专利名称：利用波形模具生产微通道面板的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用波形模具生产微通道面板(MCP，microchannel plate)的方法及装置。特别的，本发明涉及一种具有波纹形状的、生产MCP的模具装置，以及一种使用所述生产MCP的模具装置生产MCP的方法，通过在波纹形基片上涂上一层次级电子触发层，并且使多片波纹形基片堆叠成层。具有生产成本低以及生产程序简单的优点。
背景技术：
MCP被用作一种平板状电子元件，其由若干具有多路入射电子机能的微通道垂直堆叠而成。因此，MCP被广泛应用到需要电子倍增的电子设备中。MCP在高增益检测器中充当倍增器，例如在光电倍增管、图像增强管中。MCP还可以应用到多个领域，包括光学产品，例如夜视系统、激光人造卫星测距系统、软性X射线天文望远镜、或者行星探测分光计、高速示波镜、X射线图像增强器等。
如图1a所示，为现有MCP的结构，其包括104-107个垂直堆叠的微通道11。每一微通道的直径为10-100微米，长度为直径的40-100倍。最近，直径为几微米的为通道已经被制造出。通过凸缘12将微通道11固定，而电极13分别安装在微通道11的两端。约1000伏特的电压被加到电极13上以使次级电子加速。而流过微通道11的电流为几毫安。
MCP的电子倍增性能如下所述。当高能量的一级电子进入MCP的微通道11，与涂抹在微通道11的侧壁上的次级电子触发层发生碰撞，次级电子触发层的电子的能量增加并触发到微通道11中。于是，触发的次级电子相对于一级电子具有较低的能量，然后被微通道11内的电场加速直到碰撞到微通道11的侧壁上。每一增加了动能的电子与微通道11的侧壁再次发生碰撞，引发次级电子触发。
伴随着电子连续进行的一系列的碰撞及触发的过程，直到所有电子从微通道11中离开，电子的数量沿着微通道11的长度方向以等比级数增加。因此，在微通道11的出口释放出的次级电子与一级电子之比超过10000∶1。
图1b示出了现有MCP的生产程序，其中玻璃管17与圆柱状的玻璃核心16结合形成一玻璃纤维，然后加热到柔软状态。通过重复的抽丝程序，玻璃纤维的直径减少。将所述的玻璃纤维捆扎结合得到MCP原料。然后将所述MCP原料按与垂直方向成0°-10°的角度、以及以40-100∶1的长度与直径的比率来切割。在切割程序之后，通过蚀刻程序形成微通道11。其中，在蚀刻程序中，玻璃核心16与玻璃管17具有不同的化学性质。就是说，在蚀刻程序中，玻璃核心16被蚀刻和分离，而玻璃管17则保持不变，从而形成微通道11。通过凸缘12将微通道11固定，并将电极13分别安装在微通道11的两端。然后，通过在氢气中的还原程序来控制微通道11侧壁的电阻，以完成MCP产品的制造。
然而，上述的方法存在生产成本高、难于生产大面积的MCP、在抽丝程序中玻璃纤维的直径会均一地减少、以及在化合程序中被捆扎的玻璃纤维的中心部分的温度过度地增加的缺点，为了解决上述问题，美国专利第5,565,729号揭示了一种使用带有凹缝的滚筒生产MCP的方法。在该专利中，一薄片通过带有凹缝的滚筒，得到一带有凹缝的薄片，然后绕圆筒连续卷折。组合卷折的薄片，并将其径向剪切成长宽相等的微通道，然后在微通道的内壁涂上一层二级触发层，从而生产出MCP。然而，由于在先前制成的长度比直径大40-100倍的微通道的内壁涂上一层次级电子触发层需要十分准确的涂层程序，这使得该方法生产成本很高。
另外，一种利用硅蚀刻程序生产MCP的方法在美国专利第5,997,713号中揭示。然而，由于制造大面积的硅片十分困难，大面积的MCP不能通过此种方法得到。
此外，美国专利第6,045,677号揭示了一种利用阳极电镀程序生产MCP的方法。依照这种方法，在金属表面作阳极化处理得到包含直径在5至500纳米的微通道的厚氧化层，用作生产MCP。同样的，两相邻的微通道的最近距离达到30纳米。然而，由于需要如美国专利第5,565,729号一样的精确的涂层程序，这种方法同样成本昂贵。
