CN114260825A - 凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种涉及磨料喷射加工技术领域的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置及其加工方法，包括喷砂机箱体，气源装置，磨料供应及回收装置，磨料喷嘴，工件装夹工作台等。加工所述凸起织构时，先将光致抗蚀干膜(简称干膜)与工件表面进行紧密贴合，后利用光刻工艺在工件表面制备出具有通孔结构的干膜模板，利用压缩空气将磨料通过喷嘴喷射在工件表面，工件表面裸露的区域由于磨料的撞击和抛磨作用而被去除，被干膜模板保护的区域留下。本发明不仅具备无机械切削力、加工无热影响区、材料作用范围广、加工效率高等优势，同时利用干膜掩模可实现大面积凸起织构阵列的加工，覆盖的干膜模板能保证凸起织构的加工精度和尺寸均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及磨料喷射加工技术领域，具体地，涉及凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置及其加工方法。
背景技术
表面织构是指具有一定形状、尺寸和分布的凸起、凹坑、沟槽等阵列图案。表面织构在能量交换、信号传递、仿生以及摩擦磨损等方面具有至关重要的作用。随着表面织构在日常生活、工程机械、航空航天、生物医学等领域的广泛应用，表面织构加工技术也随之得到迅猛发展。机械振动加工技术、磨料喷射加工技术、激光加工技术、电火花加工技术以及电解加工等技术已成为加工表面织构的有效方法。
机械加工常存在机械残余应力和毛刺等问题，影响表面织构加工质量。激光加工和电火花加工是以高热效应为主导去除材料的，加工后常存在“翻边”现象，并且电火花加工对工具电极有损耗，影响加工精度。电解加工利用阳极电化学溶解原理以离子形式去除材料，具有工具无损耗、无切削力等优势，但同样也存在一些弊端，例如单电极电解加工和电射流电解加工技术属于逐点加工形式，加工效率较低；电解转印加工技术对加工间隙要求较高，表面织构加工质量较差；光刻电解加工虽能实现大面积表面织构的一次加工成形，但是光刻过程繁琐且模板不能重复使用，以及受杂散电流及电场边缘效应的影响，电解加工表面织构阵列尺寸不均匀以及加工精度较差等。磨料喷射加工技术是基于传统的喷砂强化工艺发展而成的一种加工表面织构的方法。即微小磨料在高压气流的冲击作用下通过喷嘴高速进入工件加工表面，工件表面材料在高速磨料的冲蚀作用下产生碎屑，同时这些碎屑经由高速气流带走，经过一定时间的磨料冲击后，在工件表面加工出具有一定形状和尺寸的表面织构加工方法。此方法具有无热影响区，反作用力小，适用于加工各种复杂形状和材料的加工，尤其在加工硬脆材料及复合材料时表现出更独特的优势。但由于磨料气射流加工需要在密闭的环境中进行加工，磨料的回收较困难以及会环境造成污染的风险，极大的限制了该技术的应用。
综上所述，由于表面织构加工技术应用的材料往往具有高硬度、高脆性和高熔点等特点，现有的加工方法常常不能满足加工效率、加工精度和加工质量等多方面的要求。基于此，本发明的目的是在磨料气射流加工技术的基础上引入光致抗蚀干膜掩模，提出一种加工材料范围广、加工质量高、环境友好的凸起阵列织构加工技术。
经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为CN113199404A，公开了一种喷砂加工装置，属于喷砂加工领域，包括喷嘴，其将研磨材料与压缩空气一起喷射；储存部，其将研磨材料储存于内部；辊，其呈圆筒状，在圆周面上设置有槽状的凹部，且具有沿中心轴方向延伸的旋转轴；驱动部，其使辊绕旋转轴旋转；填充部，其与辊相邻配置，向对置的凹部填充储存于储存部的研磨材料；取出部，其在比填充部靠辊的旋转方向的下游与辊相邻配置，使用在与凹部的延伸方向平行的方向上产生的气流，从对置的凹部取出研磨材料；以及供给配管，其将由取出部取出的研磨材料供给至喷嘴。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置及其加工方法。
根据本发明提供的一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，包括气源装置、喷射装置、工作台、喷砂机箱体以及储料罐，工作台连接于喷砂机箱体内部，喷射装置连接气源装置，喷射装置通过气源装置加压，喷射装置将储料罐中的供料喷射至工作台上的工件表面。
一些实施例中，气源装置包括空气压缩机、电磁阀以及调压过滤器，空气压缩机通过管道连接调压过滤器，管道上连接有电磁阀；
空气压缩机通过电磁阀控制开关，调压过滤器过滤空气压缩机中空气中的水与油。
