ES2311533T3 - Modulo hermetico de alta frecuencia y procedimiento de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Módulo de alta frecuencia con estructura de conductor hueco, constituido por un fondo (1) de caja y una tapa (3) de caja, estando montado sobre la tapa (3) de la caja un dispositivo de ajuste (4) para posicionarla sobre el fondo (1) de dicha caja, caracterizado porque el dispositivo de ajuste (4) consiste en un resalto de fotobarniz.
Description
Módulo hermético de alta frecuencia y
procedimiento de fabricación.
La invención se refiere a una disposición según
el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento según el
preámbulo de la reivindicación 9.
Los módulos de comunicación por ondas
milimétricas según la invención trabajan, por ejemplo, en el dominio
de GHz y se utilizan para la transmisión de datos en la técnica del
tráfico.
Para la fabricación de estructuras compuestas de
metal-cerámica para acoplamientos de un conductor
hueco en módulos de comunicación por ondas milimétricas se sueldan
con cierre hermético los substratos de antena sobre conductos de
paso de un conductor hueco en cajas de microondas. En los procesos
de producción actualmente disponible se emplean para un cierre
hermético las llamadas preformas que se introducen como capas
intermedias entre una tapa de cerámica y una caja. Criterios
importantes para la calidad de tales uniones son su resistencia a
los cambios de temperatura y su fiabilidad en servicio
permanente.
Además, la exclusión de humedad del interior de
la caja desempeña un cometido esencial para la función
eléctrica.
Se conoce por el documento WO 91/09699 un cierre
hermético de cajas cerámicometálicas para circuitos integrados. En
este caso, se montan y se sueldan tapas de caja cerámicas con
preformas de oro/estaño. El proceso de soldadura se efectúa a una
temperatura inferior a 400ºC por medio de un electrodo de
calentamiento que está en contacto con la caja, presionándose la
tapa y la caja una sobre otra durante el proceso de soldadura.
Un módulo de alta frecuencia con las
características según el preámbulo de la reivindicación 1 es
conocido por el documento US 5,574,314.
Una desventaja esencial de los procedimientos de
fabricación utilizados hasta ahora consiste en la pequeña
tolerancia de posicionamiento al ensamblar los grupos constructivos
individuales, la cual dificulta o incluso hace imposible una
producción automática. La construcción de acoplamientos de
conductores huecos con preformas y con las clavijas de ajuste
empleadas habitualmente para un posicionamiento exacto de la tapa de
la caja está ligada a un elevado consumo de tiempo y es tolerable
solamente para pequeños números de unidades.
La invención se basa en el problema de indicar
un procedimiento de fabricación y una disposición con elevadas
tolerancias de posicionamiento para la fabricación automatizada de
módulos herméticos de alta frecuencia.
La invención se materializa con respecto a la
disposición por medio de las características de la reivindicación 1
y con respecto al procedimiento por medio de las características de
la reivindicación 9. Las demás reivindicaciones contienen
ejecuciones y perfeccionamiento ventajosos de la invención.
La invención incluye un módulo de alta
frecuencia con estructura de conductor hueco que está constituido
por un fondo de caja y una tapa de caja, preferiblemente de
cerámica. El fondo y la tapa de la caja están ajustados uno a otro
en su comportamiento de dilatación. Por ejemplo, la tapa de la caja
es de óxido de aluminio y el fondo de la caja es de Mo30Cu. Sobre
la tapa de la caja está montado el dispositivo de ajuste para
posicionarla sobre el fondo de la caja. Como medida preventiva
contra corrosión, la caja metálica se ha mejorado con una capa de
níquel y oro.
El dispositivo de ajuste está constituido por un
resalto de fotobarniz que se estrecha cónicamente a partir de la
superficie de la tapa de la caja. El dispositivo de ajuste encaja en
el conductor hueco durante el montaje. El espesor de capa del
dispositivo de ajuste es de aproximadamente 100 a 200 \mum. La
tapa la caja y el fondo de esta última están firmemente unidos una
con otro por medio de materiales de soldadura. Preferiblemente, se
emplean materiales de soldadura que se introducen galvánicamente en
depósitos de soldadura. Se aplica para ello localmente el material
de soldadura sobre la superficie de la tapa de la caja que está en
contacto con el fondo de dicha caja o bien se introduce dicho
material en vías estructuradas en la tapa.