因此，现有的生产MCP的方法揭示的仅仅是新的、可供选择的关于生产MCP的方法，并未解决在微通道内壁上涂上次级电子触发层的涂层程序成本昂贵的问题。因此，在低成本下生产大面积MCP十分的困难。从而，发展同时考虑次级电子触发层涂层程序和微通道生产程序的生产MCP的方法十分的必要。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，解决上述先前技术的缺陷，提供一种利用波形模具制造MCP(Microchannel Plate)的方法，其可在低成本下产出大面积涂有次级电子触发层的MCP。
本发明的另一解决的技术问题在于，提供一种可适用上述MCP的生产方法、具有波形形状的生产MCP的模具装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种利用波形模具制造MCP的方法，其包括以下步骤(a)放置第一平面底板在波形模具上；(b)加热第一平面底板，并在所述第一平面底板下方形成真空状态时，在所述第一平面底板上加上预定的压力，形成两侧均为波形表面的第一波形底板；(c)在所述第一波形底板的波形表面上涂上一层次级电子触发材料；(d)在第二平面底板两表面上涂上一层次级电子触发材料；以及(e)将若干涂有次级电子触发材料的第一波形底板以及第二平面底板间隔叠放成层，形成微通道。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是，提供一种利用波形模具生产微通道面板的方法，包括以下步骤(a)在所述波形模具上放置平面底板；(b)并在所述平面底板下方形成真空状态时，在所述平面底板上加上预定的压力，形成一侧面为波形表面的波形底板；(c)在所述波形底板的两侧表面上涂上一层次级电子触发材料；以及(d)叠放若干涂有次级电子触发材料的波形底板成层，形成微通道。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是，提供一种生产微通道面板的模具装置，包括若干第一薄板、若干高度较第一薄板低的第二薄板；所述第一薄板和第二薄板间隔排列，形成具有波形表面的模具装置，并且每一第二薄板具有空气通道，使得能够在所述模具装置波形表面的凹处形成真空状态；以及将第一薄板和第二薄板固定的固定装置。
利用本发明的利用波形模具生产微通道面板的方法和装置，可以容易的生产出大面积的MCP，并且能够降低生产MCP的成本。
以下将结合附图进一步说明本发明上述以及其他的外形、特性以及优点，其中图1a是现有MCP的截面图；图1b是现有生产MCP的程序的示意图；图2是本发明一个实施例的通过真空成型程序生产MCP的模具装置的示意图；图3a至图3c是本发明其他一实施例的生产MCP的模具装置的示意图；图4a至图4d是本发明第一实施例生产MCP的程序示意图；
图5a至图5d是本发明第二实施例生产MCP的程序示意图；图6a至图6b是本发明第三实施例生产MCP的程序示意图；图7a至图7b是本发明第四实施例生产MCP的程序示意图。
具体实施例方式
如图2所示，示意性地表示出了本发明一个实施例的生产微通道面板(MCP，microchannel plate)的模具装置。
所述生产MCP的模具装置为一个波形模具，包括若干第一薄板101、若干高度较第一薄板101低的第二薄板102、支撑块103、螺钉104以及螺母105。如图所示的，第一薄板101与第二薄板102间隔排列，然后利用可压缩的固定装置固定，从而组成波形模具，所述固定装置可以是支撑块103、螺钉104和螺母105。
所述第一薄板101和第二薄板102使用不同的材料做成，例如不锈钢或铜，其厚度依赖于微通道的大小，可以为几十至几百毫米。第一薄板101与第二薄板102所形成的高度差同样依赖于微通道的大小，达到几十至几百毫米。所述的支撑块103、螺钉104和螺母105用于固定间隔排列的第一薄板101和第二薄板102。同样的，除了所述的支撑块103、螺钉104和螺母105之外，本领域技术人员熟知的其它的固定装置也可以用于固定所述的第一薄板101和第二薄板102。
更进一步的，为了在通过真空成型程序生产MCP过程中，在波形模具若干凹处106中形成真空状态，需要利用空气通道从凹处106中排出空气。可以利用不同的方法形成空气通道，例如切割部分第二薄板102，或者使用多孔材料做成的第二薄板，或者在第二薄板的部分表面作粗糙化处理。
