CN105555045B - 基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法 - Google Patents

基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法，其包括以下步骤：一、打定位孔；二、曝光、显影；三、酸性清洗；四、微蚀；五、酸泡；六、将电路板浸在镀锡液中，加电，利用电化学反应将电路板镀上纯锡；七、退膜；八、蚀刻极板；九、打矩阵排孔；十、用蚀刻液喷淋电路板，在电路板上蚀刻出rim绝缘环；十一、退锡；十二、清洗、吹干。本发明的有益之处在于：因为电镀锡层可以很好的保护表面铜箔，使蚀刻液仅能从小孔侧向进行腐蚀，所以不仅可以制作出更大的rim绝缘环，而且只要调整好蚀刻速度就可以很好的控制绝缘环大小；rim绝缘环整体均匀性更好，可以制作出更大面积的THGEM。

Description

基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法
技术领域
本发明涉及一种厚型气体电子倍增膜板的制作方法，具体涉及一种基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法，属于电学技术领域。
背景技术
厚型气体电子倍增膜板(Thick Gaseous Multiplier，THGEM)是一种双层印制的电路板，该电路板呈三明治结构，中间层是绝缘基材，上下两层是铜，电路板上打有大量的直径为0.1mm或更大的小孔，孔间距为0.15mm或更大，当在该电路板的上下表面加高压时，小孔中会产生足够强的电场，进而实现电子的雪崩放大。
为了避免THGEM上下表面放电，需要在每一个小孔周围的铜上制作出宽度为0.01-0.1mm的rim绝缘环。
采用现有的方法制作出来的THGEM，其上的rim绝缘环不仅小，而且整体的均匀性不好，从而限制了THGEM的尺寸和应用。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法，采用该方法不仅可以制作出更大的rim绝缘环，而且可以保证rim绝缘环整体具有很好的均匀性。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在电路板上打定位孔，前述电路板采用的是双面覆铜箔环氧树脂玻璃布板材；
二、根据曝光需求在避光处贴覆干膜或湿膜，进行曝光、显影，得到厚型气体电子倍增膜板的外框图形；
三、先用酸性洗液清洗电路板3-5分钟，然后用去离子水清洗2-3分钟；
四、先用微蚀液浸泡电路板1-2分钟，然后用去离子水清洗2-3分钟；
五、用常温的100ml/L硫酸浸泡电路板1-2分钟；
六、将电路板浸在18-24℃的镀锡液中，加电，利用电化学反应将电路板镀上纯锡，电流密度0.8-2A/dm2，加电时间8-15分钟，前述镀锡液为混合液，每升镀锡液中含有100ml硫酸、30g硫酸锡和18ml锡添加剂，余量为水；
七、用退膜液喷淋电路板以去除电路板表面贴覆的干膜或湿膜，前述退膜液为质量百分比为3％-5％的氢氧化钠溶液，退膜时温度为45-55℃，速度1-2m/min；
八、用蚀刻液浸泡或喷淋电路板，在电路板上蚀刻出极板图形，前述蚀刻液为混合液，温度为45-55℃，pH值为8.0-8.8，每升蚀刻液含有120-180g氯化铜、100-150g氯化铵和600-700ml 25％氨水，余量为水；
九、用机械或激光方式在覆盖有镀锡层的电路板上打矩阵排孔；
十、用蚀刻液喷淋电路板，在电路板上蚀刻出rim绝缘环，前述蚀刻液的成分与步骤八中所使用的蚀刻液的成分相同；
十一、用退锡液浸泡电路板，退除电路板上的锡层，前述退锡液为混合液，温度为22-28℃，每升退锡液含有340ml 65％-68％硝酸、67g铜光亮剂、8g锡添加剂和100ml硝酸抑制剂，余量为水；
十二、用去离子水清洗电路板2-3分钟，吹干即可。
