2.      Технологическая схема изготовления катодолюминесцентного индикатора ИВ - 2 и ИВ - 3

3.      Способ проведения каждой операции

3.1      Изготовление анодной платы

3.1.1  Резка керамической подложки на заготовки

Алмазным резцом, метод скрайбирования (наносятся царапины, а далее по ним ломается материал). Разлом осуществляется валиком на мягкой подложке.

3.1.2  Получение сегментов и отверстий для выводов

Сегменты и отверстие для выводов осуществляется методом фрезеровки.

3.1.3  Химическая очистка

Химическая очистка керамических деталей производятся травлением 1-2% растворе HF, далее обезжиривание KOH+ПАВ, Т не более 70°С. Помывка осуществляется в H₂O либо H₂O₂+NH₃. Сушка теплым воздухом.

3.1.4  Нанесение токопроводящего покрытия

Нанесение графического покрытия (методом трафаретной печати для получения токопроводящих дорожек).

Метод заключается в продавливании пасты соответствующего состава через трафарет на подложку, когда ракель приближается к сегменту, трафарет прогибается и приходит в соприкосновение с подложкой.

3.1.5 Высушивание и выжигание пасты

Высушивания графического покрытия производиться на воздухе. Выжигание проводят в 2 этапа с целью удаления органической связки в окислительной атмосфере.

этап: 300-400°С (разлагается органическая связка, образуется оксиды, удаляется органика).

этап: 450-800°С (выжигание пасты, полное удаление органики).

3.1.6 Нанесение люминофорной пасты

Так как при изготовление анодной платы данного индикатора используют толстопленочную технологию, то в толстопленочных технологиях подобные пасты (покрытия) наносятся выше указанным методом трафаретной печати.

3.1.7 Высушивание люминофорной пасты

Высушивания люминофорной пасты производится в атмосфере при комнатной температуре.

3.2    Изготовление катода

3.2.1 Колибровка по диаметру проволоки

В качестве колибровки по диаметру я выбрал метод Волочение. Метод заключается в том, что процесс деформации металла путем протягивания проволоки под действием внешней силы через отверстие, сечение которого меньше первоначального сечения заготовки. Проволоку нагревают, смазывают, конец заостряют для уменьшения трения и протягивают через фильеру. Колибровка обеспечивает равномерность диаметра по длине проволоки и следовательно, постоянство тока накала и температуру катода.

3.2.2 Термическая обработка проволоки

При термической обработке проволоки, применяется метод отжига в среде влажного водорода. При отжиге во влажном водороде происходят те же физико-химические процессы (удаление вакансий, рекристаллизация ), что и при отжиге в любой среде, и дополнительно протекают окислительно-восстановительные процессы на поверхности и в толще проволоки.

В отличие от других газов и паров водород имеет очень высокий коэффициент диффузии: по этому, после обработки, оставшиеся водород легко удаляется из деталей в процессе их обезгаживания при вакуумной обработке прибора.

3.2.3 Химическая обработка проволоки

Очищаемую проволоку присоединяют к катоду, которая погружена а в ванну с раствором. Для электрохимического обезжиривания обычно применяют растворы едкого калия, соды, тринатрийфосфата и ПАВ.

В основе электрохимической очистки лежат процессы электролитической диссоциации и электролиза.

В растворе кислоты и щелочи имеются положительные ионы водорода Н¹⁺ и отрицательные ионы гидрооксида ОН^1-, образовавшиеся в результате диссоциации молекул воды. Под действием электрического поля в растворе кислоты или щелочи протекает процесс электролиза. Положительные ионы водорода движутся к катоду, превращаются на нем в нейтральные молекулы и выделяются в виде пузырьков газообразного кислорода. Газообразные пузырьки водорода или кислорода механически сбивают и удаляют загрязнения или оксиды, лежащие на поверхности проволоки. Кроме того сам раствор, служащий электролитом, вступает в химические реакции с загрязнениями ( как и при обычных способах обезжиривания и травления ) и удаляет их с поверхности проволоки. Затем проволоку промывают в проточной воде и отправляют на след операции.