图3a示出了一种通过切割部分第二薄板102的方法形成的波形模具。如图3a所示，第二薄板102的上半部分具有细微的凹槽108，在每一第一薄板101和第二薄板102开设有贯通的真空孔109，每一凹槽与每一真空孔连通。在生产MCP过程中真空成型程序执行时，所述波形模具的凹处106的空气通过每一第二薄板102的凹槽108，再经过真空孔109排出。
图3b示出了一种使用第二薄板102组成的波形薄板，每一第二薄板使用多孔材料做成，例如，一种包括不同形状的粉末的烧结材料，上述粉末可以是金属粉末或陶瓷粉末和泡沫塑料。在生产MCP过程中真空成型程序执行时，所述凹处106的空气通过每一第二薄板102的多孔材料的若干孔道排出。
图3c示出了一种通过在第二薄板102的部分表面作粗糙化处理的方法成型的波形模具。在所述第二薄板102上部前后表面作粗糙化处理形成刮痕107。在生产MCP过程中真空成型程序执行时，所述凹处106的空气通过每一第二薄板102的刮痕107排出。
可以通过下面四个使用上述波形模具生产MCP的实施例，对本发明有更好的了解，但以下实施例并非用于限定本发明。
第一实施例如图4a所示，第一底板111放置在由若干第一薄板101和第二薄板102组成的波形模具上。所述的第一底板111为工程塑料或玻璃衬底做成的聚合物底板。如图4b所示，使用加热器112和风扇113对所述第一底板111进行加热，直到所述第一底板111足够柔软可被真空吸附变形。在所述模具的空气通道的帮助下，所述第一底板111下方所述波形模具的若干凹处106形成真空状态时，在所述第一底板111上施加高压气体。在冷却程序后，得到具有波形顶面和底面的第一波形底板111a，然后通过所述波形模具的空气通道施加预定压力的气流，使得第一波形底板111a脱离所述的波形模具。
然后，如图4c所示，在所述的第一波形底板111a和第二平面底板114的两个表面上均涂上次级电子触发物质，形成一层次级电子触发层115。所述的次级电子触发物质可以选用SiO2、MgO、Al2O3、ZnO、CaO、SrO、LaO3、MgF2、CaF2或LiF。所述的第二平面底板114使用与第一平面底板111相同的材料做成。所述的次级电子触发物质是用溶胶-凝胶(Sol-Gel)处理涂抹的。由于使用溶胶-凝胶处理的方法，所述次级电子触发物质可以很容易的在所述聚合物底板能够承受的低温下涂抹在所述聚合物底板上。所述次级电子触发物质还可以选择在高温下涂抹在玻璃底板上。当然，与所述聚合物底板相比，除了溶胶-凝胶程序外，所述的玻璃底板可以通过其它不同的程序来涂抹次级电子触发物质，例如化学气相沉积处理。
如图4d所示，若干第一波形底板111a和若干第二平面底板114间隔叠放成层，每一底板上都涂有次级电子触发物质。然后，利用预定的养护期将所述的次级电子触发物质凝固。从而，使间隔叠放的底板111a和114结合在一起，生产出具有若干涂有次级电子触发物资的微通道116的MCP材料。然后切割所述的MCP材料得到预定长度的微通道116。所述的长度为所述微通道116的直径的40-100倍。同样的，所述的切割程序可以以预定的倾斜角度切割所述堆叠的底板111a和114。从而，形成便于次级电子发射的具有角度的微通道116。
在上述处理过程中，次级电子触发层115表面的电阻是可以控制的。当若干次级电子发射到所述微通道上形成电子倍增时，次级电子触发层115上的电子被释放。重复电子倍增程序，从而，电子可以被补充到所述次级电子触发层115的表面。这个电子补充程序可以在两个电子倍增程序之间执行。如果次级电子触发层115表面的电阻值恰当，电子可以被有效的补充。为此，在电阻控制程序中，在次级触物质中可在氢气环境下添加和减少氧化铅(leadoxide，PbO)，以通过减少PbO的量控制电阻值。
次级电子触发层115调整电阻之后，在所述MCP的两侧面安装电极，从而完成想得到的MCP产品。
第二实施例如图5a所示，底板111放置在波形模具上，并在所述底板111上放置平面底板121。所述的底板111为工程塑料或玻璃衬底做成的聚合物底板。如图5b所示，用加热器112和风扇113对所述的底板进行加热。然后，在所述模具的空气通道的帮助下，所述第一底板111下方所述波形模具的若干凹处106形成真空状态时，在所述的平面底板121上施加气压或水压。从而，受热的底板111陷入所述波形模具的凹处106。在冷却处理后，得到带有波形底面的波形底板111b，然后通过所述波形模具的空气通道施加预定压力的气流，使得波形底板111b脱离所述的波形模具。
