Способ диффузионного соединения для микроканальных пластин
Изобретение может быть использовано при изготовлении электронных устройств с микроканальными пластинами (МКП), в частности для соединения МКП с промежуточной вставкой из диэлектрического материала. Микроканальная пластина (МКП) и диэлектрический изолятор покрываются тонкой пленкой из соответствующего металла, выбранного из условия оптимальной диффузии. Металлизированные МКП и диэлектрический изолятор состыковывают и помещают в соединительное устройство, которое обеспечивает необходимое усилие, прилагаемое к компонентам для инициирования диффузионного процесса соединения. Соединительное устройство затем помещают в вакуумную термокамеру для ускорения диффузионного процесса соединения между МКП и диэлектрическим изолятором. Изобретение обеспечивает соединение без фиксаторов и припоев хрупкого материала с низкой прочностью на сдвиг.2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Изобретение относится к электронным устройствам, использующим микроканальные пластины (МКП), а более конкретно - к способам соединения микроканальной пластины с диэлектрическим изолятором.
Уровень техники
МКП известных типов обычно выполняются из резистивного стекла, покрытого с каждой стороны проводящим материалом. Высокое напряжение, прикладываемое к пластине через электроды, способствует возникновению в ней эффекта электронного усиления.
Традиционные МКП часто помещаются между двумя электродами (входным и выходным), которые разделены керамической прокладкой. Эта известная конструкция "закрывает доступ" к входной поверхности МКП и не допускает ее состыковки с промежуточной вставкой.
Настоящее изобретение, напротив, допускает стыковку МКП с присоединяемой к ней промежуточной вставкой, изготовленной из диэлектрического материала.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ соединения диэлектрического изолятора и микроканальной пластины (МКП), предназначенной для электронного усиления с целью использования в электронных устройствах, таких как электронно-оптические преобразователи (усилители яркости изображения). Материалами, пригодными для использования в качестве диэлектрического изолятора, являются, например, сапфир и нитрид кремния, но перечень таких материалов этим не ограничивается.
Механический крепеж или фиксирующие детали нежелательны, поскольку соединяются хрупкие материалы с низкой прочностью на сдвиг. Заявляемый способ не требует использования припоев или паяльных флюсов.
На МКП и диэлектрический изолятор наносят тонкую пленку из соответствующего металла (металлов), выбранного (выбранных) из условия оптимальной диффузии. Такими металлами являются золото, серебро, медь, но перечень таких материалов этим не ограничивается. В частности, для соединения МКП и диэлектрического изолятора были успешно использованы тонкие пленки из золота.
Металлизированные МКП и диэлектрический изолятор взаимно состыковывают и помещают в соединительное устройство. Соединительное устройство обеспечивает приложение к соединяемым компонентам усилия, достаточного для инициирования диффузионного соединения. Затем соединительное устройство помещают в вакуумную термокамеру для ускорения диффузионного процесса соединения между МКП и диэлектрическим изолятором.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является соединение МКП и диэлектрического изолятора без использования фиксаторов или припоев. Способ соединения по изобретению применяется к хрупкому материалу с низкой прочностью на сдвиг. После соединения МКП и диэлектрический изолятор не должны деформироваться при термомеханическом воздействии, по меньшей мере, при температуре 400°С и ударной нагрузке в 500 g.
Эти и другие задачи, преимущества и свойства настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания, приводимого со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Более детальное описание изобретения, кратко изложенного выше, приводится ниже на примерах конструктивных исполнений, проиллюстрированных чертежами. При этом станет понятно, каким именно образом достигаются вышеупомянутые, а также другие свойства изобретения, которые будут выявлены в процессе дальнейшего описания. Чертежи иллюстрируют только типовые, предпочтительные варианты изобретения, которые не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, поскольку изобретение допускает и другие эффективные варианты осуществления.
На фиг.1, на виде спереди, представлено соединительное устройство по настоящему изобретению.
Фиг.1а является видом сверху соединительного устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.1b является видом снизу соединительного устройства, показанного на фиг.1.
На фиг.2 соединительное устройство, показанное на фиг.1, показано с пространственным разделением его компонентов.
На фиг.3 на виде сверху представлен диэлектрический изолятор.
На фиг.4 на виде сверху представлена микроканальная пластина.
На фиг.5 на виде сверху представлена сборка, состоящая из микроканальной пластины и диэлектрической промежуточной вставки.
Осуществление изобретения
Для того чтобы пояснить вышеописанные признаки, преимущества и цели настоящего изобретения, ниже приведено более подробное описание конкретного варианта изобретения, который проиллюстрирован прилагаемыми чертежами. На всех чертежах одним и тем же элементам соответствуют идентичные обозначения.