El procedimiento para fabricar un módulo de alta
frecuencia incluye los pasos siguientes:
- -
- se estructura la superficie de contacto de la tapa de la caja con el fondo de esta última mediante una primera máscara de fotobarniz para efectuar una deposición galvánica de metal,
- -
- se deposita una secuencia de capas de oro/estaño del depósito de material de soldadura,
- -
- se retira la primera máscara de fotobarniz,
- -
- se estructura una segunda máscara de fotobarniz como dispositivo de ajuste,
- -
- se limpia de óxido la superficie de estaño,
- -
- se centra y fija la capa de la caja sobre el fondo de esta última,
\global\parskip0.900000\baselineskip
- -
- se suelda la tapa de la caja con el fondo de esta última,
- -
- se retira químicamente en húmedo el barniz del dispositivo de ajuste.
Preferiblemente, el barniz del dispositivo de
ajuste se retira químicamente en húmedo con una solución calentada
de hidróxido de potasio.
Una ventaja especial de la invención consiste en
la simplificación para la construcción manual de pasos del
conductor hueco y hace posible un equipamiento automático de los
módulos para la producción de mayores números de unidades.
Otra ventaja consiste en la barata integración
de los pasos de producción en la fabricación de substratos de capa
delgada. Esto representa una simplificación esencial del proceso de
montaje.
En lo que sigue se explica la invención con más
detalle ayudándose de ejemplos de realización ventajosos y haciendo
referencia a las figuras de dibujos esquemáticos. Muestran:
La figura 1, un módulo de alta frecuencia con
estructura de conductor hueco,
La figura 2, una vista en planta del dispositivo
de ajuste,
La figura 3, una tapa de caja con dispositivo de
ajuste y depósito de material de soldadura.
En un ejemplo de realización según la figura 1
se representa un módulo de alta frecuencia con estructura de
conductor hueco, constituido por un fondo 1 de caja y una tapa 3 de
caja hechos de cerámica, en cuyo módulo se ha aplicado sobre la
tapa 3 de la caja un dispositivo de ajuste 4 para posicionarlo en el
conductor hueco sobre el fondo 1 de la caja.
Para su centrado e inmovilización sobre el
conducto de paso del conductor hueco, el dispositivo de ajuste 4
consiste en un resalto de fotobarniz que se estrecha cónicamente a
partir de la tapa 3 de la caja (figura 2). Durante el montaje, el
dispositivo de ajuste 4 encaja con la superficie cónica superior 43
en el conductor hueco 5, es conducido a lo largo de la superficie
lateral 42 hasta la superficie de base 41 y es centrado con pequeña
fuerza de asiento en el conductor hueco. El dimensionamiento de la
superficie de base 41 es tal que ésta queda exactamente ajustada a
la dimensión del conductor hueco. El espesor de capa del dispositivo
de ajuste 4 es de aproximadamente 100 a 200 \mum. Para lograr
tales espesores de capa se aplican usualmente una sobre otra dos a
tres películas de barniz de un espesor de aproximadamente 70 \mum.
Por medio de los parámetros de exposición durante el proceso
fotolitográfico se ajusta la pendiente de los flancos de las
superficies laterales 42. La tapa 3 de la caja y el fondo 1 de esta
última están sólidamente unidos entre ellos por medio de materiales
de soldadura 2 que se han aportado localmente por vía galvánica en
depósitos 21 de material de soldadura.
El procedimiento para fabricar un módulo de alta
frecuencia incluye pasos en los que se prescinde del empleo de una
preforma.
La superficie de contacto de la tapa 3 de la
caja se estructura en unión del fondo 1 de dicha caja con una
primera máscara de fotobarniz para efectuar una deposición galvánica
de metal. La secuencia de capas de oro/estaño del depósito de
material de soldadura, empleada para ello, se deposita de modo que
sus respectivos espesores estén aproximadamente adaptados a las
proporciones cuantitativas de la aleación eutéctica.
Preferiblemente, se aspira a una relación de espesores de las capas
de Au : Sn de aproximadamente 1,5 : 1 y, por tanto, se llena el
depósito 21 de material de soldadura (figura 3). Los respectivos
espesores de capa están situados en el intervalo comprendido entre
12 \mum de Au/8 \mum de Sn a 9 \mum de Au/6 \mum de Sn.
