[发明专利]一种抑制微波部件微放电效应的微刻蚀工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制微波部件微放电效应的微刻蚀工艺方法，属于微波部件表面处理技术领域。

背景技术

航天器载荷中大功率微波部件如输出多工器、滤波器、开关矩阵、天线馈源等极易产生微放电效应。微放电效应也称二次电子倍增效应，是指部件处于1×10^-3Pa或更低压强时，在承受大功率的情况下发生的谐振放电现象。

目前卫星有效载荷系统中微波部件大部分以铝合金为基体，为了降低器件损耗最常采用的方法是表面电化学镀银。在实际应用中，这些镀银部件如多工器、滤波器等在大功率电磁波传输条件下容易发生微放电效应，导致大功率微波部件失效，甚至使整个有效载荷彻底失效。

研究表明，在微波部件表面制备新的低SEY(二次电子发射系数)镀层材料，例如Alodine、TiN等，可以在微波部件结构尺寸不变的条件下提高微放电阈值，但这些镀层自身导电性差，使微波部件在高频条件下表面阻抗大，Alodine工艺还会造成一定的重金属环境污染，工程上难于推广。

已有专利公开了几种可以用于微波部件表面抑制二次电子发射的方法，包括等离子体轰击方法形成Ag或者Ti的纳米多孔结构；物理镀膜方法形成Ag、Au纳米多晶结构；电泳沉积碳化物、TiN等多种纳米晶。但这些方法主要存在以下问题：

(1)等离子体轰击方法形成的是非规则形状陷阱结构，陷阱深度有限，如增加等离子体轰击时间，不但陷阱不会加深，而且会造成镀银层整体剥落，不能起到抑制二次电子发射的作用。

(2)物理镀膜和电泳沉积法镀覆的薄膜与基底间需要一定的粘附力，通常需要增加高温退火步骤来提高薄膜与基底的粘附力，但是铝合金材料不耐高温，镀覆在微波部件表面的薄膜容易脱落。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种抑制微波部件微放电效应的微刻蚀工艺方法，既能提高微波部件微放电阈值，抑制微波部件微放电效应，又不用改变微波部件设计的结构尺寸。

本发明的技术解决方案是：

一种抑制微波部件微放电效应的微刻蚀工艺方法，步骤如下：

(1)对微波部件的表面进行去油和清洗处理；

(2)对步骤(1)中预处理过的微波部件利用Fe(NO₃)₃刻蚀液进行微刻蚀反应，在微波部件表面形成微陷阱结构；

(3)清洗该微波部件，去除微波部件表面的反应残留物；

(4)去除微波部件表面残留的Fe³⁺；

(5)再次清洗该微波部件；

(6)烘干该微波部件并包装保存。

步骤(1)中所述对微波部件的表面进行去油和清洗处理具体为：先分别依次用丙酮、乙醇超声清洗5min去油，再用超纯水超声清洗5min，最后在50℃下烘干。

Fe(NO₃)₃刻蚀液采用Fe(NO₃)₃·9H₂O配制，其质量比为Fe(NO₃)₃·9H₂O∶超纯水H₂O＝1∶2。

对微波部件利用Fe(NO₃)₃刻蚀液进行微刻蚀反应时，微刻蚀反应温度为50℃±1℃，反应时间为40s±2s。

步骤(3)中清洗该微波部件具体为：先进行二级水洗，再用超纯水超声清洗2次，每次2min。

所述去除微波部件表面残留的Fe³⁺具体为：将微波部件在50％的盐酸中浸泡20s。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提出利用化学微刻蚀的方法，在微波部件表面微刻蚀形成纳米微陷阱结构，利用二次电子在微陷阱结构间隙被反射吸收的原理抑制部件表面的二次电子发射。航天器大功率微波部件表面的镀银层有10μm左右，本发明提出的微刻蚀方法形成的空隙最深不超过5μm。本发明能很好地保持镀银层的连续性，避免了现有技术中的不良导体镀层带来的高损耗问题，可以将微波部件损耗控制在工程应用要求的范围之内。

(2)本发明提出的微刻蚀方法直接在微波部件的镀银表面刻蚀，没有引入新的镀层材料，避免了现有技术中镀层材料带来的重金属污染，同时，也避免了镀层材料与微波部件基底的粘附力问题。

(3)此外，化学方法刻蚀的非规则陷阱结构深度较大，有利于二次电子在陷阱结构间隙被多次反射吸收，更好的抑制二次电子发射，提高微波部件的微放电阈值。