CN117660962A - 用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备及蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业装备领域。本发明提供一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备及蚀刻方法，蚀刻设备包括传动组件和喷液装置，所述传动组件将代加工元件传动经过加工区，所述传动组件具有丝网作为支持面，所述喷液装置具有布设在所述传动组件的支持面上下两侧的上喷头组和下喷头组，还包括治具，所述治具为丝网，丝网的网孔尺寸小于所述小尺寸元件的尺寸。本发明还涉及蚀刻方法。采用本发明的蚀刻设备、治具或者方法，不仅可以从上、下两面对一个材料进行蚀刻，而且非常有利于蚀刻后的小尺寸产品的传输，不会出现材料的滑移和掉落。

Description

用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备及蚀刻方法

技术领域

本发明涉及工业装备领域，具体涉及用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备及蚀刻方法。

背景技术

蚀刻技术在制造业中具有广泛的应用，可以在很多不同的产品中实现文字、图案、标识等作用。例如，在生产手机壳时，蚀刻能够用于在金属表面制作出触摸感应器、摄像头、传感器等元件的图案和文字。除此之外，在汽车制造中，蚀刻能够用于在车身上制作出各种图案，以增加美观度和提高车辆的防护等级。

蚀刻的必要性主要在于它能够通过化学或电化学作用，将金属或其他材料或其表面转化为所需要的尺寸、形状和图案。这种技术不仅能够大大简化产品的制造过程，还可以提高产品的质量和一致性。

在蚀刻的一种应用领域，涉及到对微型、小型器件的制造或者加工。例如将大尺寸的金属、半导体或者高分子薄材小型化至厘米乃至毫米级别，或者在小尺寸基材或者型坯上加工出所需的图案、电路、沟槽等。随着电子、通信技术的飞速发展，对小尺寸元器件的需求呈快速增长的趋势。

在小尺寸元器件的生产、加工过程中需要对其进行传输，而小尺寸元器件由于体积小、重量轻，如果不采取特殊手段，在传输过程中会受到扰动，例如受到蚀刻液、清洗液的冲击而移动位置甚至被冲出预定区域。以将大尺寸薄材小型化为小尺寸元件的蚀刻工艺为例，现有技术中为了实现在蚀刻流程中待蚀刻薄材以及蚀刻后的小尺寸产品的在蚀刻设备中的传输，需要在蚀刻前将大尺寸的待蚀刻薄材粘附在一层由高分子材料制成的膜（例如PE膜）上，然后连同该膜一起将待蚀刻薄材传送到蚀刻设备的蚀刻区，在蚀刻区被喷淋蚀刻液进行蚀刻，蚀刻完成后再经过清洗区清洗掉蚀刻液。采用这种膜基载体存在一个缺陷，蚀刻液只能从一面（即上面）施加给薄材，这样的蚀刻往往不通透，导致薄材贴近膜的一侧的蚀刻面出现不规则面或者梯形面，这样蚀刻出的小尺寸元器件在形状、尺寸方面达不到整齐划一。

发明内容

由此，本发明提供一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备及蚀刻方法，以解决现有技术中蚀刻小尺寸元件时出现不规则蚀刻面的问题。

根据本发明的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，包括传动组件和喷液装置，所述传动组件将代加工元件传动经过蚀刻区域，所述传动组件具有丝网作为支持面，所述喷液装置具有布设在所述传动组件的支持面上下两侧的上喷头组和下喷头组，用于向所述代加工元件施加蚀刻液；其中，

还包括治具，所述治具包括两个单层的丝网本体和位于丝网本体四周的框体，所述丝网本体连接在所述框体的底部；或所述治具包括两层丝网，所述两层丝网在一个边连接，或者由一张丝网对折而成；所述治具用于将待蚀刻薄材夹在中间。

在一种实施方式中，所述传动组件包括两个传动辊轮和连接在两个传动辊轮之间的所述丝网。

在一种实施方式中，在所述两个传动辊轮之间设有多个支持滚轮。

在一种实施方式中，所述丝网的网孔直径在所述小尺寸元件直径的1/3至2/3之间。

在一种实施方式中，所述下喷头组被安装在传动组件内，所述传动组件包括上传动辊轮组和下传动辊轮组，所述下喷头组在高度上介于所述上传动辊轮组和所述下传动辊轮组之间。

在一种实施方式中，所述丝网的网孔尺寸小于所述小尺寸元件的尺寸。

在一种实施方式中，所述治具为两个独立的相同尺寸丝网构成。

在本发明的第二方面，还涉及一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻方法，蚀刻方法包括下述步骤：

