DE2303184A1

DE2303184A1 - Herstellungsverfahren fuer koerper mit hohlraum

Info

Publication number: DE2303184A1
Application number: DE19732303184
Authority: DE
Inventors: Akihiko Higurashi; Juniori Imai; Hiroshi Okada; Soji Takahashi
Original assignee: Hitachi Denshi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Denshi KK; Hitachi Ltd
Priority date: 1972-01-26
Filing date: 1973-01-23
Publication date: 1973-08-16
Also published as: FR2169277B1; FR2169277A1; DE2303184C3; DE2303184B2; GB1411915A

Description

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Or.-Ir. 3 ii. C . _t. 7' Jn β Mfinchen 22, Steinsdorfsir. 1β

81-20.O68P 23- 1. 1973

1. HITACHI ELECTRONICS CO., LTD., Tokio (Japan)

2. HITACHI. LTD., Tokio (Japan)

Herstellungsverfahren für Körper mit Hohlraum

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einem Hohlraum, der eine energieverlustarme leitende Innenfläche hat und als Hohlleiter-Schaltungsbauelement für sehr kurze Wellen od. dgl. geeignet ist.

In einem Körper mit einer Aussparung oder einem Hohlraum wie einem Hohlleiter-Bauelement für ultrakurze Wellen, werden elektrische Wellen entlang der Oberfläche der Aussparung oder des Hohlraums übertragen, weshalb die elektrischen Verluste in einer derartigen leitenden Oberfläche grundsätzlich sehr klein zu halten sind.

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TJm dies zu erreichen, ist es von großer Wichtigkeit, die leitende Fläche mit hoher Genauigkeit bei der Fertigung des Hohlleiter-Bauelements herzustellen. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, daß Abmessungsfehler der Oberfläche des Hohlraums nicht mehr als einige /um betragen, weshalb die Oberfläche des Hohlraums so spiegelblank sein sollte, daß der Höhenunterschied zwischen den höchsten und niedrigsten Teilen der Oberfläche, ausgenommen ein anomal hoher oder niedriger Abschnitt, nicht mehr als 0,2 /um beträgt= Ferner ist es wünschenswert, daß ein auf der Oberfläche, des Grundmetalls aufgetragenen Metallfilm einen möglichst geringen Widerstand aufweist.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einem Hohlraum wie eines Hohlleiter-Bauelements wird die gewünschte leitende Innenfläche des Hohlraums auf einem der folgenden Wege erzeugt:

1. Ein Grundmetallstück aus Kupfer, Messing oder Phosphorbronze wird ausgehöhlt (ausgedreht) auf einer Werkzeugmaschine wie einer Drehbank, um einen Hohlraum zu ergeben, und anschließend wird die Innenfläche des Hohlraums mit einem niedrigen spezifischen Widerstand aufweisenden (kurz niederohmigen genannt) Metall wie Silber plattiert.

2. Eine Patrize oder ein Stempel mit einer für den gewünschten Hohlraum geeigneten Form wird aus Aluminium oder rostfreiem Stahl gefertigt, anschließend wird er einer Kupfer-Galvanoplastik unterzogen. Darauf folgt die Entfernung der Patrize und anschließend das Elektroplattieren der Innenfläche des Hohlraums mit einem niederohmigen Metall.

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Der Umstand, daß die Innenfläche des Hohlraums des Körpers die leitende Fläche bildet, ist mit Nachteilen verbunden, da die Innenfläche des Körpers elektrisch plattiert wird, wobei die Dicke des niedergeschlagenen Metalls oft von Ort zu Ort auf der Innenfläche des Körpers variiert, so daß es schwierig ist, konstante Abmessungen zu erzielen, weshalb die Fertigung komplizierter wird und die Fertigungskosten ansteigen.

Wie bereits erwähnt wurde, werfen die herkömmlichen Verfahren zur Fertigung eines Körpers wie eines Hohlleiter-Bauelements Probleme wegen verringerter Maßhaltigkeit und größerer Rauhheit der Oberfläche und damit auch höheren spezifischen Widerstands der leitenden Fläche auf, was zu großen elektrischen Verlusten führt. Es ist daher schwierig, mit den herkömmlichen Verfahren einen Körper mit einem Hohlraum zu erzeugen, der eine leitende Fläche mit minimalen elektrischen Verlusten hat.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Fertigung eines Körpers mit einem Hohlraum anzugeben, dessen Innenfläche von einem Metallfilm bedeckt ist, der eine gewünschte leitende Fläche mit niedrigen elektrischen Verlusten sein sollte.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einem Hohlraum ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallfilm auf die Oberfläche eines Grundmetalls aufgebracht und anschließend eine plastische Deformation dieser Oberfläche des Grundmetalls über den Metallfilm vorgenommen wird, so daß ein Hohlraum, dessen Innenfläche mit dem Metallfilm bedeckt ist, im Grundmetall geformt wird.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt, anhand dessen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erklärt wird;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Körper, der nach der Bearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von Fig. 1 erhalten wurde;

Fig. 3 einen Längsschnitt zur Erklärung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Körper, der aufgrund der Bearbeitung nach dem Verfahren von Fig. 3 gefertigt wurde; und

Fig. 5 die elektrische Kennlinie eines Hohlraumresonators, bei dem ein Hohlleiter-Bauelement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, angewendet wird.

