Задание
Спроектировать технологический процесс изготовления катодо-люминисцентного индикатора ИВ-2 и ИВ-3.
1. Найти внешний вид и конструкцию прибора. Понять принцип действия прибора.
. Составить технологическую цепочку изготовления прибора
. Определиться со способом проведения каждой операции (технологический режим, химические среды, время обработки, температуры и т.д.)
. Определить возможные браки на каждой операции(исправимый, неисправимый, где исправляется?)
. Получить у преподавателя данные для материального расчета.
. Выполнить материальные расчеты деталей и заготовок прибора.
. Составить ведомость технического оборудования. Вид этой ведомости.
1. Внешний вид и конструкция прибора. Принцип действия
Вакуумные индикаторные люминесцентные лампы ИВ-2 и ИВ-3:
Предназначены для визуального отображения арабских цифр 0 — 9 и запятой. Состоят из десяти анодов, покрытых люминофором и расположенных в одной плоскости. Цвет свечения — зеленый. Катод — прямого накала, оксидный. Оформлена в стеклянный сверхминиатюрный баллон, индикация — через боковую поверхность.
Конструкция прибора Внешний вид ИВ -2.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Конструкция прибора Внешний вид ИВ -3.
1.1 Основные параметры
Подключение выводов для формирования цифр и знаков
катодолюминесцентный индикаторный лампа 1.2 Основные электрические параметры люминесцентных вакуумных индикаторов ИВ — 2 и ИВ — 3.
1.3 Условия эксплуатации
1.4 Рекомендации по применению
2. Технологическая схема изготовления катодолюминесцентного индикатора ИВ — 2 и ИВ — 3
3. Способ проведения каждой операции
3.1 Изготовление анодной платы
3.1.1 Резка керамической подложки на заготовки Алмазным резцом, метод скрайбирования (наносятся царапины, а далее по ним ломается материал). Разлом осуществляется валиком на мягкой подложке.
3.1.2 Получение сегментов и отверстий для выводов Сегменты и отверстие для выводов осуществляется методом фрезеровки.
3.1.3 Химическая очистка Химическая очистка керамических деталей производятся травлением 1-2% растворе HF, далее обезжиривание KOH+ПАВ, Т не более 70°С. Помывка осуществляется в H2O либо H2O2+NH3. Сушка теплым воздухом.
3.1.4 Нанесение токопроводящего покрытия Нанесение графического покрытия (методом трафаретной печати для получения токопроводящих дорожек). Метод заключается в продавливании пасты соответствующего состава через трафарет на подложку, когда ракель приближается к сегменту, трафарет прогибается и приходит в соприкосновение с подложкой.
3.1.5 Высушивание и выжигание пасты Высушивания графического покрытия производиться на воздухе. Выжигание проводят в 2 этапа с целью удаления органической связки в окислительной атмосфере. этап: 300-400°С (разлагается органическая связка, образуется оксиды, удаляется органика). этап: 450-800°С (выжигание пасты, полное удаление органики).
3.1.6 Нанесение люминофорной пасты Так как при изготовление анодной платы данного индикатора используют толстопленочную технологию, то в толстопленочных технологиях подобные пасты (покрытия) наносятся выше указанным методом трафаретной печати.
3.1.7 Высушивание люминофорной пасты
Высушивания люминофорной пасты производится в атмосфере при комнатной температуре.
3.2 Изготовление катода 3.2.1 Колибровка по диаметру проволоки
В качестве колибровки по диаметру я выбрал метод Волочение. Метод заключается в том, что процесс деформации металла путем протягивания проволоки под действием внешней силы через отверстие, сечение которого меньше первоначального сечения заготовки. Проволоку нагревают, смазывают, конец заостряют для уменьшения трения и протягивают через фильеру. Колибровка обеспечивает равномерность диаметра по длине проволоки и следовательно, постоянство тока накала и температуру катода.
