Noen spesielle teknologiområder - Forsvarets forskningsinstitutt

Fra Forsvarets forskningsinstituttsHISTORIENoen spesielle teknologiområder10

2Det har vært en spennende oppgave å bidratil at mange av instituttets prosjekter heltfra begynnelsen av er blitt beskrevet på enoversiktlig og relativt lettfattelig måte. Slikkan interesserte skaffe seg kjennskap tilmeget av det instituttet har arbeidet med.Mange travle prosjektledere og medarbeiderehar bidratt og har vist stor hjelpsomhetog tålmodighet. Flere pensjonister har ogsågitt verdifulle bidrag. En spesiell takk til alleved publikasjonsavdelingen. Denne samledeinnsatsen har vært avgjørende. Jeg takkeralle for en svært interessant og lærerik tid.Red.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

Forord3Ved FFIs 50-årsjubileum i 1996 fikk OlavNjølstad og Olav Wicken, da ved Instituttfor forsvarsstudier, i oppdrag å skrive FFIshistorie for de første 25 år. Oppdraget tokspesielt sikte på å belyse instituttets rolle ien nasjonal sammenheng, i forhold til teknologiutvikling,industripolitikk og, med årene,forsvarsplanlegging. Kildematerialet var førstog fremst FFIs arkiv med instituttets korrespondanseog møtereferater fra styrendeorganer, samt offentlige dokumenter av ulikeslag, og Egil Eriksens og Eigil Strømsøessamlede fremstilling av prosjekt-aktiviteteneved instituttet. Oppdraget ble løst på en utmerketmåte ved utgivelsen av boken ”Kunnskapsom våpen”. Den har i høy grad bidratttil å gi instituttet som helhet og dets tidligeledere en velfortjent heder.Imidlertid var det tidlig klart at oppdragetsom ble gitt til Njølstad og Wicken ikkeville gi rom for nevneverdig omtale av selvegjennomføringen av instituttets prosjekter.Hvordan oppstod ideene som ledet tilprosjektene? Hva var forutsetningene forgjennomføringen? Hvem stod for den, oghvilke utfordringer møtte de underveis? Medandre ord, vi savner vitnefaste nedtegnelserfra det ”indre liv” i instituttet som frembraktede resultatene som berømmes i nasjonaltperspektiv. Dette har vi bedt prosjektledereog prosjektmedarbeidere å fortelle om.som kilder for de enkelte heftene hvor deresbidrag befinner seg.Instituttets uten sammenligning største ogteknologisk bredeste prosjekt-område harvært utviklingen av sjømålsraketter. Den førstePenguin-raketten ble i sin helhet utvikletav instituttet, og systemarbeider og kritiskedeler er utviklet for de påfølgende versjonerav Penguin og NSM (Nytt SjømålsMissil).En samlet historisk fremstilling av dennevirksomheten er i arbeid i regi av KongsbergDefence & Aerospace. Vi har valgt å avventeden før vi tar stilling til om det er aktuelt åutgi et supplement innenfor dennehefteserien.Erling Skogen er redaktør for det samledeprosjektet. Han har nedlagt et betydeligarbeid i bearbeiding av tekstene og fremskaffingog redigering av billedmaterialet.Kjeller 1. mars 2003Nils HolmeHvordan skulle det gjenstående arbeidetlegges an? Etter nøye vurdering har vi satsetpå en serie historiske hefter som hvert dekkeret begrenset prosjekt eller fagområde.Det er flere fordeler ved denne løsningen:Arbeidene kan utgis etter hvert som de blirferdige, og det krever ikke meget å utgi enforbedret utgave dersom feil eller manglerskulle bli påpekt.Prosjektet har en risiko. Jo bedre vi lykkesmed å få frem de viktige bidragene ogbidragsyterne, desto kjedeligere blir det medde mangler som allikevel ikke unngås. Ogsåmed tanke på oppretting av slike mangler erhefteformen enklest.Oppslutningen om dette prosjektet har værtmeget stor, og mange tidligere og nåværendemedarbeidere har bidratt. De er nevntFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

