[发明专利]一种蚀刻辅助的微细超声加工装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声加工装置及方法，尤其是一种蚀刻辅助的微细超声加工装置及方法。

背景技术

化学蚀刻法的原理是利用金属与蚀刻剂进行化学反应形成可溶物体而进行去除反应部分，通过控制希望被去除部分和被保护部分来达到加工的目的。蚀刻方法加工出的结构，存在表面开口大，内部开口小的问题，其断面如梯形。造成这种结构的原因，主要是由于开口是上下面接触蚀刻液的时间差，加上蚀刻速率，造成侧蚀量大。

单独的蚀刻加工，效率不高，工艺复杂，且蚀刻具有各向异性，即蚀刻的方向是不确定的，成型的表面结构不符合预期。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种蚀刻速度低、侧蚀量小、加工效率高的蚀刻辅助微细超声加工的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种蚀刻辅助的微细超声加工装置，所述微细超声加工装置通过蚀刻液的辅助实施微细超声加工，所述微细超声加工装置包括立式滑台、超声主轴、夹头、工具头、工作台、超声电源、工作槽、蚀刻液，所述工具头通过夹头固定在超声主轴上，超声主轴固定在立式滑台上，所述的立式滑台驱动超声主轴上下运动，所述的超声电源与超声主轴相连；所述工作槽固定在工作台上，所述超声主轴包括前匹配块、压电陶瓷片与后匹配块，通过调节螺栓将前匹配块、压电陶瓷片与后匹配块连接；所述蚀刻液混合磨粒后，浸泡工件或喷淋工件；所述蚀刻液由以下质量百分含量的组分组成：氯化铁5～15％、酸3～5％、苯并三唑2～4％、乙二胺1～2％、十二烷基磺酸钠2～3％，余量为水；所述酸由高氯酸、次氯酸和磺酸组成，而且所述高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为(1～3)：(6～14)：(15～26)。

本申请发明人经过大量研究发现，在所述蚀刻液中加入由所述质量比的高氯酸、次氯酸和磺酸组成的酸时，使得蚀刻液的蚀刻速度较低，由于通过超声的加工，可提高加工效率，可减小工件表面开口和内部开口分别与蚀刻液接触的时间差，有效减小工件开口上下面结构的尺寸差。而且在所述蚀刻液中加入所述重量含量的苯并三唑、乙二胺和十二烷基磺酸钠，能够有效减小蚀刻液的侧蚀量，使得蚀刻所得结构更趋于圆柱形，形状可控。

作为本发明所述蚀刻辅助的微细超声加工装置的优选实施方式，所述苯并三唑和乙二胺的质量和与十二烷基磺酸钠的质量比为(苯并三唑+乙二胺)：十二烷基磺酸钠＝(1～2):1，且苯并三唑与乙二胺的质量比为2:1。作为本发明所述用于辅助微细超声加工的蚀刻液的更优选实施方式，所述苯并三唑和乙二胺的质量和与十二烷基磺酸钠的质量比为(苯并三唑+乙二胺)：十二烷基磺酸钠＝1.5:1。当所述苯并三唑和乙二胺的质量和与十二烷基磺酸钠的质量比为(苯并三唑+乙二胺)：十二烷基磺酸钠＝(1～2):1，且苯并三唑与乙二胺的质量比为2:1时，所得蚀刻液的侧蚀量更小，尤其是当所述苯并三唑和乙二胺的质量和与十二烷基磺酸钠的质量比为(苯并三唑+乙二胺)：十二烷基磺酸钠＝1.5:1时，所得蚀刻液的侧蚀量最小。

作为本发明所述用于辅助微细超声加工的蚀刻液的优选实施方式，所述酸中高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为(1～2)：(7～12)：(18～25)。作为本发明所述用于辅助微细超声加工的蚀刻液的更优选实施方式，所述酸中高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为1：10：20。当所述酸中高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为(1～2)：(7～12)：(18～25)时，所得蚀刻液的蚀刻速度加快，尤其是当所述酸中高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为1：10：20时，所得蚀刻液的蚀刻速度比较快。

作为本发明所述蚀刻辅助的微细超声加工装置的优选实施方式，所述蚀刻液由以下质量百分含量的组分组成：氯化铁8～12％、酸4％、苯并三唑2％、乙二胺1％、十二烷基磺酸钠3％，余量为水；所述酸由高氯酸、次氯酸和磺酸组成，而且所述高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为(1～2)：(7～12)：(18～25)。

作为本发明所述蚀刻辅助的微细超声加工装置的优选实施方式，所述蚀刻液由以下质量百分含量的组分组成：氯化铁10％、酸4％、苯并三唑3％、乙二胺1.5％、十二烷基磺酸钠3％，余量为水。

所述酸由高氯酸、次氯酸和磺酸组成，而且所述高氯酸、次氯酸和磺酸的质量比为1：10：20。当所述蚀刻液采用此配方时，所述蚀刻液蚀刻所得结构最趋于圆柱形，效果最好，除了超声加工缩短了上下表面的时间差，蚀刻液成份的不同对缩短时间差也有一定的辅助作用。