專利名稱：多用途激光電化學微制造裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微制造工藝及其設備的技術領域，具體涉及一種多用途激光電化學微制造裝置。采用本發(fā)明可以針對不同的需要，通過增減某些部件，構成不同的裝置，從而進行激光微制造、化學微制造、電化學微制造、激光化學微制造和激光電化學微制造。本裝置特別適合于對上述幾種工藝進行對比試驗研究。
背景技術：
在現(xiàn)行的微制造工藝，為了在基片上得到需要的圖形，一般采用光刻工藝在基片上涂膠制作微結構圖案，然后，再用刻蝕或沉積的方法對經過暴光的結構進行刻蝕或沉積。按照刻蝕的方法不同，可以分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩大類。普通的濕法刻蝕又可以分為化學刻蝕和電化學刻蝕兩種。盡管濕法刻蝕存在深寬比小的問題，但是，刻蝕設備簡單，仍然具有一定的發(fā)展前景。
針對濕法刻蝕存在深寬比較小的問題，近年來興起的激光誘導化學微加工工藝可減小有害的橫向腐蝕影響，提高微結構深寬比。這些工藝通常采用CO2激光器(10.6微米波長)或Ar+激光器(如488納米波長)作為光源。如八十年代IBM公司M.Datta等人用Ar+激光照射NaCl、NaNO3、K2SO4等中性鹽溶液內的金屬部件，可改善橫向腐蝕問題。如用22瓦Ar+激光器照射NaNO3溶液中的不銹鋼板(厚度為750微米)，經過20秒鐘后，鋼板被刻蝕的深度可達到90微米。但是，因受到激光波長的限制，往往難從根本上解決問題，為了得到深寬比更大的微結構，本發(fā)明人提出了采用準分子激光誘導電化學的微制造方法(詳見本發(fā)明人另外的專利申請)。這些方法將激光光化學、光電化學技術結合起來，形成一系列新的微制造工藝。
針對不同微制造工藝的要求，出現(xiàn)過一些制造裝置或實驗裝置。但是，這些制造裝置或實驗裝置，往往只是針對某個特定的工藝設計而成，只能完成某種特定工藝的生產或實驗。例如，李呈德、萬盈、陳濤、左鐵釧等人針對激光投影直刻微制造工藝而設計出一種實驗裝置，利用該裝置可以實現(xiàn)激光直接刻蝕；而化學蝕刻裝置已有相應的產品出售，不同的電化學刻蝕裝置也有人不斷設計出來，例如，一渆博文等的中國專利申請(96119282.8，公開號為CN1163948A)公開了一種新的電化學刻蝕裝置，該裝置的陰極具有與需要刻蝕的圖形相同的形狀，顯然，該實驗裝置不適應于激光誘導電化學微制造工藝。美國專利5773369給出了一種激光誘導電化學刻蝕實驗裝置的示意圖，該實驗裝置調節(jié)不方便，采用開放式設計，對環(huán)境容易造成污染，危害激光設備的損壞?？傊?，以上這些裝置，都只是針對某種特定的工藝而設計的，不具有普適性，同時，還存在腐蝕設備等一些問題。因此，這樣的裝置不適于對激光電化學微制造工藝進行實驗研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷的多用途激光電化學微制造裝置，該裝置具有多種功能，它不僅可用于激光電化學微制造工藝，還可以用于激光微制造、化學微制造、電化學微制造和激光化學微制造工藝。
本發(fā)明的一種多用途激光電化學微制造裝置，包括電極，其特征在于可更換的襯里位于外殼內，外殼上設有可活動蓋板，蓋板上設有電源正、負接線柱、進氣口、排氣口和可更換的激光窗口，電極支架相互垂直，并分別通過二組固定在蓋板上的調節(jié)絲桿和調節(jié)螺母調節(jié)其距離和位置，在電極支架上設置有一對可移動的電極夾具。
