一種基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的制作方法
【專利摘要】一種基于印制電路板工藝的微結構等離子器件，該器件微腔由上電極、中間介質層和下電極組成，器件的每一個單元均采用上下電極進行驅動，以絕緣介質環(huán)氧樹脂材料為基底，在基底的上下表面制作兩層銅箔，銅箔邊沿和基底邊沿之間留一定的安全距離，圓柱形的微腔半通孔單元呈陣列排布，所述微腔半通孔恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極，陣列中行與行之間的距離不小于列與列之間的距離，由底板隔開的上下兩層銅箔作為上下兩個電極，將兩個電極分別引出接線端子，即得到一種基于印制電路板工藝的共面型微結構等離子器件。
【專利說明】—種基于印制電路板工藝的微結構等離子器件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于印制電路板工藝的微結構等離子器件。
【背景技術】
[0002]近年來，微放電等離子體作為一類新型的低溫等離子體源，以其廣泛的應用前景，以及開拓諸多新興的低溫等離子體基礎研究領域的極大可能性，成為低溫等離子體領域的熱門研究課題之一。
[0003]所謂的微結構放電等離子體，是指將其空間特征尺度限制在亞毫米到微米量級范圍內的等離子體。它通常是由常規(guī)等離子體裝置的小型化產(chǎn)生的。盡管它是由常規(guī)等離子體發(fā)展而來的，但由于放電尺寸縮小到毫米量級甚至更低，使得微放電等離子體通常能夠運行在大氣壓條件下。這與常規(guī)等離子體相比，出現(xiàn)了一些新的變化，比如更高的等離子體密度、更好的穩(wěn)定性以及由此帶來的其他新的特點和優(yōu)勢。眾所周知，氣體的擊穿電壓遵循帕邢定律，也就是說，著火電壓決定于氣體壓強P和電極間隙d的乘積(pd)，該乘積越小，著火電壓就越低，等離子體放電就越穩(wěn)定，放電效率就越高。微等離子體放電同樣遵循帕邢放電條件，這就決定了運行在大氣壓條件下的微等離子體裝置的小型性，從而使得該裝置輕巧、便攜。同時，微放電等離子體無需常規(guī)等離子體使用的真空系統(tǒng)，不僅節(jié)省了成本，也省去了大量的真空獲得時間。從這個角度看，微等離子體又是方便、經(jīng)濟和快捷的。另外，高氣壓環(huán)境中的微等離子體放電主要由三體碰撞機制主導，這不僅有利于輻射強度的增強，同時也有利于放電電流密度的提高，從而有利于提高等離子體密度。微等離子體的這些特點和優(yōu)勢為其在紫外光源的獲得、微化學分析系統(tǒng)、生物醫(yī)學、材料表面改性和加工、環(huán)境污染物的處理等領域提供了廣泛的應用空間。因此微結構放電等離子體為低溫等離子體開辟了一個嶄新和頗具吸引力的領域。
[0004]低溫等離子體技術已在微電子、材料、化工、機械及環(huán)保等許多科學領域里得到了廣泛地應用。例如，在電子顯示技術上，等離子體顯示屏(rop)就是氣體放電等離子體技術在顯示器產(chǎn)業(yè)上的成功應用；在材料科學研究中，采用等離子體物理氣相沉積技術和化學氣相沉積技術可以合成一些新型功能薄膜材料；在半導體工業(yè)中，采用等離子體刻蝕技術可以對超大規(guī)模集成電路等進行加工；而在化工研究上，采用等離子體聚合技術，可以制備出?些高分子薄膜材料等。
[0005]氣體放電等離子體技術在顯示器產(chǎn)業(yè)上的成功應用，就是等離子體顯示屏(rop)。彩色等離子體顯示屏是高清晰度(HDTV)顯示屏今后發(fā)展的首要候選者之一，等離子體顯示屏在細巧，高解析度和大面積平板顯示器方面有著它獨特的優(yōu)點。
[0006]最近幾年，微結構放電等離子體器件由于其獨特的放電特性引起了越來越多的關注。在顯示領域，微結構等離子體放電表現(xiàn)出來像素尺寸小和發(fā)光效率高的優(yōu)點。與此同時，出現(xiàn)了各種不同的微結構與微結構器件的制作工藝。1997年，Eden等人在硅上制作了微結構等離子體器件，并在接下來的幾年中不斷提高陣列的尺寸。1999年，Kunhardt和Becker提出了毛細管等離子體電極放電(CPED)。2004年，Park將CPED結構應用到Η)Ρ，并研究了其放電和發(fā)光特性。2005年，Kim和Eden在玻璃上采用光刻工藝制作了微等離子體陣列。
