EP0018885A1 - Procédé de fabrication de cavités hyperfréquences, noyaux utilisés dans ce procédé et cavités obtenues par ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication de cavités hyperfréquences, noyaux utilisés dans ce procédé et cavités obtenues par ce procédé Download PDF

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EP0018885A1
EP0018885A1 EP80400524A EP80400524A EP0018885A1 EP 0018885 A1 EP0018885 A1 EP 0018885A1 EP 80400524 A EP80400524 A EP 80400524A EP 80400524 A EP80400524 A EP 80400524A EP 0018885 A1 EP0018885 A1 EP 0018885A1
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cavity
core
cavities
integral parts
internal
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EP80400524A
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Alfred Van Den Abbeele
Raoul Montagnat
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/008—Manufacturing resonators

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing, by electroforming, microwave cavities comprising integral parts integral with the internal walls of the cavity.
  • the present invention aims to avoid the above drawbacks and relates not only to a manufacturing process but also to the cores for the implementation of this process and to the cavities obtained by this process.
  • the baths making it possible to make the various deposits are commercial baths.
  • the baths For the electrolytic adhesion deposits of brass, copper or nickel, the baths must have a composition such that the metal undercoat obtained by chemical means is not attacked, which would cause a defective adhesion of the electrolytic adhesion deposit. . These baths are in common use for the electrolytic treatment of light alloys.
  • the high frequency conductive metal undercoat is obtained using the baths marketed for coating the electronic cavities; these are generally cyanide baths.
  • the baths used for depositing copper up to the desired thickness for the walls of the cavity are acid baths with high penetration, comprising organic agents intended to promote the formation of layers of compact and homogeneous structure.
  • These types of bath are in common use in the technique of printed circuits; they are based on copper sulphate and sulfuric acid; with this type of bath and the process used, correct deposits of copper are obtained in the angles, even when these angles are equal to or slightly less than 90 °.
  • baths of the type discussed for the high frequency conductive metal underlay can be used.
  • the bath used for the electrolytic passivation of the finishing silver deposit is a commercial bath of common use in electrolytic treatments of surfaces.
  • the cores mentioned above are produced so as to electroform the integral parts of the cavity at the same time as the cavity itself.
  • the shapes of integral parts are hollowed out in the cores, with tolerances on their dimensions corresponding to the desired tolerances for the integral parts to be produced.
  • the cores are made entirely of metal.
  • Figures 1, 3, 5 show partially cut cavities so that the integral parts appear which have been inserted therein by electroforming. These three cavities have the form of waveguides and one of the cutouts intended to show their integral parts, is produced according to a longitudinal median plane.
  • Figure 1 is a partial view of a cavity, 1, comprising two rods 10, 11. This cavity, like besides the cavities shown in Figures 3 and 5, was produced by electroforming according to the method described above.
  • FIG. 2 shows a core 2 whose position has been shown in dotted lines to reveal two holes 20, 21 intended to give the rods 10 and 11 of the cavity according to FIG. 1.
  • the core 2 of FIG. 2 is a core of light aluminum alloy (AU4G: aluminum alloy with 4% copper and 1% magnesium), produced by machining.
  • the extraction of this core, after the electrolytic copper layer has been deposited, is done by dissolving in a hot 10% sodium hydroxide solution, under current. air and at a temperature of around 70 ° C.
  • the duration of solubilization of a core under such conditions depends, of course, on the thickness of metal to be dissolved and on the contact surface between the metal and the dissolving liquid.
  • FIG. 5 is a partial view of a cavity 5 comprising three internal partitions 51, 52, 53.
  • the core, 6, having been used to manufacture this cavity is shown in FIG. 6; it is formed by a cylinder in which notches such as 60 are made; it is these notches which, during electroforming, give the internal partitions of the cavity.
  • the core 6 is a core of light aluminum alloy (AG5: aluminum alloy with 5% magnesium), it is obtained by foundry with "lost wax". This core is dissolved, after use, in the same way as the core of Figure 2.
  • FIG. 7 represents a core 7 intended to allow the manufacture, according to the method described above, of a quadruplexer for reuse of frequencies; the q uadruplexer is intended for an antenna.
