电化学微细加工技术的研究进展.pdf

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1、2016年2月电化学微细加工技术的研究进展电化学微细加工技术的研究进展李风云(南昌航空大学，江西南昌330063)摘要：介绍了微细电化学加工的原理及其特点，系统地阐述了微细电化学加工在几个方面的研究情况和工艺特点，例如EFAB工艺、3D电化学加工、约束刻蚀剂层技术等。微细电化学加工必将在未来的微纳加工中起着举足轻重的作用。关键词：微细加工EFAB工艺3D电化学加工复杂三维结构0引言法达到微米级别等缺点限制了EFAB技术的应用及其随着微机电系统(Mcroelecromechanicalsystem：推广。MEMS)和微电子(microelectronics)技术的日趋发展，在微纳米尺度

2、上的、具有三维加工能力的、能处理性能优异的金属材料(特别是一些极限作业环境下所要求的高强度、高韧性、高耐磨、耐高温、耐冲击、抗疲劳等性能的合金材料)的微细加工方法，正受到国内外科技界的广泛关注。电化学加工(ElecrochemicalMachining：ECM)一般没有宏观的切削力作用，且复制精度、重复精度、表面质量、加工效率、加工过程稳定性等方面都比较优良，因此在加工行业中有着不可替代的优越性。从机理上讲，由于ECM是通过金属离子的还原或金属的氧化对材料进行加工，材料的增加或去除都是以离子的形态进行的；因此，从理论上分析，只要控制好加工条件，选择适当的加工参数，可实现以离子数量级进

3、行材料加工。实践也证明了用电化学的方法进行微细加工是可图1由12层Nj微链组成的6个可独立行的。活动的连接。总高度达96ttm左右1EFAB技术23D电化学加工EFAB(ElectrochemicalFabrication)技术是由基于3D电化学微加工技术是一种新型微细加工方法，SFF(Solidfreeformfabric—ation)中的分层制造原理I¨由德国科学家RSchuster等人于2000年提出的。3D而提出的一种采用电化学方法制作三维多层微结构的电化学微加工原理和装置示意图如图2所示。首先技术j。它的基本原理：首先利用3DCAD软件将所给浸没在电解液中的工具电极与加工工

4、件施加一个超需加工的图形分解成为多数单个的适合制作成光刻模短脉冲电位，然后逐渐缩短加工间隙，当间隙特别小板的二维图形，然后将其加工成一种由金属阳极和绝时，加工工件与工具电极两者之间的电阻比其余部位缘材料构成的一组模具，通过电沉积方法将金属以及要小的多，使得加工工件表面各部位的双电层时间常牺牲层金属按照光刻模板上的图形分别沉积出来，直数存在差异，导致在超短脉冲下充电常数更小的工件至牺牲层金属溶解完全，就得到了所需的三维立体图表面的电极电位比其他部位的电极电位大得多，这样形。图1是利用EFAB技术在镍上加工出的复杂微结刻蚀反应就被限制了工具电极表面极小的范围内。3D构。电化学微加工技术的

5、加工精度为微纳米级别，且适合不限制加工图形的立体高度是EFAB技术的优点，加工大深宽比复杂微结构，与此同时，在制作微细结构理论上来讲，其加工深宽比能达到无限，能加工出十分上取得了一定的成果。图3为铜片上制作的微型复杂的三维微结构，潜在应用价值巨大，然而加工过程结构，是通过3D电化学微加工技术而生产出来的。复杂繁琐、加工周期长、成本极其高昂、加工出的各零3D电化学微加工技术的优点是避免了侧向钻蚀，件之间存在间隙、致使零件整体强度削弱、加工精度无阳极溶解仅发生在快速充电区。但其仍然存在缺点：2016年2月电化学微细加工技术的研究进展3=(D／Ks)(6)4结语上式中D为电生刻蚀剂在液相中

6、的扩散系数，K目前，微细电化学加工方式层出不穷，其涉及到许为约束反应的准一级反应速率常数。约束刻蚀剂层技多新概念、新思维和新技术，融合了多学科知识，仍有术在Cu表面加工出微槽结构如图5所示，其加工精度很多亟待探索。在电子、信息、微机械、航空、航天、生为亚微米级。物及医疗等领域，电化学微细加工的应用必将会愈来愈深入。参考文献[1]王振龙，等．微细加工技术[M]．北京：国防工业出版社，2005．[2]CohenA，FrodisU，TsengFG，eta1．MicromachiningandMierofabricationPl'oCessTechnologyV[J]．(Eds：SmithJ

7、H，KaramJM)，Bellingh锄：SPIE一／ntSocOp-ticalEn~neering，1999，3874：236—247．[3]SchusterR，KirchnerV，AllongueP，ErtIG．Electrocheml—ca1Mien)machinlng[J]．Science，2000，289(5476)：98图5CELT技术在cu表面加工出的微槽—101．与其他微细加工技术相比，约束刻蚀剂层技术具[4]AnongueP，BangP，