一种微结构气体探测器的支撑结构及其制备方法与流程

本发明涉及微结构气体探测器领域，尤其涉及一种微结构气体探测器的支撑结构及其制备方法。

背景技术：

常用的微结构气体探测器micromegas中，其放大结构由不锈钢丝网与读出阳极组成，二者之间利用支撑结构形成气隙，不锈钢丝网与阳极之间气隙的大小及均一性对探测器放大倍数有着直接的影响。

现有技术中，采用的方式是将阳极电路板、两层具有感光能力的感光膜(单层厚度为64um)通过辊压的方式压合为一体，继而采用光刻蚀技术将感光膜制成直径为300um，间距为2mm的支撑柱。然后，将具有一定张力的不锈钢丝网放置在支撑垫片表面，凭借丝网与阳极间的静电吸引力将丝网吸附在垫片表面。因此，读出阳极与不锈钢丝网间便形成128um的均匀气隙。但是，该技术方案制作而成的“悬浮丝网”(虚接)micromegas探测器性能并不稳定。探测器丝网的支撑柱间距很近，支撑密度高，采用曝光和刻蚀方法将面临探测器难清洁的问题，特别是大面积探测器。与此同时，电路板上的支撑柱容易脱落，造成对应区域没有支撑，加之浮动丝网张力并不高(15n/cm)，容易产生打火放电。在采用激光加工垫片之前，垫片的摆放是通过手动逐个摆放完成的；对于大面积探测器，不锈钢丝网与阳极间的支撑垫片间距保持不变，垫片数量大幅增多，加工难度大幅增加，影响探测器的质量和批量制作效率、精度，不利于大面积探测器制作。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对于上述技术问题，本发明提出一种微结构气体探测器的支撑结构及其制备方法，用于解决不锈钢丝网与阳极间的虚接造成的探测器打火放电以及加工过程中难度高、效率低、精度低的问题。

(二)技术方案

本发明一方面提出一种微结构气体探测器支撑结构的制备方法，包括：s1，设置激光切割参数，参数包括切割间距、切割尺寸及切割图形；s2，根据参数对黏附在离型纸2上的热熔胶膜1进行激光切割，切割至完全切透热熔胶膜1但不切到离型纸2，形成带有边框6的支撑垫片5阵列；s3，将带有边框6的支撑垫片5阵列的热熔胶膜1一面与微结构气体探测器的读出阳极板3紧贴，使用平板热压从离型纸一面施加压力热压，形成支撑结构；s4，将微结构气体探测器的不锈钢丝网7置于支撑结构上并热压，使得读出阳极板3与不锈钢丝网7实接。

可选地，在步骤s2中，切割间距不超过1cm*1cm。

可选地，在步骤s2中，切割尺寸为直径不超过1mm。

可选地，在步骤s1之前还包括：s0，将黏附在离型纸2上的热熔胶膜1压平；

可选地，读出阳极板3与不锈钢丝网7实接间距为百微米级。

可选地，在步骤s3中，使用胶带沿离型纸2边缘将带有边框6的支撑垫片5阵列的热熔胶膜1一面与微结构气体探测器的读出阳极板3固定。

本发明另一方面提供一种微结构气体探测器的支撑结构，支撑结构为热熔胶膜1构成的支撑垫片5阵列，每个支撑垫片5包括：第一胶层101、衬底层102及第二胶层103；衬底层102形成在第一胶层101与第二胶层103之间，第一胶层101渗透至微结构气体探测器的不锈钢丝网7的网孔内，第二胶层103浸润至微结构气体探测器的读出阳极板3。

可选地，每个支撑垫片5的直径不超过1mm。

可选地，读出阳极板3与不锈钢丝网7实接间距为百微米级。

可选地，第一胶层101与第二胶层103在预设温度值以上释放黏性。

(三)有益效果

本发明提出一种微结构气体探测器的支撑结构及其制备方法，有益效果为：

1、采用热熔胶膜作为微结构气体探测器的支撑结构，使得探测器不锈钢丝网与支撑垫片实现实在连接，有效避免因为虚接造成的探测器打火放电情况，增加了探测器稳定性。

2、将激光切割方式应用于制作热熔胶膜垫片的阵列及边框，提升了加工精度，减小垫片数量，减少支撑垫片缺陷的几率，可实现更小间距、更小直径的垫片阵列的加工，且加工速度快，效率高。

3、使用平板热压的方式对热熔胶膜垫片阵列与边框进行预热压，避免了人工摆放垫片，提高了垫片摆放效率及精度。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例微结构气体探测器的支撑结构的制备方法流程图。