4Noen spesielle teknologiområderHelt fra 1950 hadde instituttet et glassblåserverksted for fremstilling av apparatur forkjemilaboratoriene. Glassblåserverkstedet ble etter hvert et velutstyrt glassteknologisklaboratorium med flere spesialiteter. Allerede i 1954 var det etablert et elektroteknisklaboratorium for fremstilling av trykte kretskort som et av de første i Norge. Denne virksomhetenble etter hvert betydelig oppdatert og instituttet ble etter hvert ledende i Norgepå dette området. Det var i første rekke datamaskinkonstruktørene som var forbrukere.Siden kom Penguinprosjektet som en tung forbruker. Penguinsøkeren krevde kunnskaperinnen flere spesielle fagområder. Glassmetall sammenføyninger var et slikt område iforbindelse med fremstilling av IR-detektorer. Detektoren krevde også kunnskaper innenfortynnfilm filterteknikk, som var et helt nytt fagområde. Andre nye fagområder var mikromønsterprossesering,bl.a. for fremstilling av detektorelementer, og tynnfilm hybridteknologifor miniatyrisering av elektronikk. For begge disse områdene og for filterfremstillingble det opprettet spesielle laboratorier.GLASSTEKNOLOGIDet var glassblåser Jan Knudsen som bygdeopp det glassteknologiske laboratoriet vedFFI. Knudsen ble ansatt ved instituttet i1950 og begynte som glassblåser ved Avdelingfor kjemi (Avd K), hvor han utførte bl.a.teknisk glassblåsing for de teknisk-kjemiskelaboratorier i tilknytning til Norges førsteatomreaktor, som var under oppbygging.Han utførte også en rekke krevende oppgaverfor forskningssjef Brynjulf Ottar.Knudsen vokste opp i et typisk glassblåsermiljø,sier han selv, og gikk læretiden hos sinfar, som også var glassblåser.Da utviklingen av Penguins infrarøde målsøkerstartet i 1962 ble Knudsens medvirkningav avgjørende betydning. Glassblåserverkstedetble flyttet til kantinekjelleren,og Tycho Jæger som var prosjektleder forPenguinsøkeren, ble Knudsens nærmesteforesatte. Det ble fremdeles fremstilt renglassapparatur, særlig for Avd K og Avdelingfor Toksikologi (Avd TOX); meget komplisertekolonner, destillasjonsapparater osv. Det bleutført en mengde forskjellige typer oppdrag:Apparaturblåsing, presisjonssliping, glassmetallforbindelser og glass-glass forbindelsermed stor forskjell i utvidelseskoeffisienter.Glasslaboratoriet fikk etter hvert megetgodt utstyr, og Knudsen og hans mannskapkunne utføre alle typer glassteknologiskeoppgaver. Det ble arbeidet med toleranserned til 0,1 millimeter. Laboratoriet var stortog romslig og hadde plass til horisontaleog vertikale glassblåserdreiebenker og enmoderne brenner som kunne smelte fra sodaglasstil kvarts, temperaturer mellom 400og 2000°C. Det fantes også høyfrekvensutstyrfor smelting og sammenføyning av glasstil andre materialer.Den største utfordringen kom i forbindelsemed Penguinprosjektet. Det skulle utviklesog fremstilles små termosflasker (Dewars)av glass for kjøling av søkerens detektor.Termosflasken ble fylt med flytende nitrogenog skulle holde detektoren nedkjølt underrakettens flukt. (Se ”Elektrooptikk, utvikling avIR-detektorer” i denne hefteserien.) Fremstillingenav termosflaskene ble en megetkomplisert oppgave, hvor Knudsen gjorde etpionerarbeid, både når det gjaldt smelting avglass til safir og glass til metall. Særlig varsmelting av glass til forskjellige Irtranmaterialeret nybrottsarbeid og representerteen teknologi som Knudsen var alene om.Etter hvert utviklet det seg et spesielt fagmiljøomkring Jan Knudsen, og han lærteopp sin etterfølger som skulle føre instituttetsglassblåsertradisjoner videre.Knudsen hadde i sin tid flere lærlinger, somalle ble presset hardt når det gjaldt nøyaktighet.Det var Jan Gulliksen, Bjørn Utsikt ogJohn Slettmoen. Slettmoen gikk senere overtil KDAs (Kongsberg Defence and Aero-Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

5Jan Knudsen i bakgrunnen og lærling Jon Gulliksen på glassteknologisk laboratorium 1967.space) avdeling på Kjeller. Siden kom Elin ogArne Mellum, som også hadde sin læretidhos Jan Knudsen. Elin startet sitt egetglassblåserverksted i Aurskog, mens Arnefortsatte som instituttets glassblåser.Knudsen ble betegnet som en glasskunstner,noe han har vist ved å ha fremstilt bl.a. etpar vakre seilskuter med full rigg og tauverki glass.Bidragsytere: Erling Malvin Sunde, ErlingSkogen.Jan Knudsen foretar utgassing av Vaconmetallfør sammenføyning til glass for fremstillingav glassmetalloverganger 1967.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

