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1、設(shè)計(jì)方案論證一、目標(biāo)及步驟課題目標(biāo):在 TEM 電鏡的樣品桿中引入不同波長(zhǎng)的光源,制作完成步驟:1)制作基片; 2)焊接微型 led;供電電路和測(cè)試電路。3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)計(jì)制作供電電路;4)搭建測(cè)試電路。二、方案設(shè)計(jì)1)基片的1)將 0.05mm 厚的藍(lán)寶石切割成 3.85mmx2.45mm 的方形基片,將方形基片的每條對(duì)角線四等分,在除中心點(diǎn)外的四等分點(diǎn)處打孔,孔徑均為 0.3mm,用于導(dǎo)電和放置承載樣品的金線;2)用 600 目砂將鉆孔后的基片兩面均打磨光滑,置于裝有 85%的離心管中,并將上述離心管放在超聲波機(jī)中洗滌;3)結(jié)束后將方形基片置于干燥箱中干燥,干燥結(jié)束后將方形基片置于潔凈容
2、器中冷卻;4)待基片冷卻后將兩條 0.5mm 寬的錫箔紙成十字型貼于基片一面,使每條錫箔紙與方形基片對(duì)邊中點(diǎn)相交,基片的另一面按相同方法處理,并用 0.5mm 寬的錫箔紙將基片四周包裹;5)將包裹好的方形基片置于離子濺射儀中,每一面用金離子濺射 20 分鐘以達(dá)到電極的完全鍍制;6)待基片鍍電極完成后,將貼于方形基片上的錫箔紙撕下,并將基片置于 300攝氏度的中退火;2)微型 led 的焊接取一片退火后方形基片,一片 0402 貼片 LED,在光學(xué)顯微鏡下,將 0402LED 兩電極上蘸上適量銀膠并迅速準(zhǔn)確貼于方形基片的相鄰兩電極上,放置一段時(shí)間等待銀膠凝固后,對(duì)兩電極加電壓進(jìn)試,若 led 點(diǎn)
3、亮則完成了微型 led的焊接。3)供電電路設(shè)計(jì)與制作因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程需要各種供電模式,所以既要保證電源的低噪聲,又要保證電源的輸出模式可控,所以我們結(jié)合了 MCU 和超低壓差穩(wěn)壓源。制作了一套電(1)本電源主要包括 4x4 矩陣鍵盤(pán)輸入模塊、LCD12864 顯示模塊、TSP7A7001 超低壓差線性穩(wěn)壓模塊、AD 采樣模塊和 MSP430F2618 主控 MCU 模塊。(2)4x4 矩陣鍵盤(pán)由 16 個(gè) 6*6*5mm 的微動(dòng)開(kāi)關(guān)焊接而成,通過(guò) 8 根引腳與MSP430F2618 電連接,用于輸入信號(hào);(3)LCD12864 液晶模塊帶中文字庫(kù),通過(guò) 20 根引腳與 MSP430F2618 電連
4、接,用于顯示輸入輸出參數(shù)、電源工作模式等;(4)AD 采樣模塊輸出電壓幅度信號(hào)并在 LCD12864 中實(shí)時(shí)顯示,通過(guò) 2 根引腳與 MSP430F2618 電連接;(5)MSP430F2618 主控 MCU 模塊采用美國(guó)德州儀器(TI)公司推出的超低功耗MCU 系列中的 MSP430F2618,電源模塊的工作狀態(tài),該低功耗,集成度高,性能優(yōu)越,適合本發(fā)明;4)測(cè)試電路搭建, 我們搭建的測(cè)試系統(tǒng)主要選用了美國(guó) Keithley 儀器公司的Keithley2420 儀器,通過(guò)從光電原位樣品桿中引出電學(xué)測(cè)試回路接入到該儀器中, 通過(guò) DC-DC 電源點(diǎn)亮 SMLED 施加光信號(hào),然后就可以通過(guò) K
5、eithley2420 測(cè)試樣品的 I-V、I-T、V-T 等電學(xué)特性,數(shù)據(jù)可以直接由電腦,實(shí)時(shí)分析。案論證1)基片材料選擇方案:實(shí)驗(yàn)中采用的是藍(lán)寶石作為基片的材料,有許多優(yōu)點(diǎn):(1)藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn):首先,藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好;其次,藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好,能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中;最后,藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高,易于處理和。因此,大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底(2)藍(lán)寶石的硬度非常高,在自然材料中其硬度僅次于石,但是在 LED 器件的制作過(guò)程中卻需要對(duì)它進(jìn)行減薄和切割(從 400m 減到 100m 左右)。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。2)微型 led