Obwohl im folgenden die Erfindung erläutert wird bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung eines Hohlleiter-Bauelements, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern allgemein auf Körper anwendbar, die einen sehr genau geformten Hohlraum aufweisen müssen.

In Fig. 1 sind zu sehen ein Stempel oder eine Patrize gewünschter Form, ein niederohmiges leitendes Metall 2, ein

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Grundmetall 3 und eine Matrize oder ein Gesenk k. Zuerst wird das leitende Metall 2, nämlich Silber, Kupfer, Gold oder eine Legierung davon, auf dem Grundmetall 3, nämlich Kupfer, Aluminium, Eisen oder eine Legierung davon, durch Wärmedruckbehandlung oder Elektroplattieren befestigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Patrize 1 aus Hartstahl in das Grundmetall 3 über die leitende Metallschicht 2 gepreßt. Infolgedessen wird eine plastische Deformation im Grundmetall 3 hervorgerufen, um eine Aussparung oder einen Hohlraum zu schaffen, dessen Innenfläche mit dem leitenden Metall 2 verbunden ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Während der Durchführung des Verfahrens wird das leitende Metall 2 nicht zerrissen, sondern gleichmäßig über die Oberfläche der Patrize verteilt, um eine dünne Schicht zu bilden, die eine niederohmige leitende Innenfläche des Hohlraums des Grundmetalls 3 darstellt. Es versteht sich, daß die Patrize 1 so weit wie möglich die Form der späteren leitenden Oberfläche haben sollte, wobei die Übereinstimmung so weit reichen sollte, daß die Patrize nach dem Einpressen in das Grundmetall 3 wieder zurückgefahren werden kann.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 sind ähnliche Bauteile mit ähnlichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen, wobei ein leitender Metallfilm 2' wie aus Gold oder Silber zu sehen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Oxide bzw. Fette, die an der Oberseite des Grundmetalls 3 und der Unterseite des Metallfilms 2 anhaften, in geeigneter Weise entfernt, wonach die beiden Metalle aufeinandergelegt werden in der Matrize k, wobei die

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gereinigte Unterseite der gereinigten Oberseite gegenüberliegt. Die Patrize 1 aus Hartstahl oder einem anderen Metall, die eine ähnliche Form wie die leitende Oberfläche
hat, wird in das Grundmetall 3 durch den auf dem Grundmetall liegenden Metallfilm 2' gepreßt. Eine plastische Deformation wird im Grundmetall 3 verursacht, und ein Hohlraum hergestellt, dessen Innenfläche mit dem Metallfilm 2^f bedeckt ist und dieselbe Form wie die Patrize 1 hat sowie eine leitende Fläche bildet. Während der Durchführung des Verfahrens wird der Metallfilm 2' nicht zerrissen, sondern er erstreckt sich gleichmäßig über das gesamte Gebiet der Innenfläche des Hohlraums β Gleichzeitig werden der Metallfilm 2· und das Grundmetall 3 miteinander druckverschweißt, um einen einstückigen Metallblock zu bilden. Auf diese Weise wird eine niederohmige leitende Fläche im Hohlraum des Grundmetalls 3 geschaffen, so daß das gewünschte Hohlleiter—Bauelement gewonnen wird.

Die Dicke des Metallfilms 2', der auf dem Grundmetall 3 liegt, hängt von den Eigenschaften des Metallfilms 2¹ und der erforderlichen Dicke der Innenfläche des Metallfilms im Hohlraum ab. Wenn z. B. das Grundmetall 3 aus Kupfer mit einem Durchmesser von 10 mm besteht, werden ein Silbermetallfilm mit einer Dicke von 0,2 - 1 mm und eine Metallpatrize mit einem Durchmesser von 3-9 nun verwendet, so
daß eine Innenwand aus Silber mit.einer Dicke von einigen bis 20 /um auf der Innenseite des Hohlraums ausgebildet
wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird derjenige Teil
des Metallfilms, der nicht in Berührung mit der Patrize 1 steht, außerhalb der Patrize glockenförmig gelassen, weshalb es erfindungsgemäß nicht schwierig ist, das nicht verwendete teure Metall abzutrennen.

