[发明专利]一种精密金属反射光栅的制造方法

说明书

本发明涉及反射光栅的制造领域，公开了一种精密金属反射光栅的制造方法，包括以下步骤：基板研磨；基底发黑；制作光栅微结构；微电铸；脱模、超声波清洗；检测组装。本发明通过将微电铸与UV‑LIGA技术、电解抛光、电镀发黑等工艺融合，制造出反射效果好、表面光洁度高、反射线条精度高、可批量化生产、成本相对较低的精密金属反射光栅。

技术领域

本发明涉及反射光栅的制造领域，尤其是涉及一种精密金属反射光栅的制造方法。

背景技术

随着技术的快速发展和应用领域的不断拓展，光电编码器对光栅要求线宽越来越小，精度越来越高，在此情况下，基于莫尔条纹原理的透射式光栅已经越来越无法满足要求，反射式光电信号的读取方式渐趋主流。这是因为：当透射式光栅的刻线线宽较小时(小于15μm)，对光源的平行度、轴系端跳、径调的要求苛刻，只能在实验室中应用，刻线宽度低于10um时基本上无法获取光电信号。

另一方面，一般反射式光栅多为玻璃或菲林反射光栅，这些材质的反射式光栅无法在高、低温条件下工作，且不具备抗震、抗老化性能，因此，高质量的光栅必须采取金属材质。

综上，高精度金属反射光栅更适用于高精度反射式编码器制造、多轴悬臂机器人、感应器等领域的应用。

目前，金属反射光栅一般有四种加工方法，具体如下：

(1)激光直写法。激光直写法本质是一种无掩模光刻法，一般是使用飞秒激光在金属表面直接烧蚀。该方法具有精度高、一致性好的优点。但是飞秒激光器价格昂贵而且光栅只能一条一条刻划，制造大尺寸、大批量的光栅效率很低，且对激光器本身也构成较大损耗，因此此法主要在实验室研究使用，在工业化量产时使用较少。

(2)纳米压印法。纳米压印是先制造模板，再通过光刻胶辅助，将模板微结构转移到代加工材料上的技术。纳米压印技术的精度极高，可以达到5纳米以下。由于模板可以重复使用，因此适合批量化生产，而且当数量较大时，产品单件成本可以显著降低。纳米压印技术具有显著的优点，但这项技术的准入成本极高：仅制作模板就需要建立一个完整的微加工实验室才能完成。因此该技术主要还处于实验室探索阶段，应用到工业化生产尚需要时间。同时，对于编码器和多轴悬臂机器人一类设备，公差控制在±1um即可，纳米级精度的光栅既无必要，也抬高了成本。

(3)化学蚀刻法。化学蚀刻法通过制作很薄的透射金属光栅(精度要求高时厚度可以为0.05mm)，再将透射光栅通过特有的方式粘贴在基底上。由于透射光栅较薄，因此也可以形成反射效果。化学蚀刻法受到深宽比的限制，栅距很难做到35μm以下，因此其做出的不是真正意义上的反射光栅，仅在精度要求较低时作为替代品使用。

(4)UV-LIGA结合微电铸技术。UV-LIGA技术一般是做金属高深宽比结构的理想技术，因此在金属材质方面具有天然优势。其次，在制作金属反射光栅时，通过合理的控制光刻胶厚度，再结合微电铸工艺实现精确的金属沉积，可以实现反射光栅所需的理想效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种精密金属反射光栅的制造方法，通过将微电铸与UV-LIGA技术、电解抛光、电镀发黑等工艺融合，制造出反射效果好、表面光洁度高、反射线条精度高、可批量化生产、成本相对较低的精密金属反射光栅。

为达到上述目的，本发明提供一种精密金属反射光栅制造方法，应用于金属反射光栅的制造，包括下列步骤：

基板研磨：将选取好的平面金属基板采用电解抛光去除表面杂质、划痕及凹凸点，然后清洗研磨，放置烘箱中烘烤，形成研磨好的基板；

基底发黑：对所述研磨好的基板采取电镀发黑法处理，制作出金属发黑基底；

制作光栅微结构：对所述金属发黑基底进行制作光栅微结构处理，形成显影好的基板；

微电铸：采用微合金沉积设备，对所述显影好的基板进行处理，完成合金沉积；