[发明专利]具有高开口面积比的不对称封装模式的微通道板

说明书

技术领域

本发明涉及用于图象增强器中的微通道板(MCP)。更特别地，本发明涉及一种制造可产生高开口面积比(OAR)的不对称封装模式的微通道板的装置和方法。

背景技术

微通道板在图像增强器中用作电子倍增器。它们是具有贯穿其延伸的通道阵列的薄玻璃板，并且它们位于光电阴极和荧光屏之间。从光电阴极入射的电子进入微通道板的输入侧并撞击通道壁。当电压施加于微通道板两端时，这些入射或初级电子被放大，产生次级电子。然后次级电子在微通道板的后端离开通道，并用于在荧光屏上产生图像。

一般情况下，微通道板的制造开始于纤维拉制工艺，如在1990年3月27日授予Ronald Sink的美国专利N0.4912314中所公开的，这篇文献以引用的方式全文并入本文中。为了方便起见，这里包括了美国专利N0.4912314中所公开的图1-4，并在下面进行讨论。

在图1中，示出了用于微通道板的起始纤维10。纤维10包括玻璃芯12和包围该芯的玻璃包层14。芯12由玻璃材料制成，并且该玻璃材料可以在合适的刻蚀溶液中刻蚀。玻璃包层14由玻璃材料构成，该玻璃材料具有与玻璃芯基本上相同的软化温度。然而，包层14的玻璃材料不同于芯12的玻璃材料的地方在于：它具有更高的铅含量，这使得在用于刻蚀芯材料的相同条件下包层不能被刻蚀。因此，在刻蚀玻璃芯之后，包层14保留。合适的包层玻璃是铅型玻璃，如康宁玻璃8161。

用以下方式形成光学纤维：将可刻蚀的玻璃棒和同轴地包围该棒的包层管垂直地悬挂在拉丝机(draw machine)中，该拉丝机并入了区域(zone)熔炉。将熔炉的温度升高到玻璃的软化温度。棒和管熔融在一起并被拉制成单个纤维10。将纤维10送到牵引机构中，在牵引机构中调节速度，直到达到所希望的纤维直径为止。然后将纤维10切割成大约18英寸的较短长度。

然后将几千个切割长度的单个纤维10堆叠到石墨模子中，并在玻璃的软化温度下加热，以形成六边形阵列16，如图2所示。如图所示，每个切割长度的纤维10具有六边形结构。该六边形结构提供更好的堆叠设置。

该六边形阵列还公知为多组件或捆，其包括几千个单个纤维10，每个纤维10具有芯12和包层14。捆16垂直地悬挂在拉丝机中并被拉制，以便再次减小纤维直径，同时仍然保持单独纤维的六边形结构。然后将捆16切割成大约6英寸的较短长度。

将几百个切割的捆16包装到精确内径通孔玻璃管22中，如图3所示。该玻璃管由类似于玻璃包层14的玻璃材料制成，但不能被用于刻蚀玻璃芯12的刻蚀工艺来刻蚀。外玻璃管22最终变为微通道板的固体边缘边界。

为了保护每捆16的纤维10，在用于形成微通道板的处理期间，将多个支撑结构设置在玻璃管22中，以代替形成组件外层的那些捆16。支撑结构可以采取具有所需的强度以及与玻璃纤维熔融能力的任何材料的六边形棒的形式。每个支撑结构可以是单个光学玻璃纤维24，其具有六边形形状和与捆16中的一个的横截面面积大致一样大的横截面面积。然而，单个光学玻璃纤维具有均不能被刻蚀的芯和包层。光学纤维24或支撑棒24示于图3中，位于组件30的外围并包围多个捆16。

支撑棒可以由一个光学纤维或高达几百的任何数量的纤维形成。一个支撑棒24的最终几何结构和外部直径与一个捆16基本上相同。可以用与形成捆16相似的方式来形成多个纤维支撑棒。

形成管子22中的最外层纤维的每个捆16被支撑棒24代替。这优选通过如下方式来完成：靠着捆16的一端设置支撑棒24的一端，然后紧靠着捆16推动支撑棒24，直到捆16位于管子22之外为止。当所有外围捆16都已经被支撑棒24代替时形成的组件被称为毛坯，并且一般在图3中表示为30。

毛坯30在加热工艺中被熔合在一起，以制造边缘(rim)玻璃和光学纤维的固体毛坯。然后将熔合的毛坯进行切片或划片成薄横截面的板或圆片。将该圆片研磨和抛光。

为了形成微通道，通过用稀释的盐酸进行刻蚀来除去光学纤维10的芯12。刻蚀毛坯之后，高铅含量玻璃包层14保留，从而形成微通道32，如图4所示。而且，支撑棒24保持为固体，并提供从管子22的固体边缘到微通道32的良好过渡。

附加工艺步骤包括玻璃毛坯的斜切和抛光。在对板进行刻蚀从而除去芯棒之后，对毛坯中的通道进行金属化和激活。

在微通道板的制造中，如上文附图2的相关描述和图5A的顶视图所示，芯/包层棒典型地堆叠成对称六边形结构。在捆16的内部，每一个芯/包层棒10被表述为环形物，标记为10。这些环形物紧密封装成六边形结构。