6En av Jan Knudsens seilskuter i glass.TRYKT KRETSKORT TEKNOLOGIPå slutten av 1950-tallet økte interessenfor trykte kretser betydelig ved instituttet. Itidsskriftene kunne en stadig se annonserog artikler knyttet til denne måten å bindesammen elektriske komponenter på. VedAvdeling for telekommunikasjon (Avd T) haddeen allerede en tid brukt trykte kretskort iforbindelse med miniatyrisering av nærhetsbrannrørfor 81 mm bombekastergranat, sådet fantes en del kunnskaper og utstyr forfremstilling av slike kort.Navnet ”Trykt kretskort” kommer av at dettil å begynne med ble trykket og sintretledningsmønster av sølv på en bakelittplate.Denne metoden hadde mange svakheter ogble aldri brukt på FFI. Siden ble det i stedetlimt et tynt kobberfolium på bakelittplaten ogledningsmønsteret lagt på kobberfoliet meden spesiell teip. Deretter ble mellomrommeneetset vekk i et etsebad, og en sto tilbakemed det ønskede ledningsmønster i kobber.Dette ble fremstillingsprinsippet for allsenere kretsproduksjon, men en har beholdtuttrykket ”Trykt krets”.Det elektroteknologiske laboratoriet, som varetablert i kjelleren på Avd T ble brukt av stadigflere. Det var i første rekke Siffergruppasom brukte kretskort i forbindelse med utviklingav datamaskiner. En som senere skullefølge utviklingen av trykte kretskort på nærtFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

7Tone Sømme ved belysningsutstyret.hold i mange år var Øystein Lundberg. Hanbegynte som laborant for Arne Solesvik, somvar en av forskerne i Siffergruppa.Kretsfremstilling over til det nyeelektronikkbyggetI 1962 ble det nye elektronikkbygget tatt ibruk. Avd T og Avdeling for radar (Avd R) blesamlet der, og elektronikkmiljøet ble betydeligstyrket og dermed også behovet forkretskort.Et nytt teknologisk laboratorium ble etablerti kjelleren i A-fløyen i det nye bygget. Alt utstyretfra Avd T ble flyttet over og en del nyttkom til. Det var Solesvik som fikk ansvaretfor å bygge opp det nye teknologilaboratoriet.Laboratoriet var den første tiden selvbetjent.Kretsene var relativt enkle og de flestemedarbeiderne hadde fått innsikt i kretskortfremstilling.I 1967 ble Øystein Lundbergansatt som laborant og fikk ansvaret forkretskortfremstillingen. Til å begynne medarbeidet Lundberg for det meste alene der.Behovet for kretskort økte og laboratorietble for lite. I 1970 flyttet så virksomhetenover til romsligere og mer hensiktsmessigelokaler i C-fløyen.Ledere og mellomrom på et kretskort kunnepå den tiden være mellom 2 og 5 mm. Ledermønsteretble lagt direkte på kopperfolietmed svart teip, og mellomrommene etsetvekk med jernklorid. Etsingen foregikk ved”dyppemetoden”, dvs. kortet ble dyppet nedi en beholder med etsevæske og bevegetfrem og tilbake. Siden ble det boret hull ikobberlederne hvor både aktive og passivekomponenter kunne festes og loddes til.Etsevæsken var jernklorid oppløst i vann ogvar et aggressivt og ubehagelig kjemikaliumsom farget klær og fingre brune. Det ble nokbrukt både spesialforkle og gummihansker,men hanskene var klumpete og ikke alltidegnet til å håndtere kortene med, så det gikken god del ut over fingrene.På midten av 1970-årene hadde behovetfor kretskort økt så kraftig at lokaleneFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

