[發明專利]微細群線線電極在線制備方法

有效

• 申請號: 201310481025.3
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103521864A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 曾永彬;王玉峰;曲寧松;朱荻
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23H7/08
• 分類號: B23H7/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種微細群線電極在線制備及微細電解線切割加工方法、裝置，屬精密微細電化學加工領域。

技術背景

????隨著微機電系統（MEMS）的技術發展和產品多樣性的豐富，MEMS已廣泛應用于各工業生產、生活及學習各個領域。MEMS技術的發展進一步促進了RF技術、通信技術、安全監測預警和航空航天技術的發展。MEMS的廣泛應用必將極大提高社會生產力和人民的生活質量。微機械結構的制造是MEMS技術的一個先決條件。MEMS的一個基本特征是其尺寸的微型化，最小可達數百微米。因此，MEMS的發展對微小尺寸機械結構的制造、加工相應的提出了很高的需求，如何能高效、高質量、低成本的加工出微型三維機械結構目前已成為制約MEMS技術進一步發展的瓶頸技術。

????目前，MEMS結構的制備工藝基本都借鑒了半導體的加工工藝方法，如光刻技術、LIGA技術、準LIGA技術和聚焦離子束刻蝕（FIB）技術。以上方法加工對象主要是半導體材料，因此對于金屬材料的加工還需進一步改善其工藝方法，提高了制造、維護成本。此外，以上技術主要應用于2D及2.5D結構的制備，很難應用于3D結構的制造。

微細電化學制造（EMM）是基于陽極溶解原理的減材制造工藝，加工過程以離子的形式進行，由于金屬離子的尺寸非常微小，小于納米尺度，因此微細電化學加工方法相對于其它很多微細加工方法在原理上具有優勢。EMM具有加工精度高、加工過程不產生加工應力、再鑄層的獨特優勢，因此，EMM加工微型結構的一種理想技術。隨著超高頻窄脈沖電源的成功應用，EMM的加工精度已達到亞微米級甚至納米級。EMM技術加工微型結構的工藝主要可分為微細電化學銑削加工、微細電化學鉆孔及微細電化學線切割加工技術。其中，微細電解線切割加工技術是一種結合了線切割和電化學加工優點的新型加工技術，可實現微縫、微槽等高深寬比結構的加工。

在微細電解線切割加工技術中，線電極的直徑直接決定著加工縫寬的大小。對于加工特征尺寸較小的縫陣列結構，需要微米尺度的群線電極。雖然微細線電極的在線制備工藝較為成熟，但是采用先制備微細線電極，然后再組裝的方法，在裝夾及定位方面困難較大。

發明內容

本發明的目的在于針對微細電解線切割中亞微米線電極裝夾困難，提出了亞微米線電極在線制備方法，使亞微米線電極的制作和后續加工在同一工藝系統中連續完成，并消除了由于線電極裝夾誤差所引起的加工誤差。

一種微細群線線電極在線制備方法，其特征在于包括以下過程：

步驟1、將微米級的電極絲安裝于工件夾具上，工件夾具安裝于Z軸精密移動平臺；將陰極工具安裝在電解槽中；電解槽安裝于X-Y軸精密移動平臺；所述陰極工具具有與電極絲對應的陰極孔；所述陰極工具由金屬層和位于金屬層兩側的絕緣層組成；?

步驟2、在電解槽中加堿性電解液，使陰極工具完全浸沒于堿性電解液中；

步驟3、將工具陰極接直流電源的正極，電極絲接直流電源負極，實現了將工具陰極上的金屬層陰極孔的孔徑的擴大，形成“內凹”的結構，使得金屬層孔徑半徑比絕緣層孔徑半徑大2-4mm;?

步驟4、將電極絲接直流電源正極，工具陰極接直流電源的負極，實現了對電極絲的電解刻蝕加工，加工過程中電極絲在Z軸方向進行直線往復運動，從而將直線往復運動幅值范圍內的電極絲加工至亞微米尺度。

步驟5、將電解槽中堿性電解液更換為酸性電解液，將工具陰極替換為待加工工件，將待加工工件安裝到電解槽中并接到超高頻窄脈沖電源的正極，電極絲接超高頻窄脈沖電源的負極，進行微細電解線切割加工。

本方法是基于電化學刻蝕加工的方法，使線電極的直徑逐漸變小達到亞微米尺度。基于電化學加工的特點，采用合適的工具陰極可實現同時對多個線電極進行加工，提高加工效率。采用上下表面絕緣電極且圓孔直徑“內凹”的工具陰極可有效的減小電化學反應中的雜散腐蝕現象，增強電化學加工的定域性以及加工過程的可控性。在加工過程中，多絲電極夾具帶動線電極在Z軸方向做直線往復運動，可實現電化學刻蝕加工區域不斷地、周期性的變換，經過若干加工時間后，在加工區域內的鎢絲直徑不斷減小，最終可加工出具有一定長度的亞微米尺度的群絲電極；在加工過程中，通過實時監測加工電流的變化實現電極絲直徑的預測，增強了加工過程的可控性。加工過程中通過電流傳感器和數據采集卡檢測采集加工過程中電流的變化，預測線電極的直徑變化，當達到預定值時即停止加工。由此可見，本專利所發明工藝方法具有工藝連貫性好，操作簡單，精度高，可實施性強等優點。