[发明专利]一种微细电化学加工用电极的侧壁绝缘方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微细电化学加工用电极的侧壁绝缘方法，属于微细加工技术领域。

背景技术

金属及合金材料的微细阵列型孔作为一种典型的微细结构在MEMS、航空航天、精密仪器、化纤等领域有着广泛的应用，如高速打印机喷嘴板、光纤连接器、化纤喷丝板、微泵中的微细结构等。微细电化学加工具有无电极损耗、不产生应力、不受工具和工件材料机械性能影响、可以在导电材料上加工复杂形状、加工完成后的表面光洁度较高的特性，在精密和微细阵列型孔的加工中有着潜在的应用前景。但是，由于电化学加工是基于金属阳极在电解液中发生电化学溶解或沉积的原理来实现对工件的加工的，加工过程中阴极与阳极间的电位差在间隙电解液中形成的电场使工件上不希望被加工部位和已加工部位均可能产生杂散电流，而被蚀除或沉积，很大程度上影响了微细电化学加工精度。

为实现微细阵列型孔较高精度的电化学加工，本研究室采用工具电极侧壁绝缘的工艺路线，探索微细阵列型孔的高精度加工并达到工业产业化应用要求的可行性。微细电化学加工用电极的侧壁绝缘，有助于将电场约束在工具电极端面和工件表面之间的狭小区域内，抑制杂散电流，显著提高微细电化学加工的尺寸精度。微细电化学加工用电极对侧壁绝缘有着严格的要求，如较小的薄膜厚度(小于5μm)；结构致密，具有在电解液环境下的优良绝缘性能；厚度均匀；高附着强度等。特别的，微细电化学加工用阵列电极较微细电化学加工用单电极的侧壁绝缘具有更高的难度。

目前国内外已见诸报导的电极绝缘方法主要涉及气相沉积法、浸渍提拉法和滴涂法。1985年，飞利浦制造技术中心利用低压化学气相沉积技术(LPCVD)在微细钨单电极表面沉积了均匀、厚度约为15μm的p-SiC/n-SiC和SiC/Si3N4/SiC组合绝缘层。但是由于CVD是一种高温工艺，该方法对电极和绝缘膜的材料的要求较为苛刻，电极金属必须能够承受CVD进程中的高温，且必须和绝缘材料具有接近的膨胀系数，以保证绝缘膜的结合强度。2006年，山东科技大学的槐瑞托等人通过浸渍提拉在直径为200μm的不锈钢单电极表面涂敷了一层厚度均匀的绝缘树脂层，膜层厚度小于10μm。2006年，韩国国立首尔大学的B.J.Park等人通过滴涂稀释过的瓷釉，于直径为60μm的单电极表面涂敷了一层3μm厚的瓷釉层。浸渍提拉法或滴涂法，涂膜厚度较小，绝缘膜具有较好的绝缘性。

上述涉及浸渍提拉法和滴涂法的报导文献中，均是以微细单电极作为对象进行绝缘工艺研究的，而如果应用于微细阵列电极，易造成绝缘材料在阵列电极间隙中淤积，无法成膜。

微细电极在绝缘后，侧壁表面和端面均被绝缘膜覆盖，因此需要去除端面的绝缘膜，使端面导电以便用于电化学加工。端面导电的处理过去通常采用机械磨削方法。为了减少微细电极及侧壁绝缘膜层在机械打磨过程中所受的损害，打磨之前，需要利用保护介质包裹电极，打磨之后，需要去除保护介质方可实现微细电极的侧壁绝缘。该方法过程复杂，操作困难，即使有保护介质，打磨或去除保护物质过程中仍难免对微细电极及绝缘膜层造成损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种微细电化学加工用电极的侧壁绝缘方法，既适用于微细电化学加工用单电极，也适用于微细电化学加工用阵列电极；并且避免了端面导电处理过程中机械磨削对微细电化学加工用电极及侧壁绝缘膜的损害。

本发明的技术方案如下：一种微细电化学加工用电极的侧壁绝缘方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)清洗电极；

2)采用旋涂法在电极表面涂敷液态绝缘材料；

3)利用溶剂液膜，通过局部溶解的方法去除电极端面的液态绝缘材料，使端面导电；

4)对侧壁表面上的液态绝缘材料进行固化处理；

5)重复步骤2)、步骤3)、步骤4)数次，在电极的侧壁表面形成一定厚度的绝缘膜，以满足侧壁绝缘要求。

本发明所述的液态绝缘材料采用由WSR 618环氧树脂、501活性稀释剂和651低分子聚酰胺树脂固化剂组成的环氧树脂液；所述的环氧树脂液的组成部分WSR 618环氧树脂、501活性稀释剂和651低分子聚酰胺树脂固化剂采用的质量配比为1∶(0.05～0.15)∶(0.3～0.6)。

上述技术方案中，所述环氧树脂液的固化温度为15℃～35℃，固化时间为30～50小时。

本发明的技术特征还在于，采用上述环氧树脂液作为绝缘材料时，用局部溶解法去除电极端面的液态绝缘材料时所用的溶剂为501活性稀释剂；在步骤5)中，形成的侧壁绝缘膜的厚度为2.5～5μm。