8Øystein Lundberg ved den digitale boremaskin.igjen ble for trange. Enda en gang flyttetvirksomheten over til A-fløyen til større ogmer hensiktsmessige lokaler og en god delnytt utstyr.Det var de som utviklet regnemaskiner ogelektronikk til Penguin som var de størsteavtagerne av trykte kretskort. Etter hvertble mønsterkonfigurasjonene mer og merkompliserte og kravet til nøyaktighet økte. Itillegg ble det også behov for dobbeltsidigekort, dvs. kretsmønster på begge sider avkortet. Behovet for trykte kretskort øktestadig, og på begynnelsen av 1970-tallet bleRonald Berberg ansatt for å ha ansvar forde kjemiske prosessene.På slutten av 1970-tallet ble det tatt i bruken ny etsemaskin for å oppnå større mønsternøyktighet.Her ble etsevæsken sprutetloddrett på kortet.Fototeknikken tas i brukEtter hvert som ledningsdimensjonene stadigble mindre og kravet til nøyaktighet større,måtte en også her ta i bruk fototeknikken.Kravet ble linjebredder og avstander ned til1 mm.Det ble innkjøpt et stort og moderne reduksjonskameratil dette formålet. Kretsmønsteretble teipet opp på et transparentplastfolium og nedfotografert 3-4 ganger tilriktig størrelse på film. Nå ble det lagt på etlag med fotoresist, en slags lysfølsom lakk,i et tynt lag på den kobberbelagte bakkelittplata.Etter herding ble fotoresistbeleggetbelyst gjennom filmen med det nedfotografertemønsteret. Ved fremkalling ble ønsketkretsmønster i fotoresist stående igjen påkobberlaminatet. Alt kobber som ikke varbelagt med herdet fotoresist ble etset vekk.Tilbake sto det ønskede kretsmønsteret.I 1978 ble lokalitetene i A-fløyen utvidetytterligere på grunn av økt virksomhet.Laboratoriet fikk en del nytt utstyr, bl.a. enhalvautomatisk boremaskin med stor presisjon.Det var Per Røed som ledet virksomhetenpå denne tiden. Han sluttet i 1980 for åFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

9Fra etse- og pletteringslinjen. Laila Trosdahl-Iversen med ferdig innerlag for flerlagskort.overta ansvaret for kjemidelen ved CAPINOR,et firma som hadde startet produksjon avtrykte kretskort på Gjøvik. Etter Røed komSteinar Dahle som ansvarlig for laboratoriet.Datateknologien overtar utlegg avkretsmønstrePå denne tiden ble det også tatt i bruk etdatastyrt utleggsutstyr som ble anskaffet avYngvar Lundh. Det var en CAD (ComputerAided Design) maskin fra Computer Vision.Utstyret ble plassert i kjelleren i elektronikkbyggetsC-fløy. Det var Torkel Kåsa og KaiEriksen som var ansvarlige for driften av anlegget.Operatører var Guri Bolstad og AnneMarit Karlsen. Siden kom Mentor, et digitaltkonstruksjonsutstyr både for trykte kretserog integrerte kretser.Fra nå av var utlegg med etterfølgende nedfotograferingunødvendig. Kretsutlegget bleframstilt direkte til riktig dimensjon.Over til dobbeltsidige kretskortTidlig på 1980-tallet gikk en over til dobbeltsidigeketskort med gjennomplettertehull. Ledningsmønstrene på de to sider bleforbundet med hverandre ved å plettere kobberi hullene mellom dem. En etse- og pletteringslinjemed 13 forskjellige bad ble tatti bruk, og det ble kjemisk lagt på et tynt lagmed kobber på hullveggene, som siden bleopplettert med et tykkere kobberbelegg. Detble innkjøpt en numerisk styrt boremaskin,som kunne bore hull med en diameter nedtil 0,5 mm med en nøyaktighet på 0,1 mm.På midten av 1980-tallet ble det fremstiltlederbredder ned til 0,3 mm.Det ble stadig eksperimentert med nye etsevæskerog etsemetoder. Det ble tatt i bruken ny etsemaskin for å oppnå større mønsternøyaktighet.Her ble etsevæsken sprutethorisontalt på kortet. I en kortere periode bleden mere miljøvennlige Ammonium Persulfatbrukt som etsevæske. Senere kom vannstoffperoksyd, som ga både eklere, nøyaktigereog raskere etsing.En var tilbake til dyppemetoden. Det ble ogsåtatt i bruk en ny type fotoresist i form av enfilm som ble lagt på kobberfoliet, som nå varFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