3.2.4 Приготовление карбонатной суспензии

Эмитирующим веществом катодов являются оксиды щелочноземельных металлов и чистый барий. Так как эти вещества обладают очень высокой химической активностью, на атмосферном воздухе они крайне неустойчивы и вступают в химическую взаимодействию с парами воды и углекислыми газом. По этому на керны катодов наносят не оксиды а суспензию карбонатов щелочноземельных металлов.

Для изготовления карбонатного покрытия применяются твердые растворы (смешанные кристаллы) карбонатов бария, стронция, и кальции.

Карбонаты стронция (SrCO₃) и кальция (CaСO₃) при нагревании в вакууме легко разлагаются и образуют тугоплавкие оксиды SrO и CaO, которые препятствуют спеканию оксидного слоя, повышают пористость и шероховатость, снижают коэффициент излучения и скорость испарения активного вещества катода. Это способствует повышению его рабочей температуры.

Карбонаты щелочноземельных металлов получают путем смешивания раствора азотно-кислых солей бария, стронция, кальция с раствором углекислого натрия или аммония:

{Ba, Sr Ca} (NO₃)₂ + Na₂CO₃ → ↓ {Ba, Sr, Ca} CO₃ + 2NaNO₃.

При низких температурах осаждения образуются мелкие кристаллы сферической формы, а при высоких - крупные кристаллы игольчатой формы. Размер и форма кристаллов карбонатов определяет плотность или шероховатость эмиссионного покрытия. Кристаллы игольчатой формы обладают лучшими эмиссионными свойствами и образуют шероховатое покрытие. Однако повышенная шероховатость может быть причиной разрушения катодов вследствие возникновения высоких напряженностей поля на выступающих остриях покрытия. Для гладких и плотных покрытий используют мелкозернистые карбонаты со сферической структурой, дающие более плотную упаковку. Гладкие оксидные покрытия используются в малошумящих лампах, приборах СВЧ, в потенциалоскопах, высоковольтных ЭЛТ.

3.2.5 Нанесение оксидной покрытий

Так как у нас катод прямонакальный, оксидную покрытию наносим методом катафореза. Этим методом получают карбонатные покрытия высокой плотности (до 3 г/см³). В карбонатной суспензии на границе раздела карбонат - жидкая фаза ( смесь растворителей) происходит частичное растворение карбонатов и образование положительных ионов бария, стронция и кальция (Ba²⁺, Sr²⁺, Са²⁺). Эти ионы адсорбируются на частицах карбонатов, придают им положительный заряд и заставляют двигаться к отрицательному электроду где подключена наша керн и осаждаются на него.

Методом катафореза можно получать плотные гладкие однородные покрытия. Биндер служит не только связующим веществом но и стабилизатором катафорезной суспензии, он способствует повышению механической прочности покрытия.

В виду того, что процесс катафореза сопровождается побочным процессом электролиза, на катоде выделяется водород, в результате этого ухудшается прочность сцепления карбонатного покрытия с поверхностью керна катода. Уменьшить газовыделение можно путем импульсной подачи напряжения между катодом и анодом с кратковременной переменно полярности. Частицы карбонатов в десятки тысяч раз тяжелее отдельных ионов. При перемене на короткий промежуток времени потенциала они не изменяют направления своего движение, в то время как концентрация водорода у поверхности катода резко уменьшается. Для уменьшения интенсивности вредного процесса электролиза следует применять высокоомные суспензии, имеющие удельную электропроводность не более 10^-8 Ом^-1 ∙ см^-1.

3.2.6 Сушка

Нанесенную оксидную покрытию сушат в электрическом шкафу при 150 - 250^оС. Во время сушки удаляется влага, легколетучие органические загрязнения, а также происходить разложение образовавшихся при осаждении бикарбонатов:

Ba(HCO₃)₂ ↔BaCO₃ + H₂O + CO₂

Карбонаты, применяемые для изготовления плотных покрытий, дополнительно прокаливают при 480^оС. Это предотвращает растрескивание покрытий в процессе вакуумной обработки катода, вызываемое структурными изменениями и усадкой непрокаленного карбоната в вакууме.

