一种新型树脂码盘生产工艺制造技术

一种新的树脂码盘生产工艺流程，不同于传统的树脂码盘生产方法，本专利使用激光直写工艺和电镀工艺，首先制作出表面有三维立体码盘图形的金属镍母版，然后利用注塑工艺将母版表面的图形直接复制到树脂基片上，再利用紫外胶旋涂工艺在树脂基片表面涂覆一层纳米量级的保护层，就完成了树脂码盘的生产。本专利的工艺流程如说明书摘要附图所示，这种工艺流程相较于传统工艺方法大大的简化了流程，解决了传统树脂码盘生产工艺的固有缺陷，比如金属线条容易脱落、工艺复杂、合格率不高、对环境污染比较大等问题；同时可以明显的提高树脂码盘的精度、分辨率和降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种新型树脂码盘生产工艺
本专利技术属于光电传感器当中的光电编码器领域，涉及一种新型树脂码盘的生产工艺。
技术介绍
光电编码器是利用光电转换的原理来对旋转角度或旋转速度进行测量的传感器，而码盘是光电编码器的核心部件之一。码盘表面的示例图形如附图1所示，黑色条纹对应不透光部分，而白色条纹对应透光部分。制作码盘的材料有玻璃、金属、菲林和光学树脂等。玻璃码盘、金属码盘和菲林码盘的制作工艺已经相当成熟，但是这些材料都存在一些固有的缺点，无法满足某些特殊应用环境的要求。树脂码盘有抗震、不易碎的特点，同时光学特性优良，成型精度高、易于批量生产，因而是很有潜力的码盘材料。国内虽然有迫切的市场需求，但是其加工工艺还不成熟，限制了树脂码盘的应用。传统的树脂码盘生产工艺是移自玻璃码盘的生产工艺，也就是在树脂基片上溅射一层金属层，然后通过曝光、显影和腐蚀的工艺，将需要透光的部分的金属腐蚀掉，从而形成透光和不透光的条纹。具体参见附件参考文献1、2、3、4.这种方法带来的问题有：1）金属层在环境温度变化剧烈的情况下容易脱落；2）金属层容易在恶劣环境下腐蚀。3）树脂材料在生产过程中要经受显影液的浸泡，会对树脂材料的透光率产生不好的影响。4）由于需要显影工艺，因而要用到比较多的化学药品，对环境有污染，同时也导致加工精度和产品稳定性不好。本专利技术提出了一种新的树脂码盘生产工艺流程，这种工艺所制作的树脂码盘实现透光和不透光的原理和目前的做法不同，可以有效的解决目前树脂码盘生产工艺所固有的问题，而且可有有效的提高码盘的精度、分辨率和降低码盘生产成本。
技术实现思路
传统的玻璃码盘的生产工艺和树脂码盘的生产工艺的流程图如图2所示。传统的树脂码盘的生产工艺需要在树脂基片上通过溅射或蒸镀工艺形成一层金属层，然后在金属层上涂覆感光胶，感光胶层要在一定的温度下烘烤一段时间，然后将掩模版覆盖到树脂基片上曝光，掩模版上有需要的码盘图形，这样需要透光的部分的光刻胶被曝光，而不需要透光的部分的光刻胶没有曝光，将曝光完成后的树脂基片放到显影液中显影，将曝光的光刻胶去除，这样下面的金属层就暴露了出来，暴露出来的金属部分可以利用腐蚀工艺去除，最后再将没有曝光的光刻胶清洗掉，就形成了我们需要的码盘。这种工艺存在着一些固有的问题：1）在生产过程中树脂材料要几次接触化学药品的浸泡，会对树脂材料的透光率等特性产生不好的影响，同时也导致加工精度和产品稳定性不好。2）要用到比较多的化学药品，对环境有污染，3）金属层在环境温度变化剧烈的情况下，由于金属和树脂材料的热膨胀系数不同，会导致金属层容易脱落；4）金属层容易在恶劣环境下被腐蚀。本专利的树脂码盘生产工艺的流程如图3所示。首先需要制作一张以金属镍为材质的母版，在母版的表面有立体的码盘图形。透光区域对应的是平面，而不透光的区域对应的是凹坑，凹坑的深度在几个微米；在母版制作过程中、利用光刻工艺的控制可以将凹坑底部表面制成非常粗糙的表面，相当于毛化玻璃的效果。