[0007]越來越多的人關注和研究微等離子體，可以預見在不久的將來，它將被廣泛應用于顯示、光電探測、生物光電等領域。但以往制作微結構器件的缺點在于:需要高精密加工儀器和先進技術工藝做支撐。比如使用熱氧化方法得到5-15nm厚的Si02薄膜作為介質阻擋層，制作納米量級的薄膜這樣的工藝在普通實驗和加工場所不易得到；使用光刻、化學刻蝕和電鍍等方法，制得兩面鍍有0.1毫米厚微腔，需要用多種精密方法制作，要求制作者具有很高的技能，有一定的難度。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種基于印制電路板工藝的微結構等離子器件，以解決上述【背景技術】中的缺點。
[0009]本發(fā)明的技術方案為:
[0010]該器件微腔由上電極、中間介質層和下電極組成，器件的每一個單元均采用上下電極進行驅動。以絕緣介質環(huán)氧樹脂材料為基底，基底的長寬尺寸依據(jù)陣列的多少而定，基底的厚度范圍為:0.6-1.0mm。在基底的上下表面制作兩層銅箔，銅箔厚度范圍為:
0.1-0.15mm。銅箔邊沿和基底邊沿之間留一定的安全距離,最少為5mm為宜，以防止沿面閃絡。在上層銅箔上制作形成大小適當?shù)奈⑶?，微腔的邊長(或直徑)尺寸約為0.1mm左右，微腔半通孔(恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極)單元呈陣列排布，陣列中行與行之間的距離不小于列與列之間的距離。由樹脂材料底板隔開的上下兩層銅箔作為上下兩個電極，將兩個電極分別引出接線端子，即得到一種基于印制電路板工藝的共面型微結構等離子器件。
[0011]本發(fā)明所提出的基于印制電路板工藝的微結構等離子器件具有如下優(yōu)點:
[0012]I)器件采用絕緣介質環(huán)氧樹脂材料作為基底，該材料加工工藝成熟，簡單易行，極易生產(chǎn)制作。
[0013]2)器件以銅箔作為電極，采用印制電路板工藝制作電極，工藝簡單可行。
[0014]2)器件結構設計簡單，涉及到的工藝環(huán)節(jié)較少，難度系數(shù)較低，易于制作。
[0015]3)發(fā)生放電的環(huán)境因素要求不高，在常溫常壓下即可進行。
[0016]4)發(fā)生放電的電壓不是特高，在3kV左右即可發(fā)生放電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1基于印制電路板工藝的圓型微結構等離子器件的放電單元結構的正面截面圖；
[0018]圖2基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的圓型放電單元結構的背面截面圖；
[0019]圖3基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的圓型放電單元結構的橫向截面圖；
[0020]圖4基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的矩型放電單元結構的截面圖；
[0021]圖5基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的橢圓型放電單元結構的截面圖；【具體實施方式】
[0022]下面對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0023]該器件微腔由上電極、中間介質層和下電極組成，器件的每一個單元均采用上下電極進行驅動。以絕緣介質環(huán)氧樹脂材料為基底，在基底的上下表面制作兩層銅箔，銅箔邊沿和基底邊沿之間留一定的安全距離。圓柱形的微腔半通孔(恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極)單元呈陣列排布，陣列中行與行之間的距離不小于列與列之間的距離。由底板隔開的上下兩層銅箔作為上下兩個電極，將兩個電極分別引出接線端子，即得到一種基于印制電路板工藝的共面型微結構等離子器件。
[0024]以絕緣介質環(huán)氧樹脂材料為基底，基底的長寬尺寸依據(jù)陣列的多少而定，基底的厚度范圍為:0.6-1.0mm0
[0025]在環(huán)氧樹脂基底上制作的銅箔厚度范圍為:0.1-0.15mm。
[0026]銅箔邊沿和基底邊沿之間的安全距離最少為5mm為宜。
[0027]穿過上層銅箔和基底而制作的微腔尺寸為0.1_。
[0028]圓柱形微腔單元的通孔程度為恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極。
[0029]在微腔單元陣列中，行與行之間的間距為0.3mm,列于列之間的間距為
0.2-0.3mm。
[0030]所述的引出電極的接線端子，在上下電極的物理對角位置(靠邊沿，保留安全距離3*3mm2即可)。