3.3    Изготовление сетки

3.3.1 Фотохимическая штамповка

В основе метода фотохимической штамповки лежит известный метод фотолитографии, которая основана на использовании необратимых фотохимических явлений, происходящих в нанесенном на подложки слое фоторезиста при его обработке ультрафиолетовым излучением через фотошаблон.

3.3.2 Нанесение фоточувствительного слоя

В настоящее время для нанесения фоторезиста наиболее широко применяется метод центрифугирования, так как при сравнительно несложном оборудовании он позволяет создавать слои с неравномерностью толщины по площади подложки в пределах ±10%. Используем позитивный фоторезист марки ФП-9120-1. Предназначены для применения в фотолитографических процессах контактного и проекционного экспонирования в производстве интегральных схем, полупроводниковых приборов. Фоторезисты серии ФП-9120 являются аналогами по применению фоторезистов ФП-383, ФП-10, ФП-051Ку, Microposit S1813 G2. Возможен выпуск любой модификации, обеспечивающей толщину пленок от 0,5 до 3,5 мкм и окрашенных форм ФП-9120-2-К, ФП-9120-Ш. Скорость вращения 3000 об/мин, время вращения центрифуги 60 с.

3.3.3 Сушка

Операцией, завершающей формирование слоя фоторезиста, является сушка. Первоначальная сушка - отвердение пленки происходит непосредственно в процессе ее нанесения. Для окончательного удаления растворителя из слоя фоторезиста его просушивают. При этом уплотняется молекулярная структура слоя, уменьшаются внутренние напряжения, и повышается адгезия к подложке. Неполное удаление растворителя из слоя фоторезиста снижает его кислотостойкость. Для удаления растворителя подложки нагревают до температуры, примерно равной 97±3 °С в течение 40 мин. Используют конвекционную сушку.

3.3.4 Совмещения и Экспонирования

Совмещение и экспонирование являются наиболее ответственными операциями процесса фотолитографии. Точность полученного в процессе фотолитографии топологического рисунка в первую очередь определяется прецизионностью процесса совмещения. Передача изображения с фотошаблона на подложку должна выполняться с точностью до десятых долей минимального размера элемента, поэтому процессы совмещения и экспонирования проводят на одном рабочем месте одновременно на одной установке, не допуская даже малой вибрации фотошаблона и подложки. Время совмещения и экспонирования составляет 1-2 мин.

3.3.5 Проявление рисунка

Проявление заключается в удалении в зависимости от использованного типа фоторезиста экспонированных или неэкспонированных участков, в результате чего на поверхности подложек остается защитный рельеф - фоторезистивная маска требуемой конфигурации. Для проявления позитивных фоторезистов используют слабые водные и водно-глицериновые растворы щелочей: 0.6 %-ный водный раствор КОН. Время проявления 30-60 сек.

3.3.6 Задубливание

Задубливание осуществляют термическим способом. Задубливание при 120 ⁰С в течение 20 мин.

3.3.7 Травление (Ni)

Для травление Ni-листа используем метод плазмохимического травления

3.3.8 Удаление задубленного фоточувствительного слоя

Удаление защитного рельефа можно осуществить следующими способами: механическим, химическим, термическим и плазменным. Способ удаления фоторезиста должен обеспечивать не только быстрое и качественное удаление, но и не оказывать влияния на размещенные тонкопленочные электроды. Пленка удаляется обработкой в нагретом до (60-80) °С, N-диметилформамиде или в смеси его с 5% триэтаноламином.

3.4    Изготовление плоской ножки прибора

Плоской ножной называется конструктивный элемент, через который осуществляется электрическая связь внутренних электродов прибора с элементами внешней электрической схемы.

Заготовками для штамповки плоских ножек является металлические вводы, стеклянные бусы или кольца и стеклянный штеньгель.

