RU2602931C1 - Способ изготовления микрохирургического лезвия - Google Patents
Способ изготовления микрохирургического лезвия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602931C1 RU2602931C1 RU2015130433/02A RU2015130433A RU2602931C1 RU 2602931 C1 RU2602931 C1 RU 2602931C1 RU 2015130433/02 A RU2015130433/02 A RU 2015130433/02A RU 2015130433 A RU2015130433 A RU 2015130433A RU 2602931 C1 RU2602931 C1 RU 2602931C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- blade
- thickness
- etching
- protective coating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Weting (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Способ формирования острия лезвия микроинструмента включает получение исходной плоскопараллельной монокристаллической пластины с рабочей поверхностью ориентации в кристаллографической плоскости (100) и толщиной, равной конечной толщине лезвия, нанесение на обе поверхности пластины защитного слоя, травление окон в защитном слое в направлении линии выхода на рабочую поверхность плоскости (111) для формирования лезвия на рабочей поверхности пластины, сквозного анизотропного травления кремния с рабочей стороны пластины для формирования лезвия в окнах защитного покрытия и удаления защитного покрытия. Анизотропное травление кремния проводят в два этапа, причем первый этап проводят до утонения пластины до толщины, равной разнице конечной толщины лезвия и толщины участка лезвия с более тупым углом заточки, а перед вторым этапом с рабочей стороны пластины полностью удаляют защитное покрытие, оставляя его на обратной стороне и травление проходит до момента появления защитного покрытия, нанесенного на обратную сторону пластины. При этом толщину исходной пластины выбирают по приведенной формуле. Достигается исключение боя пластины в процессе формирования лезвий, формирование наилучшего угла заточки на ориентации 100 или 110 и исключения облома острия лезвий. 1 табл., 4 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области производства медицинского оборудования, а именно - к способам изготовления режущего микроинструмента из монокристаллов, применяемого при проведении хирургических операций в области полосно-брюшной, челюстно-лицевой, сосудистой, ортопедической, урологической, эмбриональной хирургии, а также офтальмологии, кардиохирургии, стоматологии, косметологии и др.
Известен способ формирования острия лезвия микроинструмента, включающий получение исходной кремниевой плоскопараллельной монокристаллической пластины с рабочей поверхностью ориентации в кристаллографической плоскости (211), нанесение на обе поверхности пластины защитного слоя, травление окон в защитном слое в направлении линии выхода на рабочую поверхность плоскости (111), сквозного анизотропного травления кремния для формирования и заточки лезвия в окнах защитного покрытия и удаления защитного покрытия. Угол заточки лезвия определяется углом между кристаллографическими плоскостями (211) и (111) и составляет около 19 градусов (см. патент US 6615486 от 9 сентября 2003 г.).
Для получения лезвий указанным способом необходим достаточно дорогой монокристаллический кремний ориентации 211. Угол заточки лезвия достаточно мал и таким лезвием сложно выполнять медицинские операции, т.к. кремний обладает большой хрупкостью и в ходе операции может сломаться, что ограничивает применение таких лезвий только в «микрорубанках» для снятия тонких слоев ткани. Кроме того в этом способе обрабатывают достаточно тонкие хрупкие пластины кремния, что снижает выход годных лезвий.
Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования острия лезвия микроинструмента, включающий получение исходной плоскопараллельной монокристаллической пластины с рабочей поверхностью ориентации в кристаллографической плоскости (100) и толщиной, равной конечной толщине лезвия, нанесение на обе поверхности пластины защитного слоя, травление окон в защитном слое в направлении линии выхода на рабочую поверхность плоскости (111) для формирования лезвия на рабочей поверхности пластины, сквозного анизотропного травления кремния с рабочей стороны пластины для формирования лезвия в окнах защитного покрытия и удаления защитного покрытия (см. патент US 5579583 от 3 декабря 1996 г.).
