[发明专利]一种微结构阵列器件模芯制造方法

说明书

所属技术领域

本发明属于精密制造技术领域，涉及一种微结构阵列器件制造方法。

背景技术

微结构一般是由大量微小单元的重复组合，微小单元一般分布在平面基底上。功能性微结构在先进光学系统中应用广泛，可借助周期性结构缩减系统尺寸，并达到意想不到的特殊功能。比如微透镜阵列可以将手机镜头厚度从3毫米左右缩短到几百微米，同时可以装配于普通镜头中极大地提高成像系统景深。微棱镜阵列由一系列微小四面棱锥组成，具有高效逆反射光性能，广泛应用于交通警示牌的制作。

为了配合更大范围的应用，对于微结构器件的尺寸需求越来越大，同时应用中需要每个微单元应具有高度的面形一致性。但目前光刻或激光直写的方式受到工艺限制，不仅加工成本高，并且实现微单元的一致性较难。而常见的单晶金刚石切削方法，要实现大范围器件的加工，需要靠较大范围的直线导轨运动，受到环境稳定性和刀具切削状态的不稳定等限制，加工工艺很难保证长时间和长距离一致，因此，也比较难以实现微结构单元的高面形一致性。

发明内容

本发明旨在提供一种微结构阵列器件模芯制造方法，在微结构阵列器件制造中，采用本发明的模芯制造方法制备模芯后再进行注塑加工，可以实现大范围微结构阵列器件的高效低成本制造，同时保证切削状态的稳定性从而保证微结构单元的面形高度一致性。本发明的技术方案如下：

(1)准备用于制备注塑模芯的金属薄片1；

(2)准备圆柱夹具22，根据加工机床可加工范围选择圆柱基底2；在圆柱基底外表面沿轴向开设有用于固定紧固金属薄片1的部件的凹槽3；紧固金属薄片1的部件为两个平板4，用于夹持金属薄片1的两端，平板4位于凹槽3内并与圆柱基底2连接；

(3)将圆柱夹具22安装于加工机床上，圆柱夹具22的一端通过真空吸附固定于机床主轴23，金刚石刀具22垂直圆柱基底轴线放置，使用金刚石刀具22对圆柱侧面进行超精密切削，保证表面平整光滑，加工完毕后取下圆柱夹具22；

(4)将金属薄片1包裹于圆柱基底2上，并紧固圆柱夹具22使金属薄片压紧圆柱基底2的表面，并一起再次安装于加工机床上；

(5)再次对包裹金属薄片1的圆柱侧面进行切削，保证表面平整光滑；

(6)取下包裹金属薄片的圆柱夹具22，测量圆柱半径R，并再次将包裹金属薄片的圆柱夹具22固定于加工机床上；

(7)根据测试好的圆柱半径R，并结合被加工微结构轮廓进行加工路径设计；

(8)进行微结构单元加工；

(9)加工完微结构后，松卸圆柱夹具，将加工后的金属薄片从圆柱夹具上剥离，对加工微结构区域进行剪裁并适当压平作为注塑模芯7。

在微结构阵列器件制造中，采用本发明的模芯制造方法制备模芯后再进行注塑加工，可实现大范围面形高一致性微结构阵列器件的批量制造。制造方法具有加工成本低，加工效率高，加工状态和稳定性高，因此，保证了高一致性单元微结构器件。

附图说明

图1：本发明的工艺流程图，图中：

步骤1：包裹固定金属薄片；

步骤2：微结构加工；

步骤3：剥离金属薄片；

步骤4：剪裁压平为金属薄片模芯；

步骤5：模芯装配；

步骤6：受压力曲面变平整；

步骤7：注塑工艺生产微结构器件

图2圆柱夹具及金属薄片固定示意图

图3圆柱夹具安装于机床并进行微结构加工示意图

图4微透镜阵列加工路径设计

图5微透镜部分单元轮廓测试数据

附图标记说明如下：

1金属薄片；2圆柱基底；3凹槽；4平板；5螺丝；6圆柱端面压圆盘；7注塑模芯；注塑模架8；21主轴；22夹有金属薄片的圆柱夹具；23金刚石刀具

具体实施方式

本发明的技术流程如图1所示。将金属薄片1包裹在一个表面平整光滑的圆柱基底2上，以圆柱加工方式在圆柱包裹的金属薄片特定区域加工微结构，将加工后的金属薄片1从圆柱基底2上剥离，对加工微结构区域进行剪裁并适当压平作为注塑模芯。将模芯安装于注塑模架上，在注塑过程中由于受到注塑机内部压力，金属薄片会自然展平，从而进行微结构产品的注塑。