CN102409385A - 一种微电极阵列的侧壁绝缘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微细加工技术领域的微电极阵列的侧壁绝缘方法，步骤包括：1)将经过清洗的电极阵列与导电装置分别作为阴极板和阳极板(或阳极板和阴极板)，连接到电泳仪器的负极和正极(或正极和负极)，构成回路；2)将与导电装置连接好的电极阵列放入电泳镀膜溶液中；3)打开电源开始电泳镀膜；4)完成后，关闭电源，将电极阵列取出，并用去离子水超声清洗电极阵列，去除悬浮涂料；5)洗干净的电极阵列，进行烘干处理；6)经烘干的电极阵列中填充石蜡，然后利用机械方法进行磨削，以去掉电极端面的绝缘薄膜。本发明可用于多种形状，高精度的微细电化学加工用的微电极阵列的侧壁绝缘，工艺成本低。

Description

一种微电极阵列的侧壁绝缘方法

技术领域

本发明涉及一种微细电极阵列的侧壁绝缘方法，具体涉及一种基于电泳沉积技术的微细电极阵列的侧壁绝缘方法，属于微细加工技术领域。

背景技术

微细孔结构在微小机械零件、mems器件中占有重要比重，其中meso尺度金属合金材料的微细群孔阵列作为一种典型的微细结构在航空航天、精密仪器、化纤等领域有着广泛的应用，如高速打印机喷嘴板、光纤连接器、化纤喷丝板、航空发动机高压压气机空气导管内的阻尼衬套等。在微细阵列群孔的众多加工方法中，微细电解加工(又称微细电化学加工)由于其无工具磨损、应用范围广、加工效率高以及表面质量好的优点而具有潜在的广泛应用前景。

然而，电解加工由于其自身涉及电化学、电场、流场等多种因素，在加工过程中可能在非加工部位也产生杂散电流而影响微细电化学加工的成型精度。为约束电场，抑制杂散电流，应对微细电解加工用微细电极阵列进行侧壁绝缘。为应对加工过程中微细电极阵列所处加工环境，对于电极的侧壁绝缘有着严格的要求，如绝缘膜厚度较小(小于5um)；结构致密，具有在流动的电解液环境下的优良绝缘性能；薄膜厚度均匀；与电极材料的结合力好等。

对用于电解环境中的电极，国内外现有的侧壁绝缘方法有：CVD沉积SiC，浸渍提拉绝缘树脂以及滴涂瓷釉。但是由于CVD是一种高温工艺，对电极和绝缘膜材料的要求较为苛刻，除非电极金属和绝缘材料具有相近的膨胀系数否则难以保证绝缘膜的结合强度；浸渍提拉法或滴涂法可以在单电极获得绝缘性能较好且厚度较小的绝缘膜，但应用于电极阵列的绝缘则可能造成间隙内淤积无法成膜。此外，清华大学的刘改红(专利号200810225440.1)采用旋涂法在电极表面涂敷液态绝缘材料，然后利用溶剂液膜，通过局部溶解去除端面的绝缘材料使端面导电。这种方法可以用于电极阵列并可以得到绝缘性能良好厚度小于5um的薄膜，但是旋涂法本身容易在成膜的过程中存在微小气孔，无法保证薄膜的致密性，同时薄膜是利用反向甩胶的离心力成型的，难免会造成薄膜的厚度不均匀，并且在电极端部可能存在较大的厚度差影响工具电极本身的形状特征。

电泳是空间匀强电场作用下，分散粒子在流体中发生移动的现象。电泳镀膜是一种湿法钝化成膜技术，利用外加电场是悬浮于电泳液中的带电微粒定向迁移并沉积于阴极或阳极基底表面。此方法具有涂层丰满、均匀、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其他的涂装或成膜工艺，为微细电极阵列的侧壁绝缘提供了一种新颖的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种微细电极阵列的侧壁绝缘方法，既适用于微细单电极，又适用于微细电极阵列；所形成的侧壁绝缘膜均匀，光滑，绝缘性能优良并且具有较好的结合力。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种微细电极阵列的侧壁绝缘方法，该方法包括如下步骤：

1)将经过清洗的电极阵列与导电装置分别作为阴极板和阳极板(或阳极板和阴极板)，连接到电泳仪器的负极和正极(或正极和负极)，构成回路。

所述的导电装置具有良好的导电性，在镀膜的过程中不和电泳液发生反应，且可以保证两极间的电场分布均匀。

所述的导电装置，阴极电泳镀膜中使用的阳极板或在阳极电泳镀膜中使用的阴极板为不锈钢、碳板、钛件等稳定材料、惰性材料或者经过表面处理导电的非金属材料。

2)将连接好的电极阵列放入电泳镀膜溶液中。

所述的电泳镀膜溶液，其电泳涂料的浓度为质量百分比：10％-30％。

所述的电泳涂料为聚氨脂改性环氧树脂、改性丙烯酸树脂、改性丙烯酸聚氨脂树脂、丙烯酸改性环氧树脂的一种或两种。

3)打开电源开始电泳镀膜。

其中所述的电泳电压为30-60V；电泳时间为10s-60s；温度为28℃-32℃

其中所述的电泳镀膜过程采用超声振荡，以及旋转搅拌工艺，以保证电泳镀膜溶液的均匀性，提高电泳液的传质能力，获得厚度较小、均匀、致密的薄膜。

4)镀膜完成后，关闭电源，将电极阵列取出，并用去离子水超声清洗电极阵列，去除悬浮涂料。

所述的超声清洗的频率为：25KHZ-68KHZ。

5)将清洗干净的电极阵列，进行烘干处理。

所述的烘干温度为120℃-150℃；烘干时间为20min-30min。

6)将已经烘干的电极阵列中填充石蜡，然后利用机械方法进行磨削，以去掉电极端面的绝缘薄膜。

本发明利用电泳工艺对电极阵列进行侧壁绝缘，形成厚度较小的绝缘膜，与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

