Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления гибко-плоского электронагревателя

Изобретение относится к области космического и транспортного машиностроения и может быть использовано при изготовлении гибких, плоских, гибко-плоских электронагревателей (ЭН), поддерживающих в работоспособном состоянии (в заданном диапазоне эксплуатационных температур) радиоэлектронную аппаратуру и узлы космического аппарата при воздействии низких температур космического пространства. Изобретение может быть использовано в других областях техники, где изготавливают и применяют ЭН с заданными габаритно-массовыми, прочностными характеристиками, нормируемой тепловой отдачей и уменьшенными затратами при производстве, повышенными экологическими требованиями к производству.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления гибко-плоского электронагревателя (патент RU 2602799 С2), в котором ЭН изготовлен из слоев гибкой стеклоткани Э1-30П, гибкой стеклоткани СТП-4-0,062 и проводящего слоя из фольги. Данный способ изготовления гибко-плоского электронагревателя предусматривает ступенчатое прессование собранного основания при температуре 150±10°С, которое на первой ступени осуществляют при давлении 25 Н/см² в течение 5 мин, а на второй – при давлении 100 Н/см² в течение 120 мин с последующим охлаждением, рисунок резистивного слоя создают на проводящем слое методом фотолитографии с использованием фотошаблона (ФШ), вытравливают рисунок и паяют гибкие токовыводы, проводят сборку основания с токовыводами со слоем гибкой стеклоткани СТП-4-0,062 и выполняют их ступенчатое прессование при температуре 150±10°С, которое на первой ступени осуществляют при давлении 25 N/см² в течение 5 мин, а на второй – при давлении 100 N/см² в течение 120 мин с последующим охлаждением. Известный способ принят в качестве прототипа.

К недостаткам способа изготовления гибко-плоского нагревателя следует отнести использование метода фотолитографии и изготовление фотошаблона для создания рисунка резистивного (нагревательного) слоя ЭН. Метод фотолитографии заключается в том, что на резистивный слой ЭН наносится тонкая фоточувствительная пленка (фоторезист). Фоторезист засвечивается (экспонируется) актиничным светом (как правило, видимого или ультрафиолетового диапазона) через ФШ с заданным рисунком резистивного слоя. Проэкспонированные участки фоторезиста удаляются в специальном проявителе. Получившийся на фоторезисте рисунок используется для вытравливания дорожек нагревательного слоя ЭН. После травления, оставшийся фоторезист удаляется, обнажая дорожки ЭН. В свою очередь применение ФШ предусматривает его изготовление, заключающееся в использовании специализированного оборудования для: засвечивания фотоматериалов, проявления, закрепления, сушки, химических реактивов для воздействия на фотоматериал, емкостей для разведения химических растворов, средств контроля, и последующего хранения ФШ, заключающееся в создании климатических условиях, отличающиеся от нормальных (оптимальной является температура 20-25°С, влажность до 50%), обеспечивающего его длительную сохранность, предохранение от источников открытого света. Существенным ограничением фотолитографии является неизбежность механических повреждений рабочей поверхности ФШ и поверхности подложки (заготовки ЭН), состоящей из фоторезиста, фольги, связующего, стеклоткани, так как эти поверхности при совмещении находятся на близком расстоянии (10-15 мкм), и при экспонировании плотно прижаты друг к другу, при этом на ФШ налипает пыль, что приводит к образованию дополнительных дефектов. Из-за механического износа необходима частая замена ФШ, которая требует остановок оборудования и делает нецелесообразным автоматизацию процесса экспонирования. Для изготовления фотошаблона используются химические реактивы, что может отрицательно сказаться на здоровье работающих при контактировании с ними, и требует дополнительных мероприятий по охране труда оператора. Перед применением фотошаблону требуется выдержка в течение нескольких часов для стабилизации геометрических размеров перед экспонированием, что увеличивает технологический цикл и себестоимость изготовления.

Для заявленного способа выявлены основные общие с прототипом существенные признаки: способ изготовления гибко-плоского электронагревателя, включающий сборку основания, состоящего из слоев гибкой стеклоткани и проводящего слоя из фольги, первое прессование, формирование на проводящем слое рисунка резистивного слоя, вытравливание рисунка проводящего слоя, пайку гибких токовыводов, второе прессование с последующим охлаждением, проведение электрических испытаний.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание нового способа изготовления гибкого-плоского электронагревателя, значительно упрощающего и сокращающего процесс изготовления ЭН, повышающего точность экспонирования заданного рисунка резистивного слоя.

