[發明專利]微小金屬矩形波導電化學制造方法

在審

• 申請號: 201610959510.0
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106654500A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 朱荻;曾永彬;房曉龍;王玉峰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01P11/00
• 分類號: H01P11/00;G02B6/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種微小金屬矩形波導制造方法，屬于微細、精密制造技術領域。

背景技術

金屬矩形波導是太赫茲低頻段常用的傳輸線，是構建太赫茲信號發生、接收和控制部件的關鍵單元。太赫茲頻段金屬波導類傳輸線具有較小的端面尺寸和較大的傳輸長度，是典型的大長徑比微型器件。金屬矩形波導因能有效降低吸收損耗，在傳輸性能方面有著顯著的優越性，而受到廣泛關注和重視。

太赫茲金屬矩形波導的精密加工制造極具挑戰性，一直是制約太赫茲應用系統研發的關鍵問題和瓶頸技術。太赫茲金屬矩形波導腔尺寸微小、公差及表面粗糙度要求高，同時對加工圓角半徑要求嚴格。矩形波導小尺寸端面是傳統加工的難題，而較大的相對長度又使得一般的微加工技術難以逾越。近年來，國內外研究機構提出了諸多工藝來解決金屬矩形波導精密制造難題，例如：微細銑削、光刻、多層金屬堆疊等。但是，受加工方法限制，封閉的太赫茲矩形波導通常被剖分為半封閉的U型腔和覆蓋面板。U型腔和覆蓋面板分別加工成型后再組裝成矩形波導器件。目前，金屬矩形波導U型腔的加工一般采用微細銑削加工，已實現0.75T太赫茲信號傳輸用端面尺寸191μm×381μm矩形波導的加工。隨著工作頻率的不斷提高，矩形波導端面尺寸相應減小，對應的尺寸精度已經突破傳統機械加工極限。另一方面，加工應力和材料應力都引起微結構的加工變形，難以保證矩形波導上下分腔結合面極高的平面度要求，極易出現零件相互裝夾、結合不緊密等問題，從而增大傳輸線的插損，影響整個太赫茲部件性能的實現。此外，銑削加工時機床振動、零件材料成份和均勻性、刀具磨損等因素都會影響加工精度及精度保持性。與此同時，太赫茲金屬矩形波導對最小圓角半徑和表面粗糙度的嚴格要求，使得一些加工手段不能使用，例如電火花線切割、電火花、激光加工等，都因工具固有圓角過大而不能采用。因此，現有加工技術難于滿足未來太赫茲波傳輸對金屬矩形波導的加工需求，必須發展其它加工技術。

電化學加工技術基于陽極溶解或陰極沉積原理實現了以離子形式去除或添加工件材料，由于離子的尺度為10^-1nm，因此，電化學加工技術在微細制造，以至于納米制造領域有著很大的發展潛能。電化學加工技術按原理可分為兩類，一是基于陰極沉積的增材制造技術，如精密電鑄、電鍍等，另一類是基于陽極溶解原理的減材制造技術，如電解加工、電解拋光等。電化學加工技術具有加工材料范圍廣、工具無損耗、加工效率高、工具無損耗、不存在機械切削力等優勢，使其在微細制造領域有著廣泛的應用前景。南京航空航天大學首先提出了微細電解線切割加工技術（專利申請號ZL200610040054.6）和運動納米粒子輔助精密電鑄技術（Z.W. Zhu, D. Zhu, N.S. Qu, Materials Letters, 62, 1283-1286 (2008).），實現了微縫結構和組織致密的電鑄沉積層的加工，擴展了電化學加工技術在微細制造領域的應用范圍。

本專利提出利用電化學加工技術加工內壁鍍金的金屬矩形波導，可實現微小尺度且具有較好表面質量的矩形波導的精密、高效率整體制造，無需將封閉的矩形波導剖分為半封閉的U型腔和覆蓋面板。

發明內容

本發明的目的是提供一種微小尺度，表面質量好的金屬矩形波導的精密電化學制造工藝方法。

一種微小金屬矩形波導電化學制造方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1、利用雙微尺度線電極和納秒脈沖電源對薄板工件進行微細電解線切割加工得到芯模；步驟2、在芯模的表面電鍍一層金層，其厚度大于該波導傳輸的太赫茲波的趨膚效應深度，為數十納米至數微米,芯模兩端無鍍層；步驟3、利用運動納米粒子輔助精密電鑄技術在電鍍金層的表面電鑄一層銅層，其厚度達到毫米級；步驟4、利用納秒脈沖電源和微尺度線電極對電鑄銅層進行整平修整，并控制芯模和微尺度線電極的相對運動軌跡，加工出預先要求的輪廓；步驟5、利用化學試劑選擇性溶解芯模，從而得到內壁為電鍍金層，外表面為電鑄銅層的微小矩形金屬波導。