Однако угол заточки лезвия в этом способе при анизотропном травлении получается большим и составляет около 55,7°, усилия при проколе тканей, например, склеры получаются также большими и лезвием с такой заточкой неудобно пользоваться из-за того, что тело лезвия закрывает вид на режущую кромку. И, как в предыдущем способе, обрабатывают достаточно тонкие хрупкие пластины кремния, происходит бой пластин и повреждения лезвий, что снижает выход годных лезвий.
Целью настоящего изобретения является исключение боя пластины в процессе формирования лезвий, формирование наилучшего угла заточки на ориентации 100 или 110 и исключения облома острия лезвий
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного способа формирования острия лезвия микроинструмента, включающего получение исходной плоскопараллельной монокристаллической пластины с рабочей поверхностью ориентации в кристаллографической плоскости (100) и толщиной, равной конечной толщине лезвия, нанесение на обе поверхности пластины защитного слоя, травление окон в защитном слое в направлении линии выхода на рабочую поверхность плоскости (111) для формирования лезвия на рабочей поверхности пластины, сквозного анизотропного травления кремния с рабочей стороны пластины для формирования лезвия в окнах защитного покрытия и удаления защитного покрытия, в предлагаемом анизотропное травление кремния проводят в два этапа, причем первый этап проводят до утонения пластины до толщины, равной разнице конечной толщины лезвия d и толщины участка лезвия с более тупым углом заточки h, а перед вторым этапом с рабочей стороны пластины полностью удаляют защитное покрытие, оставляя его на обратной стороне и травление проходит до момента появления защитного покрытия, нанесенного на обратную сторону пластины, и толщину исходной пластины выбирают из условия
где H - толщина исходной пластины;
d - толщина лезвия в готовом виде;
k - соотношение скоростей травления плоскостей заточки и плоскости (100) (определяется экспериментально);
A - угловой коэффициент, зависящий от необходимого угла заточки и режимов анизотропного травления, лежащий в интервале 0,48…0,663;
h - толщина участка лезвия с более тупым углом заточки.
Такие последовательность и режимы проведения технологических операций по заточке лезвия позволяют формировать два угла заточки: первый угол более тупой при вершине режущей кромки лезвия и второй угол более острый в основной области заточки лезвия. Наличие более острого угла в области заточки существенно уменьшает толщину лезвия в районе режущей кромки и тело лезвия не закрывает вид на режущую кромку, а наличие более тупого угла увеличивает прочность режущей кромки. Выбор толщины исходной пластины кремния по предлагаемым условиям и двухэтапное травление позволяет обрабатывать примерно в 2 раза более толстую пластину, чем у аналогов на основных технологических операциях: получение исходной плоскопараллельной монокристаллической пластины с рабочей поверхностью ориентации в кристаллографической плоскости (100), нанесение на обе поверхности пластины защитного слоя, травление окон в защитном слое в направлении линии выхода на рабочую поверхность плоскости (111) для формирования лезвия на рабочей поверхности пластины, сквозного анизотропного травления кремния с рабочей стороны пластины для формирования лезвия в окнах защитного покрытия, что снижает технологические потери и повышает выход годных.
На фигурах 1-4 приведена последовательность выполнения операций по формированию лезвий по предлагаемому способу.
На фигуре 1 изображен процесс травления канавки для заточки лезвия, на фигуре 2 - удаление защитного покрытия с рабочей стороны, на рисунке 3 - процесс формирования участка лезвия с более тупым углом заточки, на рисунке 4 - сечение области заточки готовых лезвий.
Позициями на фиг. 1-4 обозначены:
1 - кремниевая пластина;
2 - слой оксида кремния;
3 - слой нитрида кремния;
4 - область вытравливания;
α - угол заточки в основной области лезвия;
β - угол заточки кончика острия лезвия;
d - толщина лезвия в готовом виде;
h - толщина участка лезвия с более тупым углом заточки;
Н - толщина исходной пластины.