结构如图4、附图5所示。然后将这张母版安装到注塑机的模具中，通过注塑工艺，直接将母版上的图形转印到树脂基片的表面，这片树脂基片的表面就形成了立体的凹凸图形，毛化的凸面部分对应不透光的条纹，而光滑的凹面部分就形成了透光的条纹。最后利用旋涂工艺在树脂基片表面涂覆一层紫外胶来起到保护作用，最后按照设计要求将码盘外径切割到需要的半径，就得到了需要的树脂码盘。母版制作的工艺流程如图6所示，我们使用玻璃作为载体，在玻璃上通过旋涂工艺涂覆一层黏附剂和光刻胶，然后将其在90摄氏度温度下加热200秒；将烘干完成后的玻璃基板放入激光直写设备，利用激光直写工艺将需要的码盘图形逐点刻入光刻胶层，对不需要透光部分的光刻胶进行曝光，而需要透光的部分则不曝光；曝光完成后的玻璃基板利用显影液显影，曝光部分的光刻胶被冲掉，而没有曝光的部分则保留，这样在光刻胶层里就行成了需要的码盘图形；利用溅射工艺在显影完成后的玻璃表面溅射一层50纳米左右的金属镍层，这层金属镍层起到导电的作用，然后将这一玻璃放入电镀设备中，将这层金属镍层加厚到300微米左右；电镀完成后将金属镍版和玻璃分离，就得到了金属镍材质的母版，在金属镍母版的表面就形成了需要的码盘图形。本专利使用了和传统树脂码盘完全不同的生产工艺，避免了传统工艺的固有缺陷，具体优点如下：1）母版相当于是一个模具，这张母版安装到注塑机中，通过注塑工艺，母版表面的立体图形可以精确的复制到树脂码盘上，码盘的精度取决于母版的精度，而母版的精度取决于高精度的激光直写设备的精度。2）一张母版可以连续的复制十万张以上的树脂码盘，而且不再需要像传统工艺那样对每一张树脂基片进行涂光刻胶、曝光、显影的繁琐的处理，十分适合大批量的工业化生产。3）这种工艺不需要依靠金属层来阻挡光线，因而也就不存在金属层脱落或腐蚀的问题，对环境的适应性大大的提高了。4）由于在码盘复制生产过程中没有化学工艺，有很好的环境友好性。附图说明附图1，码盘表面的图形；附图2，传统的玻璃（树脂）码盘生产工艺的流程图附图3，本专利的树脂码盘生产工艺的流程附图4，母版表面三维图形的原子力显微镜照片附图5，毛化效果示意图附图6，母版制作的工艺流程具体实施方式本专利的工艺实施方式可以分成两个大的部分，也就是金属镍母版制作工艺和树脂码盘的复制工艺，具体说明如下。母版制作母版制作需要使用的材料：1）表面需要进行光学级抛光的玻璃基板。2）光刻胶使用SHIPLY公司的S1805光刻胶，光刻胶溶剂使用SHIPLY公司EC-SOLVENT。配比为1：5。3）黏附剂使用1%体积比的二硅烷水溶液。4）显影液的配比为：20克氢氧化钠和100克焦磷酸钠与8升水混合。5）金属化使用溅射工艺，使用镍钒靶，二者比例为1：99。6）电铸工艺使用硫化镍镍球为原料。各步骤的工艺说明如下：1）黏附剂旋涂步骤：黏附剂的使用目的是为了增加光刻胶和玻璃表面的附着能力。黏附剂涂覆到玻璃表面后，黏附剂会和玻璃表面发生化学反应，反应时间是最关键的工艺参数，使用1%的二硅烷溶液，反应时间的范围通常在20到30秒的范围，需要根据母版最终的效果进行调整。2）光刻胶旋涂步骤：光刻胶的旋涂工艺决定了在玻璃基板表面形成的光刻胶厚度，而光刻胶厚度决定了最终母版表面凹坑的深度。为了取得最好的效果，凹坑的深度深一些会比较好，受制于光刻工艺的限制，目前的凹坑深度可以达到4微米左右。光刻胶旋涂步骤的最重要的工艺参数是光刻胶旋涂到玻璃表面后的玻璃旋转速度，这个速度对光刻胶层的厚度有决定性的影响。这个速度在500RMP到800RMP之间变动。