一些实施例中，喷射装置包括喷枪和支架，喷枪通过支架连接于喷砂机箱体上，喷枪延伸至喷砂机箱体内部，喷枪位于工作台正上方。
一些实施例中，喷枪包括第一连接口、第二连接口以及喷嘴，第一连接口垂直连接于喷嘴上，第二连接口连接于第二连接口和喷嘴连接处。
一些实施例中，储料罐包括供应储料罐和回收储料罐，供应储料罐分别连接喷枪和喷砂机箱体，喷砂机箱体内的多余磨料回收至回收储料罐中。
一些实施例中，第一连接口连接气源装置，第二连接口连接供应储料罐，供应储料罐中的磨料流入第二连接口中，气源装置对磨料进行加压，使其磨料从喷嘴中喷出。
一些实施例中，喷嘴位于工作台的上方，喷嘴的直径为0.5-2mm。
一些实施例中，工件装夹于工作台上，工作台沿X-Y方向进行平面移动。
本发明还提供了一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置的加工方法，包括以下步骤：
S1、利用覆膜机将柔性干膜光刻胶与工件表面紧密贴合；
S2、利用光刻工艺在工件表面制备出具有一定通孔结构的干膜掩模模板；
S3、将带有干膜模板通孔结构的工件固定在工作台上；
S4、根据加工材料特性及需要加工凸起织构特征选择合适的喷嘴尺寸、喷射压力和喷射距离，选择合适的磨料粒度进行加工，同时结合工件表面加工范围确定工作台沿X-Y方向的运动轨迹；
S5、加工完成后，去除工件表面的干膜模板，对工件表面进行超声清洗。
一些实施例中，以上步骤S4中，干膜模板的厚度为50μm，喷嘴213的喷射压力为0.4-0.6MPa，喷嘴213的喷射距离为0.5-10mm，磨料粒度直径为5-100μm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明成本较低，操作简便、安全，所述光致抗蚀干膜掩模可以保护工件表面非加工区不被磨料去除，裸露区域被喷射磨料去除，形成所述的凸起织构阵列，可以实现大面积凸起织构阵列的高效及高精度加工。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置的示意图；
图2为本发明喷枪的放大图；
图3为本发明的光致抗蚀干膜掩模光刻工艺加工方法的示意图；
图4为本发明的干膜掩模的磨料喷射加工凸起织构示意图；
图5为本发明的在SiC表面加工的凸起织构的轮廓图。
图中标号：
气源装置1、空气压缩机11、电磁阀12、调压过滤器13、喷射装置2、喷枪21、第一连接口211、第二连接口212、喷嘴213、支架22、工作台3、喷砂机箱体4、储料罐5、供应储料罐51、回收储料罐52、工件6。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供的一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，如图1所示，包括气源装置1、喷射装置2、工作台3、喷砂机箱体4以及储料罐5，工作台3连接于喷砂机箱体4内部，喷射装置2连接气源装置1，喷射装置2通过气源装置1加压，喷射装置2将储料罐5中的供料喷射至工作台3上的工件6表面，工件6装夹于工作台3上，工作台3沿X-Y方向进行平面移动。
气源装置1包括空气压缩机11、电磁阀12以及调压过滤器13，空气压缩机11通过管道连接调压过滤器13，管道上连接有电磁阀12；空气压缩机11通过电磁阀12控制开关，调压过滤器13过滤空气压缩机11中空气中的水与油。储料罐5包括供应储料罐51和回收储料罐52，供应储料罐51分别连接喷枪21和喷砂机箱体4，喷砂机箱体4内的多余磨料回收至回收储料罐52中。
如图1-2所示，喷射装置2包括喷枪21和支架22，喷枪21通过支架22连接于喷砂机箱体4上，喷枪21延伸至喷砂机箱体4内部。喷枪21包括第一连接口211、第二连接口212以及喷嘴213，第一连接口211垂直连接于喷嘴213上，第二连接口212连接于第二连接口212和喷嘴213连接处。第一连接口211连接气源装置1，第二连接口212连接供应储料罐51，供应储料罐51中的磨料流入第二连接口212中，气源装置1对磨料进行加压，使其磨料从喷嘴213中喷出。喷嘴213位于工作台3的上方，喷嘴213的直径为0.5-2mm。
更为具体的，结合图2和图3所示，工件6表面通过光刻技术在其表面制备具有通孔结构的干膜模板。工件6表面裸露区域被高压喷射磨料的撞击作用而去除，工件6表面被干膜模板保护的区域不被去除，从而形成凸起织构阵列。光致抗蚀干膜是没有溶剂的负性固态光刻胶，胶膜厚度均匀性好，并且其在光刻过程中相比于液态光刻胶省去了甩胶、烘胶等繁琐的步骤，制作方法更简单，干膜光刻胶具有优良的物理化学性能、良好的粘附性、成本低等优点。干膜模板具有较好的柔性，当磨料喷射到模板上时可以有较好的回弹作用，防止磨料对非加工区的去除。因此，采用干膜掩模进行喷砂方法加工的凸起织构阵列尺寸均匀，加工精度高，加工效率高。