本发明提供的侧壁绝缘方法：1)结合力好。测试表明，电泳得到的绝缘薄膜于电极的结合力大于2.5MPa，采用CVD技术成型的聚合物如Parylene薄膜的结合力大于0.7MPa。前者要远大于后者。2)厚度均匀，致密性好。本方法得到的绝缘薄膜厚度较小(3um-5um)，且均匀可控，不存在气孔缺陷。3)使用广泛。本方法对电极材料选择性小，可用于单电极以及电极阵列的侧壁绝缘。

附图说明

图1为本发明实施例微细电极阵列侧壁绝缘后剖面图；

图2为本发明实施例微细电极阵列侧壁绝缘后的三维示意图；

图2中各标号：1-微细电极阵列支撑底板；2-微细电极阵列侧壁绝缘膜；3-微细电极阵列导电端面。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，单本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

微细电极阵列侧壁改性丙烯酸聚氨脂树脂绝缘膜的制备

1)将清洗过的电极阵列与不锈钢板(导电装置)相连，不锈钢板接正极，

2)电极阵列接负极。将电极阵列放入含有20％改性丙烯酸聚氨脂树脂的电泳液中，在28℃，50KHZ的超声振荡，电泳电压为45V的条件下，阴极电泳30s

3)完成镀膜后，取出电极阵列，用去离子水超声清洗电极阵列，去除浮漆。

4)将清洗完毕的电极阵列进行干燥处理：温度130℃，时间20min。

5)将已经干燥的电极阵列填充石蜡，然后进行机械磨削，去除电极端面的绝缘膜。

实施例2

微细电极阵列侧壁改性丙烯酸聚氨脂树脂绝缘膜的制备

1)将清洗过的电极阵列与不锈钢板(导电装置)相连，不锈钢板接正极，

2)电极阵列接负极。将电极阵列放入含有10％聚氨脂改性环氧树脂的电泳液中，在30℃，50KHZ的超声振荡，电泳电压为45V的条件下，阴极电泳50s

3)完成镀膜后，取出电极阵列，用去离子水超声清洗电极阵列，去除浮漆。

4)将清洗完毕的电极阵列进行干燥处理：温度120℃，时间30min。

5)将已经干燥的电极阵列填充石蜡，然后进行机械磨削，去除电极端面的绝缘膜。

实施例3

微细电极阵列侧壁改性丙烯酸聚氨脂树脂绝缘膜的制备

1)将清洗过的电极阵列与不锈钢板(导电装置)相连，不锈钢板接正极，

2)电极阵列接负极。将电极阵列放入含有30％改性丙烯酸树脂的电泳液中，在32℃，50KHZ的超声振荡，电泳电压为45V的条件下，阴极电泳20s

3)完成镀膜后，取出电极阵列，用去离子水超声清洗电极阵列，超声清洗的频率25KHZ-68KHZ，去除浮漆。

4)将清洗完毕的电极阵列进行干燥处理：温度150℃，时间20min。

5)将已经干燥的电极阵列填充石蜡，然后进行机械磨削，去除电极端面的绝缘膜。

由上述方法制备的微细电极阵列的侧壁绝缘膜厚度为3um，绝缘性能良好，测得其击穿电压为2.01MV/cm。如图1-2所示，为本发明实施例微细电极阵列侧壁绝缘后剖面图；图2为本发明实施例微细电极阵列侧壁绝缘后的三维示意图.

上述实施例中，所述的导电装置，阴极电泳镀膜中使用的阳极板或在阳极电泳镀膜中使用的阴极板为不锈钢、碳板、钛件等稳定材料、惰性材料或者经过表面处理导电的非金属材料，不仅仅局限于上述实施例中描述的材料。

上述实施例中，所述的电泳液中电泳涂料为聚氨脂改性环氧树脂、改性丙烯酸树脂、改性丙烯酸聚氨脂树脂、丙烯酸改性环氧树脂的一种或两种，不仅仅局限于上述实施例中的描述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将经过清洗的电极阵列与导电装置分别作为阴极板和阳极板，或分别作为阳极板和阴极板，连接到电泳仪器的负极和正极，或连接到正极和负极，构成回路；

2)将接好的电极阵列放入电泳镀膜溶液中；

3)打开电源开始电泳镀膜；

4)镀膜完成后，关闭电源，将电极阵列取出，并用去离子水超声清洗电极阵列，去除悬浮涂料；

5)将洗干净的电极阵列，进行烘干处理；

6)将已经烘干的电极阵列中填充石蜡，然后利用机械方法进行磨削，以去掉电极端面的绝缘薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于：所述的电泳液，电泳涂料的质量百分比为：10％-30％。

3.根据权利要求2所述的一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于：所述的电泳涂料为聚氨脂改性环氧树脂、改性丙烯酸树脂、改性丙烯酸聚氨脂树脂、丙烯酸改性环氧树脂的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于：所述的导电装置、阴极电泳镀膜中使用的阳极板或在阳极电泳镀膜中使用的阴极板为不锈钢、碳板、钛件、惰性材料或者经过表面处理导电的非金属材料。

5.据权利要求1-4任一项所述的一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于：步骤3)中所述的电泳电压为30-60V；电泳时间为10s-60s；温度为28℃-32℃。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于：步骤4)所述的超声清洗的频率为：25KHZ-68KHZ。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种微电极阵列的侧壁绝缘方法，其特征在于：步骤5)中所述的烘干温度为120℃-150℃；烘干时间为20min-30min。

Images