  • This core comprises a cross element 70 and, on either side of this element, two other elements 71 and 72 bonded to the cross at the intersection of its two branches.
  • the core 7 comprises, at the intersection of the cross, a metallic piece of brass 73, which crosses the cross; this part is hollow and has partitions which, because of their position, could not be obtained by electroforming at the same time as the rest of the quadruplexer.
  • the partial views 1, 3, 5 do not show the flanges of the cavities, used for fixing in the microwave assemblies for which these cavities are intended; Similarly, on the partial views of cores 2, 4, 6, 7, the parts of the core on which, during electroforming, the deposits which constitute the flanges are not shown.
  • This omission is voluntary because on the one hand it makes it possible to better highlight on the drawings the integral parts and the shapes of cores leading to obtaining such integral parts, and on the other hand the obtaining of flanges does not pose any problems from the moment when it is known to manufacture a cavity with internal integral parts.
  • the flanges are obtained by stainless steel parts bonded to the rest of the core and whose faces which must not receive metallic deposits are covered with a layer of air-drying vinyl paint, or plastic tape, or plastic covers.
  • the invention is not limited to the examples described; thus the cohesion of the cores can be increased by mechanical means, metallic or non-metallic, which are removed once the electroforming is completed.
  • variants within the reach of those skilled in the art can be found in the example of the manufacturing process which has been described, in particular as regards the types of metals deposited, the thicknesses of the deposits and the number of deposits; this is how, in certain cases, the second silver plating, that is to say that produced after the core has been removed, can be avoided.

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Abstract

Procédé permettant de fabriquer en une seule fois, par électroformage, une cavité et les pièces intégrantes (cloisons, iris, tiges, etc ...) qu'elle contient. Sur un noyau (4) dont la surface externe reproduit la surface interne de la cavité à réaliser et dans lequel sont creusés des trous correspondant aux pièces intégrantes à réaliser dans la cavité, sont déposées successivement une sous-couche d'adhérence, une sous-couche conductrice en haute fréquence, et une couche de cuivre. Le noyau (4) qui peut être constitué de plusieurs éléments (40, 41, 42) est dégagé de la cavité par simple extraction pour les éléments dont la position et la forme le permettent (41, 42), par dissolution pour les autres éléments (40). Application aux cavités hyperfréquences.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication par électroformage de cavités hyperfréquences comportant des pièces intégrantes solidaires des parois internes de la cavitéo
  • Les cavités hyperfréquences comportent souvent des pièces internes, telles que cloisons, iris ou tiges, qui doivent présenter une excellente continuité électrique avec la paroi interne de la cavité proprement dite. Dans ce qui suit et dans les revendications ces pièces internes seront dénommées pièces intégrantes en abréviation de pièces intégrantes de la cavité. Le procédé classique de fabrication de telles cavités par électroformage consiste à insérer les pièces intégrantes dans le noyau utilisé pour l'électroformage de la cavité. Ces pièces intégrantes forment bloc avec le cuivre déposé électrolytiquement pendant l'électroformage. Ce procédé représente déjà un progrès par rapport à un assemblage réalisé par brasure, mais il comporte encore des inconvénients :
    • - l'ensemble des pièces intégrantes qui sont des pièces rapportées en laiton ou en un autre métal cuivreux, ne forme pas un tout absolument homogène avec le reste du métal constituant les parois de la cavité proprement dite,
    • - la mise en place des pièces intégrantes n'atteint pas toujours la précision désirable, tout au moins par un moyen simple de positionnement, car il faut prévoir un jeu suffisant pour pouvoir introduire ces pièces,
    • - une fois mises en place, les pièces intégrantes doivent être maintenues de manière qu'elles ne puissent glisser hors de leur emplacement.
  • La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients ci-avant et se rapporte non seulement à un procédé de fabrication mais aussi aux noyaux pour la mise en oeuvre de ce procédé et aux cavités obtenues par ce procédé.
  • Ceci est obtenu, en particulier, en réalisant par un seul électroformage la cavité proprement dite et les pièces intégrantes. Une telle méthode est rendue possible par le procédé et les noyaux utilisés.
