[发明专利]太赫兹金属镀层空芯矩形波导组合制造方法

说明书

本发明涉及一种太赫兹金属镀层空芯矩形波导组合制造方法，属于太赫兹微器件精密制造领域。其特征在于：制造太赫兹金属镀层空芯矩形波导的“凹”型腔体；制造太赫兹金属镀层空芯矩形波导的“凹”覆盖板；将“凹”型腔体和“凹”覆盖板进行组合，获得具有较高尺寸精度和良好表面质量内腔的太赫兹金属镀层空芯矩形波导。本发明可以实现高工作频率的太赫兹金属镀层空芯矩形波导高效、精密、整体制造，具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种太赫兹金属镀层空芯矩形波导组合制造方法，属于太赫兹微器件精密制造领域。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围、波长在0.03mm到3mm范围的电磁波，是电磁波中唯一尚未完全开发利用的频谱资源。太赫兹技术在高速无线通信、安全检查、无损检测、电子对抗、雷达成像等领域有着巨大的应用潜力，对于推动国民经济发展、加强国家安全建设具有重大战略意义。

太赫兹波导是实现太赫兹信号传输的一种关键器件，金属空芯矩形波导具有损耗低、柔韧性好和安全性高等优点，其精密加工制造成为太赫兹微器件精密制造领域研究的前沿和热点之一。太赫兹金属空芯矩形波导由于传输特性，是典型的大长径比微型器件，高工作频率的金属空芯矩形波导腔体端面尺寸微小、加工公差、圆角及内层粗糙度要求极高，例如工作频率为1THz的金属矩形波导其腔体端面尺寸为127um×254um、表面粗糙度为Ra≤0.4um、圆角半径为R≤30um，对于高工作频率的金属镀层空芯矩形波导，其腔体尺寸、内部镀层质量、加工精度要求更为严格。

针对于太赫兹金属矩形波导的制造，国内外研究人员针对于已经开展了大量的研究。在国内，许延峰等利用光刻电铸技术加工出矩形金属波导腔，波导口尺寸200μm×400μm，长度为8mm，波导腔表面光滑平直，基本无加工圆角。孙玉洁等采用牺牲层光刻工艺，制备出长7.5mm、高300μm、侧壁垂直度为87.7°的0.4THz矩形波导腔结构。这两种制造方法，仅仅对矩形波导的制造进行了简单的探索，并未形成成熟的工艺方案，腔体内部高精密电镀难题仍然无法解决。在国外，美国的Adam Rowen等人提出通过多层电化学沉积制备内部尺寸几十微米的矩形金属波导的方法。通过种子层金属沉积、光刻、电化学沉积三种工艺步骤的循环进行，可以实现多层或者三维矩形波导的加工，这种方法还适用于基于矩形金属波导的其他一些部件包括天线，耦合器，弯曲隧道等微型机电系统的加工，然而该方法各个工艺步骤中加工精度的不一致，使得波导制造的整体精度下降，另外结合的不紧密仍然存在，因此也必将影响太赫兹信号的传输性能。美国的W.J. Otter等人将3D打印技术成功应用到太赫兹波导的加工中，采用RECILS 3D打印技术加工出矩形波导腔体，但是该波导腔体是非金属的，并且需要通过电镀金属层等复杂工艺实现其信号传输性能，这说明现阶段3D打印技术的发展水平尚无法实现金属材料直接打印，另外打印精度也无法达到高工作频率太赫兹金属空芯矩形波导的制造精度要求。

综上所述，国内外研究人员已经太赫兹金属矩形波导制造工艺进行了一定的研究，然而并未形成有效且成熟的工艺方案，同时制造的矩形波导工作频率相对降低，并且上述方法制造的金属矩形波导其信号传输质量较低，无法实现高性能信号传输对于腔体内部高精密电镀层的制造要求，因此无法用来制造高工作频率的太赫兹金属空芯镀层矩形波导。南京航空航天大学的科研人员提出了一种微小型金属矩形波导电化学制造方法（专利申请号：201610959510.0），该方法理论上实现了更高工作频率金属矩形波导的整体加工制造。然而，由于波导腔体端面尺寸微小、波导基体大长径比的特点，利用纯铝及纯镍等制造的矩形芯模长径比较大时易产生变形，腔体内部的金属材料溶解也极其困难，长时间溶解后腔体内部溶解产物较难清除，溶解试剂也极易造成对镀金层及铸铜层的损坏，这些问题严重的阻碍了该技术的发展应用。

因此，为了满足太赫兹技术蓬勃发展对高性能金属矩形波导的迫切需求，有必要在现有基础上，提出新的方法，实现高工作频率太赫兹金属空芯矩形波导的整体精密制造。

发明内容