Плоские ножки изготовляют на стационарных прессах или полуавтоматических многопозиционных карусельных машинах. Во всех случаях заготовки загружают в матрицу пресс-формы. Стекло нагревается пламенем горелки до пластического состояния, затем его штампуют в закрытой пресс-форме, нижним формующим инструментом которой является матрица, а верхним - пуансон ( при этом матрица и пуансон синхронно вращаются вокруг своей оси).

3.5    Экранирующий электрод

3.5.1 Вырубка

Вырубка - операция получения плоских деталей отделением материала от заготовки по замкнутому контуру.

.5.2   Пробивка

Пробивка - операция получения различных по форме и размерам отверстий.

3.6    Изготовление стеклянного баллона индикатора

3.6.1 Выдувание колбы из жидкой стекломассы

Механизированное изготовление стеклянных колб электровакуумных приборов производится путем: выдуванием колб из жидкой стекломассы на специальных высокопроизводительных колбовыдувных автоматах. Колбы, полученные этим методом подвергаются в отдельных случаях ряду дополнительных операций. Колбы этого типа должны иметь весьма точный размер по внутреннему диаметру. Это достигается их калибровкой. К колбам после операции калибровки приваривается штенгель, через, который впоследствии осуществляется откачка воздуха.

Автоматическое выдувание производится на колбовыдувном автомате ВК- 24, представляющим собой вращающеюся карусель с 24- выдувными трубками и вращающимися фирмами.

Всасывающая головка вакуумного питателя под действием вакуума отбирает каплю стекла из стекловаренной печи. Излишек стекломассы обрезается ножом и капле стекла придается форма баночки. Затем салазки вакуумного питателя перемещаются по наклонной направляющей к колбовыдувной машине. При этом всасывающая головка с набранной стекломассой- баночкой устанавливается над мундштуком- формой одной из позиций автомата. В это время воздушно- вакуумный клапан перекрывает линию вакуума и открывает доступ сжатого воздуха в наборную головку. Сжатый воздух выталкивает стекломассу - баночку из наборной головки, и она попадает в мундштук-форму. Поддув воздуха в мундштуки и вращение мундштуков и карусели способствуют формованию изделия из стекломассы и приданию ей требуемой формы

Химическая очистка стекла

С целью обезжиривания стеклянный баллон опускаем в 5%-ный водный раствор перекиси водорода (Н₂О₂), добавив достаточное количество аммиачного водного раствора (NH₄OH), чтобы довести рН до 11.

Если на баллоне есть металлические налеты, то обрабатываем в растворе муравьиной кислоты, пероксида водорода и аммиака в соотношении (1:1:1)

После обезжиривания деталь промываем в дистиллированной воде, затем можем промыть в ацетоне для более быстрого высыхания.

3.7    Сборка

Все детали лампы отправляются на сборку, после чего происходит заварка ножки с колбой.

Анод, катод, экран крепятся на слюдяном изоляторе с помощью ушек. Газопоглотитель крепится на наружной стороне экрана, методом точечной сварки. Внутренняя арматура и выводы также крепятся с помощью точечной сварки и проволоки.

3.8    Заварка

Заваркой называется операция окончательной оболочки ЭВП перед ее вакуумной обработкой. Заварка ножки - операция герметичного соединения сборочной ножки с колбой. После заварки образуется оболочка электровакуумного прибора, внутри которой находится арматура. В нашем случае используем заварку газовым пламенем. Сначала размягчим стекло ножки и колбы в месте заварки. Колбу обогреваем мягким газовым пламенем, затем жестким огнем газовоздушных или газокислородных горелок. Под действием собственной массы и сил поверхностного натяжения размягченный шов в течение секунд принимает требуемую форму. Качество и форма шва сильно зависит от направления и интенсивности пламени горелки. В процессе заварки жесткое газокислородные пламя должно быть направленно по касательной к окружности ножки, тогда уменьшается вероятность перегрева и окисления деталей арматуры прибора и предотвращается проникновение внутрь прибора водяных паров, образующихся при сгорании газа. Детали арматуры не должны соприкасаться с газовым пламенем.