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Der Verfahrensschritt für das oben erwähnte Oberflächenreinigen und die Geschwindigkeit, mit der die Patrize in das Grundmetall gepreßt wird, sind in keiner Veise festgelegt, sondern variabel, und zwar je nach Bedarf. Die Innenfläche des Hohlraums des Hohlleiter-Bauelements, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist, ist genauso rauh oder etwas rauher als die Oberfläche der Patrize 1, so daß der Höhenunterschied zwischen den höchsten und niedrigsten Punkten der Oberfläche des Hohlraums, abgesehen von äußerst hohen oder niedrigen Punkten, auf 0,1 /um oder weniger genau gesteuert ist, indem die Patrize einer genauen Endbearbeitung unterzogen wird. Da die Innenfläche des Hohlraums mit einer geringen Abmessungsabweichung von etwa einigen /um von der Patrize hergestellt wird, ist die Maßhaltigkeit der Innenfläche höher als beim bekannten Stand der Technik. Ferner ermöglicht erfindungsgemäß die bloße Verwendung der Patrize und der Matrize, leicht eine große Anzahl von Hohlleiter-Bauelementen gleichbleibender Qualität zu fertigen und die Anzahl der Verfahrensschritte zu senken.

In Fig. 5 ist die elektrische Kennlinie eines Hohlraumresonators von Hohlleiter-Bauelementen für das Ultrakurzwellenband gezeigt, für das der erfindungsgemäß hergestellte Körper mit Hohlraum anwendbar ist. Auf der Abszisse von Fig. 5 ist die Frequenz der entlang der leitenden Oberfläche des Hohlraumresonators sich ausbreitenden elektrischen Welle aufgetragen, während die Ordinate den Wert von Qu/Qo des Hohlraumresonators angibt, wobei die Symbole Qu und Qo den tatsächlichen bzw. theoretischen Wert des Gütefaktors des Hohlraumresonators bedeuten. In Fig. 5 zeigt die Volllinie die Kennlinie eines üblichen derartigen Hohlraumreso-

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nators, während die kleinen Kreise, die durch eine Strichlinie verbunden sind, die Qu/Qo-Werte für Frequenzen von 35 GHz, 84,5 GHz und 96,3 GHz des erfindungsgemäßen Hohlraurar es ona tors angeben. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren einen Hohlraumresonator mit einem verbesserten Qu/Qo-Wert im Vergleich zu den üblichen Hohlraumresonatoren liefert.

_t Die vorangegangene Beschreibung hat sich in der Hauptsache mit einem Hohlraumresonator unter den Hohlleiter-Bauelementen für sehr kurze Wellen im Vergleich zu üblichen Verfahren beschäftigt. Es versteht sich jedoch, daß der Körper mit Hohlraum, der durch das erfindungsgemäße Verfahren gefertigt wird, mit der gleichen Wirkung auch bei anderen Resonatoren, Hohl- oder Wellenleitern und Zirkulatoren anwendbar ist. Ferner ist bereits erwähnt worden, daß das erfindungsgemäße Verfahren allgemein überall dort anwendbar ist, wo ein Körper mit einem Hohlraum sich durch hohe Maßhaltigkeit seiner Innenfläche auszeichnen muß.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist also ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Fertigung eines Körpers mit einem Hohlraum viele Vorteile bietet, insbesondere weniger Verfahrensschritte benötigt, was von hohem praktischen Nutzen ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet , daß ein Metallfilm (-2) auf die Oberfläche eines Grundmetalls (3) aufgebracht wird, und daß eine plastische Deformation der Oberfläche des Grundmetalls (3) durch den Metallfilm (2) hindurch bewirkt wird, so daß im Grundmetall (3) der Hohlraum entsteht, dessen Innenfläche mit dem Metallfilm bedeckt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Körper ein Hohl- oder Wellenleiter-Bauelement ist, dadurch g e Jc e η η zeichnet , daß die plastische Deformation bewirkt wird, indem eine Patrize (1) gewünschter Form in das Grundmetall (3) durch den Metallfilm (2) gepreßt wird, wobei der Metallfilm eine leitende Fläche zur Übertragung elektrischer Wellen bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander berührenden Flächen des Metallfilms (2) und des Grundmetalls (3) vor dem Aufeinanderlegen gereinigt werden.

h. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Patrize (1) eine Form gegeben wird, die der gewünschten leitenden Fläche so weit ähnlich ist, daß die Patrize (1) aus dem Grundmetall (3) und dem Metallfilm (2) rückführbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder k_t dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (2) auf dem Grundmetall (3)

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durch. Wärmedruckbehandlung oder Elektroplattieren befestigt wird.

6_β Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (2) niederohmig ist„

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