Техническая проблема решается за счет того, что применяют способ изготовления гибко-плоского электронагревателя, включающий сборку основания, состоящего из слоев гибкой стеклоткани и проводящего слоя из фольги; первое прессование; формирование на проводящем слое рисунка резистивного слоя; вытравливание рисунка проводящего слоя; пайку гибких токовыводов; второе прессование с последующим охлаждением; проведение электрических испытаний, отличающийся от прототипа тем, что для формирования рисунка резистивного слоя применяют метод прямого экспонирования фоторезистивного слоя без использования фотошаблона; первое и второе двухступенчатое прессование оснований выполняют в соответствии с режимами, допустимыми техническими условиями на материалы; первое двухступенчатое прессование выполняют на основании, состоящем из слоев гибкой стеклоткани и проводящего слоя; второе двухступенчатое прессование выполняют на сборке, состоящей из основания с токовыводами и гибкой стеклоткани. В качестве гибкой стеклоткани возможно использование гибкой стеклоткани без пропитки и гибкой стеклоткани, пропитанной олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденную до стадии В. При этом в качестве гибкой стеклоткани используется гибкая стеклоткань без пропитки и гибкая стеклоткань, пропитанная олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденную до стадии В; в качестве источника излучения для прямого экспонирования используют, например, актиничный, по отношению к фоторезисту свет, рентгеновское излучение, поток электронов, поток ионов.

В качестве примера ниже приведен способ изготовления гибко-плоского электронагревателя с применением конкретных параметров в виде последовательности технологических операций.

1. Заготовительная операция.

- нарезка гибкой стеклоткани без пропитки необходимого размера;

- нарезка гибкой стеклоткани, пропитанной олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденной до стадии В, необходимого размера;

- нарезка фольги ДТ от 0,012 до 0,02 МНМц 40-1,5 необходимого размера с учетом;

- нарезка проводов необходимой длины.

2. Сборка основания.

3. Первое прессование выполняют в соответствии с режимами, допустимыми техническими условиями на материалы и выполняют охлаждение до нормальных условий.

4. Обрезка облоя по периметру заготовки обогревателя, например ножницами.

5. Нанесение фоторезиста на основание.

6. Прямое экспонирование фоторезиста без использования фотошаблона.

В качестве источника излучения для прямого экспонирования используют, например, оптическое (актиничное по отношению к фоторезисту) излучение, рентгеновское излучение, поток электронов, или поток ионов.

7. Проявление фоторезиста.

8. Травление основания электронагревателя в травильном растворе до полного удаления металла с пробельных мест и получения резистивного слоя;

9. Промывка основания электронагревателя проточной водой в течение 1-2 мин.

10. Удаление фоторезиста.

11. Промывка основания электронагревателя проточной водой в течение 1-2 мин.

12. Измерение сопротивления между контактными площадками резистивного слоя основания электронагревателя мультиметром.

13. Пайка токовыводов припоем, например, ПОС 61 с флюсом ЛТИ 120 на предварительно облуженную поверхность контактных площадок заготовки электронагревателя.

14. Сборка основания с токовыводами, прошедшего стадию первого прессования, с гибкой стеклотканью, пропитанной олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденной до стадии В.

15. Второе прессование сборки, состоящей из основания с токовыводами, прошедшего стадию первого прессования, и гибкой стеклоткани, пропитанной олигомерным материалом, содержащим эпоксидные группы, отвержденной до стадии В выполняют в соответствии с режимами, допустимыми техническими условиями на материалы и выполняют охлаждение до нормальных условий.

16. Измерение сопротивления электронагревателя между выводами мультиметром.

17. Подача испытательного напряжения на выводы электронагревателя с помощью источника питания соответствующей мощности, наблюдение за нагревом участков электронагревателя визуально, контроль за отсутствием участков с разной температурой нагрева с помощью тепловизора.

18. Упаковка готового электронагревателя.

Предложенный способ позволяет изготавливать ЭН прецизионной точности, расширяет конструктивные и технологические возможности за счет повышения точности экспонирования резистивного слоя; оптимизирует производственные процессы, уменьшает технологический цикл изготовления ЭН, улучшает условия труда работников, снижает экологическую нагрузку на окружающую среду за счет исключения технологических операций, связанных с изготовлением и применением фотошаблона; обеспечивает высокую надежность электронагревателя в процессе эксплуатации в составе нагревательных устройств космического и общего машиностроения. Дополнительные электрические и термовакуумные испытания гарантируют работоспособность в течение заданного времени. Кроме того, новый способ позволяет заложить основы автоматизации производства ЭН.