  • Selon l'invention, un procédé de fabrication du type décrit au début de ce texte est caractérisé par la suite d'opérations ci-après :
    • - réalisation d'un noyau dont la surface externe correspond à la surface interne de la cavité à fabriquer,
    • - décapage du noyau,
    • - dépôt par voie chimique d'une sous-couche métallique d'adhérence,
    • - dépôt par voie électrolytique d'une sous-couche métallique conductrice en haute fréquence,
    • - dépôt par voie électrolytique d'une couche de cuivre, effectué dans un bain acide à grande pénétration, comportant des agents organiques destinés à favoriser la formation de couches de structure compacte et homogène,
    • - extraction du noyau,
    • - dissolution de la sous-couche d'adhérence,
    • - nettoyage de la cavité obtenue.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent :
    • - les figures 1, 3, 5 des cavités selon l'invention,
    • - les figures 2, 4, 6, 7 des noyaux selon l'invention.
  • Un exemple du procédé de fabrication selon l'invention comporte les étapes suivantes :
    • - réaliser un noyau dont la surface externe correspond à la surface interne de la cavité (cette réalisation sera décrite plus loin à l'aide des figures 1 à 7),
    • - décaper le noyau en milieu fluo-nitrique,
    • - déposer une sous-couche d'adhérence constituée d'un premier dépôt de zinc (ou de nickel), d'environ 1 micron d'épaisseur, obtenu par voie chimique et d'un second dépôt d'une épaisseur de 2 à 3 microns, réalisé en laiton, en cuivre ou en nickel, et obtenu par voie électrolytique,
    • - déposer une sous-couche métallique, conductrice en haute fréquence, d'environ 20 microns d'épaisseur, constituée d'argent ou d'or électrolytique,
    • - déposer, par voie électrolytique, du cuivre jusqu'à l'épaisseur désirée pour les parois de la cavité à fabriquer,
    • - extraire le noyau (l'extraction du noyau sera décrite à l'aide des figures 1 à 7),
    • - nettoyer la pièce obtenue après extraction du noyau, en milieu de persulfate d'ammonium à 50°C en solution à 50 grammes par litre de persulfate d'ammonium,
    • - rincer en eau déminéralisée froide,
    • - dépassiver à l'aide d'acide chlorhydrique à 10% ,
    • - rincer à nouveau en eau déminéralisée froide,
    • - réaliser une argenture électrolytique de finition sur une épaisseur de 7 microns, afin d'obtenir une couche interne homogène du point de vue de ses caractéristiques en haute fréquence,
    • - rincer en eau déminéralisée froide,
    • - procéder à une passivation de l'argent par voie électrolytique,
    • - rincer en eau déminéralisée sous ultrasons.
  • Dans le procédé qui vient d'être décrit les bains permettant de faire les différents dépôts sont des bains du commerce.
  • A titre d'exemple, les précisions ci-après sont données sur les bains utilisés pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit.
  • Le dépôt par voie chimique d'une sous-couche métallique d'adhérence est obtenu par déplacement chimique du métal solubilisé dans le bain ; la bonne adhérence de ce dépôt dépend de la composition chimique du bain. Ces bains existent dans le commerce et sont d'un usage très répandu dans le traitement électrolytique des alliages.
  • Pour les dépôts électrolytiques d'adhérence de laiton, de cuivre ou de nickel, les bains doivent avoir une composition telle que la sous-couche métallique obtenue par voie chimique ne soit pas attaquée, ce qui entratnerait une adhérence défectueuse du dépôt électrolytique d'adhérence. Ces bains sont d'un emploi courant pour le traitement électrolytique des alliages légers.
  • La sous-couche métallique conductrice en haute fréquence est obtenue à l'aide des bains commercialisés pour le revêtement des cavités électroniques ; ce sont généralement des bains cyanurés.
  • Les bains utilisés pour le dépôt du cuivre jusqu'à l'épaisseur désirée pour les parois de la cavité, sont des bains acides à grande pénétration, comportant des agents organiques destinés à favoriser la formation de couches de structure compacte et homogène. Ces types de bain sont d'un usage courant dans la technique des circuits imprimés ; ils sont à base de sulfate de cuivre et d'acide sulfurique ; avec ce type de bainset le procédé mis en oeuvre,des dépôts corrects de cuivre sont obtenus dans les angles, même quand ces angles sont égaux ou légèrement inférieurs à 90°.