3.2.2 Термическая обработка проволоки
При термической обработке проволоки, применяется метод отжига в среде влажного водорода. При отжиге во влажном водороде происходят те же физико-химические процессы (удаление вакансий, рекристаллизация ), что и при отжиге в любой среде, и дополнительно протекают окислительно-восстановительные процессы на поверхности и в толще проволоки.
В отличие от других газов и паров водород имеет очень высокий коэффициент диффузии: по этому, после обработки, оставшиеся водород легко удаляется из деталей в процессе их обезгаживания при вакуумной обработке прибора.
3.2.3 Химическая обработка проволоки
Очищаемую проволоку присоединяют к катоду, которая погружена а в ванну с раствором. Для электрохимического обезжиривания обычно применяют растворы едкого калия, соды, тринатрийфосфата и ПАВ.
В основе электрохимической очистки лежат процессы электролитической диссоциации и электролиза.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
В растворе кислоты и щелочи имеются положительные ионы водорода Н1+ и отрицательные ионы гидрооксида ОН1-, образовавшиеся в результате диссоциации молекул воды. Под действием электрического поля в растворе кислоты или щелочи протекает процесс электролиза. Положительные ионы водорода движутся к катоду, превращаются на нем в нейтральные молекулы и выделяются в виде пузырьков газообразного кислорода. Газообразные пузырьки водорода или кислорода механически сбивают и удаляют загрязнения или оксиды, лежащие на поверхности проволоки. Кроме того сам раствор, служащий электролитом, вступает в химические реакции с загрязнениями ( как и при обычных способах обезжиривания и травления ) и удаляет их с поверхности проволоки. Затем проволоку промывают в проточной воде и отправляют на след операции.
3.2.4 Приготовление карбонатной суспензии
Эмитирующим веществом катодов являются оксиды щелочноземельных металлов и чистый барий. Так как эти вещества обладают очень высокой химической активностью, на атмосферном воздухе они крайне неустойчивы и вступают в химическую взаимодействию с парами воды и углекислыми газом. По этому на керны катодов наносят не оксиды а суспензию карбонатов щелочноземельных металлов.
Для изготовления карбонатного покрытия применяются твердые растворы (смешанные кристаллы) карбонатов бария, стронция, и кальции.
Карбонаты стронция (SrCO3) и кальция (CaСO3) при нагревании в вакууме легко разлагаются и образуют тугоплавкие оксиды SrO и CaO, которые препятствуют спеканию оксидного слоя, повышают пористость и шероховатость, снижают коэффициент излучения и скорость испарения активного вещества катода. Это способствует повышению его рабочей температуры.
Карбонаты щелочноземельных металлов получают путем смешивания раствора азотно-кислых солей бария, стронция, кальция с раствором углекислого натрия или аммония:
{Ba, Sr Ca} (NO3)2 + Na2CO3 → ↓ {Ba, Sr, Ca} CO3 + 2NaNO3.
При низких температурах осаждения образуются мелкие кристаллы сферической формы, а при высоких — крупные кристаллы игольчатой формы. Размер и форма кристаллов карбонатов определяет плотность или шероховатость эмиссионного покрытия. Кристаллы игольчатой формы обладают лучшими эмиссионными свойствами и образуют шероховатое покрытие. Однако повышенная шероховатость может быть причиной разрушения катодов вследствие возникновения высоких напряженностей поля на выступающих остриях покрытия. Для гладких и плотных покрытий используют мелкозернистые карбонаты со сферической структурой, дающие более плотную упаковку. Гладкие оксидные покрытия используются в малошумящих лампах, приборах СВЧ, в потенциалоскопах, высоковольтных ЭЛТ.
