[发明专利]整体式太赫兹金属镀层空芯矩形波导电化学组合制造方法

说明书

本发明涉及一种整体式太赫兹金属镀层空芯矩形波导电化学组合制造方法，属于太赫兹微器件精密制造领域。其特征在于：利用微细电解线切割技术和微细电镀技术组合制造中间是纯铝上下表面是纯镍或者纯金的镍铝复合矩形芯模或者金铝复合矩形芯模，在波导基体成型后，实现狭长微腔体内部铝基矩形芯模的快速蚀除。本发明在纯铝高品质微加工的基础上，显著提高狭长波导微腔体内矩形芯模的溶解效率，实现整体式太赫兹金属镀层空芯矩形波导高效、精密制造，具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种整体式太赫兹金属镀层空芯矩形波导电化学组合制造方法，属于太赫兹微器件精密制造领域。

背景技术

太赫兹波的传输、构建、接收、探测都强烈依赖于太赫兹系统中各种高品质的太赫兹微结构器件。太赫兹波导是其中一种最具代表性的关键核心器件，种类复杂多样，金属空芯镀层矩形波导具有损耗低、柔韧性好和安全性高等优点，应用需求日益迫切。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，其腔体端面尺寸微小、加工公差、圆角及内层粗糙度要求极高，例如工作频率为1THz的太赫兹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，对现有的微纳加工技术提出了严峻的挑战。

国内外研究人员已经开展了太赫兹金属矩形波导制造工艺的研究。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，太赫兹金属矩形波导制造工艺虽然取得了一定的进展，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，并且制造的精度低、质量差。低频段太赫兹金属矩形波导的“造不精”，高频段的 “造不出”，制造的“卡脖子”问题制约了高性能信号传输对于高品质太赫兹金属空芯镀层矩形波导的需求。

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），在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，该方法基于矩形芯模实现太赫兹矩形波导微腔体的构建造成了狭长腔体内部芯模的溶解困难，制造效率低，可实施性较差。因此，有必要在此基础上提出新的方法，解决整体式矩形波导狭长微腔体内部矩形芯模溶解困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于通过电化学组合工艺实现铝基复合矩形芯模的高品质加工极其高效去除，进而实现太赫兹金属空芯矩形波导高效、精密整体制造。

一种整体式太赫兹金属镀层空芯矩形波导电化学组合制造方法，其特征在于包括以下步骤：