图2示意性示出了本发明实施例未加工的热熔胶膜1与离型纸2剖面结构示意图。

图3示意性示出了本发明实施例未切割的热熔胶膜1与切割并将多余热熔胶膜1剥离后的支撑垫片5阵列及边框6的结构示意图。

图4示意性示出了本发明实施例离型纸2覆盖读出阳极板3表面的示意图。

图5示意性示出了本发明实施例平板热压示意图。

图6示意性示出了本发明实施例读出阳极板3支撑垫片5阵列的摆布示意图。

图7示意性示出了本发明实施例平板热压热熔胶膜1的初始状态示意图。

图8示意性示出了本发明实施例微结构气体探测器的支撑结构连接读出阳极板3与不锈钢丝网7的示意图。

【附图标记】

1-热熔胶膜

101-第一胶层102-衬底层103-第二胶层

2-离型纸

3-读出阳极板

4-热压板

5-支撑垫片

6-边框

7-不锈钢丝网

f-压力方向

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出一种微结构气体探测器的支撑结构的制备方法，其具体流程如图1所示，包括：

s0，将黏附在离型纸2上的热熔胶膜1压平。

在本发明一实施例中，使用的热熔胶膜1黏附在硅胶离型纸2上并呈卷轴状，因此，在激光切割之前，首先，根据需要将热熔胶膜1切割成小块并通过施加压力将其压平，如图2所示。其次，使用胶带将黏附有热熔胶膜1的离型纸2固定在激光切割平台上。固定时，热熔胶膜1在上，靠近激光器出光口；离型纸2在下，远离激光器出光口。其中，将热熔胶膜1压平的原因在于防止热熔胶膜1及离型纸2表面不平整从而导致激光器聚焦透镜聚焦不准确，从而发生过切或者切割不充分现象。

s1，设置激光切割参数，参数包括切割间距、切割尺寸及切割图形。

在激光器控制软件上设置切割参数，其中，切割间距不超过1cm*1cm，切割尺寸为直径不超过1mm，切割图形设置为圆形。在本发明一实施例中，根据探测器制作需要，切割图形设置为间距1cm*1cm，直径1mm的圆形阵列，以及在阵列周围排布的方形镂空边框结构(尺寸视需要而定)。

s2，根据参数对黏附在离型纸2上的热熔胶膜1进行激光切割，切割至完全切透热熔胶膜1但不切到离型纸2，形成带有边框6的支撑垫片5阵列。

根据激光器参数，使得激光器处在恰好切透热熔胶膜1而不切到硅胶离型纸2的状态(如若切到离型纸2，纸屑在后续平板热压后可能不能被剥离；如果切割不足，支撑垫片5将不能被完整剥离)。切割完毕后，将多余的热熔胶膜1剥离，剩余支撑垫片5阵列、边框6依靠自身粘性留在离型纸2表面，以待热压使用。切割前后的热熔胶膜1如图3所示，其中，左图为未切割的热熔胶膜1，右图为切割后并将多余热熔胶膜1剥离后的支撑垫片5阵列及边框6的结构示意图。

依靠热熔胶膜1自身与离型纸2的粘附性并不能保证所需支撑垫片5全部保留在硅胶离型纸2表面，这与激光切割的效果有关；若激光切割深度过大，将切到离型纸2留下纸屑，如前文所述；若切割深度小，热熔胶膜1不能被完全切透，不能与多余热熔胶膜1部分脱离。经过调整激光器参数，支撑垫片5可以保留在离型纸2上。

上述激光切割技术帮助实现了支撑垫片5阵列、边框6加工的机械化，阵列加工可以实现1cm*1cm间距、直径1mm，且借助机械平台的高移动精度以及激光切割的高加工精度，减小垫片数量，减少支撑垫片5缺陷的几率，使得加工更小间距、更小直径的支撑垫片5阵列成为可能；并且，机械平台的移动速度及激光切割的速度快，支撑垫片5阵列加工能够高效完成，更省时。

s3，将带有边框的支撑垫片5阵列的热熔胶膜1一面与微结构气体探测器的读出阳极板3紧贴，使用热压板4从离型纸2一面施加压力热压，形成支撑结构。

支撑垫片5阵列依靠自身粘性保留在离型纸2表面，将离型纸2翻转，离型纸2在上远离读出阳极电路板3，热熔胶膜1在下与读出阳极电路板3直接接触，使用高温胶带沿离型纸2边缘将其粘贴在读出阳极电路板3表面；如图4所示，将离型纸2翻转覆到读出阳极电路板3表面，灰白色为上层离型纸2，虚线圆圈表示下层支撑垫片5阵列。最后，使用热压板4从离型纸2一面施加压力热压，如图5所示，当热熔胶膜1在被加热到一定温度后(随产品型号及胶的类型不同)，热熔胶膜1表面的第一胶层101开始释放黏性，开始浸润到读出阳极板3上，当温度达到最佳熔化温度时，热熔胶膜1的第一胶层101粘性得到充分释放，胶层的流动性达到最大，浸润读出阳极板3达到最佳效果。在此之后，停止对热熔胶膜1加热，使其降到室温，第一胶层101在降温过程中逐渐固化，恢复到半固化状态。

s4，将微结构气体探测器的不锈钢丝网7置于支撑结构上并热压，使得读出阳极板3与不锈钢丝网7实接。

热熔胶膜1降至室温后，将离型纸2剥离；热熔胶膜1预压在读出阳极电路板3上，如图6所示。支撑垫片5、边框6预热压完毕。

将带有张力的不锈钢丝网7放置到支撑垫片5阵列上表面，使用辊压机对不锈钢丝网7进行热压，热熔胶膜1表面的第二胶层103开始释放黏性，向不锈钢丝网7的网孔内渗透当温度达到最佳熔化温度时，热熔胶膜的第二胶层103粘性得到充分释放，第二胶层103的流动性达到最大，渗透不锈钢丝网7达到最佳效果。在此之后，停止对热熔胶膜1加热，使其降到室温，胶层在降温过程中逐渐固化，恢复到半固化状态，冷却至室温后切除多余不锈钢丝网。由此，热熔胶膜1将不锈钢丝网7粘接在读出阳极板3上。

在步骤s4及s5中，热压初始状态如图7所示，热压完成后的状态如图8所示，热熔胶膜1的第一胶层101透过不锈钢丝网7网孔，第二胶层103厚度减小。依靠热熔胶膜1自身的离型纸2，结合平台热压的方式，实现了从单体手动垫片摆放到支撑垫片阵列5与边框6的一体热压的转变，避免了人工摆放垫片，提高了垫片摆放效率及精度。该机械化垫片摆放方式尤其适用于大面积探测器中大量热熔胶膜垫片摆放情形。同时，通过上述方法制备的支撑结构，采用不小于10mm的支撑间距，在不增加支撑面积比率(＜1％)的条件下，减小垫片数量，减少支撑垫片缺陷的几率，同时较大的支撑间距有利于探测器灵敏区的清洁清洗。

本发明实施例提出一种微结构气体探测器的支撑结构，该支撑结构为热熔胶膜1构成的支撑垫片5阵列。如图8所示，每个支撑垫片5包括：

第一胶层101、衬底层102及第二胶层103，衬底层102形成在第一胶层101与第二胶层103之间，第一胶层101渗透至微结构气体探测器的不锈钢丝网7的网孔内，第二胶层103浸润至微结构气体探测器的读出阳极板3。

其中，每个支撑垫片5的直径不超过1mm。第一胶层101与第二胶层103的厚度可相同，也可不同，具体根据实际需求而定，第一胶层101与第二胶层103在预设温度值以上释放黏性，浸润到读出阳极板3上，渗透至不锈钢丝网7的网孔内。读出阳极板3与不锈钢丝网7实接间距为百微米级。

该种支撑结构，使得探测器不锈钢丝网7与读出阳极板3实现实在连接，有效避免因为虚接造成的探测器打火放电情况，增加了探测器稳定性。该种支撑结构不仅可应用到微网格气体探测器(micro-meshgaseousstructure，micromegas)探测器的制作中，也可以应用于其它微结构探测器作为放大结构的支撑结构，如气体电子倍增器(gaselectronmultiplier，gem)、厚气体电子倍增器(gaselectronmultiplier，thgem)等。

综上所述，本发明实施例提出一种微结构气体探测器的支撑结构及其制备方法，采用热熔胶膜作为微结构气体探测器的支撑结构，使得探测器不锈钢丝网与支撑垫片实现实在连接，有效避免因为虚接造成的探测器打火放电情况，增加了探测器稳定性。将激光切割方式应用于制作热熔胶膜垫片的阵列及边框，提升了加工精度，减小垫片数量，减少支撑垫片缺陷的几率，可实现更小间距、更小直径的垫片阵列的加工，且加工速度快，效率高。使用平板热压的方式对热熔胶膜垫片阵列与边框进行预热压，避免了人工摆放垫片，提高了垫片摆放效率及精度。该方法尤其适用于大面积探测器的批量制作。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。