[发明专利]一种大面积厚GEM的制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及气体电子倍增器技术领域，具体是指一种大面积厚GEM的制作工艺。 

背景技术

厚型气体电子倍增器（Thick Gaseous Electron Multiplier，THGEM, 以下称厚GEM）是在以色列的物理学家A. Breskin于2004年在传统气体电子倍增器基础上提出的一种新型微结构气体探测器。其特点是利用工业的PCB加工技术，在0.1～1.0mm的PCB板上通过机械钻孔形成密集均匀的微孔阵列，且PCB板上、下表面覆导电金属层（铜）。由于微孔结构的存在，当在上、下两平面电极附加一定电压差时，就能够在通孔内形成很强的电场。将探测器置于工作气体后，电离电子进入通孔内，在强电场的作用下即发生气体的雪崩倍增过程，从而实现信号的放大和物理过程的探测。厚GEM结构简单、成本低、增益高、结实耐用，计数率高，在粒子物理和辐射成像等领域具有广阔的应用前景。 

国内外制作厚GEM有四种不同的工艺，都是通过机械钻孔形成孔阵列，通过化学腐蚀形成绝缘环，只是在工艺顺序和细节处理上有所差异。随着厚GEM性能的不断提高和技术的不断成熟，推广其实际应用成了主要的目标。然而，实际应用的前提是能够制作较大的尺寸，如>=200*200mm^2。大面积意味着钻孔数目高达数十万，甚至上百万。采用机械钻孔的加工方式每分钟仅能完成数百个孔，要实现大面积厚GEM的制作不仅要求连续钻孔时间极长（如>24h），而且需要更换大量钻头以保证钻孔质量，更换频率约为2000孔/头，如此在钻孔过程中也将造成相当大的物耗成本。此外，当孔间距要求≤0.5mm时，钻孔的精度要求会显著提高，而常规的工业化设备定位精度有限，无法满足加工需求，需要采用精密的数控钻床进行加工，这进一步形成了大面积制作效率低、成本高和实际应用批量生产需求之间的瓶颈。 

因此，发展一种高效率、高精度和成本适宜的厚GEM制作技术成为推动其实际大规模应用的关键。 

发明内容

本发明针对目前传统的气体电子倍增器在加工中存在的加工难度大的问题，提供一种大面积厚GEM的制作工艺，具有成本低廉、加工精度高和生产周期短的优点。 

本发明可以通过以下技术方案来实现： 

一种大面积厚GEM的制作工艺，包括以下步骤：

第一步、阻焊层覆盖，对基板进行双面绿油印制，在基板的双面覆盖阻焊层；

第二步、激光开窗，根据大面积厚GEM的分布要求，在第一步所得的覆盖有阻焊层的基板上采用激光对孔环位进行阻焊开窗，形成通孔的激光窗位

第三步、绝缘环加工，把第二步所得激光开窗处理后的基板先采用等离子清洗工艺去除激光开窗后残余铜面的保护膜，然后侧蚀方式精确蚀刻绝缘环，完成激光窗位的二次蚀刻规整限位。得到激光窗位的绝缘环；

第四步、通孔成型，调节激光发生器激光照射方向对准经过第三步二次蚀刻规整限位处理的绝缘环的圆心对齐定位，从基板的双面同时进行激光钻孔通孔成型，在基板上均匀形成与绝缘环高同心度高的激光通孔；

第五步、阻焊层消褪处理，把经过第四步通孔成型处理的基板进行阻焊层消褪处理，去除基板通孔成型后残余的阻焊层。

在第二步中的激光开窗和第四步中采用激光通孔成型，充分发挥激光发生器的对位精度高的特点，可以使制板的重复定位精准度达±5um，最终得到与绝缘环高同心度激光通孔，第三步采用等离子清洗和侧蚀方式，有效保证了绝缘环内部的规整程度，有效保证激光照射绝缘环圆心的同心效果。第四步通孔成型采用通孔采用激光双面加工，可得到高真圆度通孔孔型，且孔径尺寸偏差可以有效降低。 

进一步地，第三步所述等离子清洗工艺使用的清洗介质为四氟化碳和氧气的混合气，所述混合气的体积配比四氟化碳：氧气为5:2，有效清除阻焊层覆盖后在基板铜面残留的氧化层，确保绝缘环的侧蚀的蚀刻效果。 

进一步地，第一步所述的阻焊层覆盖包括阻焊前处理、阻焊印刷和阻焊固化步骤，有效保证了阻焊层的结合效果。 

进一步地，第一步阻焊层覆盖所用的基板是以铜箔为原材料通过开料、棕化和叠板压合步骤加工形成的。为了保证后续阻焊层覆盖的效果，在进行叠板压合时要注意铜箔反压毛面向外以降低铜牙放电对阻焊层结合效果的破坏，必要时还需要在压合后进行砂带磨板削除表面铜牙。 

进一步地，完成第五步阻焊层消褪处理的基板还包括后处理工序，所述后处理工序包括喷砂、外层线路制造、图电金和耐高压测试，最终获得成品。