1）将待蚀刻薄材支持在前述转动组件的丝网上，

2）将该待蚀刻薄材传送经过蚀刻设备的加工区，

3）在所述加工区，从所述薄材的上、下两个方向施加液体。

在一种实施方式中，在步骤1）中，将若干辅助丝网覆盖在所述待蚀刻的薄材上，该辅助丝网的宽度与所述丝网的宽度相适应，长度在0.8米-3米的范围。

有益效果

采用本发明的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备及蚀刻方法，不仅可以从上、下两面对待加工元件进行蚀刻，而且非常有利于蚀刻后的小尺寸产品的传输，不会出现材料的滑移和掉落。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备的示意图；

图2为本发明另一实施例的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备的示意图；

图3为根据本发明的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备的治具的一实施例的示意图。

附图标记：

1、传动组件；11、丝网；111、上丝网；112、下丝网；12、上传动辊轮；13、下传动辊轮；14、支持滚轮；

2、喷液装置；21、上喷头组；22、下喷头组。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。除非另有指明，本文使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图1示出根据本发明第一方面的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备的第一实施例的示意图，包括传动组件1和喷液装置2，所述传动组件1具有丝网11作为支持面，所述喷液装置2具有分别布设在所述传动组件1上下两侧的上喷头组21和下喷头组22，该喷头组可以向所述丝网11方向喷射液体。图1仅仅是表示部件位置关系的简略示意图，上喷头组21和下喷头组22是以方框表示。在具体实施方式中，喷头组21、22可以仅仅是一排或者多排喷头，其布设方向与传动组件1运行方向垂直。蚀刻设备的其他部件可以采用现有技术中的方案，在图中没有显示。

本发明的一个主要特征之一是，传动组件1的支持面是由丝网11形成。在图1示出的方式中，该丝网11支持在两个上传动辊轮12之间。丝网11被上传动辊轮12驱动而循环运动，将代加工元件传输经过加工区，即喷液装置2覆盖的区域，该区域包括蚀刻段、清洗段、退膜段、退膜后热水洗段、酸洗中和段、水洗段、吸干段、烘干段等区域。在蚀刻段，喷液装置2向代加工元件施加蚀刻液；在清洗段，喷液装置2向代加工元件施加清洗液（纯水）退膜段加片碱液药水，裉除产品表面感光保护层；热水洗加纯水并加温清洗碱液，酸洗加3%~5%的稀硫酸进行中和碱液残留处理；水洗加纯水清洗；吸干段使用PU吸水棉吸取产品表面残留水渍。

图中示出的两个上传动辊轮12中，可以将一个设为主传动辊轮，另一个作为从传动辊轮。也可以将两个上传动辊轮12都由电机驱动。通常情况下，包含个加工段的蚀刻设备具有较长的跨度，通常在10米以上，乃至长达2米-40米，为此，可以在两端的上传动辊轮12之间布置若干支持滚轮14，以避免丝网11因大跨度而需承受的张力。也可以避免因丝网11的柔性而使得丝网11支持面出现显著的凹面（向下的抛物面），该显著的凹面是不被期望的，因为会影响蚀刻液在蚀刻面的蚀刻角度而导致蚀刻端面的规整性降低。该支持滚轮14可以0.2米-2米的间隔布置，优选0.3米-1.0米的范围。

本发明中，丝网11的网孔尺寸可以根据被加工的元件的尺寸来调整，必须使得网孔尺寸小于小元件尺寸。使用丝网11作为支持面具有的特殊优势是，丝网11的柔性和网孔结构对小尺寸元件或者薄片元件提供较大的摩擦力，从而可以牢固地支撑小尺寸元件或者薄片元件，不至于在加工过程中出现元件的显著滑移或者掉落。另外，该丝网11可以允许从上、下两面向传动面施加液体（蚀刻液或者清洗液）。