3.9    ВТО

Вакуумная обработка прибора служит для создания в приборе высокого вакуума, обеспечения условий, исключающих ухудшение вакуума в процессе хранения и эксплуатации прибора, и придания катоду способности эмитировать электроны. На первом этапе вакуумной обработки происходит откачка атмосферного воздуха из объема прибора и из вакуумной системы. На втором этапе вакуумной обработки происходит обезгаживание оболочки, покрытий и арматуры прибора. На третьем этапе вакуумной обработки продолжается удаление газов и паров из деталей и объема прибора, снижается суммарное давление остаточных газов в приборе.

3.10  Тренировка прибора

Тренировкой называется заключительная технологическая операция изготовления прибора, когда между электродами подают напряжения, обеспечивающие улучшение и стабилизацию параметров, повышение надежности и долговечности прибора.

Тренировка обычно состоит из нескольких этапов. Первый этап - стабилизация параметров и характеристик прибора. Катод нагревают до температуры на 10 - 20% выше рабочей температуры, а на электроды прибора подаются экспериментально подобранные положительные относительно катода потенциалы. При этом происходит интенсивный отбор с катода, вызывающий электронную бомбардировку электродов прибора и их обезгаживание; диссоциацию и ионизацию молекул остаточных газов быстролетящими электронами.

Процесс превращения нейтральных молекул остаточных газов в ионы и диссоциированные атомы с последующим поглощением их газопоглотителем, сопровождающийся улучшением вакуума в приборе, называется жестчением остаточных газов. Жестчение остаточных газов приводит к повышению вакуума в приборе практически на один два порядка.

Иногда применяют этап - активный прогон приборов при подаче на электроды предельно допустимых рабочих напряжений. Это позволяет провести окончательную стабилизацию параметров и характеристик приборов и отбраковать потенциально ненадежные приборы.

4.      Расчет материального баланса

Анодная плата

Катод

Сетка

Плоская ножка

Экранирующий электрод

Колба

Сборка

Заварка

ВТО

Тренировка

5.       Расчет материального баланса деталей

Анодная плата

Проверка:

N₀= N_см+Σ N_i∙β_i

= 900 + 18 = 918

 = 0,985 ∙ 0,985 ∙ 0,98 = 0,95 %

Катод

Сетка

6.      Ведомость потребного технологического оборудования

.        Список используемого оборудования

7.1    Полностью автоматическая установка скрайбирования и разделения DM-8150

Внешний вид:

Назначение: Установка предназначена для скрайбирования и разделения различных подложек (пластины, керамика, чувствительные компоненты и т.д.) и обладает высокой точностью, производительностью и повторяемостью. Установка проста в использовании и обслуживании.

Технические характеристики:

Сменная производительность: 64 пластины

7.2    Многоцелевой вертикально-фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ YONGDA-3020

Внешний вид:

Назначение: Многоцелевой вертикально-фрезерный станок с ЧПУ является обрабатывающим центром. Благодаря наличию ЧПУ может обрабатывать такие материалы, как мрамор, гранит, керамика, стекло, даже сталь.

Технические характеристики:

.3      Установка химической обработки «Лада-1»

Внешний вид:

Назначение: Установка предназначена для химической обработки.

Особенности: Автоматическая дозированная подача реактивов в ванны из блока химической подготовки растворов.

Групповая кассетная обработка пластин.

Химическая очистка и промывка пластин в автоматическом режиме.

Управление технологическим процессом от ЭВМ.

Контроль текущего состояния задаваемых технологических параметров.

Конструктивные материалы установки обеспечивают работу в помещениях класса 10.

Станина установки выполнена из полипропилена, ванны и проточные части, контактирующие с реагентами и деионизованной водой, выполнены из тефлона, нагреватель имеет кварцевый корте.

Состав установки: Технологический модуль изменяемой конфигурации, содержащий ванны для химической очистки, стоп-ванну, ванны финишной промывки.

Блок питания нагревателей химических ванн.

Панель управления.

Технические характеристики: