CN111916331A - 一种小尺寸gem膜板的工业化制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小尺寸GEM膜板的工业化制作方法，包括下料、光绘底片、检验1、加工定位系统、表面清洗、表面涂覆保护层、保护层半固化、图形转移、保护层固化、检验2、表面铜箔蚀刻、表面清洗2、保护层退除、表面清洗3、表面清洗4、检验4、外形加工、表面清洗5、检验5、包装。本发明的膜板经过测试，增益稳定，有效增益均在104以上。利用PCB生产线生产的GEM膜板成品率在90％以上。本发明利用PCB设备进行制作，采用整板蚀刻工艺，制作流程中所使用的设备均为工业化生产用设备，参数设置及设备操控方便，适用于小尺寸GEM膜板的批量生产制造。

Description

一种小尺寸GEM膜板的工业化制作方法
技术领域
本发明涉及GEM膜板技术领域，具体涉及一种小尺寸GEM膜板的工业化制作方法。
背景技术
1997年，欧洲核子中心(CERN)的物理学家Fabio Sauli发明了气体电子倍增器，用于实现电子倍增，GEM探测器是微结构气体探测器研发比较成功的一种。GEM膜板的微孔结构在电势差下能够产生强大的电场，在充满特殊工作气体的环境下，若微孔周围出现电离电子，孔内将发生电子雪崩倍增过程，从而实现信号的放大，进而实现对物理过程的探测。
气体电子倍增器(Gas Electrons Multiplier，简称GEM)多孔膜板，简称GEM膜板。GEM膜板典型结构参数为绝缘厚度50μm，孔径70μm，孔间距140μm，铜厚3～5μm的聚酰亚胺双面挠性板。目前国际上只有欧洲核子研究组织(CERN)的工业控制和工程部(IndustrialControls&Engineering，EN-ICE)，以及少数有专利授权的机构能提供此类GEM膜板。
厚型气体电子倍增器(Think Gaseous Electros Multiplier，简称THGEM)，是以色列科学家A.Breskin在GEM基础上发明的，其结构特点与GEM类似，但所使用的材料是传统PCB生产中使用的双面覆铜箔材料比之GEM膜板要厚很多。2009年专利的第一作者在与中国科学院大学合作新型气体探测器项目时利用现有PCB技术进行改进，最终成功试制出第一片国产THGEM膜板，打破国际垄断，填补国内空白，因此在GEM膜板的制作上有一定技术基础。
随着探测器技术和传统制造技术的不断发展，顺应传统制造技术的多元化趋势，打破传统制造工艺的桎梏，实现工艺技术的创新性重组是非常有必要的。本发明所阐述的制作方法也是基于此原因考虑的，并参考航天制造工艺的严谨性和高可靠性而形成的面向工业化小批量生产的制造方法。
目前基于此类GEM膜板的探测器在高能物理实验、高能粒子探测、暗物质探测、医学成像等多个领域均有广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是为了实现一种小尺寸GEM膜板的工业化制作方法，利用传统挠性印制电路板材料，基于国内普通PCB加工和整板化学腐蚀技术及设备，利用PCB技术进行改进并依据航天制造工艺的严谨性和高可靠性，通过工艺流程设置、检验点设置和实际工序操作及设备参数控制等手段，最终实现小尺寸GEM膜板的工业化制作。
本发明中的小尺寸一般指GEM膜板有效使用面积不大于150mm×150mm的GEM膜板，其结构示意图见附图2。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：提供了一种小尺寸GEM膜板的工业化制作方法，其特征在于，通过以下工艺流程实现的：
步骤1下料，利用PCB剪板机按实际GEM膜板尺寸，长方向增加25mm-40mm，宽方向增加15mm-25mm，裁成小块材料，之后按此尺寸裁切盖板、垫板；
步骤2光绘底片，利用光绘机光绘生产所使用的底片；
步骤3检验1，用计量器具按“米”字形对步骤2中所产生的底片质量进行检验；
步骤4加工定位系统，按提供的工程文件，利用设备在板材上加工定位系统；
步骤5表面清洗1，将步骤4加工完的板材放入设备中进行表面清洗；
步骤6表面涂覆保护层，将步骤5清洗完的板材，带入黄光区利用设备进行表面保护层涂覆；
步骤7保护层半固化，对于涂覆完保护层的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到半固化效果；
步骤8图形转移，涂覆完保护层的板材在黄光区内进行图形转移，利用底片定位靶标、定位销钉、板材上的定位孔和透图台以及40倍手持目镜来进行对位；
步骤9保护层固化，对于完成步骤8的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到完全固化效果；
步骤10检验2，用40倍手持目镜检查保护层的完整性和显影状态，用透图台和目镜检查上下面图形的对位情况，剔除残次品；
步骤11表面铜箔蚀刻，利用蚀刻溶液将板材上下表面裸露铜箔进行腐蚀，铜箔腐蚀采用喷淋方法；
步骤12表面清洗2，操作同步骤5，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤13保护层退除，用退膜液将保护层退除干净；
步骤14表面清洗3，操作同步骤12，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤15检验3，用手持40倍目镜检查铜箔蚀刻状态，用透图台和目镜检查上下面图形的对位情况，剔除残次品；
步骤16边缘图形保护，用抗碱蚀胶带将GEM膜板图形边缘到之间的基材保护好；
步骤17蚀刻孔内基材，用蚀刻液蚀刻孔内基材；
步骤18表面清洗4，去除GEM膜板上的保护胶带，之后操作同步骤14，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤19检验4，用金相显微镜或具有测量功能的光学显微镜对GEM膜板基材进行检查，显微镜放大倍数不低于100倍，并在电脑上测量rim尺寸，并记录；
步骤20金属表面处理，按客户需求通过电镀方法对GEM膜板表面进行处理；
步骤21工艺导线去除，用直柄手术刀在显微镜下进行操作，去除用于步骤20的电镀用工艺导线；
步骤22外形加工，按提供的工程文件，利用设备和板材上的定位系统加工外形；
步骤23表面清洗5，操作同步骤18，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤24检验5，用手持目镜和卡尺对GEM膜板进行终检并记录；
步骤25包装，用真空塑封机对GEM膜板进行抽真空包装，抽真空前必须用比GEM膜板尺寸大的硬纸板包裹住GEM膜板，避免由于基材过软造成损害。
进一步的，在所述步骤2中，所述底片的工艺边为“回”字形，在底片最外围，工艺边每边宽度为15mm-30mm；所述底片的定位靶标为双环加中心十字线结构，双环的内环直径与定位销直径一致；定位靶标分布在角线的外侧，数量4至6个；所述角线为两条互相垂直，长度为4mm-8mm的实线，其位置是以实际GEM膜板外边框为基点向四边各延长4mm-8mm，形成的矩形的四个顶角；GEM膜板信息主要分布自图形的上下两边，上边的信息主要是GEM膜板名称、制作日期、生产单位信息；下边的信息主要是步骤1中裁板的最终尺寸、有效电镀面积、拼版相对坐标。
进一步的，所述步骤1中，利用PCB剪板机按实际GEM膜板尺寸，长方向增加30mm，宽方向20mm；所述步骤2中，工艺边每边宽度为25mm，所述角线长度为5mm，所述角线位置是以实际GEM膜板外边框为基点向四边各延长5mm形成的矩形的四个顶角。
进一步的，在所述步骤5、步骤12、步骤14、步骤18、步骤23中，通过清洁设备进行表面清洗操作；
所述清洗设备为PCB专用刷板机，水平传动，清洗时板子水平放置于传动带上，刷板机后段设有烘干段；操作时设备滚刷压力调到最小或关闭，上下喷淋全部开启，喷淋段按弱酸洗、高压水洗、纯净水洗的顺序进行；弱酸溶液为2％～3％的稀盐酸；板材在放入设备进行铜表面清洗前必须用胶带与引导板粘贴牢固，引导板是0.2mm厚的PCB刚性板和0.2mm厚的盖板的任意一种；清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍，压力一般控制在0.6MPa。
进一步的，所述步骤6中，保护层为感光胶、感光干膜、抗蚀油墨的任意一种；设备的选择与保护层的选择是相互关联的；保护层若为感光胶，则涂覆设备为甩胶机；保护层若为感光薄膜，则涂覆设备为贴膜机；保护层若为抗蚀油墨，则涂覆设备为阻焊印刷机；保护层最终涂覆厚度不超过20微米；
注意涂覆感光胶和抗蚀油墨时需对板上定位孔进行保护，不可让保护层进入孔内，否则会影响步骤8的操作；
如果所述步骤6中采用感光干膜则忽略所述步骤7，直接跳至步骤8。
进一步的，所述步骤8中图形转移显影工序在PCB专用显影机上操作，溶液为显影溶液，主要成分为浓度3％～5％的碳酸钠或氢氧化钠溶液，喷淋速度0.8m/min。
进一步的，所述步骤11中铜箔腐蚀采用喷淋方法，使用PCB专用蚀刻机对铜箔进行蚀刻，蚀刻液的主要成分是CuCl2·2H2O 100～150g/L、NH4Cl 100g/L、NH3·H2O 670～770mL/L，pH值为7.8～8.2。
进一步的，步骤11中，喷淋压力255～357KPa，温度48～55℃，时间为0.5～1s。
进一步的，步骤13中退膜液为1％的碳酸钠溶液，喷淋速度为0.8m/min。
进一步的，步骤17中基材的腐蚀用25％的氢氧化钾溶液加上缓蚀剂所组成的蚀刻液孔内基材；将GEM膜板浸泡在盛满蚀刻液的槽子中，蚀刻温度控制在65～75℃，时间控制在30min±5min。其中缓蚀剂为乙醇胺、二乙醇胺等缓蚀剂的任意一种。
本发明的有益效果是：
本发明的膜板经过测试，增益稳定，有效增益均在104以上。利用PCB生产线生产的GEM膜板成品率在90％以上。
本发明的膜板制作采用整板蚀刻工艺，与现有的印制电路板制作工艺相比，有较大区别。本发明利用PCB设备进行制作，采用整板蚀刻工艺，制作流程中所使用的设备均为工业化生产用设备，参数设置及设备操控方便，适用于小尺寸GEM膜板的批量生产制造。
附图说明
图1是本发明的制作方法工艺流程图；
图2是GEM模板结构示意图；
图3是底片(1)示意图；
图4是销钉、GEM膜板(10)、底片(1)装配示意图，图中箭头为销钉装配方向；
图5是步骤4中钻孔工序叠板示意图；
其中：
底片(1)、工艺边(2)、定位靶标(3)、角线(4)、实际图形(5)、板信息(6)、电镀面积(7)、下料尺寸(8)、拼版坐标(9)、GEM膜板(10)、定位销钉(11)、盖板(12)、垫板(14)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。所述实施例的示例在附图中示出，参考附图描述的实施例仅是示例性的，仅用于解释本发明，而不是对本发明的限制。
以下是结合图1至5和具体实施例对本发明作具体的介绍。
GEM膜板10的基材：双面覆铜箔聚酰亚胺挠性板材，铜层厚度3～5μm，优选铜层偏厚的材料，聚酰亚胺厚度50μm。
实施例1
1、下料
GEM膜板10所使用的材料一般是聚酰亚胺为厚度50μm，铜箔厚度为3～5μm的双面覆铜箔聚酰亚胺挠性板，本实施例中采用铜箔厚度3μm的聚酰亚胺双面挠性板。利用PCB印制电路板专用剪板机按实际GEM膜板10尺寸，长方向增加30mm，宽方向增加20mm，裁成小块材料。之后按此尺寸裁切盖板12、垫板14；所述PCB专用剪板机可以是立式或卧式剪板机的任意一种。
本实施例中，GEM膜板10实际外形尺寸120mm×120mm，有效使用面积50mm×50mm。利用PCB专用剪板机按实150mm×140mm，裁成小块材料；之后按此尺寸裁切盖板12、垫板14；所述PCB专用剪板机是立式剪板机，为上海第四锻压机厂的Q11-3X1200型剪板机；盖板12为酚醛树脂盖板12；垫板14为酚醛纸垫板14。
2、光绘底片1
利用光绘机光绘生产使用的底片1示意图见附图3，底片1上存在黑色的工艺边2、定位靶标3、角线4、实际图形及GEM膜板10信息，GEM膜板10信息包括板信息、电镀面积、下料尺寸和拼版坐标；工艺边2为“回”字形，在底片1最外围，工艺边2每边宽度为15mm，整个底片1的工艺边2必须完全覆盖步骤1中裁切完的板材的边缘，确保底片1与板材平行上下叠放时，板材所有边缘均处于工艺边215mm范围之内；定位靶标3为双环加中心十字线结构，双环的内环直径与定位销直径一致，一般为Φ0.5mm、Φ1.0mm、Φ1.5mm三个尺寸中的任意一种；定位靶标3分布在角线4的外侧，数量4个，用以限定有效加工面积和定位；角线4为两条相互垂直，长度为5mm的实线，其位置是以实际GEM膜板10外边框为基点向四边各延长5mm所形成的矩形的四个顶角；GEM膜板10信息主要分布自图形的上下两边，上边的信息主要是GEM膜板10名称、制作日期、生产单位等信息；下边的信息主要是步骤1中裁板的最终尺寸、有效电镀面积、拼版相对坐标；
出于可靠性考虑光绘机应选择PCB专用光绘机，曝光段和显影段一体的，宜优选使用分辨率6000dpi以上的光绘机，设备主要为深圳市东方宇之光电子科技有限公司的SIEC-9600型光绘机，曝光段和显影段一体的，宜优选使用分辨率6000dpi以上的光绘机；底片1为菲林底片1，厚度0.1mm；由于GEM膜板10成品孔径为70μm，因此菲林底片1上孔的对应位置区域设置为直径50μm的焊盘。保护层的选择按步骤6执行。
在底片1制作完成后利用PCB专用底片1打靶机，在底片1上将靶标的内环孔钻透，设备主要为光线电脑科技有限公司的TDZ-600A型底片1打靶机。打靶机的刀具直径与靶标内环直径一致。需要注意的是，要保留至少1个完整的靶标用于步骤8图形转移时进行双面定位校准。无论任何批次，在生产时均需要重新光绘底片1，以避免因保存环境和时间引起的底片1变形。特别注意，由于GEM板孔数量较多，需要较高的定位精度，因此无论任何批次，在生产时均需要重新光绘底片1，以避免因保存环境和时间引起的底片1变形。在底片1制作完成后利用PCB专用底片1打靶机，在底片1上将靶标的内环孔钻透，设备主要为光线电脑科技有限公司的TDZ-600A型底片1打靶机。打靶机的刀具直径与靶标内环直径一致。需要注意的是，要保留至少1个完整的靶标用于步骤8图形转移时进行双面定位校准。无论任何批次，在生产时均需要重新光绘底片1，以避免因保存环境和时间引起的底片1变形。特别注意，由于GEM板孔数量较多，需要较高的定位精度，因此无论任何批次，在生产时均需要重新光绘底片1，以避免因保存环境和时间引起的底片1变形。
3、检验1
用计量器具，如具有测量功能的光学显微镜按“米”字形对步骤2中所产生的底片1质量进行检验，由于GEM膜板10典型结构为孔径70μm，孔间距140μm，成正三角形排列的孔阵列，因此底片1质量是第一个关键控制点，因此必须使用显微镜进行抽检，务必保证底片1上抽检状态中每个孔径位置上的图形边缘是完整、光滑的；抽检按“米”字型轨迹进行抽检；显微镜检验时所使用的放大倍数是50倍，需仲裁时可使用放大倍数是200倍或500倍；
4、加工定位系统
按提供的工程文件，利用设备在板材上加工定位系统。定位系统的分布与步骤2中靶标的分布一致；其孔径应根据步骤8中定位销钉11的直径来进行钻孔且与步骤2中内环直径一致。直径为Φ1.0mm；加工定位系统的设备为工业用PCB专用高精度数控钻床，本实施例中工业用PCB专用高精度数控钻床采用德国思茂公司的LIN5-180型五头数控钻床。该设备重要参数设置，转速110000rpm，进给速度3.0m/min；板材固定在数控钻床上加工前需要进行叠板保护；叠板是将盖板12、GEM膜板10、盖板12、GEM膜板10、……垫板14，从上到下平行叠放，并利用胶带将四边贴紧固定，GEM膜板10与GEM膜板10之间由盖板12隔开，最下层为垫板14，叠板正式GEM膜板103个；
5、表面清洗1
将步骤4加工完的板材放入设备中进行表面清洗。设备为PCB专用刷板机，设备主要为保定蓝盾电路板公司的LD-2200SIV型印制板四刷刷板机，水平传动，清洗时板子水平放置于传动带上，刷板机后段设有烘干段；操作时设备滚刷压力调到最小或关闭，上下喷淋全部开启，喷淋段按弱酸洗、高压水洗、纯净水洗的顺序进行；弱酸溶液为2％的稀盐酸；板材在放入设备进行铜表面清洗前必须用胶带与引导板粘贴牢固，引导板是0.2mm厚的盖板12。
6、表面涂覆保护层
将步骤5清洗完的板材，带入黄光区利用设备进行表面保护层涂覆保护层。保护层为感光胶，感光胶为UV感光胶、AD20感光胶、9500感光胶的任意一种；设备的选择与保护层的选择是相互关联的；保护层若为感光胶，则涂覆设备为甩胶机；保护层最终涂覆厚度不超过20微米。
7、保护层半固化
对于涂覆完保护层的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到半固化效果；保护层若为感光胶则需要在带温度调节的烘箱中至少烘烤半小时。烘烤温度根据保护层厂家提供的参数设定，一般感光胶烘烤温度为70℃。
8、图形转移
涂覆完保护层的板材在黄光区内进行图形转移。利用底片1定位靶标3、定位销钉11、板材上的定位孔和透图台以及40倍手持目镜来进行对位。利用定位销钉11将底片1与板材大体固定在一起，再利用透图台、40倍手持目镜、胶带、底片1上1个完整的靶标将上下底片1和板材对好位并固定好。装配顺序见附图4、5注意为了可靠性，此操作必须由1名以上非操作人员本人进行互检。
之后将固定好的板材和底片1一同放入PCB专用曝光机中进行曝光操作，设备主要为广州巨龙印制板设备有限公司的JL-2010GX-I型显影机，曝光完后将底片1和销钉去除，将GEM膜板10放入PCB专用显影机进行显影，露出需要腐蚀掉的铜箔，显影液主要成份为3％～5％的碳酸钠或氢氧化钠溶液，喷淋速度0.8m/min。注意板材放入显影机时同步骤5一样，必须用胶带将引导板与GEM膜板10粘贴牢固。
9、保护层固化
对于完成步骤8的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到完全固化效果；保护层为感光胶，需要在带温度调节的烘箱中至少烘烤1个小时。烘烤温度根据保护层厂家提供的参数设定，一般感光胶烘烤温度为105℃。
10、检验2
用40倍手持目镜检查保护层的完整性和显影状态，必要时可利用高倍显微镜剔除残次品。
11、表面铜箔蚀刻
利用蚀刻溶液将板材上下表面裸露铜箔进行腐蚀，铜箔腐蚀采用喷淋方法。使用PCB专用蚀刻机对铜箔进行蚀刻，设备主要为广州巨龙印制板设备有限公司的JL-2010SE-I型退膜蚀刻机的蚀刻段，蚀刻液的主要成分是CuCl2·2H2O100～150g/L、NH4Cl 100g/L、NH3·H2O 670～770mL/L，pH值为7.8～8.2；喷淋压力255～357KPa，温度48～55℃，时间为0.5～1s。
12、表面清洗2
操作同步骤5，清洗后用迅速用高压空气吹净表面水渍，压力一般控制在0.6MPa。目的是进一步去除上道工序表面残存溶液；
13、保护层退除
用退膜液将保护层退除干净，该操作所使用的设备为PCB专用退膜机，设备主要为广州巨龙印制板设备有限公司的JL-2010SE-I型退膜蚀刻机的退膜段，放入板材之前必须用胶带将板材与引导板粘贴牢固。退膜液为1％的碳酸钠溶液，喷淋速度为0.8m/min。
14、表面清洗3
操作同步骤12，清洗后用迅速用高压空气吹净表面水渍，压力一般控制在0.6MPa。目的是进一步去除上道工序表面残存溶液；
15、检验3
用手持40倍目镜检查铜箔蚀刻状态，用透图台和目镜检查上下面图形的对位情况，剔除残次品。
16、边缘图形保护
用抗碱蚀胶带将GEM膜板10图形边缘到工艺边2之间的基材保护好。
17、蚀刻孔内基材
用25％的氢氧化钾溶液加上缓蚀剂所组成的蚀刻液蚀刻孔内基材，除25％的氢氧化钾溶液外，其余都是缓蚀剂。将GEM膜板10浸泡在盛满蚀刻液的槽子中，蚀刻温度控制在65℃，时间控制在25min。其中缓蚀剂为乙醇胺缓蚀剂。
在此过程中溶液对铜箔会有极微弱的微蚀作用，从而形成空口处基材孔洞和铜箔孔洞存在微小的差异，即铜箔面孔径要略大于基材面孔径，从而形成绝缘区域，此绝缘区域称为rim，rim的环宽一般控制在10μm～20μm。
18、表面清洗4
去除GEM膜板10上的抗碱蚀胶带，之后操作同步骤14，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍，压力一般控制在0.6MPa。目的是进一步去除上道工序表面残存溶液。
19、检验4
用金相显微镜或具有测量功能的光学显微镜对GEM膜板10基材进行检查，显微镜放大倍数不低于100倍，并在电脑上测量rim尺寸，剔除rim的环宽超出10μm～20μm范围的，并记录。
20、金属表面处理
按客户需求通过电镀方法对GEM膜板10表面进行处理，本实施例为表面镀锡处理,镀锡厚度25μm。
21、工艺导线去除
用直柄手术刀在显微镜下进行操作，去除用于步骤20的电镀用工艺导线。
22、外形加工
按提供的工程文件，利用设备和板材上的定位系统加工外形。定位系统的分布与步骤2中靶标的分布一致；其孔径应根据步骤8中定位销钉11的直径来进行钻孔，且与步骤2中内环直径一致，直径Φ1.0mm；加工外形的设备为工业用PCB专用数控钻铣床，主要设备为南京大量数控科技有限公司的NTL-RU4B型PCB成型机，设备重要参数设置为转速10000rpm，定位精度0.02mm；板材固定在PCB专用数控钻铣床上加工前需要进行叠板保护，叠板是将盖板12、GEM膜板10、盖板12、GEM膜板10……垫板14，从上到下平行叠放，并利用胶带将四边贴紧，GEM膜板10与GEM膜板10之间由盖板12隔开，最下层为垫板14，叠板GEM膜板10数量3个。
23、表面清洗5
操作同步骤14，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍，压力一般控制在0.6MPa。目的是进一步去除上道工序表面残存溶液。
24、检验5
用手持目镜和卡尺对GEM膜板10进行终检并记录。
25、包装
用真空塑封机对GEM膜板10进行抽真空包装，抽真空前必须用比GEM膜板10尺寸大的硬纸板包裹住GEM膜板10，避免由于基材过软造成损害。
经过上述步骤，可得到外形尺寸120mm×120mm，有效使用面积50mm×50mm的GEM膜板10，GEM膜板10的孔边缘光滑，且有10μm～20μm的rim。
通过膜板经过测试，增益稳定，有效增益均在104以上，增益实测数值在13000至17000，。利用PCB生产线生产的GEM膜板10，投产批30件，成品28片，成品率在90％以上。
实施例2
所述实施例2，除以下单独说明的步骤及其内容外，其余步骤及其内容与所述实施例1相同。
1、下料
其中，GEM膜板10所使用的材料一般为厚度50μm，铜箔厚度4μm的聚酰亚胺双面挠性板；盖板12为薄型铝盖板12；垫板14为酚醛纸垫板14。
3、检验1
其中，显微镜检验时所使用的放大倍数是100倍。
5、表面清洗1
其中，引导板是0.2mm厚的PCB刚性板。
6、表面涂覆保护层
其中，保护层为感光干膜卷状，感光干膜为杜邦公司干膜、日立公司干膜、长兴公司干膜的任意一种；设备的选择与保护层的选择是相互关联的，保护层为感光薄膜，则涂覆设备为贴膜机；注意涂覆感光胶时需对板上定位孔进行保护，不可让保护层进入孔内，否则会影响步骤8的操作；
7、保护层半固化
步骤6中保护层选用感光干膜则，因此直接跳至步骤8，忽略此步骤；
9、保护层固化
步骤6中保护层选用感光干膜，因此直接跳至步骤10，忽略此步骤；保护层若为感光胶或抗蚀油墨则需要在带温度调节的烘箱中至少烘烤1个小时。烘烤温度根据保护层厂家提供的参数设定，一般感光胶烘烤温度为105℃，油墨为115℃。
17、蚀刻孔内基材
用25％的氢氧化钾溶液加上缓蚀剂所组成的蚀刻液蚀刻孔内基材。将GEM膜板10浸泡在盛满蚀刻液的槽子中，蚀刻温度控制在70℃，时间控制在30min。其中缓蚀剂为二乙醇胺缓蚀剂的。
20、金属表面处理
按客户需求通过电镀方法对GEM膜板10表面进行处理，本实施例为表面浸银处理，浸银厚度0.1μm以上。
通过膜板经过测试，增益稳定，有效增益均在104以上，实测增益数据增益15000至21000。利用PCB生产线生产的GEM膜板10，投产15件，成品14件，成品率在90％以上。
实施例3
所述实施例3，除以下单独说明的步骤及其内容外，其余步骤及其内容与所述实施例1相同。
1、下料
其中，GEM膜板10所使用的材料一般为厚度50μm，铜箔厚度5μm的聚酰亚胺双面挠性板；盖板12为0.2mm的双面覆铜箔板；垫板14为酚醛木垫板14
3、检验1
其中，显微镜检验时所使用的放大倍数是100倍。
6、表面涂覆保护层
其中，保护层为抗蚀油墨，抗蚀油墨为太阳公司油墨、南亚公司油墨、友光公司油墨的任意一种；设备的选择与保护层的选择是相互关联的，保护层为抗蚀油墨，则涂覆设备为阻焊印刷机；注意涂覆抗蚀油墨时需对板上定位孔进行保护，不可让保护层进入孔内，否则会影响步骤8的操作；
7、保护层半固化
对于涂覆完保护层的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到半固化效果；保护层若为抗蚀油墨则需要在带温度调节的烘箱中至少烘烤半小时。烘烤温度根据保护层厂家提供的参数设定，一般油墨为75℃。
9、保护层固化
对于完成步骤8的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到完全固化效果；保护层为抗蚀油墨，需要在带温度调节的烘箱中至少烘烤1个小时。烘烤温度根据保护层厂家提供的参数设定，一般油墨为115℃。
17、蚀刻孔内基材
用25％的氢氧化钾溶液加上缓蚀剂所组成的蚀刻液蚀刻孔内基材，除25％的氢氧化钾溶液外，其余都是缓蚀剂。将GEM膜板10浸泡在盛满蚀刻液的槽子中，蚀刻温度控制在75℃，时间控制在35min。其中缓蚀剂为二乙醇胺等缓蚀剂。
20、金属表面处理
按客户需求通过电镀方法对GEM膜板10表面进行处理，本实施例为表面镀金处理，镀金厚度0.8μm。
通过膜板经过测试，增益稳定，有效增益均在104以上，实测增益数据为增益17000至28000，。利用PCB生产线生产的GEM膜板10，投产10件，成品9件，成品率在90％以上。
本发明的膜板经过测试，增益稳定，有效增益均在104以上。利用PCB生产线生产的GEM膜板10成品率在90％以上。
本发明的膜板制作采用整板蚀刻工艺，与现有的印制电路板制作工艺相比，有较大区别。本发明利用PCB设备进行制作，采用整板蚀刻工艺，制作流程中所使用的设备均为工业化生产用设备，参数设置及设备操控方便，适用于小尺寸GEM膜板10的批量生产制造。
本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征作出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，通过以下工艺流程实现的：
步骤1下料，利用PCB剪板机按实际GEM膜板(10)尺寸，长方向增加25mm-40mm，宽方向增加15mm-25mm，裁成小块材料，之后按此尺寸裁切盖板(12)、垫板(14)；
步骤2光绘底片(1)，利用光绘机光绘生产所使用的底片(1)；
步骤3检验1，用计量器具按“米”字形对步骤2中所产生的底片(1)质量进行检验；
步骤4加工定位系统，按提供的工程文件，利用设备在板材上加工定位系统；
步骤5表面清洗1，将步骤4加工完的板材放入设备中进行表面清洗；
步骤6表面涂覆保护层，将步骤5清洗完的板材，带入黄光区利用设备进行表面保护层涂覆；
步骤7保护层半固化，对于涂覆完保护层的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到半固化效果；
步骤8图形转移，涂覆完保护层的板材在黄光区内进行图形转移，利用底片(1)定位靶标(3)、定位销钉(11)、板材上的定位孔和透图台以及40倍手持目镜来进行对位；
步骤9保护层固化，对于完成步骤8的板材，需要在烘箱中对保护层进行烘烤以达到完全固化效果；
步骤10检验2，用40倍手持目镜检查保护层的完整性和显影状态，用透图台和目镜检查上下面图形的对位情况，剔除残次品；
步骤11表面铜箔蚀刻，利用蚀刻溶液将板材上下表面裸露铜箔进行腐蚀，铜箔腐蚀采用喷淋方法；
步骤12表面清洗2，操作同步骤5，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤13保护层退除，用退膜液将保护层退除干净；
步骤14表面清洗3，操作同步骤12，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤15检验3，用手持40倍目镜检查铜箔蚀刻状态，用透图台和目镜检查上下面图形的对位情况，剔除残次品；
步骤16边缘图形保护，用抗碱蚀胶带将GEM膜板(10)图形边缘到之间的基材保护好；
步骤17蚀刻孔内基材，用蚀刻液蚀刻孔内基材；
步骤18表面清洗4，去除GEM膜板(10)上的保护胶带，之后操作同步骤14，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤19检验4，用金相显微镜或具有测量功能的光学显微镜对GEM膜板(10)基材进行检查，显微镜放大倍数不低于100倍，并在电脑上测量rim尺寸，并记录；
步骤20金属表面处理，按客户需求通过电镀方法对GEM膜板(10)表面进行处理；
步骤21工艺导线去除，用直柄手术刀在显微镜下进行操作，去除用于步骤20的电镀用工艺导线；
步骤22外形加工，按提供的工程文件，利用设备和板材上的定位系统加工外形；
步骤23表面清洗5，操作同步骤18，清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍；
步骤24检验5，用手持目镜和卡尺对GEM膜板(10)进行终检并记录；
步骤25包装，用真空塑封机对GEM膜板(10)进行抽真空包装，抽真空前必须用比GEM膜板(10)尺寸大的硬纸板包裹住GEM膜板(10)，避免由于基材过软造成损害。