Совмещаемые стороны или поверхности микроканальной пластины (МКП) 50 и диэлектрического изолятора 80 покрывают тонкой пленкой одного из подходящих металлов или металлических сплавов, выбранных из условия оптимальной диффузии. Применяемые металлы или металлические сплавы включают в себя золото, серебро, медь, но перечень таких материалов этим не ограничивается. Тонкая пленка из золота успешно использовалась для формирования соединения между МКП 50 и диэлектрическим изолятором 80.
Металлизированные МКП 50 и диэлектрический изолятор 80 состыковывают и помещают в соединительное устройство F. Соединительное устройство F обеспечивает приложение к соединяемым компонентам необходимого усилия 26 для инициирования диффузионного процесса соединения. Затем соединительное устройство F помещают в известную вакуумную термокамеру V для ускорения диффузионного процесса соединения между МКП 50 и диэлектрическим изолятором 80 за счет создания нужной температуры и вакуума. Описанный диффузионный процесс соединения обеспечивает отвечающее всем требованиям соединение между МКП 50 и диэлектрическим изолятором 80. На МКП 50 и диэлектрический изолятор 80 нанесена тонкая пленка из соответствующего металла или сплава, отобранного из условия оптимальной диффузии. Такими металлами являются золото, серебро, медь, но перечень таких материалов этим не ограничивается.
По завершении термомеханического цикла обеспечивается прочное соединение и деталь готова для использования в известных электронных устройствах, например в электронно-оптическом преобразователе I (показан схематично на фиг.5). Никакого дополнительного цикла отжига или прессования не требуется.
Согласно фиг.3 диэлектрический изолятор 80, например сапфировое кольцо, имеет металлизированную соединительную поверхность (сторону) 82, с которой связано тонкопленочное металлическое покрытие 84.
На фиг.4 показана МКП 50, одна сторона (поверхность) 52 которой имеет тонкопленочное металлическое покрытие 54. Однако предпочтительно, чтобы обе поверхности МКП 50 имели одно и то же металлическое покрытие. Кроме того, соединительная поверхность 82 диэлектрического изолятора 80 должна быть совместима с металлизированной поверхностью 52 МКП 50.
На фиг.4 показаны дорожки 56 из золота или другого выбранного металла. На МКП 50 может быть сформирован требуемый рисунок (контур) 58 с использованием хрома или другого металла, используемого в производстве МКП.
На фиг.5 изображен корпусной элемент 60 для МКП, который может представлять собой многослойный керамический компонент с выступающими участками (накладками) 62, выполненными из соответствующего материала, например золота. Эта стандартная твердотельная технология преимущественно применяется для противоположных входной и выходной поверхностей 64. Для удобства совмещения в процессе производства может быть использована позиционная метка 66. В общем случае диэлектрический изолятор 80, МКП 50 и корпусной элемент 60 собирают, как описано ниже, и помещают в вакуумную печь V. Компоненты выдерживают в вакуумной печи V в течение заранее определенного периода времени, после чего температуру печи медленно понижают до комнатной температуры для извлечения из печи одного или более соединительных устройств F.
Настоящее изобретение обладает следующими преимуществами.
а. Не существует известных способов соединения МКП и диэлектрического изолятора.
b. Способ соединения МКП и диэлектрического изолятора обеспечивается именно настоящим изобретением.
с. Соединение осуществляется при малой поверхности контакта.
d. Цикл нагрева при температуре около 400°С обеспечивает упрочнение диффузионного соединения компонентов без отрицательного влияния на соединение или на компоненты.
е. Сохранение открытой входной поверхности МКП позволяет улучшить конструкцию катодного входного окна путем уменьшения глубины полости.
f. Диэлектрический изолятор позволяет улучшить параметры входного зазора между фотокатодом и МКП.
Кроме того, требование наличия соединения МКП 50 и диэлектрического изолятора 80 является уникальным и не известным из предыдущих способов. Настоящее изобретение обеспечивает новый способ соединения МКП 50 и диэлектрического изолятора 80. Данная технология соединения позволяет улучшить регулировку зазора между фотокатодом и МКП 50 в таких устройствах, как электронно-оптические преобразователи.
