a的端子12a的材料的特征。
如图3所示，设置了由Ni构成的端子12a，在端子12a的表面上形成由In构成的表面被覆层20。
作为端子12a的材料使用的Ni，在使用In族焊锡进行连接时，向In族焊锡中的扩散极慢，在与In族焊锡的之间几乎不发生扩散，是使用In族焊锡连接时可以使用的材料。
如果依据本实施形态，则作为端子12的材料使用在用In族焊锡进行连接时与In族焊锡的之间几乎不发生扩散的Ni，而且，由于作为表面被覆层20的材料使用In，因此，即使在使用In族焊锡进行连接的情况下，也能够防止在In族焊锡中生成反应生成物。
因此，根据本实施形态也可以提供能够防止损坏In族焊锡柔软性，经得住温度在室温与低温之间反复变化的超导装置。
第3实施形态
使用图4说明本发明第3实施形态的同轴连接器。图4是示出本发明第3实施形态的同轴连接器的侧面图。另外，在图4中示出端子端部的剖面。在与图1至图3所示的第1及第2实施形态的超导装置相同的构成要素中使用相同的符号，省略或简化说明。
本实施形态的超导装置的主要具有作为同轴连接器10的端子12b的材料使用Ag的特征。
如图4所示，设置了由Ag构成的端子12b，在由Ag构成的端子12b的表面上没有形成表面被覆层。在端子12b的表面上没有形成表面被覆层是由于作为端子12b使用的Ag自身是对于In族焊锡的润湿性良好的材料。
本实施形态中作为端子12b的材料使用的Ag是在使用In族焊锡进行连接时，虽然在In族焊锡中扩散，但是不损坏In族焊锡的柔软性的材料。因此，即使在使用In族焊锡连接同轴连接器10b的端子12b与超导滤波器26的电极34的情况下，也不损坏In族焊锡的柔软性。
如果依据本实施形态，则由于作为同轴连接器10b的端子12b的材料使用即使在In族焊锡中扩散但也不损坏In族焊锡的柔软性的Ag，因此能够提供可以经得住温度在室温与低温之间反复变化的超导装置。
变形实施形态
本发明不限于上述实施形态，可以有各种变形。
例如，在第1以及第2实施形态中，使用In作为表面被覆层20的材料，但是，不限于In，也可以使用In合金。
另外，在第2实施形态中，作为例子说明了使用Ni作为端子12a的材料的情况，但是，端子12a的材料不限于Ni。只要是在In族焊锡中不容易扩散，但是能够与In族焊锡连接的材料，则就能够使用所有的材料。作为这样的材料，能够列举Pd、Pt、Ni和Fe的合金、Ni和Co和Fe的合金。作为Ni和Fe的合金的具体例子，例如有42合金。另外作为Ni和Co和Fe的合金的具体例子，例如有科瓦铁镍钴合金等。
另外，在第3实施形态中，作为例子说明了使用Ag作为端子12b的材料的情况，但是不限于Ag，能够适用即使在In族焊锡中扩散的情况下，也不损坏In族焊锡的柔软性的材料。例如能够使用Ag合金。
另外，在上述实施形态中，通过把端子12浸渍在In族焊锡液中，在端子12的表面上形成表面被覆层20，但是，在端子12的表面上形成表面被覆层20的方法不限于此。例如，即使通过把端子12浸渍在加入了超声波的In族焊锡液中，也能够在端子12的表面上形成由In构成的表面被覆层20。在使用加入了超声波的In族焊锡液的情况下，不涂敷焊料在端子12的表面上也能够形成表面被覆层20。另外，用电镀法也能够在端子12的表面上形成表面被覆层20。
另外，在上述实施形态中，以SMA形的同轴连接器为例进行了说明，但是本发明不仅是SMA形的同轴连接器，其它规格的所有同轴连接器也都能够适用。
另外，在上述实施形态中，以同轴连接器为例进行了说明，但是本发明能够在所有的连接器中适用。
另外，在上述实施形态中，把超导滤波器26安装在金属容器24中，但是不仅是超导滤波器26，也能够安装超导谐振器、超导天线等所有的超导元件。
另外，在上述实施形态中，把超导滤波器26安装在金属容器24中，但是不仅是超导滤波器26，也能够安装所有的电子器件。
本发明适于同轴连接器及其制造方法以及使用了该同轴连接的超导装置，特别是，适用于即使是使用In族焊锡连接的情况下，焊锡连接部分也能够经得住温度在室温与低温之间反复变化的同轴连接器及其制造方法，以及使用了该同轴连接器的超导装置。

Claims (12)

1.一种同轴连接器，该同轴连接器连接在同轴电缆上，其特征在于：
在作为中心导体的端子的表面上形成有由In或In合金构成的表面被覆层。
2.根据权利要求1所述的同轴连接器，其特征在于：
上述端子由Cu或Cu合金构成。
3.根据权利要求1所述的同轴连接器，其特征在于：
上述端子由Ni、Pd、Pt、Ni与Fe的合金或者Ni与Co与Fe的合金构成。
4.一种同轴连接器，该同轴连接器连接在同轴电缆上，其特征在于：
作为中心导体的端子由Ag或Ag的合金构成。
5.一种同轴连接器的制造方法，该同轴连接器连接在同轴电缆上，其特征在于具有：
在作为中心导体的端子的表面上形成由In或In合金构成的表面被覆层的工序。
6.根据权利要求5所述的同轴连接器的制造方法，其特征在于：
在形成上述表面被覆层的工序中，通过把涂敷了焊剂的上述端子浸渍在焊锡液中，在上述端子的表面上形成上述表面被覆层。
7.根据权利要求5所述的同轴连接器的制造方法，其特征在于：
在形成上述表面被覆层的工序中，通过把上述端子浸渍在加入了超声波的焊锡液里，在上述端子的表面上形成上述表面被覆层。
8.根据权利要求5所述的同轴连接器的制造方法，其特征在于：
在形成上述表面被覆层的工序中，通过电镀方法，在上述端子的表面上形成上述表面被覆层。
9.一种超导装置，该超导装置具有连接在同轴电缆上的同轴连接器和经过上述同轴连接器连接在上述同轴电缆上的超导元件，其特征在于：
在作为上述同轴连接器的中心导体的端子的表面上形成有由In或In合金构成的表面被覆层，
上述端子与上述超导元件的电极通过In族焊锡接合。
10.根据权利要求9所述的超导装置，其特征在于：
上述端子由Cu或Cu合金构成。
11.根据权利要求9所述的超导装置，其特征在于：
上述端子由Ni、Pd、Pt、Ni与Fe的合金或者Ni与Co与Fe的合金构成。
12.一种超导装置，该超导装置具有连接在同轴电缆上的同轴连接器和经过上述同轴连接器连接在上述同轴电缆上的超导元件，其特征在于：
作为上述同轴连接器的中心导体的端子由Ag或Ag合金构成。
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