3.2.5 Нанесение оксидной покрытий
Так как у нас катод прямонакальный, оксидную покрытию наносим методом катафореза. Этим методом получают карбонатные покрытия высокой плотности (до 3 г/см3). В карбонатной суспензии на границе раздела карбонат — жидкая фаза ( смесь растворителей) происходит частичное растворение карбонатов и образование положительных ионов бария, стронция и кальция (Ba2+, Sr2+, Са2+). Эти ионы адсорбируются на частицах карбонатов, придают им положительный заряд и заставляют двигаться к отрицательному электроду где подключена наша керн и осаждаются на него.
Методом катафореза можно получать плотные гладкие однородные покрытия. Биндер служит не только связующим веществом но и стабилизатором катафорезной суспензии, он способствует повышению механической прочности покрытия.
В виду того, что процесс катафореза сопровождается побочным процессом электролиза, на катоде выделяется водород, в результате этого ухудшается прочность сцепления карбонатного покрытия с поверхностью керна катода. Уменьшить газовыделение можно путем импульсной подачи напряжения между катодом и анодом с кратковременной переменно полярности. Частицы карбонатов в десятки тысяч раз тяжелее отдельных ионов. При перемене на короткий промежуток времени потенциала они не изменяют направления своего движение, в то время как концентрация водорода у поверхности катода резко уменьшается. Для уменьшения интенсивности вредного процесса электролиза следует применять высокоомные суспензии, имеющие удельную электропроводность не более 10-8 Ом-1 ∙ см-1.
3.2.6 Сушка
Нанесенную оксидную покрытию сушат в электрическом шкафу при 150 — 250оС. Во время сушки удаляется влага, легколетучие органические загрязнения, а также происходить разложение образовавшихся при осаждении бикарбонатов:
Ba(HCO3)2 ↔BaCO3 + H2O + CO2
Карбонаты, применяемые для изготовления плотных покрытий, дополнительно прокаливают при 480оС. Это предотвращает растрескивание покрытий в процессе вакуумной обработки катода, вызываемое структурными изменениями и усадкой непрокаленного карбоната в вакууме.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
3.3 Изготовление сетки 3.3.1 Фотохимическая штамповка
В основе метода фотохимической штамповки лежит известный метод фотолитографии, которая основана на использовании необратимых фотохимических явлений, происходящих в нанесенном на подложки слое фоторезиста при его обработке ультрафиолетовым излучением через фотошаблон. 3.3.2 Нанесение фоточувствительного слоя
В настоящее время для нанесения фоторезиста наиболее широко применяется метод центрифугирования, так как при сравнительно несложном оборудовании он позволяет создавать слои с неравномерностью толщины по площади подложки в пределах ±10%. Используем позитивный фоторезист марки ФП-9120-1. Предназначены для применения в фотолитографических процессах контактного и проекционного экспонирования в производстве интегральных схем, полупроводниковых приборов. Фоторезисты серии ФП-9120 являются аналогами по применению фоторезистов ФП-383, ФП-10, ФП-051Ку, Microposit S1813 G2. Возможен выпуск любой модификации, обеспечивающей толщину пленок от 0,5 до 3,5 мкм и окрашенных форм ФП-9120-2-К, ФП-9120-Ш. Скорость вращения 3000 об/мин, время вращения центрифуги 60 с.
3.3.3 Сушка
Операцией, завершающей формирование слоя фоторезиста, является сушка. Первоначальная сушка — отвердение пленки происходит непосредственно в процессе ее нанесения. Для окончательного удаления растворителя из слоя фоторезиста его просушивают. При этом уплотняется молекулярная структура слоя, уменьшаются внутренние напряжения, и повышается адгезия к подложке. Неполное удаление растворителя из слоя фоторезиста снижает его кислотостойкость. Для удаления растворителя подложки нагревают до температуры, примерно равной 97±3 °С в течение 40 мин. Используют конвекционную сушку.