Después del llenado del depósito 21 de material de soldadura se
retira nuevamente la primera máscara de fotobarniz. Se estructura
seguidamente una segunda máscara de fotobarniz como dispositivo de
ajuste 4.La máscara consiste usualmente en una película de barniz
fotolitrográficamente estructurada. Se elimina la superficie de
óxido del estaño en un horno de reflujo de hidrógeno bajo vacío a
una temperatura de aproximadamente 300ºC y con un tiempo del
proceso de algunos minutos. En otro paso del procedimiento se centra
y se inmoviliza la tapa 3 de la caja sobre el fondo 1 de dicha
caja.
Se une sólidamente la tapa 3 de la caja con el
fondo 1 de dicha caja por medio de soldadura exenta de fundente,
por ejemplo con materiales de soldadura de AuSn en atmósfera de
hidrógeno. El proceso de soldadura se realiza también en un horno
de reflujo de hidrógeno bajo vacío, preferiblemente empleando el
material de soldadura eutéctico con una composición aproximada de
80% en volumen de Au y 20% en volumen de Sn. El punto de fusión del
compuesto eutéctico asciendo a 280ºC. El proceso de soldadura del
horno hecho funcionar bajo atmósfera reductora de hidrógeno en
combinación con nitrógeno como gas protector se realiza a una
temperatura de 320ºC durante un período de tiempo de algunos
minutos. La capa de oro y estaño empleada que se separa en depósitos
por el lado de soldadura del substrato y que, en el transcurso del
proceso de atemperado, conduce a un completo entremezclado de las
capas de Au/Sn con formación de una estructura homogénea, sustituye
a la preforma utilizada en otros casos.
El barniz del dispositivo de ajuste 4 es
retirado por vía química en húmedo, preferiblemente con una solución
calentada de hidróxido de potasio. Se sumerge para ello el módulo
durante aproximadamente 10 min en una solución al 50% de hidróxido
de potasio con una temperatura de 70ºC.
Claims (9)
1. Módulo de alta frecuencia con estructura de
conductor hueco, constituido por un fondo (1) de caja y una tapa
(3) de caja, estando montado sobre la tapa (3) de la caja un
dispositivo de ajuste (4) para posicionarla sobre el fondo (1) de
dicha caja, caracterizado porque el dispositivo de ajuste (4)
consiste en un resalto de fotobarniz.
2. Módulo de alta frecuencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de
ajuste (4) se estrecha cónicamente a partir de la tapa (3) de la
caja.
3. Módulo de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la tapa (3) de
la caja y el fondo (1) de dicha caja están sólidamente unidos uno
con otro por medio de materiales de soldadura (2).
4. Módulo de alta de frecuencia según la
reivindicación 3, caracterizado porque se han introducido
galvánicamente materiales de soldadura galvánicos (2) en depósitos
de material de soldadura.
5. Módulo de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones 1 a 4 anteriores, caracterizado porque la
tapa (3) de la caja es de cerámica.
6. Módulo de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones 1 a 5 anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de ajuste (4) encaja en el conductor hueco (5).
7. Módulo de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado porque el
espesor de capa del dispositivo de ajuste (4) es de aproximadamente
100 a 200 \mum.
8. Procedimiento para fabricar un módulo de alta
frecuencia constituido por una tapa (3) de caja con depósitos (21)
de material de soldadura y un fondo (1) de caja, en el que
- -
- se estructura la superficie de contacto de la tapa (3) de la caja con el fondo (1) de dicha caja por medio de una primera máscara de fotobarniz para efectuar una deposición galvánica de metal,
- -
- se deposita una secuencia de capas de oro/estaño del depósito (21) de material de soldadura,
- -
- se retira la primera máscara de fotobarniz,
- -
- se estructura sobre la tapa (3) de la caja una segunda máscara de fotobarniz en calidad de dispositivo de ajuste (4),
- -
- se limpia de óxido la superficie de estaño,
- -
- se centra e inmoviliza la tapa (3) de la caja sobre el fondo (1) de dicha caja,
- -
- se suelda la tapa (3) de la caja con el fondo (1) de dicha caja,
- -
- se retira el barniz del dispositivo de ajuste (4) por vía química en húmedo.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque se retira el barniz del dispositivo de
ajuste (4) por vía química en húmedo con una solución calentada de
hidróxido de potasio.
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