10bare 5 mikrometer tykt. I de områder hvorfotoresisten var vasket vekk under fremkallingenble det nå plettert opp kobber til fotoresistenstykkelse på 25 mikrometer med rettevegger. Det uønskede 5 mikrometer tynnekobberbelegget ble etset vekk meget rasktmed vannstoff peroksyd.Fra 1979 og frem til 1982 hadde SteinarDahle ansvaret for virksomheten.Tilbakeslag for kretsfremstilllingenTidlig på 1980-tallet brøt det ut brann ipletteringsrommet, og hele etse- og pletteringslinjenble ødelagt. Laboratoriet blebygget opp igjen i løpet av et års tid med nyttog oppdatert utstyr, og en kunne starte oppmed fremstilling av mangelags kretskort. I1986 ble Rolf Johansen ansatt som leder avlaboratoriet og året etter ble Tone Sømmeansatt som laborant. Det ble fremstilt stadigmer kompliserte kort, og i begynnelsen på1990-tallet ble det produsert opptil 20-lagskretskort med gjennompletterte hull. Forspesielle formål ble det også produsert fleksiblekretskort for sammenkobling av størreelektroniske enheter. Arbeidsmengden øktestadig, og i1991 ble Laila Trosdahl-Iversenansatt som laborant.På denne tiden var laboratoriet ledende iNorge når det gjaldt fremstilling av avansertekretskort.Fremstilling av trykte kretskort opphørerved FFIFor å kunne følge med i den teknologiskeutviklingen på dette feltet, trengtes detstadig nye investeringer. Sett i forhold til detbehovet for kretskort som var på FFI, fanten disse investeringene for store. På dennetiden mente en dessuten at fremstillingen avkretskort i den sivile industri var kommet opppå et nivå som kunne tilfredsstille instituttetsbehov.På slutten av 1994 opphørte fremstilling avkretskort. En kan trykt si at en teknologiskepoke var avsluttet ved instituttet.Mesteparten av utstyret ble solgt, men endel ble beholdt for inntakskontroll av kortsom fra nå av ble kjøpt fra private firmaer.Det ble også opprettet et laboratorium forpålodding av overflatemonterte komponenter,som på denne tiden kom som erstatningfor komponenter med ben. Laboratoriet fikkogså utstyr for reparasjon av defekte kretskort.Tone Sømme fikk ansvaret for dennevirksomheten.Bidragsytere: Øystein Lundberg, ErlingSkogen.TYNNFILMTEKNOLOGIPå slutten av 1950-tallet var transistorenrutinemessig i bruk i mye av det utstyretsom ble utviklet ved FFI. Det var et enormtfremskritt, spesielt hva effektforbruk ogstørrelse på utviklet utstyr angikk. I tidsskrifterkunne en også lese om en ny sammenkoblingsteknikkfor transistoriserte kretser,den såkalte tynnfilmteknikk, hvor forbindelsenmellom komponentene besto av tynnemetalliske ledere. Bruk av en slik teknikk villevære meget plassbesparende, men teknikkenkrevde både kunnskaper og utstyr sominstituttet på den tiden ikke rådde over. Detvar først i 1960 at kunnskapen om tynnfilmteknologikom til FFI. Christian Holm komda hjem fra England etter å ha arbeidet vedRoyal Radar Establishment (RRE), Malvern,England, med stipendium fra Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Forskningsråd (NTNF).Han arbeidet med denne teknologien i forbindelsemed ”Distributed resistor capasitornetwork for micro-miniaturisation”, som bleet viktig bidrag til mikrominiatyriseringen avelektronikk som foregikk ved RRE. Dette varpå den tiden spissteknologi i verdenssammenheng,og RRE var blant de fremste pådette området.Erling Skogen har arbeidet med tynne filmertil forskjellige formål fra 1960 til 1982, oghar skrevet om det.Tynne filmerDeponering av tynne metallfilmer på et underlagblir gjort ved at ønsket metall, ofte gull,blir smeltet i en digel i et vakuumkammer.Etter at metallet er smeltet begynner det åfordampe, og metallmolekylene beveger seg iFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

11Interiør fra deponeringsanlegg i begynnelsen av 1960-årene.rette linjer på grunn av det lave trykket i kammeretog kondenseres på omgivelsene somhar lavere temperatur. Hvis for eksempel enhalvlederskive befinner seg over dampkildenblir den da dekket med en tynn film av metall,hvis tykkelse lett kan kontrolleres underpådampingsprosessen. Tykkelsene er normaltunder en titusendels millimeter.Dielektriske filmer deponeres på lignendemåte. Også her legges utgangsmaterialet ien digel. Materialet smelter ikke, men sublimereretter å ha oppnådd en bestemt temperaturog kondenseres til en tynn dielektriskfilm på det ønskede underlag, substratet.Tynne filmer kan også fremstilles ved såkaltsputtering. Her foregår deponeringen av dentynne filmen ved at materialkilden bombarderesmed gassioner, som slår løs atomer framaterialet som så kondenseres påsubstratet.Ved noen tilfeller er det gunstigst å smeltematerialet ved hjelp av en elektronkanon.Det var denne type teknologi en ville innførepå FFI. I første rekke for fremstilling av tynnedielektriske filmer, både til antirefleksbehandlingav optiske komponenter og til fremstillingav optiske filtre.Etablering av tynnfilmlaboratoriumEtter at Holm kom tilbake fra England bledet besluttet å bygge opp et spesiallaboratoriumfor deponering av tynne filmer. Året var1960, og det var Christian Holm og ErlingSkogen som satte i gang med dette i annenetasje på Avd T. Som vanlig var det vaktmesterenog altmuligmannen Albert Klinge somforesto ombygging av lokalet og tilpassing tilny virksomhet.Det var kommet en ny dimensjon til de teknologiskefagområder som en tidligere var vantFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