气源装置1中的空气压缩机11作为驱动磨料进入工件6表面的动力源泉，通过气流的高速运动在喷枪内形成负压，将磨料经喷嘴213喷射到被加工工件6表面，喷嘴213装夹在喷嘴支撑架22上。电磁阀12主要作用是控制空气压缩机11开关气的作用，调压过滤器13主要是过滤空气当中的水和油，调节压缩空气的动力。磨料供料储料罐51和回料储料罐52分别用于喷砂加工时磨料的供给与回收，防止磨料灰尘等对环境的污染。工件装夹工作台3用于装夹固定工件6，同时沿沿X-Y方向用于工件6的平面移动，实现不同尺寸工件6表面织构阵列的加工。喷嘴213设置于工件6的上方。
实施例2
本发明还提供了一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置的加工方法，如图3-4所示，包括以下步骤：
S1、利用覆膜机将柔性干膜光刻胶与工件6表面紧密贴合；
S2、利用光刻工艺在工件6表面制备出具有一定通孔结构的干膜掩模模板；
S3、将带有干膜模板通孔结构的工件6固定在工作台3上；
S4、根据加工材料特性及需要加工凸起织构特征选择合适的喷嘴尺寸、喷射压力和喷射距离，选择合适的磨料粒度进行加工，同时结合工件6表面加工范围确定工作台沿X-Y方向的运动轨迹；
S5、加工完成后，去除工件6表面的干膜模板，对工件6表面进行超声清洗。
一些实施例中，以上步骤S4中，干膜模板的厚度为50μm，喷嘴213的喷射压力为0.4-0.6MPa，喷嘴213的喷射距离为0.5-10mm，磨料粒度直径为5-100μm。
通过该方法进行凸起织构阵列加工时，具备无机械切削力、加工无热影响区、加工效率高等优势，可实现难加工材料的加工。同时利用干膜掩模可实现大面积凸起织构阵列的加工，覆盖的干膜模板能保证凸起织构的加工精度和尺寸均匀性。
如图5所示，选用磨粒粒径50μm，喷射压力0.5MPa，喷射距离1mm参数下，在SiC工件表面加工出高度275微米，直径320微米的凸起柱体结构，柱体顶部和底部直径较一致，垂直度较好。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，包括气源装置(1)、喷射装置(2)、工作台(3)、喷砂机箱体(4)以及储料罐(5)，所述工作台(3)连接于所述喷砂机箱体(4)内部，所述喷射装置(2)连接所述气源装置(1)，所述喷射装置(2)通过所述气源装置(1)加压，所述喷射装置(2)将所述储料罐(5)中的供料喷射至所述工作台(3)上的工件(6)表面。
2.根据权利要求1所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述气源装置(1)包括空气压缩机(11)、电磁阀(12)以及调压过滤器(13)，所述空气压缩机(11)通过管道连接所述调压过滤器(13)，所述管道上连接有所述电磁阀(12)；
所述空气压缩机(11)通过所述电磁阀(12)控制开关，所述调压过滤器(13)过滤所述空气压缩机(11)中空气中的水与油。
3.根据权利要求1所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述喷射装置(2)包括喷枪(21)和支架(22)，所述喷枪(21)通过所述支架(22)连接于所述喷砂机箱体(4)上，所述喷枪(21)延伸至所述喷砂机箱体(4)内部，所述喷枪(21)位于所述工作台(3)正上方。
4.根据权利要求3所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述喷枪(21)包括第一连接口(211)、第二连接口(212)以及喷嘴(213)，所述第一连接口(211)垂直连接于所述喷嘴(213)上，所述第二连接口(212)连接于所述第二连接口(212)和所述喷嘴(213)连接处。
5.根据权利要求1所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述储料罐(5)包括供应储料罐(51)和回收储料罐(52)，所述供应储料罐(51)分别连接所述喷枪(21)和所述喷砂机箱体(4)，所述喷砂机箱体(4)内的多余磨料回收至所述回收储料罐(52)中。
6.根据权利要求4或5所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述第一连接口(211)连接所述气源装置(1)，所述第二连接口(212)连接所述供应储料罐(51)，所述供应储料罐(51)中的磨料流入所述第二连接口(212)中，所述气源装置(1)对磨料进行加压，使其磨料从所述喷嘴(213)中喷出。