前述的制作方法，其特征在于，在步骤三中，前述酸性洗液为混合液，温度为30-40℃，每升酸性洗液含有50ml酸性去油剂、2g酸性去油润湿剂和80ml硫酸，余量为水。
前述的制作方法，其特征在于，在前述酸性洗液中，前述酸性去油剂为烷基聚氧乙烯醚系列物质中的任意一种。
前述的制作方法，其特征在于，在前述酸性洗液中，前述酸性去油润湿剂为脂肪醇与环氧乙烷的缩合物、丁基萘磺酸钠盐、水溶性氮酮中的任意一种。
前述的制作方法，其特征在于，在步骤四中，前述微蚀液为混合液，温度为20-30℃，每升微蚀液含有20ml硫酸和80g过硫酸钠，余量为水。
前述的制作方法，其特征在于，在步骤六和步骤十一中，前述锡添加剂为Sn2+稳定剂、镀锡光亮剂和分散剂三者的等量混合物，其中，Sn2+稳定剂为酚类、苯胺类、肼类、吡唑酮类中的任意一种，镀锡光亮剂为具有-CH＝CH-CO-这一基本结构的醛类、酮类、酯类中的任意一种，分散剂为聚乙二醇、聚乙二醇烷酚醛聚氧乙烯醚、聚乙二醇丙二醇镶嵌共聚物、烷酚醛聚氧乙烯醚中的任意一种。
前述的制作方法，其特征在于，在步骤十一中，前述铜光亮剂为含巯基的杂环化合物或硫脲衍生物、聚二硫化合物、聚醚化合物中的任意一种。
前述的制作方法，其特征在于，在步骤十一中，前述硝酸抑制剂为硝酸盐、苯并三氮唑、4－氨基－5－羟基1，2，4－三唑甲烷类物质中的任意一种。
本发明的有益之处在于：
一、可以制作出更大的rim绝缘环
因为电镀锡层可以很好的保护表面铜箔，使蚀刻液仅能从小孔侧向进行腐蚀，所以可以制作出更大的rim绝缘环。
二、绝缘环大小可控
因为电镀锡层可以很好的保护表面铜箔，使蚀刻液仅能从小孔侧向进行腐蚀，所以只要调整好蚀刻速度，就可以很好的控制绝缘环大小。
三、rim绝缘环整体均匀性更好
因为制作rim绝缘环时采用的方法是蚀刻液喷淋电路板，电路板接受喷淋面一致，蚀刻过程整体性好，所以rim绝缘环整体均匀性更好，从而可以制作出更大面积的THGEM。
附图说明
图1是采用现有的方法制作出来的THGEM上的rim绝缘环的形状示意图；
图2是采用本发明的方法制作出来的THGEM上的rim绝缘环的形状示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的制作方法作具体的介绍。
第一步：打定位孔
首先，选择双面覆铜箔环氧树脂玻璃布板材作为本发明的电路板使用。
在本实施例中，该电路板的面积为5cm×5cm，中间层的厚度为0.2mm，上下两铜层的厚度各为35μm。
然后，在选定的电路板上按需要的直径尺寸打定位孔。
在本实施例中，所打孔的直径为3.175mm。
第二步：曝光、显影
根据曝光需求在避光处(黄光区)贴覆干膜(或者湿膜)，进行曝光、显影，得到厚型气体电子倍增膜板的外框图形。
第三步：酸性清洗
首先，用酸性洗液清洗电路板3-5分钟。
在本实施例中，酸性洗液为混合液，温度为35℃(控制在30-40℃范围内均可)，每升酸性洗液含有50ml酸性去油剂、2g酸性去油润湿剂和80ml硫酸，余量为水。
酸性去油剂的作用是去除电路板表面的油污和有机物。
经试验，酸性去油剂可以选用烷基聚氧乙烯醚系列物质中的任意一种。
酸性去油润湿剂的作用是通过降低电路板表面张力或界面张力使电路板更容易浸润在酸性去油剂中。
经试验，酸性去油润湿剂既可以选用脂肪醇与环氧乙烷的缩合物，也可以选用丁基萘磺酸钠盐，还可以选用水溶性氮酮。
硫酸的作用是提供酸性环境。
然后，用去离子水清洗上述电路板2-3分钟，洗去留在电路板上的酸性洗液。
第四步：微蚀
首先，用微蚀液浸泡电路板1-2分钟，对电路板进行微蚀。
在本实施例中，微蚀液为混合液，温度为25℃(控制在20-30℃范围内均可)，每升微蚀液含有20ml硫酸和80g过硫酸钠，余量为水。
硫酸的作用是提供酸性环境。
过硫酸钠的作用是去除电路板表面的氧化物。
然后，用去离子水清洗上述电路板2-3分钟，洗去留在电路板上的微蚀液。
第五步：酸泡
用常温的100ml/L硫酸浸泡电路板1-2分钟，目的是保护电路板表层铜箔不会被二次氧化。
第六步：镀纯锡
将电路板浸在18-24℃的镀锡液中，然后加电，利用电化学反应将电路板镀上纯锡，电流密度0.8-2A/dm2，加电时间8-15分钟。
在本实施例中，镀锡液为混合液，每升镀锡液含有100ml硫酸、30g硫酸锡和18ml锡添加剂，余量为水。
硫酸的作用是提供酸性环境。
硫酸锡的作用是提供用于电化学反应的锡离子。
锡添加剂的用途是参与电化学反应，利用对反应环境的影响来控制电镀锡层的质量。
锡添加剂为Sn2+稳定剂、镀锡光亮剂和分散剂三者的等量混合物，即Sn2+稳定剂、镀锡光亮剂和分散剂三者以1:1:1的比例等量混合。其中，Sn2+稳定剂为酚类、苯胺类、肼类、吡唑酮类中的任意一种，镀锡光亮剂为具有-CH＝CH-CO-这一基本结构的醛类、酮类、酯类中的任意一种，分散剂为聚乙二醇、聚乙二醇烷酚醛聚氧乙烯醚、聚乙二醇丙二醇镶嵌共聚物、烷酚醛聚氧乙烯醚中的任意一种。
经试验对比，在镀锡液中添加锡添加剂后，可以获得致密、耐腐蚀、有光泽的锡镀层。
由于锡镀层可以很好的保护电路板表面的铜箔，使蚀刻液仅能从小孔侧向进行腐蚀，所以我们不仅可以制作出更大的rim绝缘环，而且只要调整好蚀刻速度就可以很好的控制rim绝缘环的大小。
第七步：退膜
按标准工艺去除电路板表面贴覆的干膜(或者湿膜)。
第八步：蚀刻极板
用蚀刻液浸泡(或喷淋)电路板，在电路板上蚀刻出极板图形。
在本实施例中，蚀刻液为混合液，温度为50℃，pH值为8.4，每升蚀刻液含有150g氯化铜、125g氯化铵和650ml 25％氨水，余量为水。
蚀刻速度及时间根据铜层厚度确定。在本实施例中，蚀刻速度为1.6m/min，蚀刻时间为5min。
需要说明的是，经试验，在每升蚀刻液中，氯化铜的用量可以在120-180g范围内适当调整，氯化铵的用量可以在100-150g范围内适当调整，25％氨水的用量可以在600-700ml范围内适当调整，将混合液的温度控制在45-55℃范围内、pH值控制在8.0-8.8范围内均可。
第九步：打矩阵孔
用机械(或激光)方式在覆盖有镀锡层的电路板上打所需的矩阵排孔。
在本实施例中，在有效面积为5cm×5cm的极板内按正三角形打矩阵排孔，孔中心与孔中心直线距离0.5mm，钻孔数量17000孔，孔直径为0.2mm。
第十步：蚀刻rim绝缘环
用蚀刻液喷淋电路板，在电路板上蚀刻出rim绝缘环。
蚀刻速度及时间根据铜层厚度和rim绝缘环要求确定。在本实施例中，蚀刻速度为2.6m/min，蚀刻时间为50s，在此速度和时间下，获得的rim绝缘环的直径是20-25μm。
在本实施例中，蚀刻液的成分与步骤八中所使用的蚀刻液的成分相同。
由于蚀刻rim绝缘环时采用的方法是用蚀刻液喷淋电路板，电路板接受喷淋面一致，蚀刻过程整体性好，所以蚀刻得到的rim绝缘环的整体均匀性更好，从而可以制作出更大面积的THGEM。
第十一步：退锡
用退锡液浸泡电路板，退除电路板上的锡层。
在本实施例中，退锡液为混合液，温度为25℃(控制在22-28℃范围内均可)，每升退锡液含有340ml 65％硝酸(硝酸浓度可提高至68％)、67g铜光亮剂、8g锡添加剂和100ml硝酸抑制剂，余量为水。
铜光亮剂的作用是保护铜表面不受退锡液腐蚀并恢复铜表面光泽。
经试验，铜光亮剂既可以选用含巯基的杂环化合物或硫脲衍生物，也可以选用聚二硫化合物，还可以选用聚醚化合物。
锡添加剂的作用是控制退锡速度。
硝酸抑制剂的作用是保护铜表面不受退锡液中的硝酸过度腐蚀。
经试验，硝酸抑制剂既可以选用硝酸盐，也可以选用苯并三氮唑，还可以选用4－氨基－5－羟基1，2，4－三唑甲烷类物质。
第十二步：水洗
用去离子水清洗电路板2-3分钟，吹干即可。
图1是采用现有的方法制作出来的THGEM上的rim绝缘环的形状示意图。
图2是采用本发明的方法制作出来的THGEM上的rim绝缘环的形状示意图。
通过对比图1和图2可知：采用本发明的方法可以制作出rim绝缘环整体均匀性更好的厚型气体电子倍增膜板，从而可以制作出更大面积的THGEM，因为制作rim绝缘环时采用的方法是蚀刻液喷淋电路板，电路板接受喷淋面一致，蚀刻过程整体性好。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.基于镀锡覆膜工艺的厚型气体电子倍增膜板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在电路板上打定位孔，所述电路板采用的是双面覆铜箔环氧树脂玻璃布板材；
二、根据曝光需求在避光处贴覆干膜或湿膜，进行曝光、显影，得到厚型气体电子倍增膜板的外框图形；
三、先用酸性洗液清洗电路板3-5分钟，然后用去离子水清洗2-3分钟；
四、先用微蚀液浸泡电路板1-2分钟，然后用去离子水清洗2-3分钟；
五、用常温的100ml/L硫酸浸泡电路板1-2分钟；
六、将电路板浸在18-24℃的镀锡液中，加电，利用电化学反应将电路板镀上纯锡，电流密度0.8-2A/dm2，加电时间8-15分钟，所述镀锡液为混合液，每升镀锡液中含有100ml硫酸、30g硫酸锡和18ml锡添加剂，余量为水；
七、用退膜液喷淋电路板以去除电路板表面贴覆的干膜或湿膜，所述退膜液为质量百分比为3％-5％的氢氧化钠溶液，退膜时温度为45-55℃，速度1-2m/min；
八、用蚀刻液浸泡或喷淋电路板，在电路板上蚀刻出极板图形，所述蚀刻液为混合液，温度为45-55℃，pH值为8.0-8.8，每升蚀刻液含有120-180g氯化铜、100-150g氯化铵和600-700ml 25％氨水，余量为水；
九、用机械或激光方式在覆盖有镀锡层的电路板上打矩阵排孔；
十、用蚀刻液喷淋电路板，在电路板上蚀刻出rim绝缘环，所述蚀刻液的成分与步骤八中所使用的蚀刻液的成分相同；
十一、用退锡液浸泡电路板，退除电路板上的锡层，所述退锡液为混合液，温度为22-28℃，每升退锡液含有340ml 65％-68％硝酸、67g铜光亮剂、8g锡添加剂和100ml硝酸抑制剂，余量为水；
十二、用去离子水清洗电路板2-3分钟，吹干即可；
在步骤六和步骤十一中，所述锡添加剂为Sn2+稳定剂、镀锡光亮剂和分散剂三者的等量混合物，其中，Sn2+稳定剂为酚类、苯胺类、肼类、吡唑酮类中的任意一种，镀锡光亮剂为具有-CH＝CH-CO-这一基本结构的醛类、酮类、酯类中的任意一种，分散剂为聚乙二醇、聚乙二醇烷酚醛聚氧乙烯醚、聚乙二醇丙二醇镶嵌共聚物、烷酚醛聚氧乙烯醚中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤三中，所述酸性洗液为混合液，温度为30-40℃，每升酸性洗液含有50ml酸性去油剂、2g酸性去油润湿剂和80ml硫酸，余量为水。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，在所述酸性洗液中，所述酸性去油剂为烷基聚氧乙烯醚系列物质中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，在所述酸性洗液中，所述酸性去油润湿剂为脂肪醇与环氧乙烷的缩合物、丁基萘磺酸钠盐、水溶性氮酮中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤四中，所述微蚀液为混合液，温度为20-30℃，每升微蚀液含有20ml硫酸和80g过硫酸钠，余量为水。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤十一中，所述铜光亮剂为含巯基的杂环化合物或硫脲衍生物、聚二硫化合物、聚醚化合物中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤十一中，所述硝酸抑制剂为硝酸盐、苯并三氮唑、4－氨基－5－羟基1，2，4－三唑甲烷类物质中的任意一种。
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