[0031]圖1所示為基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的圓型放電單元結構的正面截面放大圖；圖中110為圓柱型微腔單元，120為上電極，130為中間絕緣介質，140為上電極引出電極端子。它是這樣是實現(xiàn)的:選取0.6-1.0mm厚，一定尺寸大小的絕緣介質環(huán)氧樹脂材料，先進行表面清洗、打磨、機械拋光等方法處理材質表面,使其表面清潔平整光滑；然后清洗材質，去除表面樹脂粉末，并把它烘干。把環(huán)氧樹脂材質板在雙氰胺固化劑中浸潰，在材質兩面以電解紫銅箔經(jīng)熱壓而成。然后采用濕法光刻工藝制作并形成所需的電極尺寸結構。最后采用激光鉆孔工藝制作微腔。制作微腔陣列之后，在陣列的上下兩面電極的對角位置，制作引線端子，引出電極。
[0032]圖2為基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的圓型放電單元結構的背面截面圖；圖中130為中間絕緣介質，150為下電極，160為下電極引出電極端子。由圖可知背面電極的結構尺寸和上電極的完全吻合，使陣列中的任一個微腔都能在同等條件下發(fā)生放電。電極端子160的位置和上電極處于對角位置，這樣起到了器件工作的安全性，以免誤碰造成短路故障等。
[0033]圖3是基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的圓型放電單元結構的橫向截面放大圖；110為微腔，120為上電極，130為中間絕緣介質，150為下電極，160為下電極引出電極端子。從圖中可以看出，微腔110的深度恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極，為微放電的發(fā)生提供了物理條件。
[0034]圖4是基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的矩型放電單元結構的正面截面放大圖；相對于微結構等離子器件的圓型放電單元結構，它的微腔半通孔(恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極)單元的形狀為矩形，其余結構與微結構等離子器件的圓型放電單元結構相同。
[0035]圖5是基于印制電路板工藝的微結構等離子器件的橢圓型放電單元結構的正面截面放大圖；相對于微結構等離子器件的圓型放電單元結構，它的微腔半通孔(恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極)單元的形狀為矩形，其余結構與微結構等離子器件的圓型放電單元結構相同。
【權利要求】
1.一種基于印制電路板工藝的微結構等離子器件，該器件微腔由上電極、中間介質層和下電極組成，器件的每一個單元均采用上下電極進行驅動，以絕緣介質環(huán)氧樹脂材料為基底，在基底的上下表面制作兩層銅箔，銅箔邊沿和基底邊沿之間留一定的安全距離，圓柱形的微腔半通孔單元呈陣列排布，陣列中行與行之間的距離不小于列與列之間的距離，由底板隔開的上下兩層銅箔作為上下兩個電極，將兩個電極分別引出接線端子，即得到一種基于印制電路板工藝的共面型微結構等離子器件。
2.根據(jù)權利要求1所述的微結構等離子器件，其特征在于，以絕緣介質環(huán)氧樹脂材料為基底，基底的長寬尺寸依據(jù)陣列的多少而定，基底的厚度范圍為:0.6-1.0_。
3.根據(jù)權利要求1所述的微結構等離子器件，其特征在于，在環(huán)氧樹脂基底上制作的銅箔厚度范圍為:0.1-0.15mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的微結構等離子器件，其特征在于，銅箔邊沿和基底邊沿之間的安全距離最少為5mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的微結構等離子器件，其特征在于，穿過上層銅箔和基底而制作的微腔尺寸為0.1mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的微結構等離子器件，其特征在于，圓柱形微腔單元的通孔程度為恰好穿過上電極而不穿過中間介質層和下電極。
【文檔編號】H05H1/24GK103442508SQ201310367135
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權日:2013年8月14日
【發(fā)明者】孫巖洲, 趙來軍, 張展, 韋延方, 衛(wèi)林林, 鞏銀苗 申請人:河南理工大學