[發明專利]一種微細電化學加工用電極的側壁絕緣方法

無效

• 申請號: 200810225440.1
• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN101391328A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發明（設計）人: 李勇;劉改紅;陳旭鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23H3/04
• 分類號: B23H3/04;B23H3/06;C08J3/24;C08L63/00
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技術領域

本發明涉及一種微細電化學加工用電極的側壁絕緣方法，屬于微細加工技術領域。

背景技術

金屬及合金材料的微細陣列型孔作為一種典型的微細結構在MEMS、航空航天、精密儀器、化纖等領域有著廣泛的應用，如高速打印機噴嘴板、光纖連接器、化纖噴絲板、微泵中的微細結構等。微細電化學加工具有無電極損耗、不產生應力、不受工具和工件材料機械性能影響、可以在導電材料上加工復雜形狀、加工完成后的表面光潔度較高的特性，在精密和微細陣列型孔的加工中有著潛在的應用前景。但是，由于電化學加工是基于金屬陽極在電解液中發生電化學溶解或沉積的原理來實現對工件的加工的，加工過程中陰極與陽極間的電位差在間隙電解液中形成的電場使工件上不希望被加工部位和已加工部位均可能產生雜散電流，而被蝕除或沉積，很大程度上影響了微細電化學加工精度。

為實現微細陣列型孔較高精度的電化學加工，本研究室采用工具電極側壁絕緣的工藝路線，探索微細陣列型孔的高精度加工并達到工業產業化應用要求的可行性。微細電化學加工用電極的側壁絕緣，有助于將電場約束在工具電極端面和工件表面之間的狹小區域內，抑制雜散電流，顯著提高微細電化學加工的尺寸精度。微細電化學加工用電極對側壁絕緣有著嚴格的要求，如較小的薄膜厚度(小于5μm)；結構致密，具有在電解液環境下的優良絕緣性能；厚度均勻；高附著強度等。特別的，微細電化學加工用陣列電極較微細電化學加工用單電極的側壁絕緣具有更高的難度。

目前國內外已見諸報導的電極絕緣方法主要涉及氣相沉積法、浸漬提拉法和滴涂法。1985年，飛利浦制造技術中心利用低壓化學氣相沉積技術(LPCVD)在微細鎢單電極表面沉積了均勻、厚度約為15μm的p-SiC/n-SiC和SiC/Si3N4/SiC組合絕緣層。但是由于CVD是一種高溫工藝，該方法對電極和絕緣膜的材料的要求較為苛刻，電極金屬必須能夠承受CVD進程中的高溫，且必須和絕緣材料具有接近的膨脹系數，以保證絕緣膜的結合強度。2006年，山東科技大學的槐瑞托等人通過浸漬提拉在直徑為200μm的不銹鋼單電極表面涂敷了一層厚度均勻的絕緣樹脂層，膜層厚度小于10μm。2006年，韓國國立首爾大學的B.J.Park等人通過滴涂稀釋過的瓷釉，于直徑為60μm的單電極表面涂敷了一層3μm厚的瓷釉層。浸漬提拉法或滴涂法，涂膜厚度較小，絕緣膜具有較好的絕緣性。

上述涉及浸漬提拉法和滴涂法的報導文獻中，均是以微細單電極作為對象進行絕緣工藝研究的，而如果應用于微細陣列電極，易造成絕緣材料在陣列電極間隙中淤積，無法成膜。

微細電極在絕緣后，側壁表面和端面均被絕緣膜覆蓋，因此需要去除端面的絕緣膜，使端面導電以便用于電化學加工。端面導電的處理過去通常采用機械磨削方法。為了減少微細電極及側壁絕緣膜層在機械打磨過程中所受的損害，打磨之前，需要利用保護介質包裹電極，打磨之后，需要去除保護介質方可實現微細電極的側壁絕緣。該方法過程復雜，操作困難，即使有保護介質，打磨或去除保護物質過程中仍難免對微細電極及絕緣膜層造成損害。

發明內容

本發明的目的是提供一種微細電化學加工用電極的側壁絕緣方法，既適用于微細電化學加工用單電極，也適用于微細電化學加工用陣列電極；并且避免了端面導電處理過程中機械磨削對微細電化學加工用電極及側壁絕緣膜的損害。

本發明的技術方案如下：一種微細電化學加工用電極的側壁絕緣方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)清洗電極；

2)采用旋涂法在電極表面涂敷液態絕緣材料；

3)利用溶劑液膜，通過局部溶解的方法去除電極端面的液態絕緣材料，使端面導電；

4)對側壁表面上的液態絕緣材料進行固化處理；

5)重復步驟2)、步驟3)、步驟4)數次，在電極的側壁表面形成一定厚度的絕緣膜，以滿足側壁絕緣要求。

本發明所述的液態絕緣材料采用由WSR?618環氧樹脂、501活性稀釋劑和651低分子聚酰胺樹脂固化劑組成的環氧樹脂液；所述的環氧樹脂液的組成部分WSR?618環氧樹脂、501活性稀釋劑和651低分子聚酰胺樹脂固化劑采用的質量配比為1∶(0.05～0.15)∶(0.3～0.6)。

上述技術方案中，所述環氧樹脂液的固化溫度為15℃～35℃，固化時間為30～50小時。

本發明的技術特征還在于，采用上述環氧樹脂液作為絕緣材料時，用局部溶解法去除電極端面的液態絕緣材料時所用的溶劑為501活性稀釋劑；在步驟5)中，形成的側壁絕緣膜的厚度為2.5～5μm。