3.3.4 Совмещения и Экспонирования
Совмещение и экспонирование являются наиболее ответственными операциями процесса фотолитографии. Точность полученного в процессе фотолитографии топологического рисунка в первую очередь определяется прецизионностью процесса совмещения. Передача изображения с фотошаблона на подложку должна выполняться с точностью до десятых долей минимального размера элемента, поэтому процессы совмещения и экспонирования проводят на одном рабочем месте одновременно на одной установке, не допуская даже малой вибрации фотошаблона и подложки. Время совмещения и экспонирования составляет 1-2 мин.
3.3.5 Проявление рисунка
Проявление заключается в удалении в зависимости от использованного типа фоторезиста экспонированных или неэкспонированных участков, в результате чего на поверхности подложек остается защитный рельеф — фоторезистивная маска требуемой конфигурации. Для проявления позитивных фоторезистов используют слабые водные и водно-глицериновые растворы щелочей: 0.6 %-ный водный раствор КОН. Время проявления 30-60 сек.
3.3.6 Задубливание
Задубливание осуществляют термическим способом. Задубливание при 120 0С в течение 20 мин.
3.3.7 Травление (Ni)
Для травление Ni-листа используем метод плазмохимического травления
3.3.8 Удаление задубленного фоточувствительного слоя
Удаление защитного рельефа можно осуществить следующими способами: механическим, химическим, термическим и плазменным. Способ удаления фоторезиста должен обеспечивать не только быстрое и качественное удаление, но и не оказывать влияния на размещенные тонкопленочные электроды. Пленка удаляется обработкой в нагретом до (60-80) °С, N-диметилформамиде или в смеси его с 5% триэтаноламином.
3.4 Изготовление плоской ножки прибора
Плоской ножной называется конструктивный элемент, через который осуществляется электрическая связь внутренних электродов прибора с элементами внешней электрической схемы.
Заготовками для штамповки плоских ножек является металлические вводы, стеклянные бусы или кольца и стеклянный штеньгель.
Плоские ножки изготовляют на стационарных прессах или полуавтоматических многопозиционных карусельных машинах. Во всех случаях заготовки загружают в матрицу пресс-формы. Стекло нагревается пламенем горелки до пластического состояния, затем его штампуют в закрытой пресс-форме, нижним формующим инструментом которой является матрица, а верхним — пуансон ( при этом матрица и пуансон синхронно вращаются вокруг своей оси).
3.5 Экранирующий электрод
3.5.1 Вырубка
Вырубка — операция получения плоских деталей отделением материала от заготовки по замкнутому контуру.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
.5.2 Пробивка
Пробивка — операция получения различных по форме и размерам отверстий.
3.6 Изготовление стеклянного баллона индикатора 3.6.1 Выдувание колбы из жидкой стекломассы
Механизированное изготовление стеклянных колб электровакуумных приборов производится путем: выдуванием колб из жидкой стекломассы на специальных высокопроизводительных колбовыдувных автоматах. Колбы, полученные этим методом подвергаются в отдельных случаях ряду дополнительных операций. Колбы этого типа должны иметь весьма точный размер по внутреннему диаметру. Это достигается их калибровкой. К колбам после операции калибровки приваривается штенгель, через, который впоследствии осуществляется откачка воздуха.
Автоматическое выдувание производится на колбовыдувном автомате ВК- 24, представляющим собой вращающеюся карусель с 24- выдувными трубками и вращающимися фирмами.
Всасывающая головка вакуумного питателя под действием вакуума отбирает каплю стекла из стекловаренной печи. Излишек стекломассы обрезается ножом и капле стекла придается форма баночки. Затем салазки вакуумного питателя перемещаются по наклонной направляющей к колбовыдувной машине. При этом всасывающая головка с набранной стекломассой- баночкой устанавливается над мундштуком- формой одной из позиций автомата. В это время воздушно- вакуумный клапан перекрывает линию вакуума и открывает доступ сжатого воздуха в наборную головку. Сжатый воздух выталкивает стекломассу — баночку из наборной головки, и она попадает в мундштук-форму. Поддув воздуха в мундштуки и вращение мундштуков и карусели способствуют формованию изделия из стекломассы и приданию ей требуемой формы Химическая очистка стекла
С целью обезжиривания стеклянный баллон опускаем в 5%-ный водный раствор перекиси водорода (Н2О2), добавив достаточное количество аммиачного водного раствора (NH4OH), чтобы довести рН до 11.