作为优选，根据小尺寸元件的尺寸选择丝网的网孔尺寸，使得网孔的直接在小尺寸元件直径的1/5至2/3之间，更优选在1/3至2/3之间。该尺寸具有显著的优势，因为丝网11的孔径与小元件的尺寸越接近，就可以为小元件提供越大的移动阻力。这是实际生产中所期待的，因为在选用特定施加方式向待加工元件施加液体时，会有一定的冲力，该冲力可以促使小元件出现移位，这种移位因尽量避免。该网孔设计的第二优势是较少地阻挡蚀刻液或者洗液的施加。

为了实现上述优选的网孔尺寸配置，可以为一台蚀刻设备配备多种网孔规格的丝网11，以便在加工小元件时根据其尺寸调换相适配规格的丝网11。

作为优选，还可以为本发明的蚀刻设备配备若干辅助丝网，该辅助丝网以单独的片的形式提供，每个辅助丝网的宽度与丝网11的宽度相当或者略窄于后者，长度可以根据作业的便利性灵活选择，通常可以在0.8米-3米的范围，例如0.8米-1.5米。在需要的情况下，辅助丝网被覆盖在被加工元件上之上，随丝网11同步运动，用于限制被加工的小元件在前述冲力作用下的横向位移。

在本发明的一个变型例中，将下喷头组22安装在传动组件1之内。如图2所示，传动组件1由上、下各两组传动辊轮支持起丝网11，丝网11在运行时介于两个上传动辊轮12之间的部分称为上丝网111，介于两个下传动辊轮13之间的部分称为下丝网112。在两个上传动辊轮12之间布置若干支持滚轮14。下喷头组22在高度上介于上传动辊轮12和下传动辊轮13之间。采取这种设置，可以避免下丝网112对下喷头组22的阻挡。这在加工微型元件，例如尺寸在3毫米以下的小元件时具有显著优势，因为这种情况要求丝网11的网孔可能在毫米以下，对所喷液体的阻力较大。

本发明的构思也可以以治具的形式实现。因此，本发明还包括治具，治具由丝网11制成，所述丝网11的网孔尺寸小于所述小尺寸元件的尺寸。

在一种实施方式中，该治具仅仅是一张单层丝网11，如图3所示，优选地，丝网11的边缘被钝化处理，即，消除丝网11的毛边，以防止作业人员在操作过程被毛边所伤。钝化的手段可以是将毛边熔融，还可以用柔性的保护材料包覆起来，例如用耐腐蚀的高分子材料（例如聚四氟乙烯）制成镶边。

在另一个未图示出的实施例中，该治具也采取单层结构，包括单层的丝网本体和位于丝网本体四周的框体。所述丝网本体连接在所述框体的底部。这样该治具呈一个浅浅的容器形状，实际实施中，框体的高度可以不高于20mm，优选8mm-15mm。该框体既可以方便操作人员搬运，也可以为丝网本体提供一定的张力，也防止小元件在特殊条件下的掉件。框体的另一个重要作用是对蚀刻前的大尺寸薄材起到限位作用，为此，可以使得大尺寸薄材的尺寸略小于框体的尺寸，这样在移动治具时不会出现薄材的移位或滑落。这种实施方式的治具尤其适用于自动化程度较高的流水线，机械臂可以借助该框体移动该治具，精确定位其位置，往里面放置待蚀刻大尺寸薄材，然后输送至蚀刻设备的蚀刻区域。

在本发明的另一种实施方式中，该治具为两个独立的相同尺寸丝网11构成，两个丝网11将待蚀刻材料夹在中间。丝网11的边缘也进行前述的钝化处理。这种实施方式适合人工放置、输送待蚀刻薄材的情况。作业时，工人在蚀刻设备的蚀刻区域附近的工作台上铺上一张丝网11，在治具上放置适宜数量的待蚀刻薄材，再在上面盖上另一个丝网11，然后将夹有待蚀刻薄材的治具移动至蚀刻区域。

也可以对上一个实施方式进行优化，例如将两个丝网11的枢轴连接或者在一个边铰接，作业人员在作业时一手打开上层的丝网11，另一手放置待蚀刻薄材即可。在某些作业环境中，这种实施方式可能会降低工人的劳动强度。

