[發(fā)明專利]一種超精密金屬機(jī)械零部件的加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610280935.9
• 申請(qǐng)日: 2016-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN105739238B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冀然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島天仁微納科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G03F7/00
• 分類號(hào): G03F7/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

本發(fā)明公開了一種超精密金屬機(jī)械零部件的加工方法，通過納米壓印方法制備得到所需的精密金屬零件形狀的凹形模板；利用凹形模板，通過LIGA工藝制備得到所需精密金屬零件。本發(fā)明突破零件厚度限制，達(dá)到機(jī)械加工所無(wú)法達(dá)到的精度，填補(bǔ)了半導(dǎo)體加工和精密機(jī)加工中間從幾十微米至毫米級(jí)精密加工的空白，零件精細(xì)部分一次成型，加工精密度高，可達(dá)到幾十納米級(jí)別，沿深度方向的直線性和垂直度好，可在加工過程中直接完成零件裝配，裝配精度高，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低、產(chǎn)能高，可以平行大批量加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超精密加工領(lǐng)域，特別涉及一種超精密金屬機(jī)械零部件的加工方法。

背景技術(shù)

毫米級(jí)超精密零部件的加工一直是機(jī)加工的難題，以加工一個(gè)機(jī)械手表所需的齒輪為例，要經(jīng)過精密沖壓齒輪體，滾齒，研磨，拋光等多道工序，加工中工件夾持難度大，成本高，質(zhì)量難控制，一件一件加工產(chǎn)能低。

LIGA是德文Lithographie，Galvanoformung和Abformung三個(gè)詞，即光刻、電鍍和模具復(fù)制的縮寫。LIGA工藝是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)，主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個(gè)工藝步驟。由于X射線有非常高的平行度、極強(qiáng)的輻射強(qiáng)度、連續(xù)的光譜，使LIGA技術(shù)能夠制造出高深寬比，結(jié)構(gòu)側(cè)壁光滑且平行度偏差在亞微米范圍內(nèi)的三維立體結(jié)構(gòu)。

但是由于LIGA技術(shù)需要昂貴的同步輻射光源，所以近幾年發(fā)展了紫外LIGA技術(shù)，即在微米級(jí)分辨率前提下，將常規(guī)的近紫外光和激光擴(kuò)展應(yīng)用到厚層光刻膠的成形，從而大大降低了加工設(shè)備的投資。紫外LIGA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于幾微米至幾十微米級(jí)別的MEMs加工制造中。與X射線LIGA技術(shù)相比，紫外LIGA技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，但是由于紫外光平行度的限制，無(wú)法用于生產(chǎn)厚度比較大的結(jié)構(gòu)，無(wú)法應(yīng)用于宏觀毫米級(jí)精密機(jī)械零部件的生產(chǎn)。

X射線LIGA盡管理論上可以制作厚度在毫米級(jí)別的零部件，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，X射線和紫外LIGA都受限于旋涂光刻膠和烘烤過程，厚度超過100微米的光刻膠在烘烤過程中會(huì)由于熱板不是完全水平而流動(dòng)，造成整個(gè)基片上光刻膠膜厚度不均勻，生產(chǎn)良率下降。除此之外，這兩種方式所能選擇的光刻膠材料都十分有限，價(jià)格昂貴。

因此，半導(dǎo)體微納制造中的LIGA工藝可以加工微米級(jí)別精度的金屬零部件，但是受工藝的限制，無(wú)法加工厚度在毫米級(jí)別的零件，而機(jī)械傳動(dòng)中因?yàn)閺?qiáng)度問題往往需要厚度更大的零件。

納米壓印技術(shù)是一種通過模版將圖形轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的襯底上的微納加工技術(shù)，轉(zhuǎn)移的媒介通常是一層壓印材料，一般為聚合物膜，通過熱壓或者輻照等方法使其結(jié)構(gòu)硬化從而保留下轉(zhuǎn)移的圖形。這種技術(shù)突破了傳統(tǒng)光刻在特征尺寸減小過程中的難題，具有分辨率高、低成本、高產(chǎn)率的特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、MEMS、生物芯片、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種超精密金屬機(jī)械零部件的加工方法，突破了LIGA技術(shù)零件厚度的限制，同時(shí)又具有機(jī)械加工所無(wú)法達(dá)到的精度，填補(bǔ)了半導(dǎo)體加工和精密機(jī)加工中間從幾十微米至毫米級(jí)精密加工的空白。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種超精密金屬機(jī)械零部件的加工方法，通過納米壓印方法制備得到所需的精密金屬零件形狀的凹形模板；利用凹形模板，通過LIGA工藝制備得到所需精密金屬零件。

其包括以下步驟：

(1)在壓印模版表面制造所需的精密金屬零件形狀，用作壓印模版反復(fù)使用；

(2)在基片表面通過鍍膜技術(shù)沉積一層設(shè)定厚度的金屬層作為電鍍種子層；

(3)在基片上金屬電鍍種子層表面均勻涂布一層熱塑性材料；

(4)將基片表面熱塑性材料加熱至材料玻璃化溫度以上，利用壓力將壓印模版壓印至熱塑性材料中，然后將熱塑性材料冷卻至玻璃化溫度以下固化成型；