Если на баллоне есть металлические налеты, то обрабатываем в растворе муравьиной кислоты, пероксида водорода и аммиака в соотношении (1:1:1)
После обезжиривания деталь промываем в дистиллированной воде, затем можем промыть в ацетоне для более быстрого высыхания.
3.7 Сборка
Все детали лампы отправляются на сборку, после чего происходит заварка ножки с колбой.
Анод, катод, экран крепятся на слюдяном изоляторе с помощью ушек. Газопоглотитель крепится на наружной стороне экрана, методом точечной сварки. Внутренняя арматура и выводы также крепятся с помощью точечной сварки и проволоки. 3.8 Заварка
Заваркой называется операция окончательной оболочки ЭВП перед ее вакуумной обработкой. Заварка ножки — операция герметичного соединения сборочной ножки с колбой. После заварки образуется оболочка электровакуумного прибора, внутри которой находится арматура. В нашем случае используем заварку газовым пламенем. Сначала размягчим стекло ножки и колбы в месте заварки. Колбу обогреваем мягким газовым пламенем, затем жестким огнем газовоздушных или газокислородных горелок. Под действием собственной массы и сил поверхностного натяжения размягченный шов в течение секунд принимает требуемую форму. Качество и форма шва сильно зависит от направления и интенсивности пламени горелки. В процессе заварки жесткое газокислородные пламя должно быть направленно по касательной к окружности ножки, тогда уменьшается вероятность перегрева и окисления деталей арматуры прибора и предотвращается проникновение внутрь прибора водяных паров, образующихся при сгорании газа. Детали арматуры не должны соприкасаться с газовым пламенем.
3.9 ВТО
Вакуумная обработка прибора служит для создания в приборе высокого вакуума, обеспечения условий, исключающих ухудшение вакуума в процессе хранения и эксплуатации прибора, и придания катоду способности эмитировать электроны. На первом этапе вакуумной обработки происходит откачка атмосферного воздуха из объема прибора и из вакуумной системы. На втором этапе вакуумной обработки происходит обезгаживание оболочки, покрытий и арматуры прибора. На третьем этапе вакуумной обработки продолжается удаление газов и паров из деталей и объема прибора, снижается суммарное давление остаточных газов в приборе. 3.10 Тренировка прибора
Тренировкой называется заключительная технологическая операция изготовления прибора, когда между электродами подают напряжения, обеспечивающие улучшение и стабилизацию параметров, повышение надежности и долговечности прибора.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Тренировка обычно состоит из нескольких этапов. Первый этап — стабилизация параметров и характеристик прибора. Катод нагревают до температуры на 10 — 20% выше рабочей температуры, а на электроды прибора подаются экспериментально подобранные положительные относительно катода потенциалы. При этом происходит интенсивный отбор с катода, вызывающий электронную бомбардировку электродов прибора и их обезгаживание; диссоциацию и ионизацию молекул остаточных газов быстролетящими электронами.
Процесс превращения нейтральных молекул остаточных газов в ионы и диссоциированные атомы с последующим поглощением их газопоглотителем, сопровождающийся улучшением вакуума в приборе, называется жестчением остаточных газов. Жестчение остаточных газов приводит к повышению вакуума в приборе практически на один два порядка.
Иногда применяют этап — активный прогон приборов при подаче на электроды предельно допустимых рабочих напряжений. Это позволяет провести окончательную стабилизацию параметров и характеристик приборов и отбраковать потенциально ненадежные приборы.
4. Расчет материального баланса
Анодная плата
Катод
Сетка
Плоская ножка