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Perché le linee dei dischi encoder in vetro sono di cromo
Le linee nere di un disco encoder in vetro sono un film di cromo spesso circa 0,1 μm. È sottile ma abbastanza nero, aderisce saldamente, resiste a usura e corrosione e può essere trasformato in linee di livello micrometrico mediante fotolitografia e incisione. Questo articolo spiega, sotto gli aspetti di schermatura della luce, adesione, durata e lavorabilità, perché i dischi in vetro adottano quasi sempre il cromo.
Guardando un disco encoder in vetro controluce, le linee sono nere e le fenditure trasparenti. La parte nera è un film di cromo spesso solo circa 0,1 μm: considerando un capello di 50–100 μm, è da cinquecento a mille volte più sottile di un capello. Il cromo non è l’unico metallo con cui si potrebbero realizzare le linee: perché allora i dischi in vetro lo usano quasi sempre?
I requisiti del materiale delle linee
Un film che possa servire da linea deve soddisfare contemporaneamente almeno i seguenti requisiti:
- Abbastanza nero: blocca la luce anche quando è molto sottile;
- Ben aderente: non si solleva né si stacca dal vetro;
- Durevole: resiste a pulizia, strofinamento e uso prolungato;
- Strutturabile finemente: con fotolitografia e incisione si ottengono linee micrometriche dai bordi netti.
Il cromo è equilibrato su tutti questi punti: è il motivo fondamentale della sua ampia diffusione.
Uno strato sottile è già abbastanza nero
Il grado di schermatura di una linea si esprime con la densità ottica OD: OD = −lg T, dove T è la trasmittanza:
| Densità ottica | Trasmittanza |
|---|---|
| OD 1 | 10% |
| OD 2 | 1% |
| OD 3 | 0,1% |
| OD 4 | 0,01% |
Il cromo assorbe e riflette fortemente la luce, per cui uno spessore dell’ordine del centinaio di nanometri raggiunge già un’elevata densità ottica. Un confronto: posta pari a 1 la luce che attraversa una fenditura, con linee a OD 3 ne resta solo 0,001. La profondità di modulazione M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin) = 0,999 ÷ 1,001 ≈ 0,998: un bianco e nero quasi ideale. Al contrario, se lo strato opaco presenta pinhole o è localmente troppo sottile, in quel punto la luce filtra e il contrasto del segnale diminuisce.
Un film sottile ha un ulteriore vantaggio: il tempo di incisione è breve, il sottoattacco laterale è ridotto e i bordi delle linee risultano più netti.
Aderente e resistente
Il cromo aderisce bene al vetro: per questo, quando si deposita oro o argento, si applica spesso prima uno strato di cromo come ancoraggio. Il film di cromo è duro e resistente ai graffi e in superficie forma un ossido compatto, piuttosto stabile all’umidità e ai comuni detergenti. Un disco montato in un encoder deve durare molti anni, quindi questi aspetti sono importanti.
Alcuni dischi prevedono inoltre uno strato di ossido di cromo sopra il cromo, che riduce la riflessione superficiale e la luce parassita nella testina di lettura.
Si può litografare e incidere
Il processo delle linee di cromo è illustrato nella Figura 1: pulizia del vetro, deposizione sotto vuoto di uno strato di cromo per sputtering o evaporazione, stesura del fotoresist per centrifugazione, pre-bake, esposizione a luce UV attraverso una maschera, sviluppo che scopre il cromo da rimuovere, incisione di tale cromo con la soluzione di attacco e infine rimozione del resist.
La soluzione di attacco del cromo (di solito a base di nitrato di cerio e ammonio) corrode solo il cromo e non intacca né il vetro né il fotoresist, così il pattern viene «copiato» con precisione. L’industria delle fotomaschere usa da decenni il cromo come strato opaco: materiali, attrezzature e processi sono maturi e la produzione di dischi encoder può adottarli direttamente.
L’incisione a umido provoca un leggero sottoattacco laterale e le linee risultano un po’ più strette del pattern del resist; occorre compensarlo nel progetto della maschera e nei parametri di processo.
Confronto con altri materiali
| Materiale | Schermatura | Adesione e usura | Stabilità | Impiego tipico |
|---|---|---|---|---|
| Cromo | Molto nero anche se sottile | Buona adesione, duro | Buona | Strato opaco di dischi in vetro e fotomaschere |
| Alluminio | Scherma, fortemente riflettente | Più tenero, si graffia facilmente | Media | Usato soprattutto come film riflettente |
| Oro, argento | Schermano | Teneri, scarsa adesione diretta sul vetro | L’argento si ossida | Costosi, in genere non usati per le linee |
In sintesi
Il cromo è diventato il materiale delle linee dei dischi encoder in vetro grazie alle sue prestazioni complessive: circa 0,1 μm bastano per un nero sufficiente, aderisce saldamente, resiste a usura e corrosione e si struttura in linee fini e nette con processi di litografia e incisione consolidati. Per valutare la qualità di schermatura di un disco, controllare soprattutto densità ottica, pinhole e bordi delle linee.
Traduzione dell’articolo originale cinese (0014). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com
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