如图5c所示，在所述波形底板111b上涂上一层次级电子触发物质，形成次级电子触发层115。所述的次级电子触发物质可以使用SiO2、MgO、Al2O3、ZnO、CaO、SrO、LaO3、MgF2、CaF2或LiF。
如图5d所示，若干涂有次级电子触发物质的底板111b顺序叠放。然后，利用预定的养护期将次级电子触发物质凝固。使叠放的底板111b结合在一起，得到具有若干涂有次级电子触发物质的微通道116的MCP材料。在这个实施例中，所述的波形底板111b仅仅具有一个波形面，不同于第一实施例中的两面均为波形表面的第一波形底板111a。因此，本实施例避免了间隔叠放第二平面底板的叠放程序。然后切割所述的MCP材料得到理想长度的微通道116。所述的长度为所述微通道116的直径的40-100倍。同样的，所述的切割程序可以以预定的倾斜角度切割所述堆叠的底板111b。
在调整所述次级电子触发层的电阻之后，在所述MCP的切割面上都装上电极，从而完成想得到的MCP产品。
第三实施例替换如第一实施例中控制次级电子触发层115的电阻的方法，一导电层131放置在所述次级电子触发层115下方，从而为次级电子触发层115补充电子。因而，如图6a所示，在通过如第一实施例所得到的第一波形底板111a和第二平面底板114上涂上一层电子导电材料，形成导电层131。然后，在导电层131上面涂上一层次级电子触发材料，从而形成次级电子触发层115。
所述电子导电材料选用导电材料，如金属或氧化铟锡(ITO，indium tin oxide)。另外，所述的次级电子发射材料可以使用SiO2、MgO、Al2O3、ZnO、CaO、SrO、LaO3、MgF2、CaF2、or LiF。
如图6b所示，将涂有电子导电材料和次级电子触发材料的若干第一波形底板111a和若干第二平面底板114相互间隔叠放。然后，利用预定的养护期使次级电子触发材料凝固。将叠放的底板111a和114结合在一起，形成具有若干为通道116的MCP材料。然后，以需要得到的微通道116的长度来切割所述MCP材料。所述的长度为微通道116的直径的40-100倍。同样的，所述的切割程序可以以预定的倾斜角度切割所述堆叠的底板111a和114。在所述MCP的切割面上都装上电极，从而完成想得到的MCP产品。
第四实施例替换如第二实施例中控制次级电子触发层115的电阻的方法，一导电层131放置在所述次级电子触发层115下方，从而为次级电子触发层115补充电子。如图7a所示，在通过如第二实施例所得到的波形底板111b上涂上一层电子导电材料，在所述波形底板111b上形成导电层131。然后，在所述导电层131上涂上一层次级电子触发材料，形成次级电子触发层115。
所述电子导电材料选用导电材料，如金属或氧化铟锡(ITO，indium tin oxide)。另外，所述的次级电子发射材料可以使用SiO2、MgO、Al2O3、ZnO、CaO、SrO、LaO3、MgF2、CaF2、or LiF。
如图7b所示，将若干涂有电子导电材料和次级电子触发材料的波形底板111b顺序叠放，然后，经一养护期使次级电子触发材料凝固。将叠放的波形底板111b结合在一起，形成具有若干微通道116的MCP材料。然后，以需要得到的微通道116的长度来切割所述MCP材料。所述的长度为微通道116的直径的40-100倍。同样的，所述的切割程序可以以预定的倾斜角度切割所述堆叠的底板111a和114。在所述MCP的切割面上都装上电极，从而完成想得到的MCP产品。
如上所述，本发明提供了一种利用波形模具生产MCP的方法和装置，其特征是涂层材料包括涂在波形底板上的次级电子触发材料，然后将若干波形底板叠放，从而能够很容易的得到大面积的MCP，并且降低了MCP的生产成本。
本发明示例性地描述了利用波形模具生产MCP的生产方法，而具有描述性质的术语的使用是为了更好的理解本发明，并不是为了限制本发明。通过以上描述，可得到本发明的更改和变化。因此，在权利要求的范围内，本发明可以作出超出上述实施例描述的变更。
权利要求