Пример выполнения изобретения
На кремниевую пластину 1 толщиной H=420 мкм ориентацией 100 (см. фиг. 1) наносят слой оксида кремния (SiO2) 2 толщиной 0,1 мкм при температуре 1000°C в сухом кислороде. Затем наносят слой нитрида кремния 3 (Si3N4) методом пиролиза моносилана в атмосфере аммиака при температуре 860°C при пониженном давлении. На рабочей стороне в двухслойном защитном покрытии SiO2, Si3N4 формируют окна вдоль выхода следов плоскостей (111). После проводят травление кремния в 35% растворе КОН при температуре 90°C (скорость травления кремния составляет 2 мкм/мин) до толщины пластины в области вытравливания 4, равной разнице конечной толщины лезвия d=185 мкм и толщины участка лезвия с более тупым углом заточки h=50 мкм. С рабочей стороны пластины удаляем слои защитного покрытия 1, 2 (см. фиг. 2), далее проводим травление до момента появления защитного покрытия, нанесенного на обратную сторону пластины в течение 63 мин. В результате чего формируются участки лезвия с более тупым углом заточки при вершине режущей кромки лезвия высотой h (см. фиг. 3). Затем снимаем защитные покрытия слоев оксида кремния 2 и нитрида кремния 3 с обратной стороны пластины травлением (см. фиг. 4). Формируются лезвия с острым углом в основной части 25,24° (плоскость (311)) и углом 54,7° (плоскость (111)) при вершине режущей кромки лезвия.
Для получения других углов заточки, например 21,95° (заточка происходит по одновременному травлению двух плоскостей (311)+(411)) травление проводят в 30% растворе КОН при температуре 80°C, либо в растворе КОН + изопропиловый спирт при температуре 70°C. Для получения угла 31,7° (заточка происходит по одновременному травлению двух плоскостей (311)+(211)) травление проводят в 25% растворе гидроксида тетраметиламмония при температуре 80°C. Коэффициенты для расчета необходимой толщины пластины H приведены в таблице 1.
Т.к. в предлагаемом способе только 3% технологических операций, а именно связанных с удалением защитного покрытия, проводят на тонких пластинах, то боя пластин практически не наблюдается.
Claims (1)
- Способ формирования острия лезвия микроинструмента, включающий получение исходной плоскопараллельной монокристаллической пластины с рабочей поверхностью ориентации в кристаллографической плоскости (100) и толщиной, равной конечной толщине лезвия, нанесение на обе поверхности пластины защитного слоя, травление окон в защитном слое в направлении линии выхода на рабочую поверхность плоскости (111) для формирования лезвия на рабочей поверхности пластины, сквозного анизотропного травления кремния с рабочей стороны пластины для формирования лезвия в окнах защитного покрытия и удаления защитного покрытия, отличающийся тем, что анизотропное травление кремния проводят в два этапа, причем первый этап проводят до утонения пластины до толщины, равной разнице конечной толщины лезвия d и толщины участка лезвия с более тупым углом заточки h, а перед вторым этапом с рабочей стороны пластины полностью удаляют защитное покрытие, оставляя его на обратной стороне, и травление проводят до момента появления защитного покрытия, нанесенного на обратную сторону пластины, а толщину исходной пластины выбирают из условия
где Н - толщина исходной пластины;
d - толщина лезвия в готовом виде;
k - соотношение скоростей травления плоскостей заточки и плоскости 100;
А - угловой коэффициент, зависящий от угла заточки и режимов анизотропного травления и лежащий в интервале 0,48…0,663;
h - толщина участка лезвия с более тупым углом заточки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130433/02A RU2602931C1 (ru) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | Способ изготовления микрохирургического лезвия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130433/02A RU2602931C1 (ru) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | Способ изготовления микрохирургического лезвия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2602931C1 true RU2602931C1 (ru) | 2016-11-20 |