示例性地，上述方式，治具由两个上传动辊轮12中的一个，向另一个移动，而非经过下传动辊轮13。

在一种实施方式中，还包括摄像头传感器以及控制系统。

摄像头传感器与控制系统连接，控制系统分别与上喷头组21和下喷头组22。摄像头传感器为能够摄像的设备。

摄像头传感器设置在蚀刻设备的入口端，这样，当治具由蚀刻设备的入口端进入蚀刻设备时，摄像头传感器对治具进行拍摄，以便获取治具以及治具上的小尺寸元件的图像。

控制系统接收到摄像头传感器拍摄到的图像，其中，图像至少包括第一图像和第二图像，需要说明地是，摄像头传感器拍摄的图像的时间间隔为已知的，摄像头传感器拍摄的第一图像和第二图像为连续的图像，但是，第二图像为首次出现小尺寸元件的图像。也就是说，摄像头传感器连续拍摄图像的过程中，仅保留首次出现小尺寸元件的图像，以及这张图像的前一张图像。

控制系统被配置为：

对第一图像进行特征提取，得到第一图像中部分治具的轮廓特征；

对第二图像进行特征提取，得到第二图像中部分治具的轮廓特征，以及至少一个小尺寸元件的轮廓特征；

根据第一图像中部分治具的轮廓特征、第二图像中部分治具的轮廓特征和小尺寸元件的轮廓特征，分别向上喷头组21和下喷头组22发出工作信号。

具体地，利用摄像头传感器预先设定的拍摄时间间隔，即“设定的时间”，以及第一图像中治具的轮廓特征和第二图像中治具的轮廓特征变化，即第一图像中治具（治具的尺寸参数是已知的）与第二图像中治具的位置变化，确定治具的移动速度。接下来，再根据小尺寸元件的轮廓特征，确定小尺寸元件在治具中的位置。

具体地，利用治具尺寸的已知参数，确定小尺寸元件与治具边缘的距离：治具的两个长边和宽边为已知参数，将这些参数，依据比例，映射在坐标系中，接下来，再将第二图像映射在这一坐标系中，根据比例的变化，即可判断小尺寸元件距离治具边缘的距离，从而得到实际的小尺寸元件与治具边缘的距离。

需要说明地是，利用第一图像中治具与第二图像中治具的位置变化，得到了治具的移动速度，再利用第二图像中的小尺寸元件的轮廓，得到了小尺寸元件的位置，另外，由于摄像头传感器拍摄的第二图像中，小尺寸元件是首次出现的，因此，可以将小尺寸元件的位置作为初始位置。由于上喷头组21和下喷头组22的位置是固定的，因此，利用治具的移动速度可以判断出小尺寸元件由初始位置到达上喷头组21和下喷头组22的目标位置所需要的时间，将该时间作为延迟工作时间，以便控制系统，在达到对应的延迟工作时间时，向上喷头组21和下喷头组22发出工作信号，上喷头组21和下喷头组22开始工作。

示例性地，上喷头组21由入口端至出口端，有四排，下喷头组22由入口端至出口端有四排。上喷头组21和下喷头组22的每排有多个。这样，当得到治具的移动速度，以及首个小尺寸元件的位置的情况下，例如，治具的移动速度为0.1m/s，而上喷头组21的第一排距离入口端为0.4m，下喷头组22的第一排距离入口端为0.3m，也就是说得到小尺寸元件的移动速度后，3s后，下喷头组22的第一排喷头启动工作，4s时上喷头组21的第一排喷头工作。同样地，上喷头组21的第二排至第四排根据与入口端的距离来启动，这样，能够节省蚀刻液。下喷头组22同理不再赘述。

另外，上喷头组21和下喷头组22每排有多个喷头的情况下，在前述得到了小尺寸元件的位置后，可以根据小尺寸元件的位置，开启对应的喷头，这样，能够进一步节省蚀刻液。示例性地，一排中有四个喷头的情况下，小尺寸元件走过这一排时，会经过这一排中第三个喷头，这样，仅开启第三个喷头工作即可，控制系统在得到小尺寸元件后，向这一排中第三个喷头发出工作信号，这样，第三个喷头接收到工作信号后开始工作。也就是说，控制系统与每个喷头形成单独的连接，如前述的一排中有四个喷头，若四个喷头同时工作，控制系统需要向这四个喷头分别发出工作信号。