3）烘干步骤：涂好光刻胶的玻璃盘需要在一定的温度下烘烤一段时间，其作用一是要完全的让光刻胶干燥，去掉光刻胶层中的溶解，二是要调整光刻胶的活性。烘干程度会对激光光刻和显影等后续工艺产生很大的影响。烘干温度在80-100度范围内变动，烘干时间在200秒左右。4）激光直写步骤：激光直写是母版生产的核心环节，使用单点刻录来形成需要的图形。关键的参数是刻录功率的选择和点间距的选择。如果点间距小于光斑半径，那么点和点之间就会连成一体，也就没有了毛化效果，但是如果点和点的距离太大，毛化效果也会降低。具体的参数选择需要实验确定。5）显影步骤：显影过程是形成三维图形的关键，显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型树脂码盘的生产工艺，它包括：——表面有三维码盘图形的金属镍母版的制作，其流程包括：1）使用玻璃作为载体，在玻璃上通过旋涂工艺涂覆一层黏附剂和光刻胶；2）在90摄氏度温度下将玻璃基片加热200秒；3）将烘干完成后的玻璃基板放入激光直写设备，利用激光直写工艺将需要的码盘图形逐点刻入光刻胶层，对不需要透光部分的光刻胶进行曝光，而需要透光的部分则不曝光4）曝光完成后的玻璃基板利用显影液显影，曝光部分的光刻胶被冲掉，而没有曝光的部分则保留，这样在光刻胶层里就行成了需要的码盘图形。5）用溅射工艺在显影完成后的玻璃表面溅射一层50纳米左右的金属镍层，这层金属镍层起到导电的作用。6）将溅射完成后的玻璃放入电镀设备中，将这层金属镍层加厚到300微米左右；7）电镀完成后将金属镍和玻璃分类，就得到了需要的金属镍的母版，在金属镍版的表面就形成了需要的码盘图形。——利用注塑工艺将母版表面的三维图形直接复制到树脂码盘表面，其流程包括：1）将母版安装到注塑机的模具中，通过注塑工艺，直接将母版上的图形转印到树脂基片的表面，这片树脂基片的表面就形成了立体的凹凸图形，毛化的凸面部分对应不透光的条纹，而光滑的凹面部分就形成了透光的条纹；2）利用旋涂工艺在树脂码盘表面涂覆一层紫外胶来起到保护作用；3）按照设计要求将码盘外径切割到需要的半径。...

【技术特征摘要】
1.一种树脂码盘的生产工艺，它包括：——表面有三维码盘图形的金属镍母版的制作，其流程包括：1)使用玻璃作为载体，在玻璃上通过旋涂工艺依次涂覆黏附剂和光刻胶；所述黏附剂为1％体积比的二硅烷水溶液，黏附剂反应时间为20～30秒；所述光刻胶为SHIPLY公司的S1805光刻胶；光刻胶的旋涂工艺中光刻胶旋涂到玻璃表面后的玻璃旋转速度为500RMP～800RMP；2)在90摄氏度温度下将玻璃基片加热200秒；3)将烘干完成后的玻璃基板放入激光直写设备，利用激光直写工艺将需要的码盘图形逐点刻入光刻胶层，对不需要透光部分的光刻胶进行曝光，而需要透光的部分则不曝光，其中曝光功率为15～20毫瓦，曝光点之间的距离为1.1～1.3倍光斑半径；4)曝光完成后的玻璃基板利用显影液显影，曝光部分的光刻胶被冲掉，而没有曝光的部分则保留，这样在光刻胶层里就行成了需要的码盘图形，其中显影液配比为20克氢氧化钠和100克焦磷酸钠与8升水混合，显影时间为20秒～30秒；5)用溅射工艺在显影完成后的玻璃表面溅射一层50纳米的金属镍层，这层金属镍层起到导电的作用；6)将溅射完成后的玻璃放入电镀设备中，将这层金属镍层加厚到300微米，其中电镀电流为50～55安培，电镀电压为20伏，电镀液温度为55℃，电镀液...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛森，高世雄，
申请(专利权)人：丛森，高世雄，
类型：发明
国别省市：北京;11