Как это видно прежде всего из фиг.1 и 2, операции по соединению могут производиться в следующей последовательности:
a) собирают в единый узел основание 10 и кольцо 12 соединительного устройства;
b) сверху на кольцо 12 устанавливают диэлектрический изолятор 80 (например, в форме сапфирового кольца 14) таким образом, что его металлизированная золотом поверхность 14а обращена кверху;
c) МКП 16, имеющую двухстороннюю металлизацию поверхностей (например, металлизацию золотом), устанавливают сверху на сапфировое кольцо 14 и совмещают с ним таким образом, чтобы обеспечить требуемое положение дорожек 56 из золота, причем основная часть покрытия из золота должна находиться в зоне контакта МКП 16 с диэлектрическим изолятором 14;
d) корпусной элемент 20, имеющий выступающий участок 18 из золота или из другого металла, устанавливают сверху на МКП 16; при этом для точной установки используются позиционные метки на МПК 16 и на корпусном элементе 20;
e) сверху на корпусной элемент 20 помещают верхний компрессионный диск 22;
f) верхнюю пластину 24 соединительного устройства 36 соединяют с нижней частью (основанием) 10 соединительного устройства без осуществления на этом этапе контакта или приложения силы;
g) затем к верхнему компрессионному диску 22 прикладывают незначительное усилие 26;
h) отпускают нижний регулирующий винт 28, что позволяет настроечному кольцу 32 опуститься и выйти из контакта с корпусным элементом 20 (этот шаг может не являться необходимым при удалении компонентов);
i) прикладывают заранее выбранное усилие к компрессионному блоку 34 с помощью верхнего регулирующего винта 30 соединительного устройства 36.
Разборка производится в обратном порядке, при этом первоначально медленно снимается давление с помощью регулирующего винта 28.
Как правило, одна или более жестких стоек 38 разделяют нижнее основание 10 и верхнюю пластину 24. Ручное приспособление Н для увеличения или уменьшения соединительного усилия может включать в себя ручку или рукоятку 40, несущую верхний регулирующий винт 30, функционально связанный с цилиндром 41, штоком 42, пружиной 44 и поршнем 46, который несет контактный шариковый элемент 48. Стопорная гайка 49 может взаимодействовать с приспособлением Н, фиксируя соединительное устройство 36 в положении, соответствующем заданному усилию сжатия.
Приведенное описание изобретения носит только иллюстративный и пояснительный характер; без отхода от идеи изобретения могут быть внесены различные изменения в размеры, форму, материалы, а также в детали представленной конструкции.
1. Способ соединения микроканальной пластины и диэлектрического изолятора, включающий следующие этапы:
на сопрягаемые поверхности микроканальной пластины (МКП) и диэлектрического изолятора наносят тонкопленочное покрытие из соответствующего металла, выбранного из условия оптимальной диффузии при повышенной температуре и давлении;
взаимно состыковывают металлизированные МКП и диэлектрический изолятор и помещают их в соединительное устройство, после чего прикладывают к совмещенным наружным поверхностям МКП и диэлектрического изолятора соответствующее усилие сжатия, достаточное для инициирования диффузионного процесса соединения при выбранной температуре;
соединительное устройство, в котором находятся зафиксированные металлизированные МКП и диэлектрический изолятор, помещают в вакуумную термокамеру для ускорения диффузионного процесса соединения между МКП и диэлектрическим изолятором.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металл для нанесения тонкой пленки выбран из группы металлов, состоящей из золота, серебра и меди.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический изолятор состоит из материала, выбранного из группы, содержащей сапфир и нитрид кремния.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический изолятор представляет собой сапфировое кольцо.
5. Сборка на основе микроканальной пластины (МКП), пригодной для электронного усиления, содержащая МКП, имеющую соединительную поверхность, и диэлектрический изолятор, имеющий соединительную поверхность, совместимую с соединительной поверхностью МКП, при этом соединительная поверхность МКП соединена диффузионным способом с совместимой соединительной поверхностью диэлектрического изолятора.
6. Сборка по п.5, отличающаяся тем, что диэлектрический изолятор состоит из материала, выбранного из группы материалов, состоящей из сапфира и нитрида кремния.
7. Сборка по п.5, отличающаяся тем, что диэлектрический изолятор является сапфировым кольцом.
8. Сборка по п.5, отличающаяся тем, что совместимая поверхность диэлектрического изолятора имеет покрытие в виде тонкой металлической пленки, нанесенное перед соединением МКП и диэлектрического изолятора.
9. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что тонкая пленка содержит металл, выбранный из группы металлов, состоящей из золота, серебра и меди.
10. Сборка по п.5, отличающаяся тем, что совместимая поверхность МКП имеет покрытие в виде тонкой металлической пленки, нанесенное на поверхность МКП перед соединением МКП и диэлектрического изолятора.
11. Сборка по п.10, отличающаяся тем, что тонкая пленка содержит металл, выбранный из группы металлов, состоящей из золота, серебра и меди.
12. Сборка по п.5, отличающаяся тем, что она адаптирована для использования в электронно-оптическом преобразователе.