需要说明地是，摄像头传感器在治具移动的过程中，不断的拍摄图像，也就是说，针对每个小尺寸元件，形成一个喷头的工作信号传输给，对应的喷头组（上喷头组21和下喷头组22），当沿治具长度方向的两个小尺寸元件间隔距离较长时，能够保证喷液装置2在间隔的距离停止工作，进一步节省蚀刻液。

还需要说明地是，若沿治具长度方向的两个小尺寸元件之间的距离小于设定值时，控制系统将不会向喷液装置2发出停止工作的信号，也就是说，两个小尺寸元件之间的间隔距离小于设定值的情况下，控制系统判定为连续工作，即控制系统向喷头发出工作信号后，不再发出停止工作信号，喷头将持续的工作。

最后需要说明地是，对于治具和小尺寸元件的特征识别，为常规的特征识别方法，本申请对此并不加以限定，能够对图像中的特征进行识别的方法均可。

利用控制系统，控制喷头的通断，从而节省蚀刻液。另外，本申请还包括对射传感器，所述对射传感器的发射端和接收端分别设置在入口端的水平方向两侧，这样，当治具放置在入口端，并即将进入入口端时，治具阻断接收端接收发射端发出的信号，以便对射传感器向摄像头传感器发出工作指令，摄像头传感器开始拍摄图像，也就是说，利用对射传感器，使得摄像头传感器无需人控制开启，另外，当接收端能接收到发射端发出的信号时，说明并无治具放入入口端，也就无需启动摄像头传感器，向摄像头传感器发出关闭指令，摄像头传感器关闭，处于休眠状态。对射传感器与摄像头传感器之间可以通过有线或无线的方式连接。

本发明还涉及利用上述治具蚀刻小尺寸元件的一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻方法，蚀刻方法包括下述步骤：

1）将待蚀刻的薄材支持在前述传动组件的丝网上，

2）将该薄材传送经过蚀刻设备的加工区，

3）在所述加工区，从所述薄材的上、下两个方向施加包括蚀刻液和清洗液的液体。

在一种具体的实施方式中，将若干辅助丝网覆盖在所述待蚀刻的薄材上，该辅助丝网的宽度与所述丝网的宽度相适应，长度在0.8米-3米的范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，其特征在于，包括传动组件和喷液装置，所述传动组件将代加工元件传动经过加工区域，所述传动组件具有丝网作为支持面，所述喷液装置具有布设在所述传动组件的支持面上下两侧的上喷头组和下喷头组；其中，

还包括治具，所述治具包括两个单层的丝网本体和位于丝网本体四周的框体，所述丝网本体连接在所述框体的底部；或所述治具包括两层丝网，所述两层丝网的一个边连接，或者由一张丝网对折而成；所述治具用于将待蚀刻薄材夹在中间。

2.根据权利要求1所述的用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，其特征在于，所述传动组件包括两个传动辊轮和连接在所述两个传动辊轮之间的所述丝网。

3.根据权利要求2所述的用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，其特征在于，在所述两个传动辊轮之间设有多个支持滚轮。

4.根据权利要求2所述的用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，其特征在于，所述下喷头组被安装在所述传动组件内，所述传动组件包括上传动辊轮组和下传动辊轮组，所述下喷头组在高度上介于所述上传动辊轮组和所述下传动辊轮组之间。

5.根据权利要求1所述的用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，其特征在于，所述丝网的网孔尺寸小于所述小尺寸元件的尺寸。

6.根据权利要求1所述的用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻设备，其特征在于，所述治具为两个独立的相同尺寸丝网构成。

7.一种用于蚀刻小尺寸元件的蚀刻方法，其特征在于，所述蚀刻方法包括下述步骤：

1）将待蚀刻的薄材支持在权利要求1至6中任一项所述的传动组件上，

2）将载有该薄材的丝网传送经过蚀刻设备的加工区，

3）在所述加工区，从所述薄材的上、下两个方向施加液体，进行蚀刻和清洗。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤1）中，将若干辅助丝网覆盖在所述待蚀刻的薄材上，该辅助丝网的宽度与所述丝网的宽度相适应，长度在0.8米-3米的范围。