2015-04-20 真空用線 Kapton Wire 製備 黎煥欣
(以下內容為筆者於台大凝態中心白偉武老師 RFSTM 計劃執行之記錄, 本計劃已申請專利, 若要更了解其中細節, 歡迎讀者在留言板或我個人之信箱 huanhsin@ms5.hinet.net 討論, 若要具體使用, 尤其是商業應用, 請先接觸本團隊獲得許可, 謝謝)
這些日子我在凝態中心工作, 會需要接觸真空系統及當中的電子系統操作. 而且因為要做的是表面物理類的研究, 所以所需要的真空度是在 HV (高真空 ~10^-9 Torr) 至 UHV(超高真空 ~10^-12 Torr). 因為太高的壓力, 就表示有雜質存在在真空腔內, 會掉落在要研究的表面上而污染它. 所以所有在 HV 或 UHV 內的任何操作, 都必須遵偱這個原則.
至於要在 HV 或 UHV 環境內能用的配線或電子線路, 也要能夠匹配這個需求. 第一就是在真空下不會放氣, 大部份的材料在真空中就會將存在內部的少量物質揮發出來, 而且若是慢慢出來, 真空會一直抽不下去, 更甚者, 若當中含有一些 "行為不好" 的物質, 如溴化物 (在有鉛銲錫的助銲劑中就有), 更會污染整個真空系統.
另外一個需求就是為了要達到 UHV, 經常的一個做法是在抽到一個真空度 (~10^-7 ~ -9 Torr) 時, 把整個真空腔連同內部的所有東西都加溫到 100 至 120 deg C, 而且少則半天, 多則數天, 目地是逼出真空系統內各個材料內含的揮發性物質. 當然內部的電子線路要能夠在這種情況下維持存活, 而且維持它的性能.
而在此, 我描述的第一個真空用電子零件: 配線
由上面的描述, 可以知道一般的電線是不行的. 標準的用線就是我標題稱的 Kapton Wire
Kapton 是一種用杜邦公司開發的類塑膠絕源材料, 但它可以耐到 400 degC, 真空及低溫性能都好, 它的前身是 Teflon (鐡弗龍), 但比它在展延及打薄上的能力更好, 所以在太空船上的隔熱材常是由 Kapton 為基底鍍上鋁或金做成. 而真空中用的膠帶, 束帶也常用它. 而它包覆鍍銀銅線, 就形成了在真空中用的標準導線.
這次為了要給我們的電子線路引入四條引線, 而且要求堅固. 我們準備了大約 (目測) 為 AWG 24 粗細的 Kapton Wire, 如下圖, 由 CARBURN 公司生產.
Kapton 材質除了耐溫, 也有很好的化學及機械特性, 總之就是非常堅固, 但我們要用它, 就是要用它內部的銅線. 這篇文章的目地, 就是要如何將 Kapton Wire 內的 "銅線" 給穩定的弄出來, 而且將它上錫 (當然是無鉛銲錫). 這樣之後我們才能用它. 下圖是為這個目地準備的烙鐵, 銲錫, 無鉛銲油, 吸錫帶. 這些東西絕對不能與有鉛的有混用的情況, 否則就會產生交互污染.
要去除 Wire 的 Kapton 層, 最標準的做法就是用下圖的手法 (手套同樣是避免污染, 但不能防止手術刀割, 要小心). 左手扯住線, 右手用食指頂住線端, 拇指負責下壓刀片, 其他手指握住刀把, 以 90 度切下 Wire 的表面, 並將 Wire 在刀片上滾動以切割 kapton 層, 接著右手食指壓緊刀片與線, 左手用力將線抽出. 如此才可以有效的刮除 kapton 表層
內部露出的鍍銀銅線就如下圖, 可以看得很清楚露出來的部份
製備了四條 (雙端都有)
自然那部份是可以上錫的
也就可以裝配線路了.
這個 Kapton 線是相對較粗的, 至於較細的, 做起來要更小心一些.
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