本發(fā)明所說的裝置采用可以更換或可以進行調節(jié)的部件，根據不同的工藝要求，增減某些部件或連接，使得該裝置適應于激光微制造、化學微制造、電化學微制造、激光化學微制造和激光電化學微制造工藝，并可以滿足上述工藝中參數(shù)和條件變化的要求。采用密封結構和排氣裝置使得該裝置對于室內設備沒有污染。同時該裝置通過更換或調節(jié)某些部件達到上述目的，具有設計簡單、安裝調節(jié)方便、制造成本低廉的特點。


圖1是多功能激光電化學微制造裝置示意圖。
圖2為圖1沿A-A線的剖視圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本裝置的外殼112內設有可更換的襯里110，蓋在外殼上的可活動蓋板115上設有電源正、負接線柱100和101、進氣口102、排氣口104和可更換的激光窗口103，電極支架106、107相互垂直，并分別通過二組固定在蓋板上的調節(jié)絲桿109、117和調節(jié)螺母108、118調節(jié)其距離和位置，在電極支架106上設置有一對可移動的電極夾具111。
本裝置采用了可組合、可拆卸的方式滿足不同微制造工藝的要求。兩個接線柱可采用紅色和黑色標記，其上端分別與電源的正極和負極相聯(lián)，其下端分別與陽極和陰極電極相聯(lián)，并可以根據不同的需要，進行組合。激光窗口的材料可根據不同激光波長、透過率和均勻性而進行選擇，例如，針對248nm的激光，采用人工合成石英玻璃，而針對紅外激光等，采用天然石英玻璃。工作電極或工件和輔助電極分別固定在電極支架106、107上?？梢苑奖愕馗淖児ぷ麟姌O與激光窗口之間的距離，通過調節(jié)螺母，還可以調節(jié)二個電極之間的距離。電極支架可以根據需要進行添加或撤除，且電極支架以及電極夾具的形狀和大小，可以根據需要進行改變。蓋板、電極支架、調節(jié)螺母、調節(jié)絲桿、可更換的襯里等部分可以根據不同的反應介質進行選取。如對于反應介質為鹽、酸、堿等時，采用聚丙烯和ABS塑料和有機玻璃等；而介質為鹵素氣體和其溶液時，可采用聚四氟乙烯。在不加電源時，若不加入激光，而通入反應氣體或將工件浸入反應液體，可進行化學刻蝕或化學淀積微制造；若只加入激光，則可以實現(xiàn)激光微制造工藝；在加入激光時，通入輔助反應氣體或將工件浸入反應液體，進行激光化學刻蝕或激光化學淀積微制造。在加電源的情況下，若不加入激光，而通入反應氣體或將工件浸入反應液體，可進行電化學刻蝕或電化學淀積微制造；若加入激光，通入輔助反應氣體或將工件浸入反應液體，進行激光電化學刻蝕或激光電化學沉積微制造。
以下以幾種具體實施例說明本發(fā)明的具體實施方式
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例1多功能激光電化學微制造裝置以多功能激光電化學微制造裝置為例，說明本發(fā)明所說的微制造裝置的具體實施方式
。該多功能激光電化學微制造裝置示意圖如圖1所示。本裝置包含電源接線柱100和101、進氣口102、可更換的激光窗口103、排氣口104、可調節(jié)距離和位置的電極支架106、107、調節(jié)螺母108、調節(jié)絲桿109、117，可更換的襯里110、電極夾具111、外殼112、底座113、聯(lián)接螺栓114和蓋板115等部分。