2.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述底片(1)的工艺边(2)为“回”字形，在底片(1)最外围，工艺边(2)每边宽度为15mm-30mm；所述底片(1)的定位靶标(3)为双环加中心十字线结构，双环的内环直径与定位销直径一致；定位靶标(3)分布在角线(4)的外侧，数量4至6个；所述角线(4)为两条互相垂直，长度为4mm-8mm的实线，其位置是以实际GEM膜板(10)外边框为基点向四边各延长4mm-8mm，形成的矩形的四个顶角；GEM膜板(10)信息主要分布自图形的上下两边，上边的信息主要是GEM膜板(10)名称、制作日期、生产单位信息；下边的信息主要是步骤1中裁板的最终尺寸、有效电镀面积、拼版相对坐标。
3.根据权利要求1或2所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，所述步骤1中，利用PCB剪板机按实际GEM膜板(10)尺寸，长方向增加30mm，宽方向20mm；所述步骤2中，工艺边(2)每边宽度为25mm，所述角线(4)长度为5mm，所述角线(4)位置是以实际GEM膜板(10)外边框为基点向四边各延长5mm形成的矩形的四个顶角。
4.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，在所述步骤5、步骤12、步骤14、步骤18、步骤23中，通过清洁设备进行表面清洗操作；
所述清洗设备为PCB专用刷板机，水平传动，清洗时板子水平放置于传动带上，刷板机后段设有烘干段；操作时设备滚刷压力调到最小或关闭，上下喷淋全部开启，喷淋段按弱酸洗、高压水洗、纯净水洗的顺序进行；弱酸溶液为2％～3％的稀盐酸；板材在放入设备进行铜表面清洗前必须用胶带与引导板粘贴牢固，引导板是0.2mm厚的PCB刚性板和0.2mm厚的盖板(12)的任意一种；清洗后迅速用高压空气吹净表面水渍，压力一般控制在0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，所述步骤6中，保护层为感光胶、感光干膜、抗蚀油墨的任意一种；设备的选择与保护层的选择是相互关联的；保护层若为感光胶，则涂覆设备为甩胶机；保护层若为感光薄膜，则涂覆设备为贴膜机；保护层若为抗蚀油墨，则涂覆设备为阻焊印刷机；保护层最终涂覆厚度不超过20微米；
注意涂覆感光胶和抗蚀油墨时需对板上定位孔进行保护，不可让保护层进入孔内，否则会影响步骤8的操作；
如果所述步骤6中采用感光干膜则忽略所述步骤7，直接跳至步骤8。
6.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，所述步骤8中图形转移显影工序在PCB专用显影机上操作，溶液为显影溶液，主要成分为浓度3％～5％的碳酸钠或氢氧化钠溶液，喷淋速度0.8m/min。
7.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，所述步骤11中铜箔腐蚀采用喷淋方法，使用PCB专用蚀刻机对铜箔进行蚀刻，蚀刻液的主要成分是CuCl2·2H2O 100～150g/L、NH4Cl 100g/L、NH3·H2O 670～770mL/L，pH值为7.8～8.2。
8.根据权利要求6所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，步骤11中，喷淋压力255～357KPa，温度48～55℃，时间为0.5～1s。
9.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，步骤13中退膜液为1％的碳酸钠溶液，喷淋速度为0.8m/min。
10.根据权利要求1所述的一种小尺寸GEM膜板(10)的工业化制作方法，其特征在于，步骤17中基材的腐蚀用25％的氢氧化钾溶液加上缓蚀剂所组成的蚀刻液孔内基材；将GEM膜板(10)浸泡在盛满蚀刻液的槽子中，蚀刻温度控制在65～75℃，时间控制在30min±5min。其中缓蚀剂为乙醇胺、二乙醇胺等缓蚀剂的任意一种。
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