7.根据权利要求6所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述喷嘴(213)位于所述工作台(3)的上方，所述喷嘴(213)的直径为0.5-2mm。
8.根据权利要求1所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，所述工件(6)装夹于所述工作台(3)上，所述工作台(3)沿X-Y方向进行平面移动。
9.一种凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用覆膜机将柔性干膜光刻胶与所述工件(6)表面紧密贴合；
S2、利用光刻工艺在所述工件(6)表面制备出具有一定通孔结构的干膜掩模模板；
S3、将带有干膜模板通孔结构的所述工件(6)固定在所述工作台(3)上；
S4、根据加工材料特性及需要加工凸起织构特征选择合适的喷嘴尺寸、喷射压力和喷射距离，选择合适的磨料粒度进行加工，同时结合所述工件(6)表面加工范围确定工作台沿X-Y方向的运动轨迹；
S5、加工完成后，去除所述工件(6)表面的干膜模板，对所述工件(6)表面进行超声清洗。
10.根据权利要求1所述的凸起织构用光致抗蚀干膜掩模的喷砂加工装置，其特征在于，以上步骤S4中，所述干膜模板的厚度为50μm，所述喷嘴(213)的喷射压力为0.4-0.6MPa，所述喷嘴(213)的喷射距离为0.5-10mm，磨料粒度直径为5-100μm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116945022A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 托伦斯半导体设备启东有限公司 | 一种增强选择性镀镍层结合力的装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005153124A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Mitsuboshi Belting Ltd | マイクロ構造体の製造方法 |
| CN105234824A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-01-13 | 南京航空航天大学 | 一种微磨料多相射流加工表面织构的装置及方法 |
| CN108214320A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-06-29 | 南京航空航天大学 | 基于非牛顿流体的磨料气射流加工表面织构的装置及方法 |
| CN113437504A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-24 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线 |
-
2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005153124A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Mitsuboshi Belting Ltd | マイクロ構造体の製造方法 |
| CN105234824A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-01-13 | 南京航空航天大学 | 一种微磨料多相射流加工表面织构的装置及方法 |
| CN108214320A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-06-29 | 南京航空航天大学 | 基于非牛顿流体的磨料气射流加工表面织构的装置及方法 |
| CN113437504A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-24 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于菲林光刻工艺的透明天线制备方法及透明天线 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116945022A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 托伦斯半导体设备启东有限公司 | 一种增强选择性镀镍层结合力的装置及方法 |
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