1.一种利用波形模具生产微通道面板的方法，包括步骤a.在所述波形模具上放置第一平面底板；b.加热第一平面底板，并在所述第一平面底板下方形成真空状态时，在所述第一平面底板上加上预定的压力，形成两侧均为波形表面的第一波形底板；c.在所述第一波形底板的波形表面上涂上一层次级电子触发材料；d.在第二平面底板两表面上涂上一层次级电子触发材料；以及e.将若干涂有次级电子触发材料的第一波形底板以及第二平面底板间隔叠放成层，形成微通道。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在所述次级电子触发材料中加入氧化铅，所述氧化铅可在氢气环境下减少，以通过减少氧化铅的数量，控制次级电子触发材料的电阻。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在所述第一波形底板和第二底板上涂上一层次级电子触发材料之前，在其两表面上涂上一层电子导电材料。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤以预定倾斜角度切割预定长度的微通道。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的次级电子触发材料为SiO2、MgO、Al2O3、ZnO、CaO、SrO、LaO3、MgF2、CaF2和LiF之中的一种。
6.一种利用波形模具生产微通道面板的方法，包括步骤a.在所述波形模具上放置平面底板；b.加热第一平面底板，并在所述平面底板下方形成真空状态时，在所述平面底板上加上预定的压力，形成一侧面为波形表面的波形底板；c.在所述波形底板的两侧表面上涂上一层次级电子触发材料；以及d.叠放若干涂有次级电子触发材料的波形底板成层，形成微通道。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤在所述次级电子触发材料中加入氧化铅，所述氧化铅可在氢气环境下减少，以通过减少氧化铅的数量，控制次级电子触发材料的电阻。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤在所述波形底板上涂上一层次级电子触发材料之前，在其两表面上涂上一层电子导电材料。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤以预定倾斜角度切割预定长度的微通道。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述的次级电子触发材料为SiO2、MgO、Al2O3、ZnO、CaO、SrO、LaO3、MgF2、CaF2和LiF之中的一种。
11.一种生产微通道面板的模具装置，包括若干第一薄板、若干高度较第一薄板低的第二薄板；所述第一薄板和第二薄板间隔排列，形成具有波形表面的模具装置，并且每一第二薄板具有空气通道，使得能够在所述模具装置波形表面的凹处形成真空状态；以及将第一薄板和第二薄板固定的固定装置。
12.根据权利要求11所述的模具装置，其中，所述每一第二薄板由可以形成空气通道的多孔材料做成。
13.根据权利要求11所述的模具装置，其中每一第二薄板与所述第一薄板接合处部分表面经粗糙化处理，形成空气通道。
14.根据权利要求11所述的模具装置，其中在每一所述的第一薄板和第二薄板上开设有通孔，并在所述第二薄板上开设有与所述通孔连接的沟槽，从而所述沟槽与所述通孔组合形成空气通道。
15.根据权利要求11所述的模具装置，其中所述的固定装置包括设置在间隔排列的第一薄板和第二薄板末端的支撑块、穿设在所述间隔排列的第一薄板和第二薄板以及所述支撑块的螺丝，以及锁紧所述螺丝的螺母。
全文摘要
本发明揭露了一种利用波形模具生产微通道面板(MCP)的方法和装置，其特征是，每一由波形模具制成的波形底板上涂有次级电子触发物质，然后堆叠波形底板。所述的MCP生产方法包括在所述波形模具上放置第一平面底板，利用真空成型得到两侧表面均为波形的第一波形底板，在所述的第一波形底板和第二平面底板两表面均涂上一层次级电子触发物质，然后将涂有次级电子触发物质的第一波形底板和第二平面底板间隔叠放，形成微通道。利用本发明的方法和装置，可以容易的生产出大面积的MCP，并且能够降低生产MCP的成本。
文档编号B05D5/12GK1514459SQ20031012413
公开日2004年7月21日 申请日期2003年12月17日 优先权日2002年12月18日
发明者李大吉, 金布镇, 李鹤求 申请人:韩国科学技术院