【為台灣加油打氣專欄】我國產真空微波產生器 2023/08/10

李家同、吳政龍

這次介紹的是製作純類比式的微波產生器和相對應系統的公司，微波的應用範圍很廣，從微波加熱到相位陣列雷達都是微波的應用。

微波產生器有很多種類型，從真空微波器到砷化鎵晶片微波器都有。這間公司所開發的是真空微波管，真空微波管內部分兩大部分，(1)震盪器，(2)放大器。磁控管是一般最常用來作為工業加熱的微波產生器，屬於震盪器。這篇文章主要是介紹磁控管，圖一是磁控管的示意圖。

磁控管的主要構造如圖一所示，該構造主要放置在真空管內，電子產生器會加到接近攝氏2000度，同時陰陽極之間有約5000V的電壓差，此時會產生電子流，該電子流會在磁鐵磁場和陰陽極電場作用下，電子流會磁控管內產生複雜但據重複性地運動，這個現象會讓磁控管共振並產生特定頻率之高頻震盪波。

圖一　磁空管核心示意圖

微波管所產生的電磁波頻率可以從1GHz~300GHz，原則上體積越大的微波管，發射的高磁波頻率越低，反之體積越小的微波管，發射的電磁波頻率越高。

大家都知道家用微波爐裡就用了微波管，但是很少人知道微波管也被應用在晶圓上。晶圓上有一種液狀膜，必須加以硬化。以下的示意圖顯示如何利用微波來這種硬化的工作。

這個硬化設備是由外國公司所提供，值得注意的是，現在外國的設備公司已經採用了我國生產的微波管，因為國產微波管比較穩定，半導體製程的設備是非常講究穩的。從這個例子可以看出，我國的微波技術是相當好的。

圖二　紫外線硬化製程示意圖

微波管的內部是有很多零件的，如圖三所示。這些零件的製作都必須非常精密，值得大家注意的是，所有的重要零件大部分都是在國內製作的。

圖三　微波管內部零件示意圖

微波管可以加熱物體，在工業界，很多產品的製程是需要加熱的，因此微波管也可以用在加熱設備上，可是加熱設備必須注意待加熱物體的溫度在微波作用腔體的均勻性。這家公司知道力要得到這種微波加熱均勻，微波管一定要配合一個關鍵的微波作用腔體，因此他們的工程師花很長的時間研究=力對特定待加熱物體設計結構非常複雜的微波作用腔體。圖四就是這家公司所設計的微波均勻加熱設備示意圖。

圖四　配合真空微波管的特殊微波均勻加熱設備

製作真空微波管不是一件簡單的事，微波管零件需要精密機械加工、再經過特殊化學清洗、高溫硬焊等製程，還需要高電壓、高功率、高真空、高頻率的相關技術。這些技術都不可能是由外國引進的，必須是由工程師自行研發成功。其中最困難的是，電腦模擬設計出複雜的高頻率、高功率陽極結構並且經過幾道焊接與加工製程加以實現。如果工程師沒有深厚的物理知識以及很多工程基本技術的經驗，這個陽極結構是不可能設計成功的。

磁控管的製作過程中，需要高溫，溫度高達兩千度，產生這個高溫以及確保材料可以耐高度，都不是簡單的事。

結構的精密度是10-20微米（1微米等於1百萬分之1米），利用我國國產的機械加工設備可以得到這種精密度。

而這間廠商的真空微波除了賣到半導體業以外，也賣給諸多不同產業，如國防以及民生工業，非常廣泛。

希望大家知道，直空微波管是一種精密工業的產品，全世界能夠製造這種產品的國家是不多的=方如果沒有工程師的努力研發，不可能有這家公司。這家公司的工程師不僅要在電磁學上有深厚的功力，也要知道非常多的工業基本技術。我國有這種公司，是應該感到驕傲的。

希望教育部能夠注意學生在物理、化學和數學上的功力，不要過份注意花俏的學問。也希望大學工程院重視實作，因為光知道理論是絕對不夠的。