在微模具制作中的微机械加工技术应用

陈国兴，陈吉祥，蔡耀安

（深圳信息职业技术学院，广东 深圳 518172）

在微模具制作中的微机械加工技术应用

陈国兴，陈吉祥，蔡耀安

（深圳信息职业技术学院，广东 深圳 518172）

科学技术水平的提高，使微型制作设计技术取得了显著成果。现阶段，微型技术在人们生活内已经广泛应用，就以微模具来说，也在逐渐完善成熟过程中，研究人员对微模具机械加工技术关注程度显著提升。本文对制作微模具的微机机械加工技术进行了分析研究。

制作微模具；微机械加工技术；应用分析

微电子技术快速发展过程中，微机械加工技术越加完善成熟，加工生产出来的器件具有较高灵敏度，工作效率较高，逐渐向智能化及微型化方向发展，微电子技术产品在医疗、航空航天等领域内广泛应用。但是由于微机电器件应用范围十分广泛，生产数量较高，进而需要批量化生产，这就需要制作微模具。微模具在制作完毕之后，能够有效简化器件生产流程，提高器件生产质量。现阶段，微模具加工技术所包含的类别较多，例如 LICA模具制作技术、硅体微加工技术等。

1 LICA技术在微模具制作中的应用

1.1 LICA技术原理

LICA技术在应用过程中，需要借助功率同步加速器，功率同步加速器在产生x射线之后，进行光刻，在光阻投影作用下，形成微型结构，最后经过电铸处理之后，就形成了金属模具，铸模在复制之后，形成人们所需要的塑料产品。LICA技术微模具制作应用中，工艺流程如下。

1.1.1 同步x-ray曝光

LICA技术在光刻过程中，需要具有铜掩模板及 X射线，其中铜掩模板主要由四部分构成，分别为铜板、光刻胶、掩膜支撑体及吸收体，可以借助X射线对形成的二维图形投射到铜掩模板上面，吸收体在将x射线能量吸收之后，会将能量转移到光刻胶上面，对单点光束强度进行控制，形成三维图形。

1.1.2 光刻显影

光刻显影应用光刻胶被x射线降解理论，也就是x射线在曝光处理之后，光刻胶分子会出现断裂情况，逐渐从大分子转变为小分子，光刻胶在进行曝光之后需要放到显影液内进行处理，降解处理之后的小分子也需要放到显影液内进行处理，没有处理的光刻胶无法溶解到显影液内，这样就形成三维光刻胶微结构。

1.1.3 电铸制模

显影处理之后，金属会填充到三维光刻胶微结构空隙上面，金属在将三维光刻微结构空隙全部覆盖之后，形成金属阳极，铜板基片被称之为阴极，在阳极与阴极之间施加电场。在电场作用之下，阳极金属能够将电子剥离，通过金属电子方式添加电铸液，金属离子逐渐向阴极移动，金属离子在转移到阴极之后，电子就会依附到阴极上面，金属离子在沉积处理之后，可以形成互补金属结构。显影处理之后的三维光刻胶孔径深度显著增加，铰孔空隙逐渐减小，在点铸液作用之下，三维光刻胶表面张力逐渐增加，仅仅通过重力作用电铸液无法全部覆盖到微孔内部，这就需要借助针对性电铸工艺。针对性电铸工艺能够保证电铸液全部进入到微孔内，形成的微型结构不会出现应力变化。现阶段，电铸液表面张力在解决过程中，主要应用两种方法，分别为脉冲电源、超声波技术，其中脉冲电源主要是在电铸液处理过程中，添加一定数量表面抗张力剂，有效克服电铸液表面张力情况；超声波技术在应用过程中，能够有效增加电铸液金属离子对流情况，对电铸液表面张力进行解决。

1.1.4 注塑复制

电铸在操作完毕之后，构建金属微结构。金属微结构作为注塑操作模模板，利用快速注塑成型技术与模压成型技术，注塑处理之后，就能够得到针对性塑料结构，与工业大批量生产实际需求，有效降低微模具生产加工成本。

1.2 LICA模具制作技术的特点及应用

1.2.1 LICA加工模具优点

LICA加工模具在产生过程中，取材十分广泛，金属、陶瓷等材料都可以在 LICA加工模具内应用，所形成的微结构深度较高，形成多元化图形结构，有效提高模具加工精确度，部分产品加工精度甚至超过0.1μm。LICA加工模具在应用过程中，可以重复复制，能够满足工业生产大批量需求，有效降低模具生产成本。

1.2.2 LICA加工模具的缺点

LICA加工模具在生产过程中，需要应用到同步 x射线仪，设备成本较为昂贵，LICA加工模具成本较高。LICA加工模具在对曲面或者是斜面模具在加工上面，加工难度较高，同时在部分零件上面无法光刻及电铸处理。

1.3 LICA加工模具发展趋势

LICA加工模具由于材料应用十分广泛，能够有效解决曲面及斜面加工难度较低问题，具有三维加工性能，LICA加工方式更加多样化；LICA加工模具生产工艺十分成熟，逐渐智能化建设，加工工艺有效简化，加工效率显著提升，模具生产成本显著降低。