12med. Nå ble det i tillegg vakuumpumper avforskjellige slag, slanger, gassflasker ogmanometre.Det første pådampingsanlegget ble byggetopp av deler som en fikk fra mange forskjelligesteder. Særlig var Avd K en god leverandørav brukte deler. I det ene hjørnet av laboratorietvar det en arbeidsbenk hvor enkunne lage smeltedigler for forskjellige pådampingsmaterialerog deler for mekaniske modifikasjoneri vakuumkammeret, som det alltidvar et behov for. På arbeidsbenken var det enblanding av elektrisk måleutstyr, digelmaterialer,diverse verktøy og en solid skrustikke.Men elektronikken var fremdeles viktig, bl.a.i forbindelse med oppbygging av utstyr formåling av filmenes tykkelse under pådampingsprosessen.Utstyret ble for det mesteutviklet og bygget på laboratoriet.De første tynne filmerTil å begynne med ble det laget speil ved ådeponere aluminium på glass. Deretter bledet tynne dielektriske filmer, både til antirefleksbehandlingav optiske komponenter og tilfilterformål. Det nye laboratoriet var i gang.Flere oppdragsgiverePå denne tiden var det også opprettet engruppe som arbeidet med elektrooptikk, (se”Elektrooptikk” i denne hefteserien) og ”Tynnfilmlaboratoriet”,som det var blitt hetendeetter hvert, ble snart et viktig laboratoriumogså for denne gruppen. Det var i førsterekke Tycho Jæger, Terje Lund og GunnarWang som var oppdragsgivere.Laboratoriet flytterI 1962 flyttet virksomheten over til nytt laboratoriumi tredje etasje i B-fløyen i den nyeAvdeling for elektronikk (Avd E). Etter hvertble det bygget opp flere deponeringsanleggbåde for pådamping og sputtering medtilhørende måleutstyr. Det ble også kjøpt innfotospektrometer for måling og fremstillingav transmisjonskurver for produserte filtre.InterferensfiltreFor å kunne gi søkersystemet i Penguinrakettende optimale spektrale egenskaper somkrevdes for å skille skipsmålenes IR-strålingfra strålingen fra sjøen og omkringliggendeobjekter var det nødvendig å beherske fremstillingenav filtre for det optiske og infrarødebølgelengdeområdet. Denne kompetansenBildet viser fargespektret med transmisjonskurver for forskjellige filtre. Den hvite kurven viserden resulterende transmisjonskurve i bølgelengdeområdet 500-550 nm.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

13Interiør fra tynnfilmlaboratoriet i begynnelsen av 1980-årene. Bilde av Christian Holm innfelt.fikk også stor betydning for laserforskningensom også tok til i begynnelsen av 1960-årene.Interferensfiltre for det optiske og infrarødebølgelengdeområdet var kommersielttilgjengelige, men meget kostbare og til heltuakseptabel leveringstid. Av sikkerhetsmessigegrunner var det også ønskelig å ha håndom fremstillingen ved FFI. En kunne også forandreet filters karakteristikk på kort varsel,noe som ofte skjer i en utviklingsfase.Interferensfiltre fremstilles i vakuum ved deponeringav et antall tynne dielektriske filmermed kontrollerte tykkelser og brytningsindekserpå et egnet underlag, for eksempel safir.Deponeringen kan skje ved fordampning,sublimering eller sputtering. Filterets transmisjonskurvebestemmes av de dielektriskefilmers tykkelse, brytningsindeks ogantall lag.Automatisering av filterfremstillingI begynnelsen på 1970-tallet var digitalteknikkenvel etablert rundt omkring på laboratoriene,og etter hvert ble den tatt i bruk ogsåpå tynnfilmlaboratoriet. Holm var alltid åpenfor nye muligheter, og digitalteknikken medsin mulighet for programmering ga storemuligheter både for syntetisering av filtere ogautomatisk fremstilling. Fremstilling av mangelags filtre krevde stor nøyaktighet og påpasselighetav operatøren, også tålmodighet.Særlig det siste var ikke Holms sterke side,dessuten likte han ikke rutinearbeid. Etterhvert utviklet han apparatur og programmerfor syntetisering og fremstilling av filtre.Snart kunne store deler av filterfremstillingenforegå automatisk, og Holm kunne bruketiden til utvikling av nye filtre og nye metoder.Holm gikk av med pensjon i 1992 og bleetterfulgt av Kjell Arne Hellum.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

