Исследование и разработка технологии устройства индикации на основе нанопористого оксида алюминия

Другим важным физическим явлением, которое должно учитываться при использовании ЭЛТ, является вторичная электронная эмиссия. Она заключается в испускании вторичных электронов из материала люминофора при воздействии на него пучка первичных электронов.

2. Цветные ЭЛТ

        В ЭЛТ с теневой маской применяется метод диафрагмирования электронного луча. Маска помещена между тремя электронными пушками и трехцветным люминофором экрана. Она препятствует попаданию каждого луча на участки люминофора не соответствующего ему цвета (рис 1.7).

 

Рис 1.7. Расположение электродов маски и экрана в цветной ЭЛТ с компланарным расположением пушек:

К – красный; З – зелёный; С – синий.

Каждая из них осуществляет генерацию, фокусировку и ускорение луча. Внутри трубки пушки сориентированы таким образом, что их лучи, распространяясь в одной плоскости под некоторым углом друг к другу и проходя через любое из отверстий в маске, попадают каждый на полоску люминофора только определенного цвета.

2) Вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ)

Принцип действия ВЛИ основан на использовании явления люминесценции,

возникающей в катодолюминофорах при возбуждении их электронным пучком. В

отличие от высоковольтной катодолюминесценции, используемой в электронно лучевом приборе (ЭЛП), в ВЛИ имеет место низковольтная люминесценция. Этим устраняется один из главных недостатков ЭЛП — высокое ускоряющее напряжение.

Катодолюминесценция возникает при достижении электронами вполне определенной энергии eUL, где UL — потенциал начала катодолюминесценции. У

большинства материалов, образующих группу высоковольтных

катодолюминофоров, применяемых в ЭЛП, UL исчисляется сотнями вольт.

Люминофор для ВЛИ должен удовлетворять ряду требований:

1. Ширина  запрещенной зоны dW   — не более 3—4 эВ. В противном случае

условный квантовый выход становится слишком малым.

2. Высокая  электропроводность. Согласно оценкам  сопротивление слоя не должно превышать единиц кОм. Именно по этой причине большинство люминофоров применяемых в ЭЛП не годится для ВЛИ, поскольку они являются или изоляторами, или полностью компенсированными полупроводниками.

3. Низкий  потенциал начала катодолюминесценции. Даже при малом сопротивлении слоя люминофора он оказывается непригодным для использования во ВЛИ, ели UL = 10—12 В.

4. Низкая  светоотдача. В ходе исследования  свойств смесей с проводящими порошками было обнаружено, что цвет свечения многих таких композиций зависит от анодного напряжения.

При длительной бомбардировке люминофора яркость его свечения изменяется, причем в этом процессе можно выделить три этапа: начальное изменение, этап стабильной яркости и этап выраженного старения.

  Вакуумные люминесцентные индикаторы выпускаются в цилиндрических и плоских баллонах. Первые бывают так одноразрядными, так и многоразрядными, вторые — только многоразрядными.

Основа одноразрядного ВЛИ — стеклянная или керамическая плата, на которой закреплены все остальные детали индикатора (рис 1.8).

 

Рис 1.8. Основа однозарядного ВЛИ:

1. плата; 2,8 - проводящий слой; 3- вывод; 4- люминофор; 5 - экранирующий электрод; 6 - сетка; 7 - катод;

 

В углублениях платы, выполненных в виде сегментов, находится проводящий слой, соединенный с контактами. Каждый сегмент имеет отдельный вывод. Проводящие слои сегментов полностью покрыты люминофором. На передней стороне платы в направлении считывания устанавливается плоский металлический электрод. Отверстия в этом электроде расположены напротив соответствующих сегментов, покрытых люминофором. На небольшом расстоянии от экранирующего электрода натянута управляющая сетка. В свою очередь на малом расстоянии от плоскости сетки, примерно параллельно оси лампы, расположен прямоканальный оксидный катод. Вся эта система помещена в цилиндрическую стеклянную колбу, которая изнутри покрыта прозрачным проводящим слоем.