1.4 准LICA技术

准 LICA技术并不需要应用同步 X射线仪及光刻胶，通过紫外线及激光对光敏材料进行曝光，显影处理之后，构建微三维结构，进而经过电铸、铸塑等加工工艺，完成微模具制作。准 LICA技术在微模具制作上，工艺较为简化，生产成本较为低廉，微模具加工周期显著缩短。

1.4.1 激光烧逐技术

激光烧逐技术主要通过波长准分子激光设备，直接对光敏材料进行消融处理，微模具在生产过程中并不需要经过曝光及显影处理，微模具加工工艺制作流程有效简化，微模具制作效率显著提升，制作精度也可以显著提升。

1.4.2 DEM微模具制作技术

DEM技术是由我国科研人员所提出，属于准LICA技术类别之一，主要是借助离子体设备，通过紫外光对硅片进行刻画处理，借助刻蚀机对硅片进行深层处理，硅片氧化处理之后，可以形成三维光刻结构，电铸处理之后制作成金属微型结构，金属微型结构需要氢氧化钾溶液进行腐蚀处理，最终得到微复制模具。DEM微模具制作技术在应用过程中，机械设备成本较为低廉，产品加工时间较短，具有良好兼容特征，可以进行产业化生产。虽然 DEM微模具制作技术具有十分显著优势，但是硅片属于半导体结构，导电性能十分低下，电铸难度较高。

2 细微加工微模具技术

2.1 精密机械加工技术

精密机械加工技术是由日本研究人员提出，主要通过精密数控加工中心，制作微型结构示意图，转变为数控代码结构，加工中心应用刀具处理之后，就能够得到人们所需要的产品。精密机械加工技术对加工材料要求较为严苛，加工精度较为低下，无法在高精微模具加工上面应用，现阶段主要在微小三维构件制作上面应用。

2.2 微细电火花模具加工技术

微细电火花模具加工技术原理与常规电火花加工技术原理基本相同，工具和工件电极十分相似，工件在电场作用之下，电解液能够覆盖到全部金属模具内，出现发电情况，工件表面温度显著提升，金属表面出现汽化及熔化情况，对工件金属进行处理。微模具加工精度影响因素较多，例如电极制作工艺、放电时间、加工状态等等。现阶段，微细电火花加工过程中难度主要为微细电极，特别是形状特殊的微细电极，传统微细电极方法加工精确度有限。

2.3 微细电解加工技术

微细电解加工过程中，加工原理为金属适当阳极溶解，属于工件加工成型方法。从原理层面来说，微细电解加工技术可以分为两种类别，分别为阴极沉积原理和阳极溶解原理。微细电解加工技术在整个加工过程中，都采取离子运行的方式，同时由于离子尺寸较小，所以电化学制作技术可以在微细制作领域内应用，甚至在纳米领域内应用，具有良好发展潜能。微细电解加工技术应用范围十分广泛，并不需要受到材料性质影响，并不会出现飞边或者是毛刺情况，加工表面精确度显著提升。

2.4 微细电铸加工技术

微细电铸加工技术工艺主要分为四个流程，分别为设计制造铸模、导电层和分离层处理、电沉积金属、脱模和背衬处理。微细电铸加工技术主要特点为：重复及复制精确度较高；应用范围十分广泛，能够在复杂及精度零件生产上面应用；电铸制品在生产过程中，可控性较强，能够有效对金属类别进行改变，电铸液配方及工艺参数合理修改，电铸制品力学性能应用范围广泛；制作成本低廉，机械设备投资低廉。与此同时，微细电铸加工技术在加工过程中，产品余量较小，废品可以重复应用，同时电铸液也可以反复应用。

微细电铸加工技术虽然具有十分显著优势，但是并不表示微细电铸加工技术可以在任何情况都可以应用，还存在一定局限性。微细电铸加工技术铸层质量稳定性较低，电场存在分布不均匀情况，造成微模具加工时间较长，微模具加工效率十分低下，所能够应用材料有限。

3 结语

科学技术水平在显著提升过程中，微机械加工技术在微模具制作上应用也开始逐渐完善成熟，不同微机械加工技术在微模具制作上面应用，都存在一定优势及不足。在对微机械加工技术选择过程中，需要按照微模具加工精度及成本等方面实际要求，合理对微机械加工技术进行选择。微电子机械技术在不断完善过程中，微模具微机械加工精确度将不断提升，微模具结构更加复杂，这就需要对微模具的微机械加工技术深入了解。

[1]郭云龙 ,王小鹏 .制作微模具的微机械加工技术应用与研究 [J].现代制造工程 ,2011,11:1-7+16.

[2]周大伟 .论微机械加工技术 [J].福建质量管理 ,2015,08:116.

[3]李静 .制作微模具的微机械加工技术应用与研究 [J].延安职业技术学院学报 ,2014,04:139-140+146.

TG76

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1671-0711（2017）07（下）-0168-02