14TYNNFILM HYBRIDTEKNOLOGII 1961 fikk Skogen stipendium fra NTNF ogarbeidet ved den samme avdelingen ved RREsom Holm hadde gjort. På denne tidenutviklet de en forsterker med tilhørendemotstander og kondensatorer integrert i enhalvlederskive. Nødvendige ytre ledningsforbindelservar laget i tynnfilmmønster av gull.Denne kretsen ble demonstrert for førstegang på Palladium i London i mars. Dettevar en stor begivenhet i mikrokretsverdenen.En annen gruppe arbeidet med tynnfilmhybridteknologi. Dette var en kombinasjon avpassive metalliske tynnfilm ledningsmønstreog ukapslede transistorer fra den monolittisketeknologi som aktive komponenter,bundet sammen til en elektronisk krets.Denne teknikken bidro sterkt til miniatyriseringav elektronikk.Hybridkrets for høye frekvenserSkogen arbeidet i hybridgruppen og undersøktetynnfilmteknologiens muligheter vedhøye frekvenser. Den var hittil bare brukt ilavfrekvensområdet. Som den første i UKutviklet han en oscillator som svingte med200 MHz. Hans arbeid med tynnfilm hybridkretserved RRE ga grunnlaget for denhybridisering som senere kom ved FFI.Hybridisering ved FFIEtter at han kom tilbake fra England arbeidethan sammen med Holm igjen en tid. Det gikki fremstilling av filtre, antirefleksbehandlingMarit Wang og Erling Skogen fremstiller mikromønstre på “Renlabben”. Midten av 1970-årene.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

og beskyttelse av optiske komponenter. Etterhvert meldte behovet seg for miniatyriseringav elektronikk fra flere hold. Særlig var detJægers gruppe som fikk for lite plass for sinelektronikk, og det var tynnfilm hybridteknologien som ble løsningen. Og dette blebegynnelsen på hybrid-miniatyriseringenved FFI.Nytt laboratoriumDet ble bygget opp et nytt laboratorium forfremstilling av mikromønstre og hybridkretserved siden av Holms tynnfilmlaboratorium.Det var viktig å være i nærheten av pådampingsanleggenehvor de tynne filmene bledeponert på kretssubstratene. (Ofte 1 mmtykke keramiske plater.) For å kunne fremstillemikromønstre i dimensjoner ned til10 mikrometer, trengtes et laboratoriumsom var spesielt rent. Det ble installert enrenbenk hvor det ikke skulle finnes støvpartiklerstørre enn 1 mikrometer. Her foregikkfremstillingen av mikromønstre. Selv et litestøvkorn kunne være ødeleggende nårledningsmønstrenes dimensjoner var foreksempel 10-20 mikrometer brede. Pga.renbenken ble miljøet i hele laboratorietganske rent. De som jobbet der hadde hvitenylonfrakker på for å holde støv og urenheterborte. Laboratoriet ble kalt ”Renlab’en”.Det var flere ingeniører og laboranter somarbeidet på laboratoriet i kortere ellerlengre tid.Ikke alle egnet seg for slik nitid nøyaktighetog renslighet som var nødvendig i fremstillingsprosessene,men de fleste sluttet forå skaffe seg videre utdannelse. Blant desom i lengre tid gjorde en viktig innsats påRenlab’en var laborantene Lisbeth Halvorsen,Marit Wang og Inge Knoph. Lisbeth varsportsfisker og Inge var fallskjermhopper. Enmandag morgen kom han ikke på jobb. Medbare reservefallskjermen åpen falt han retti isen på Einavannet. Han ble tre centimeterkortere, men etter en stund startet han påsin videreutdannelse.Fremstilling av mikromønstre oghybridkretserDen første krevende oppgaven var fremstillingav en kodeskive for Penguin søker. Detvar en rund glasskive, 73 mm i diameter og1 mm tykk. Den skulle ha en mønsterkonfigurasjonmed 720 radielle linjer i en randrundt periferien. Hver linje hadde en breddepå 0,3 mm med en nøyaktighet bedre enn0,015 mm. Glasskiven ble fremstilt vedinstituttets glassteknologiske laboratorium avJan Knutsen.På den tiden fantes ikke numerisk styrtetegnemaskiner som kunne fremstille tilstrekkelignøyaktige mønstre for nedfotografering.Problemet ble løst ved å frese ut et mønsteri messing på Fellesverkstedets meget nøyaktigejiggboremaskin og preparert for nedfotografering10 ganger til riktig dimensjon.Filmen ga originalmønster for fremstilling avkodeskiven.Etter at vår første Kingmatic numerisk styrtetegnemaskin med meget stor nøyaktighetkom til Fellesverkstedet, ble alle mulige originalmønstrefor tynnfilmkretser lett fremstilt.For fotografisk reduksjon av originalmønstretfra Kingmatik, konstruerte Skogen etspesialkamera bygget omkring et 150 mmMikro Nikkor objektiv. Kamerahus og optiskbenk ble fremstilt på Fellesverkstedet. Meddette kameraet ble det rutinemessig fremstiltfilmmasker med linjer og mellomrom nedtil 10 ± 0,1 mikrometer. Det ble brukt enKodak spesialfilm med en hastighet på 0,01ASA og med en oppløsning på 2000 linjer/mm. Laboratoriet hadde nå både utstyr ogkunnskaper til å produsere filmmasker foralle ønskelige mønsterkonfigurasjoner. Påden tiden kostet det kr 1000,- å få fremstiltet maskesett ute. På Renlaboratoriet ble detetter hvert fremstilt hundrevis av maskesettfor forskjellige formål. Foruten meget kortleveringstid hadde en kunnskapene i husetog sparte mange penger.Det ble fremstilt kodeskiver for IR-kamera,skalaer og retikler for laser avstandsmålere,og mikromønstre for mange andre formål.En spesiell oppgave var fremstillingen av etanalysegitter i gull som ble brukt i et elektronspektrometeri Spacelab 1 om bord iromferga Columbia i 1983, etter oppdragfra Ionosfæregruppa.Hybridisering av dataprosessoren MIPROCDen største oppgaven for Renlab’en varhybridiseringen av dataprosessoren MIPROCfor digital signalbehandling i søkeren forPenguinraketten, som foregikk i perioden1975-1980 (se ”MIPROC mikrodatamaskin” i15Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

