用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法技术

本公开提供了一种用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法，包括以下步骤：备好读出阳极板；制作热熔胶膜垫片，将制好的热熔胶膜垫片预排布于读出阳极板两侧；采用丝网张力平衡方法和辊压热压接技术，将不锈钢丝网粘接于读出阳极板两侧；在读出阳极板上制作漂移电极，完成Micromegas探测器的制备。

【技术实现步骤摘要】
用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法
本公开涉及Micromegas探测器的制作，尤其是一种用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法。
技术介绍
随着大型对撞机实验中粒子能量和亮度的不断提高，对探测谱仪中的各个探测器的计数能力、抗辐照性能、空间和时间分辨等提出了更高的要求。传统的多丝室、正比管已经很难满足这些需求。20世纪90年代，微结构气体探测器(MPGD)的出现，提供了一种很好的解决方案。Micromegas(Micro-MeshGaseousStructure，微网格气体探测器)就是其中典型代表之一，具有高计数率、抗辐射、高精度位置灵敏等诸多优异特性，因此很快成为气体探测器的重要研究方向之一。Micromegas探测器是典型的平行电极结构探测器，如图1所示，三个电极将探测器分成3-5mm的电离漂移区和单层厚度约为100μm的雪崩放大区。带电粒子或光子在漂移区直接电离或光电效应产生原子分子电离产生电子离子对，这些电离电子在漂移电场的作用下漂移，通过金属丝网进入雪崩放大区，在电场强度约为50kV/cm以上的放大区内，电离电子产生级联倍增，从而产生可观测的足够多的电荷信号。雪崩放大区可由单层或多层金属丝网和气体间隙叠加组成。显而易见，Micromegas探测器的制作难点集中在约100μm的极窄的雪崩间隙上。法国Saclay实验室和欧洲核子中心(CERN)的RD51小组专门从事Micromegas探测器的研究工作。先后发展了Bulk和Micro-Bulk探测器的制作工艺。随着Micromegas研制技术的不断发展，已经成功在很多大型物理实验中应用，如日本的T2K实验，CERN的COMPASS实验等，以及正在开展和计划的实验，如ATLAS谱仪的Muon探测器的升级PhaseI计划等。除此之外，该探测器在其他很多领域也有广阔的应用前景，例如同步辐射装置上的衍射实验，热中子成像，X射线成像，μ子成像等。针对越来越丰富的应用前景，大面积、低成本、高效率的探测器制作技术需求紧迫。在我们研发大面积热熔胶膜压接技术之前，国际上能够实现大面积Micromegas探测器制作的只有Bulk工艺。这种技术主要通过紫外光辐照和化学刻蚀，来实现探测器核心雪崩结构的制作，目前正为ATLAS实验设计建造大型Muon探测器系统。现有的技术中，能够实现大面积制作的只有法国Saclay实验室和CERN研发的Bulk技术，可以实现米量级的探测器制作。国内高能物理研究所和中国原子能院也先后研究了这一方法，但是限于设备规模，都尚未研制出有效面积大于100mm×100mm的探测器。Bulk技术基于感光膜的紫外曝光和后期的化学刻蚀来实现Micromegas探测器核心雪崩结构的制作。Bulk技术首先将光敏薄膜、不锈钢丝网，层层压接在读出电路板上，然后利用紫外光辐照和化学刻蚀实现丝网和读出阳极板之间支撑结构的制作。这种方法制作的支撑结构通常直径为200μm-400μm，间距2mm。现有Bulk技术的缺点：1、技术复杂，污染环境：这种方法对准直曝光，化学刻蚀有较苛刻的要求，需要专门的仪器设备，而且化学刻蚀不可避免对环境有较大的污染，所以很难推广使用。目前只有极少数单位掌握这一技术，且成品率较低，很难满足日益增长的应用需求。2、对材料限制苛刻，扩展性差：曝光刻蚀技术也决定了探测器的雪崩支撑间距不能太大，限制了探测器结构的演变。比如在一些低气压应用环境下，需要探测器的雪崩气隙由100μm增大到500μm，或者采用双层丝网结构的新结构探测器，Bulk工艺就无法适用。3、大面积刻蚀清洗困难，打火问题突出：光刻胶膜的机械性能差，胶膜刻蚀后所形成的微小垫片对于丝网和阳极板的粘接力差，尤其是在大面积应用时丝网与垫片的接触易于脱离。当探测器的面积达到米量级时，这种技术中的刻蚀清洗过程将变得非常困难，所以在ATLAS升级项目中，采用Bulk技术的Micromegas被迫采用可拆卸的悬浮丝网来应对这一问题，但打火问题不能彻底得到解决。