6、 的焊接方案:導(dǎo)電銀膠是一種或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠黏劑,它通常以基體樹(shù)脂和導(dǎo)電填料即導(dǎo)電粒子為主要組成成分, 通過(guò)基體樹(shù)脂的粘接作用把導(dǎo)電粒子結(jié)合在一起, 形成導(dǎo)電通路, 實(shí)現(xiàn)被粘材料的導(dǎo)電連接。導(dǎo)電銀膠已廣泛應(yīng)用于液晶顯示屏(LCD)、發(fā)光二極管(LED)、集成電路(IC)、印刷線路板組件(PCBA)、點(diǎn)陣塊、陶瓷電容、薄膜開(kāi)關(guān)、智能卡、射頻識(shí)別等電子元件和組件的封裝和粘接, 有逐步取代傳統(tǒng)的錫焊焊接的趨勢(shì)。(1)導(dǎo)電銀膠粘劑用于微電子裝配,包括細(xì)導(dǎo)線與印刷線路、電鍍底板、陶瓷被粘物的、金屬底盤(pán)連接,粘接導(dǎo)線與管座,粘接元件與穿過(guò)印刷線路的平面孔,粘接波導(dǎo)調(diào)諧以及孔修補(bǔ)。(2)導(dǎo)電銀膠
7、粘劑用于取代焊接溫度超過(guò)因焊接形成氧化膜時(shí)耐受能力的點(diǎn)焊.導(dǎo)電銀膠粘劑作為錫鉛焊料的替代晶,其主要應(yīng)用范圍如:和移動(dòng)通信系統(tǒng);廣播、電視、計(jì)算機(jī)等行業(yè);汽車(chē)工業(yè);醫(yī)用設(shè)備;解決電磁兼容(EMC)等方面。(3) 導(dǎo)電銀膠粘劑的另一應(yīng)用就是在鐵電體裝置中用于電極片與磁體晶體的粘接.導(dǎo)電銀膠粘劑可取代焊藥和晶體因焊接溫度趨于沉積的焊接.用于電池接線柱的粘接是當(dāng)焊接溫度不利時(shí)導(dǎo)電銀膠粘劑的又一用途。(4)導(dǎo)電銀膠粘劑能形成足夠強(qiáng)度的接頭,因此,可以用作結(jié)構(gòu)膠粘劑。3)供電電源選擇方案:初期測(cè)試階段,我們?cè)褂眠^(guò) AC-DC 直流穩(wěn)壓電源對(duì)貼片 led 供電,貼片 led 可以正常工作,但是透鏡成像會(huì)受
8、到較大干擾。電子顯微鏡成像主要與帶電粒子束相關(guān),當(dāng)在電子顯微鏡鏡筒飛行的帶電粒子束受到外界干擾,得到的圖像會(huì)扭曲變形。經(jīng)過(guò),AC-DC 直流穩(wěn)壓電源的干擾主要有以下:ll50HZ 低頻電磁干擾工頻電源寄生高次諧波干擾所以,貼片 led 供電不能夠采用 AC-DC 直流穩(wěn)壓電源,為了避免 AC 電源的影響,我們采用電池供電,通過(guò)接入 DC-DC 電路調(diào)節(jié)輸出電壓,可以避免 AC-220V電源輸入所帶來(lái)的干擾。因?yàn)橘N片 led 的開(kāi)啟電壓較小,DC-DC 電路用分立元件搭建則難以保證輸出電壓的穩(wěn)定,且電路較為復(fù)雜,而使用集成度簡(jiǎn)化電路,并具有較好的電路性能。可以很大程TI 公司是全球領(lǐng)先的數(shù)字信號(hào)
9、處理與模擬技術(shù)半導(dǎo)體供應(yīng)商,他們?cè)陔娫垂芾矸矫婢哂泻芏嘈阅軆?yōu)異的。通過(guò)參數(shù)的篩選,我們選擇了兩個(gè)方案,方案一的基本應(yīng)用電路:Lmz13608 輸入電壓范圍為 6V36V,所以幾節(jié)電池串聯(lián)即可達(dá)到輸入電壓的要求。該提供范圍為 0.8V6V 的可調(diào)且高精確度的輸出電壓,覆蓋了不同波長(zhǎng)的貼片 led 的開(kāi)啟電壓。而且該是一款具有以下保護(hù)特性的可靠且穩(wěn)定耐用的設(shè)計(jì):熱關(guān)斷、輸入欠壓閉鎖、輸入過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、輸出電流限制并啟動(dòng)至一個(gè)預(yù)偏置輸出。Lmz13608 實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào),是通過(guò)硬件閉環(huán)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)的。的 FB 引腳為輸出電壓反饋腳,將輸出電壓通過(guò)兩個(gè)電阻分壓接入,該引腳規(guī)定的電壓參考為0.795V
10、 左右,所以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻的分壓系數(shù),可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。輸出電壓與分壓電阻表示為:VOUT=0.795V * (1 +RFBTRFBB)/分壓電阻大小一般在1k 至10k 里面選擇。RFBT 選擇適當(dāng)大小的可調(diào)電阻,就可以實(shí)現(xiàn) 0.8V6V 輸出的高精度調(diào)節(jié)。供電電路符合預(yù)期,但是電源供電模式單一,無(wú)法設(shè)置各種供電模式,方案二的基本應(yīng)用電路為:實(shí)驗(yàn)需求。TPS7A7001 是一款高性能,正電壓,低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器,此穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于需要極低輸入電壓和極低壓降電壓(高達(dá)2A時(shí))的應(yīng)用。此器件運(yùn)行時(shí)的輸入電壓可低至1.425V,并且輸出電壓可設(shè)定為低至 0.5V。可使用一個(gè)外部分壓器對(duì)輸