16Skogens reduksjonskamera for mikrokretser.En av de fire hybridkretsene som inngikk i mikroprosessorsystemet MIPROC før lokket settespå. Benyttet i Penguin Mk2 Mod4 søker. Kretsen inneholder 23 integrerte brikker.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

denne hefteserien). Prosessoren besto avfire tynnfilm hybridkretser som ble plassertpå et kretskort som passet inn i søkeren.Hver krets hadde plass på et substrat ialuminiumoksyd, 49 x 41 mm. Substratethadde 106 ben og fra 17-23 monolittiskebrikker, som var limt til substratet. Elektriskforbindelse til kretsmønsteret ble etablertmed bondetråder av gull med 25 mikrometerdiameter. Til dette fantes en spesialmaskin,og alt arbeid foregikk under mikroskop. Deferdige kretsene ble kapslet inn i nitrogenatmosfære.Også dette foregikk medspesialutstyr.17Hele hybridiseringsprosessen med så storesubstrater var meget komplisert og krevende,og kretsene var på den tiden blant destørste og mest kompliserte tynnfilm hybridkretsersom noen gang var fremstilt.Kretsene gjennomgikk en omfattende kvalitetssikring,som ble spesifisert og overvåketav Snorre Prytz etter den amerikanske Milstandard 38510, tilpasset våre krav.Fremstilling av detektorelementerRenlab’en var også sterkt involvert i fremstillingenav detektorer for søkeren i Penguin.Der ble detektorelementene etset ut fraen halvlederskive etter å ha blitt påført etfotoresistmønster i renbenken. Renbenkenvar viktig også her for å unngå defekter i elementetsoverflate. Også tynnfilmkretser forelektrisk forbindelse fra elementet til omgivelseneble fremstilt her.Skogen sluttet ved Avd E i 1982 for å taover som sjef for Kontoret for fellesorganer.Siden ble fremstillingen av hybridkretsergradvis redusert, men fremstilling avmikromønstre, og aktiviteter som trengtespesielt rene omgivelser foregikk fremdelespå Renlab’en. Det var særlig Ragnar Kristiansenog Ulv Skafle fra detektorgruppa sombetjente laboratoriet.Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

18Notater_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie

19Tidligere utgitt i denne serien1. Om FFIs etablering på Kjeller og utviklingen fram til 19962. Terne – et anti ubåtvåpen3. Datateknologi4. Radiolinjer5. Virkninger av kjernevåpen6. Spredning av stridsgasserKamuflasje7. Ildledning og navigasjon8. Luftvern og sårbarhet av flystasjonerOlje, gass og norsk sikkerhet9. Bildebehandling og mønstergjenkjenningFra Forsvarets forskningsinstitutts historie

Fra Forsvarets forskningsinstitutts historie - design FFI - produksjon PDC Tangen - utgitt 2005