Family
ID=57759997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015130433/02A RU2602931C1 (ru) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | Способ изготовления микрохирургического лезвия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2602931C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5579583A (en) * | 1992-09-22 | 1996-12-03 | Micromed, Incorporated | Microfabricated blades |
RU2225787C2 (ru) * | 2002-05-21 | 2004-03-20 | Государственное унитарное предприятие "НИИМП-К" | Лезвие бритвы и способ его изготовления |
RU2363771C2 (ru) * | 2003-09-17 | 2009-08-10 | Бектон, Дикинсон Энд Компани | Кремниевые лезвия для хирургического и нехирургического применения |
RU2014121382A (ru) * | 2014-05-28 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Микро фотоника" | Способ изготовления лезвий микрохирургических |
-
2015
- 2015-07-22 RU RU2015130433/02A patent/RU2602931C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5579583A (en) * | 1992-09-22 | 1996-12-03 | Micromed, Incorporated | Microfabricated blades |
RU2225787C2 (ru) * | 2002-05-21 | 2004-03-20 | Государственное унитарное предприятие "НИИМП-К" | Лезвие бритвы и способ его изготовления |
RU2363771C2 (ru) * | 2003-09-17 | 2009-08-10 | Бектон, Дикинсон Энд Компани | Кремниевые лезвия для хирургического и нехирургического применения |
RU2014121382A (ru) * | 2014-05-28 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Микро фотоника" | Способ изготовления лезвий микрохирургических |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6615496B1 (en) | Micromachined cutting blade formed from {211}-oriented silicon | |
US6187210B1 (en) | Epidermal abrasion device with isotropically etched tips, and method of fabricating such a device | |
US9204995B2 (en) | Membrane removing forceps | |
EP2095780A1 (en) | Surgical knife, surgical knife blade and method of producing the same, and surgical knife handle | |
US20090177217A1 (en) | Microsurgical cutting instruments | |
JP5995954B2 (ja) | 医療器具及びその製造方法 | |
RU2602931C1 (ru) | Способ изготовления микрохирургического лезвия | |
US20130310861A1 (en) | Retinal instrument | |
US6610235B1 (en) | Method of fabricating epidermal abrasion device | |
TW201030838A (en) | Method for processing a silicon-on-insulator structure | |
US11020108B2 (en) | Needle with rounded edge | |
WO2005027729A3 (en) | Silicon blades for surgical and non-surgical use | |
US20050132581A1 (en) | Crystalline substance with tailored angle between surfaces | |
KR101494758B1 (ko) | 표면처리 및 은나노 코팅을 이용한 의료용 티타늄 차폐막의 제조 방법 | |
US20150297406A1 (en) | Instrument for stimulating or irritating and/or abrasively treating and/or polishing a membrane or surface or inner surface in the human or animal eye | |
RU2458675C1 (ru) | Способ изготовления препаратов зубов для морфологических исследований эмалевых призм в атомно-силовом (асм) и инвертированном микроскопах | |
US20090127226A1 (en) | Process for producing self-supporting titanium and nickel layers | |
WO2005109488A3 (en) | Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries | |
EP2570152B1 (en) | Structured probes for neural applications | |
Lyubarskaya et al. | Study of Anisotropic Wet Chemical Etching for Silicon Microneedles Fabrication | |
RU2804589C1 (ru) | Способ подготовки препаратов зубов для морфологических исследований цемента зуба в растровом электронном микроскопе | |
RU2527113C1 (ru) | Способ нанесения аморфного алмазоподобного покрытия на лезвия хирургических скальпелей | |
RU2794312C1 (ru) | Способ изготовления лезвий из сапфира | |
RU2808747C1 (ru) | Способ изготовления препаратов зубов для морфологических исследований структуры цемента в атомно-силовом микроскопе | |
RU1774863C (ru) | Заостренный медицинский инструмент и способ его изготовлени |