11、出電壓進(jìn)行設(shè)定。TPS7A7001 特有超低壓降,是輸出與輸入十分接近的應(yīng)用的理想選擇。此外,TPS7A7001 還有啟用引腳以便在關(guān)斷模式下進(jìn)一步減少功率耗散。TPS7A7001路,負(fù)載和溫度變化時(shí)提供出色的穩(wěn)壓功能。引腳,使用MCU就可以對(duì)電源進(jìn)行。主控因?yàn)樵摲€(wěn)壓有使能MCU模塊采用美國(guó)德州儀器(TI)公司推出的超低功耗MCU系列中的MSP430F2618,電源模塊的工作狀態(tài),該成本低,集成度高,豐富,性能優(yōu)越。通過(guò)4x4鍵盤(pán)輸入電源工作模式和工作參數(shù),由主控MCU 電路工作,并由LCD12864模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前電源工作模式和輸入輸出參數(shù)。該電源輸出0.8V-3.8V連續(xù)可調(diào)的直流電壓,可
12、輸出占空比任意可調(diào)的矩形周期脈沖、一定時(shí)長(zhǎng)的矩形脈沖以及穩(wěn)定持續(xù)電壓,這三種模式基本滿足了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的需求。后期經(jīng)過(guò)實(shí)際電路的搭建,方案二電路性能符合預(yù)期,該供電電路相比 AC- DC 直流穩(wěn)壓電源,不僅減少了干擾,也比方案一的功能更加豐富,而且整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用空間小,具有很好的適用性。4)測(cè)試電路方案:美國(guó) Keithley 儀器公司通過(guò)各種測(cè)量的解決方案為全球客戶提供更加可靠的測(cè)試,是訊、半導(dǎo)體、元器件生產(chǎn)等領(lǐng)域測(cè)試技術(shù)的者。我們選用的測(cè)量?jī)x器正是Keithley 公司制造的 Keithley 2420 多功能電源其具體功能如下:。llll電壓源、電流源、電壓表、電流表四合一的新型儀器,適
13、合于快速直流測(cè)試;可選高電壓型(1100V)、大電流型(3A)或大電流脈沖型(10A)電源測(cè)量;六位半,0.012%準(zhǔn)確度;可作六線式歐姆測(cè)量;lll程控電流/電壓,可設(shè)定箝位值;IEEE-488 和 RS232 接口;除測(cè)量電流、電壓外,還可測(cè)量電阻、功率、補(bǔ)償電阻、變壓器值、電壓系數(shù)。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中,我們主要于三種特性的測(cè)量,即:I-t、V-t、I-V 特性的測(cè)量。l基本電流測(cè)量方法:將待測(cè)樣品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 兩端,按下SOURCE V,設(shè)定輸出電壓為0(由“EDIT”左、右鍵更改光標(biāo)位置,并經(jīng)由“SOURCE”/及各數(shù)字鍵來(lái)設(shè)定數(shù)值),按下 MEA
14、I 和 OUTPUT ON/OFF,自面板測(cè)量值?;倦妷簻y(cè)量方法:將待測(cè)樣品直接接到 INPUT/OUPUT 的 HI 和 LO 兩端,按下lSOURCE I,設(shè)定輸出電流為0(由“EDIT”左、右鍵更改光標(biāo)位置,并經(jīng)由“SOURCE”/及各數(shù)字鍵來(lái)設(shè)定數(shù)值),按下 MEA V 和 OUTPUT ON/OFF,自面板測(cè)量值。lI-V 特性測(cè)量:I-V 特性測(cè)量通過(guò)加掃描電壓(電流),測(cè)量電流(電壓)得到。電源掃描設(shè)定共有四種模式,視需要而定,一般可選擇線性階梯波掃描。1.2.選擇送電壓(按 V)或送電流(按 I)。按 CONFIG,然后按 SWEEP,進(jìn)入 TYPE 選項(xiàng),選擇 STAIR。3.進(jìn)入起始位(START)設(shè)定,按 EDIT 左右鍵改變光標(biāo)位置,按各鍵設(shè)定數(shù)值,設(shè)定好后按 ENTER。4.用同樣步驟設(shè)定結(jié)束位(STOP)和步進(jìn)值(STEP)后,回到掃描設(shè)定選單(CONFIGURE SWEEPS)。5.選擇 SWEEP COUNT,選擇掃描循環(huán)數(shù),F(xiàn)INITE 可設(shè)定有限循環(huán)數(shù),INFINITE 則可進(jìn)行掃描。6.回到 CONFIGURE SWEEPS,進(jìn)入 SOURCE-RANGING,設(shè)定電源模式設(shè)定,
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