  • Pour l'argenture électrolytique de finition,des bains du type de ceux dont il a été question pour la sous-couche métallique conductrice en haute fréquence peuvent être employés.
  • Le bain utilisé pour la passivation électrolytique du dépôt d'argent de finition est un bain du commerce d'un usage courant dans les traitements électrolytiques des surfaces.
  • Les noyaux dont il a été question ci-avant sont réalisés de manière à électroformer les pièces intégrantes de la cavité en même temps que la cavité proprement dite. Pour cela les formes de pièces intégrantes sont usinées en creux dans les noyaux, avec des tolérances sur leurs cotes correspondant aux tolérances désirées pour les pièces intégrantes à réaliser. Pour obtenir des cotes précises,les noyaux sont entièrement réalisés en métal.
  • Les figures 1, 3, 5 montrent des cavités partiellement découpées pour qu'apparaissent les parties intégrantes qui y ont été insérées par électroformage. Ces trois cavités.ont la forme de guides d'ondes et l'une des découpes destinées à montrer leurs parties intégrantes, est réalisée selon un plan médian longitudinal.
  • La figure 1 est une vue partielle d'une cavité, 1, comportant deux tiges 10, 11. Cette cavité, comme d'ailleurs les cavités représentées sur les figures 3 et 5, a été réalisée par électroformage selon le procédé décrit plus avant.
  • Le noyau utilisé pour la fabrication de la cavité de la figure 1 est représenté sur la figure 2. La figure 2 montre un noyau 2 dont une position a été représentée en pointillés pour laisser apparaître deux trous 20, 21 destinés à donner les tiges 10 et 11 de la cavité selon la figure 1.
  • Le noyau 2 de la figure 2 est un noyau en alliage léger d'aluminium (AU4G : alliage d'aluminium à 4% de cuivre et 1% de magnésium), réalisé par usinage. L'extraction de ce noyau, après que la couche de cuivre électrolytique ait été déposée, se fait par dissolution dans une solution chaude de soude à 10%, sous courant. d'air et par une température d'environ 70°C . La durée de solubilisation d'un noyau dans de telles conditions dépend, bien entendu, de l'épaisseur de métal à dissoudre et de la surface de contact entre le métal et le liquide de dissolution.
  • La figure 3 est une vue partielle d'une cavité comportant deux iris 30 et 31. La figure 4 montre le noyau 4 qui a servi pour la réalisation de cette cavité. Ce noyau comporte trois éléments 40, 41, 42. Les éléments 41 et 42 sont identiques et sont réalisés en acier inoxydable 18-8 ; ils forment un parallélépipède avec, sur une face du parallélépipède, une pastille cylindrique telle que 43. L'élément 40 est un parallélépipède réalisé dans la même matière que le noyau de la figure 2. Les trois éléments 40, 41, 42 sont assemblés à l'aide d'une colle de type cyanoacrylate qui, déposée localement en une couche très mince, assure une bonne liaison entre les éléments. L'extraction de ce noyau, après dépôt de la couche de cuivre électrolytique, se fait en deux étapes :
    • - les éléments 41, 42 en acier inoxydable sont retirés et peuvent être réutilisés pour réaliser une autre cavité,
    • - l'élément 40 est dissous de la même façon que le noyau de la figure 2.
  • La figure 5 est une vue partielle d'une cavité 5 comportant trois cloisons internes 51, 52, 53. Le noyau, 6, ayant servi à fabriquer cette cavité est représenté sur la figure 6 ; il est formé d'un cylindre dans lequel sont pratiquées des encoches telles que 60 ; ce sont ces encoches qui, lors de l'électroformage, donnent les cloisons internes de la cavité. Le noyau 6 est un noyau en alliage léger d'aluminium (AG5 : alliage d'alluminium à 5% de magnésium), il est obtenu par fonderie à la "cire perdue". Ce noyau est dissous, après usage, de la même façon que le noyau de la figure 2.