Яркость свечения в зависимости от применяемого люминофора достигает значений 300—700 кд/м2 и более.

Развитием цилиндрического ВЛИ явилась конструкция индикатора в плоском баллоне (рис 1.9)

 

Рис.1.9. Конструкция индикатора в плоском баллоне:

1 - проводящий слой; 2 – герметик; 3 - лицевое стекло; 4 - катод; 5 - сетка; 6 - стеклянная плата; 7 - слой люминофора; 8 - проводящий слой; 9 - слой диэлектрика.

 

Во всех системах, где требуется представить информацию в форме, удобной для визуального восприятия человеком, применяются средства отображения информации (СОИ). Одной из основных частей СОИ является индикатор — электронный прибор для преобразования электрических сигналов в пространственное распределение яркости (контраста). Свойства и характеристики индикатора определяют важнейшие параметры СОИ — информационную емкость, надежность и др. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. АЛЮМООКСИДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НАНОСТРУКТУИРОВАННОЙ ПЛАТЫ

 

Электрохимическая алюмооксидная технология – это технология, основанная на сочетании процесса анодного окисления (анодирования) алюминия с хорошо освоенными базовыми операциями микроэлектроники (вакуумного нанесения металлов и фотолитографии), предназначенная для использования в электротехнической, электронной и полупроводниковой промышленности.

Основное направление применения технологии — светодиодные лампы, которые обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными источниками освещения, однако их основная проблема — достаточно сильный нагрев кристалла, излучающего свет. При повышении температуры кристалла уменьшается его светоотдача и сокращается срок службы светодиодной лампы.

Алюмооксидная технология позволяет уменьшить температуру кристалла за счет быстрого отвода тепла. Основу технологии составляет процесс селективного ступенчатого оксидирования алюминия, суть которого заключается в получении диэлектрика на поверхности металла и в его глубине. Такой подход позволил создать новый тип дешевых коммутационных плат с высокой теплопроводностью.

Алюмооксидная технология является широкой технологической платформой и применяется в различных изделиях электроники: таких, как СВЧ-электроника, системы на кристалле, микромеханические устройства, мощные модули.

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс производства

 

 

1) Изготовление фотошаблонов

 Фотошаблоны обеспечивают нанесение рисунка оригинала (или непосредственно чертежа) на поверхность заготовки печатной платы (метод фотопечати).

Фотошаблон – это графическое позитивное или негативное изображение рисунка платы в натуральную величину (масштаб 1:1) на светопроницаемой фотопластинке или пленочном материале, полученное путем фотографирования оригинала.

Как показывает опыт изготовления фотошаблонов на многих предприятиях, имеющих различные типы фотоплоттеров, при равных заявленных технических возможностях, наиболее точными являются барабанные фотоплоттеры.

Это обусловлено конструкционными особенностями, а именно: наличием только поступательного движения лазерной каретки синхронизированной (постоянной) скорости вращения барабана против неравномерного (не однонаправленного) движения в планшетных системах, требующих более сложной системы управления и более длительного времени калибровки. Движение сканирующего типа в планшетных фотоплоттерах предъявляет высокие требования к точности ориентации осей, величине допусков на зазоры подвижных частей, что отражается на стоимости и не всегда является оправданным.

Специальное программное обеспечение «резиновый лист» позволяет скорректировать искажения, вносимые погрешностями в изготовлении деталей барабанного фотоплоттера при засветке фотошаблона (рис 2.1).

Рис 2.1. Внешний вид фотоплоттера

 

В «топовых» моделях барабанных фотоплоттеров предусмотрена возможность загрузки различных типоразмеров фотопленок, что реализуется посредством изменения области вакуумного прижима фотопленки.

Но использование множества различных типоразмеров заготовок, как правило, экономически нецелесообразно, а иногда и технически невозможно. [3]

Рис 2.2. Внешний вид проявочного процесса

 

Основным требованием, предъявляемы к проявочным процессорам (рис 2.2), является наличие автоматической системы дозирования растворов проявителя и фиксажа с системой фильтрации рабочих растворов и микропроцессорное управление, позволяющее программировать режимы (температуру, время обработки, объем дозирования растворов).