公开内容(一)要解决的技术问题针对现有的Bulk技术方案工艺复杂、刻蚀污染、大面积打火等不足之处，本公开的主要目的是提供一种简洁有效、对环境无污染、易扩展的大面积高性能探测器制作的工艺方法。(二)技术方案本公开提供了一种用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法，包括以下步骤：步骤S1：备好读出阳极板；步骤S2：制作热熔胶膜垫片，将制好的热熔胶膜垫片预排布于读出阳极板两侧；步骤S3：采用丝网张力平衡方法和辊压热压接技术，将不锈钢丝网粘接于读出阳极板两侧；步骤S4：在读出阳极板上制作漂移电极，完成Micromegas探测器的制备。在本公开的一些实施例中，步骤S1具体包括：子步骤S1a：将读出印刷线路板清洗干净；子步骤S1b：将清洗干净的印刷线路板读出放置于平整的桌面上，作为读出阳极板。在本公开的一些实施例中，步骤S2具体包括：子步骤S2a：制作热熔胶膜垫片和热熔胶膜边框；子步骤S2b：将热熔胶膜垫片和热熔胶膜边框安放于读出阳极板两侧灵敏区的相应位置，用热风枪加热热熔胶膜垫片，使其热粘接在读出阳极板上。在本公开的一些实施例中，在子步骤S2a中，采用激光切割法制作热熔胶膜垫片和热熔胶膜边框。在本公开的一些实施例中，热熔胶膜垫片的直径为1mm，热熔胶膜垫片的间距为10mm以上。在本公开的一些实施例中，步骤S3具体包括：子步骤S3a：清洗不锈钢丝网，将清洗干净的不锈钢丝网张紧固定在读出阳极板两侧；子步骤S3b：采用热辊压轴热压接方式，将不锈钢丝网粘接于读出阳极板上。在本公开的一些实施例中，所述热熔胶膜垫片为层叠的热熔胶、聚酰亚胺衬底和热熔胶三层结构。在本公开的一些实施例中，丝网张力为20N/cm以上。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：1、工艺流程简洁、对环境无污染、原料价格低，易于批量生产。流程简洁是本公开的一大特色，可以在数个小时内完成从原材料的准备到探测器制作完成，这是其它方法都不可比拟的。无曝光刻蚀工艺，对环境无污染，是现有探测器中的为数不多的纯“绿色产品”。原材料不锈钢丝网及热熔胶膜都是商业化产品，价格相对低廉，使得探测器的整体造价不到购买国外Bulk探测器的1/5。这些优势都为探测器的批量化生产和应用奠定了良好的基础。2、原材料规格多样、探测器结构易扩展。除了批量生产满足常规化需求以外，商业化产品热熔胶膜的多样化可以有效的满足一些个性化的需求。比如一些低气压实验中，需要探测器的雪崩间隙扩大到几百个微米，采用刻蚀方法的Bulk工艺将很难实现，而利用本公开方法只需要选择相应厚度的支撑热熔胶膜即可实现，这很好的提升了Micromegas探测器的结构可扩展性。3、探测器结构牢固紧凑，物质量低。采用大面积张力平衡技术，有效抵消了丝网张力的影响，从而避免使用较厚的材料，如蜂窝板对探测器丝网进行支撑。这样紧凑的探测器结构使得其在一些空间狭小的场合的应用具有优势，比如作为强子量能器的灵敏读出单元，紧凑型的径迹探测器等。另外低物质量使得其具备应用于一些低本底实验的潜质，比如PANDAX-III，MIMAC实验等的TPC读出。4、探测器性能卓越，利于大面积应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法，包括以下步骤：步骤S1：备好读出阳极板；步骤S2：制作热熔胶膜垫片，将制好的热熔胶膜垫片预排布于读出阳极板两侧；步骤S3：采用丝网张力平衡方法和辊压热压接技术，将不锈钢丝网粘接于读出阳极板两侧；步骤S4：在读出阳极板上制作漂移电极，完成Micromegas探测器的制备。

【技术特征摘要】
1.用于大面积Micromegas探测器制作的热熔胶膜热压接方法，包括以下步骤：步骤S1：备好读出阳极板；步骤S2：制作热熔胶膜垫片，将制好的热熔胶膜垫片预排布于读出阳极板两侧；步骤S3：采用丝网张力平衡方法和辊压热压接技术，将不锈钢丝网粘接于读出阳极板两侧；步骤S4：在读出阳极板上制作漂移电极，完成Micromegas探测器的制备。2.如权利要求1所述的热熔胶膜热压接方法，步骤S1具体包括：子步骤S1a：将读出印刷线路板清洗干净；子步骤S1b：将清洗干净的印刷线路板读出放置于平整的桌面上，作为读出阳极板。3.如权利要求1所述的热熔胶膜热压接方法，步骤S2具体包括：子步骤S2a：制作热熔胶膜垫片和热熔胶膜边框；子步骤S2b：将热熔胶膜垫片和热熔胶膜边框安放于读出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志永，丰建鑫，齐斌斌，管亮，汪晓莲，赵天池，刘建北，邵明，周意，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34