使用時，根據激光波長的不同，選擇相應的激光窗口，組成激光窗口103，選擇窗口材料時要考慮到激光的透過率和均勻性。例如針對193nm和248nm的準分子激光，可以采用人工合成的光學石英經過拋光作為窗口，針對CO2激光器產生的激光，可以采用天然石英經過拋光作為窗口等等。選擇窗口后，將窗口組件安裝在蓋板上。接著，將工件和輔助電極用電極夾具111分別安裝在電極支架106、107上，然后，裝在調節(jié)絲桿109上，用調節(jié)螺母調節(jié)電極之間的距離以及工件與蓋板之間的距離(此距離與激光成像的像距有之間的關系)。工件和輔助電極何者靠近激光窗口，可以根據實驗或工藝設計進行調整。電極夾具可以采用機械方式也可以采用電磁或其他方式。電極夾具在電極支架上的位置可以依靠其在支架內的滑道116內移動而改變。電極夾具可以是機械方式，也可以是電磁和氣動裝置，本說明書給出由T型螺栓、螺母組成的簡單夾具。其中，T型螺栓穿過滑道中的槽，工件或電極加在螺母和電極支架之間。固定在電極支架上的電極的方向可以根據要求進行變換。然后，將不銹鋼外殼112置于底座113的槽內，將襯里110放入不銹鋼外殼中，將一定量的電解液導入襯里中，蓋上蓋板115，最后用聯(lián)接螺栓聯(lián)接，接通導氣管，接通電源，即可構成一套多功能的激光電化學微制造裝置，其中，若將工件與陽極相聯(lián)，則構成激光電化學刻蝕微制造裝置，若將工件與陰極相聯(lián)，則構成激光電化學沉積微制造裝置。若需要在制造過程中加入輔助氣體，可以通過進氣口接入；若不需要輔助氣體，可以用一個堵頭將進氣口堵住。
待工件加工完成，在斷開電源和關閉激光器后，先旋下電源接線柱的旋鈕，卸掉聯(lián)接螺栓，取下蓋板，然后，松開夾具，取出工件即可。
例2激光化學微制造裝置上例所述的多功能激光電化學微制造裝置中若不接電源，撤除電極則成為激光化學微制造裝置。
例3電化學微制造裝置例1中的裝置如果采用一般的玻璃窗口，且不通激光，則構成電化學微制造裝置。
例4化學微制造裝置上例所述的電化學微制造裝置中若不接電源，撤除電極則成為激光化學微制造裝置。
例5激光直刻微制造裝置例1采用的裝置，若不接電源，撤除電極，且不裝入刻蝕液，則成為激光直刻微制造裝置。
權利要求
1.一種多用途激光電化學微制造裝置，包括電極，其特征在于可更換的襯里(110)位于外殼(112)內，外殼(112)上設有可活動蓋板(115)，蓋板(115)上設有電源正、負接線柱(100、101)、進氣口(102)、排氣口(104)和可更換的激光窗口(103)，電極支架(106、107)相互垂直，并分別通過二組固定在蓋板(115)上的調節(jié)絲桿(109、117)和調節(jié)螺母(108、118)調節(jié)其距離和位置，在電極支架(106)上設置有一對可移動的電極夾具(111)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用途激光電化學微制造裝置，其結構為可更換的襯里位于外殼內，外殼上設有可活動蓋板，蓋板上設有電源正、負接線柱、進氣口、排氣口和可更換的激光窗口，電極支架相互垂直，并分別通過二組固定在蓋板上的調節(jié)絲桿和調節(jié)螺母調節(jié)其距離和位置，在電極支架上設置有一對可移動的電極夾具。本發(fā)明所說的裝置采用可以更換或可以進行調節(jié)的部件，根據不同的工藝要求，增減某些部件或連接，使得該裝置適應于激光微制造、化學微制造、電化學微制造、激光化學微制造和激光電化學微制造工藝，并可以滿足上述工藝中參數(shù)和條件變化的要求。同時該裝置通過更換或調節(jié)某些部件達到上述目的，具有設計簡單、安裝調節(jié)方便、制造成本低廉的特點。
文檔編號C23F1/08GK1488779SQ03125279
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月15日 優(yōu)先權日2003年8月15日
發(fā)明者史鐵林, 熊良才, 陳志凌, 周月豪 申請人:華中科技大學