  • La figure 7 représente un noyau 7 destiné à permettre la fabrication, selon le procédé décrit plus avant, d'un quadruplexeur pour réutilisation de fréquences ; le quadruplexeur est destiné à une antenne. Ce noyau comporte un élément en croix 70 et, de part et d'autre de cet élément, deux autres éléments 71 et 72 collés sur la croix à l'intersection de ses deux branches. Il est à noter d'autre part que le noyau 7 comporte, à l'intersection de la croix une pièce métallique en laiton 73, qui traverse la croix ; cette pièce est creuse et comporte des cloisons qui, du fait de leur position, ne pourraient être obtenues par électroformage en même temps que le reste du quadruplexeur.
  • Les vues partielles 1, 3, 5 ne font pas apparaître les flasques des cavités, servant à la fixation dans les montages hyperfréquences auxquels sont destinées ces cavités ; de même sur les vues partielles de noyaux 2, 4, 6, 7 n'ont pas été représentées les parties de noyau sur lesquelles, lors de l'électroformage, se font les dépôts qui constituent les flasques. Cette omission est volontaire car d'une part elle permet de mieux faire ressortir sur les dessins les pièces intégrantes et les formes de noyaux conduisant à obtenir de telles pièces intégrantes, et d'autre part l'obtention de flasques ne pose pas de problèmes à partir du moment où l'on sait fabriquer une cavité avec des pièces intégrantes internes. Dans les cavités selon les exemples décrits les flasques sont obtenues par des pièces en acier inoxydable collées au reste du noyau et dont les faces qui ne doivent pas recevoir de dépôts métalliques sont recouvertes d'une couche de peinture vinylique séchant à l'air, ou de ruban adhésif en matière plastique, ou de caches en matière plastique.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ; c'est ainsi que la cohésion des noyaux peut être augmentée par des moyens mécaniques, métalliques ou non métalliques, qui sont retirés une fois l'électroformage terminé. De même des variantes, à la portée de l'homme de l'art, peuvent être trouvées à l'exemple de procédé de fabrication qui a été décrit, en particulier en ce qui concerne les types de métaux déposés, les épaisseurs des dépôts et le nombre de dé- p8ts ; c'est ainsi que, dans certains cas, la deuxième argenture, c'est-à-dire celle réalisée après que le noyau ait été retiré, pourra être évitée.

Claims (7)

1. Procédé de fabrication par électroformage de cavités hyperfréquences comportant des pièces intégrantes solidaires des parois internes de la cavité, caractérisé par la suite d'opérations ci-après :
- réalisation d'un noyau dont la surface externe correspond à la surface interne de la cavité à fabriquer,
- décapage du noyau,
- dépôt par voie chimique d'une sous-couche métallique d'adhérence,
- dépôt par voie électrolytique d'une sous-couche métallique conductrice en haute fréquence,
- dépôt par voie électrolytique d'une couche de cuivre, effectué dans un bain acide à grande pénétration, comportant des agents organiques destinés à favoriser la formation de couches de structure compacte et homogène,
- extraction du noyau,
- dissolution de la sous-couche d'adhérence,
- nettoyage de la cavité obtenue.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, à la suite du nettoyage, une argenture, par voie électrolytique, de la cavité.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le décapage est effectué en milieu fluo-nitrique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-couche d'adhérence est constituée d'un premier dépôt de zinc et d'un second dépôt de laiton.
5. Noyau utilisé (2,4,6) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente un volume dont une partie au moins correspond au volume interne à la cavité à fabriquer.
6. Noyau selon la revendication 5, destiné à permettre l'obtention, pendant la fabrication, de pièces intégrantes internes à la cavité, caractérisé en ce que des trous (20, 21, 60) y sont creusés dont le volume correspond au volume des pièces intégrantes à obtenir.
7. Cavité hyperfréquence (1, 3, 5, 7), caractérisé en ce qu'elle est obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, à l'aide d'un noyau (2, 4, 6) selon l'une quelconque des revendications 5 et 6.
EP80400524A 1979-05-02 1980-04-18 Procédé de fabrication de cavités hyperfréquences, noyaux utilisés dans ce procédé et cavités obtenues par ce procédé Withdrawn EP0018885A1 (fr)

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