[发明专利]一种以非导电塑料作电极加工微细结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于微细加工技术领域，涉及到电火花加工技术，特别涉及到一种以非导电塑料作电极加工微细结构的方法。

背景技术

随着微机械、微机电系统（Micro Electro Mechanical System, MEMS）这一门新学科的兴起，微细加工技术作为获得微机械、微机电系统的必要手段，得到了快速的发展。微细加工技术可以大幅减小产品的体积和质量，从而满足体积小、质量轻的空间要求。目前，微细加工技术主要应用于大规模和超大规模电路的集成制造。此外，采用微细加工技术制造的大量微型机械（如压力传感器、温度传感器、智能传感器等）也广泛用于汽车工业、航空航天、医疗器械、微型机器人等领域。

国内外主要的微细加工技术包括：（1）光刻和化学刻蚀：可以加工微小的孔洞、沟槽等结构，但只限于硅材料。（2）LIGA技术：采用深度X射线光刻、微电铸成型和塑料模铸等技术相结合的一种综合型加工技术，可以进行三维立体微细加工。但是LIGA技术所需要的深层X射线辐射源价格昂贵，导致设备投资巨大，无法大范围的推广和使用。（3）微细激光加工：微细激光加工是以激光作为光源对微零件进行打孔、切割和刻蚀等。但是激光加工属于热加工，在加工过程中热的影响因素极难控制。（4）微细电火花加工技术：通过改变工具电极的尺寸并配合微量的进给实现微细结构的加工。微细电火花加工技术具有低应力、无毛刺、可加工高硬材料的优点，因而在微细加工技术领域得到了大范围推广和采用。但是，随着特征尺寸的不断减小，电火花工具电极也受到了一次次尺寸极限束缚。目前，微细电极的制备方法主要包括：反拷块电火花加工、线电极电火花磨削(WEDG)、LIGA技术、精密车削技术。但这些方法存在工艺复杂、成本高、不易推广和使用等缺点。如果存在一种电极制备方法，能达到工具电极的制备要求，并能进一步的减小电极尺寸，这必将推动电火花加工工艺的不断进步。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以非导电塑料作电极加工微细结构的方法，可以加工孔、轴、沟槽等微细结构。

本发明采用塑料微挤出成型方法获得微小尺寸的非导电塑料制件；将非导电塑料制件依次进行除油、表面粗化和导电化处理，得到导电塑料制件；最后以导电塑料制件作为工具电极，进行电火花加工。具体的技术方案如下：

（1）非导电塑料制件的加工制备

通过塑料微挤出成型方法获得非导电塑料制件。利用微挤出成型设备，首先将塑料原料（颗粒或粉末）经挤出机进行熔融塑化；然后进入微挤出模具流道成型；塑料型坯成型后，在牵引机的牵引下进入水箱冷却；同时，在模具型芯尺寸不变的情况下，改变牵引机牵引、拉伸塑料制件的速度，获得不同直径的圆柱状塑料制件。

除上述的微挤出方法得到非导电塑料制件，还可以使用微注塑、微热压等方法获得非导电塑料制件。

（2）非导电塑料制件的除油处理

将塑料制件浸入碳酸钠20～40g/L、磷酸钠20～50g/L、氢氧化钠10～30g/L和OP乳化剂2～5mL/L的混合溶液中，温度50℃～70℃，浸入15～20min，除去制件表面的油污，然后用去离子水冲洗。

（3）非导电塑料制件的表面粗化处理

将制件浸入三氧化铬160～250g/L、浓硫酸300～350mL/L的混合溶液中，温度70℃～80℃，浸入30min，用去离子水冲洗。

（4）非导电塑料制件的导电化处理

①敏化处理：将步骤（3）粗化得到的非导电塑料制件浸入氯化亚锡10g/L和37%盐酸30～50mL/L的混合溶液中，浸入5min，取出后自然晾干。

②活化处理：将制件浸入硝酸银3～5g/L和20%氨水配合得到的混合溶液中，至表面成为暗褐色，滴加甲醛至塑料表面沉积得到一层银，用蒸馏水冲洗，自然晾干。

③化学镀铜：将导电塑料制件浸入酒石碳酸钠20～25g/L、氢氧化钠10～15g/L、硫酸铜5～10g/L、氯化镍0.5～1.5g/L、甲醛10mL/L的混合溶液中，直至塑料表面可观察到一层铜，取出用去离子水清洗。

④电镀：将导电塑料制件置于硫酸铜180～220g/L、浓硫酸50～70g/L、氯离子20～80mg/L、添加剂少量的混合溶液中，利用电镀设备在已导电的塑料表面镀一层铜。

（5）以塑料制件作电极进行电火花加工

以导电塑料制件为工具电极，金属材料为工件，进行电火花加工，得到与工具电极形状相反的金属微结构。