Характеристики фотошаблона (рис 2.3):

• Максимальный размер фотошаблона: 660×584 мм
• Разрешение: до 2500 ppi
• Размер пенки: 584×600 мм
• Точность 12.5 мкм (0.0005″)
• Повторяемость 12.5мкм (0.0005″)
• Минимальная ширина линии 15мкм (0.0006″) при 8000 ppi

Рис 2.3. Фотошаблон

2) Резка заготовок

Печатные платы выпускаются самых различных размеров и конфигураций, изготовление их поштучно влечет за собой большой расход материалов и значительное увеличение трудоемкости производства, поэтому наиболее рационально группировать платы на одну заготовку таким образом, чтобы получить возможность одновременно обработать максимальное количество плат.

Разрезка диэлектрических материалов для плат, а также вспомогательных материалов, таких как прокладочная стеклоткань, картон, триацетатная пленка и др., производится с помощью гильотинных ножниц.

Рис 2.4. Гильотинные ножницы для резки листового металла

 

Гильотинные ножницы — механическое устройство для резки материалов, имеющие в своей конструкции косой подвижный нож, двигающийся в одной плоскости без изменения угла наклона (рис 2.4). Основное преимущество резаков гильотинного типа состоит в том, что в момент реза, давление на разрезаемый материал производится не по всей длине реза, что снижает требуемое усилие. Чем больше угол наклона, тем меньше усилие и хуже качество реза.

Ножницы предназначены для выполнения прямолинейных резов, вырезы таким инструментом не выполняются. Для удержания материала во время реза, некоторые гильотины имеют в своём составе прижим – пресс с механическим или гидравлическим приводом. Пресс снижает эффект вытягивания материала из под ножа и рез получается ровнее. Кроме того, наличие прижима позволяет с успехом резать стопки материала.

 

3) Изготовление базовых отверстий

Пробивка отверстий —технология, заключающаяся в выполнении сквозных отверстий, в четко определенном месте, для укрепления плат в последующих операциях. Пробивка осуществляется посредством координатного пробивного пресса — современного оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и высокоточными позиционирующими механизмами.

Собственно пробивка отверстий производится следующим образом. Заготовка укладывается на стол пресса и жестко захватывается специальными зажимами. Плата перемещается в определенную позицию под револьвер, в который установлен пробивной инструмент. Его нижняя часть называется матрица, верхняя часть, пуансон, включает в себя прижимное кольцо — съемник. Съемник плотно прижимает плату к матрице, после чего происходит пробивка — пуансон выполняет в нем отверстие. Затем, под действием мощных возвратных пружин, он возвращается в исходное положение. Количество инструментов в револьвере может быть достаточно велико (до 32-х), что позволяет очень быстро пробивать на одной плпте отверстия различных размеров и форм. Индексный (поворотный) инструмент, который может быть установлен в револьвер, значительно расширяет возможности пресса по пробивке некруглых отверстий и различных контуров (рис 2.5).

Рис 2.5. Оборудование для пробивки базовых отверстий

 

Пробивка металла как технология отличается очень высокой производительностью. Пробивка на наиболее современном оборудовании данного типа производится со скоростью до 1500 ударов в минуту.

 

4. Механическая зачистка

 Основное назначение установки – односторонняя механическая зачистка алюминия перед нанесением фоторезиста, позволяющая удалять окислы, забоины, мелкие царапины, а также заусенцы, образующиеся при сверлении платы.

Очистка осуществляется при помощи вращающейся абразивной щетки, на которую постоянно подается вода (рис 2.6).

Особенности установки:

• Регулировка частоты колебаний абразивной щетки
• Регулировка прижима вращающейся абразивной щетки
• Сушка с помощью отжимных роликов

Рис 2.6. Машина для зачистки (Brush Machine)

 

 

5. Пассивация

Пассивация металлов — переход поверхности металла в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоёв соединений, препятствующих коррозии и для адгезии фотошаблона (связь конденсированных разнородных тел, которая возникает при их контакте).