电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电解加工用微细单晶硅工具电极，其包括电极夹持部和电极加工部，该电极加工部设置于所述电极夹持部，该电极夹持部和电极加工部的材料是高浓度掺杂的单晶硅，且电极夹持部和电极加工部的表面设置有侧壁绝缘层，该电极加工部用于进行微细电解加工。另外，本发明专利技术还涉及一种电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特种加工
，尤其涉及一种用于电解加工用微细工具电极及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，对金属零件上的微结构形状尺寸、表面形貌提出了更高的加工要求，具有微细尺度的孔、槽结构在汽车、航空航天和精密仪器等领域具有重要的应用。目前，微细电解加工是微细制造领域中一种重要的加工方法，微细电解加工是以电化学反应为原理，在加工过程中将工件材料以离子形式蚀除的微细加工方法，在作用机理上具有微纳尺度加工的可行性，在微细结构加工方面具有潜在优势。在微细电解加工技术中，微结构的尺寸和精度很大程度上取决于工具电极的特征尺寸和对加工定域性的约束能力。现有技术中，一方面，考虑到电极的导电性和稳定性，工具电极常采用铜、钨等金属材料，但是微细尺度（100μm左右）的工具电极的制备非常困难，尤其是长宽比较大的工具电极，其尺寸一致性难以保证，限制了金属工具电极的应用范围；另一方面，工具电极的侧壁会对已加工表面产生杂散腐蚀作用，为了抑制杂散腐蚀效应和约束加工区域，在工具电极上制备侧壁绝缘层是一种有效的手段，其要求绝缘层具有良好的绝缘性能，以减小杂散电流。为了限制加工间隙和提高加工效率，其绝缘层的壁厚需要很小且均匀，其厚度小于1μm比较理想，另外绝缘层与工具电极基体结合性好，可以保证一定使用寿命，工具电极的侧壁一般采用高分子材料、陶瓷材料和金属氧化物等绝缘材料。常用的工具电极侧壁绝缘技术主要有化学气相沉积（CVD）法、有机材料涂覆法、静电喷涂法和绝缘套管法等，都实现了一定的减少杂散腐蚀的效果。但是涂覆或嵌套等物理方法无法实现金属与绝缘层间的紧密结合，其使用寿命一般较短，而且SiC或SiO2等材料与金属的热膨胀系数差距较大，高温沉积方法制备的绝缘层在室温下的金属上的附着能力不强。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种具有尺寸微小、绝缘层厚度小而且绝缘层使用寿命长的电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法。一种电解加工用微细单晶硅工具电极，其包括电极夹持部和电极加工部，该电极加工部设置于所述电极夹持部，该电极夹持部和电极加工部的材料是高浓度掺杂的单晶硅，且电极夹持部和电极加工部的表面设置有侧壁绝缘层，该电极加工部用于进行微细电解加工。一种电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法，其包括以下步骤：S1，提供一单晶硅基底，该基底具有相对设置的上表面和下表面；S2，在所述的基底的上、下表面制备一层保护层作为刻蚀工艺的掩模窗口，该掩模窗口包括工具电极轮廓和背面减薄窗口；S3，刻蚀所述基底，形成图形化的电解加工用微细单晶硅工具电极轮廓；S4，将所述基底上、下表面的保护层完全去除；S5，在所述基底的所有表面上沉积一层绝缘层；S6，在所述的绝缘层上制备一层图形化的保护层，将局部的绝缘层去除露出基底；S7，利用所述保护层作为掩模窗口在所述露出的基底上制备一层金属层；S8，将所述基底按照电解加工用微细单晶硅工具电极的轮廓裂片，使电解加工用微细单晶硅工具电极从所述基底上脱离下来；S9，对所述电解加工用微细单晶硅工具电极的加工部的端面表面进行处理，去除绝缘层，保证电解加工用微细单晶硅工具电极端面导电。与现有技术相比较，本专利技术提供的电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法，由于采用高浓度掺杂的单晶硅材料作为电解加工用工具电极，其上沉积的绝缘层，可以解决金属材料与绝缘物质结合力小，绝缘层使用寿命短等问题；硅材料硬度高，在微细尺寸下可以保证不发生形变。而且硅微细加工工艺已经相当成熟，能够进一步缩小电解加工用微细单晶硅工具电极的尺寸；利用高速旋转主轴带动非圆截面电解加工用工具电极旋转搅动电解液流动，有利于电解产物的排出和电化学反应的正常进行；通过调整电解加工用微细单晶硅工具电极中心线可以实现不同尺寸的微结构的加工。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的电解加工用微细单晶硅工具电极的正面的立体结构示意图。图2是本专利技术实施方式提供的电解加工用微细单晶硅工具电极的背面的立体结构示意图。图3是本专利技术实施方式提供的电解加工用微细单晶硅工具电极的局部剖面结构示意图。图4是本专利技术实施方式提供的电解加工用微细单晶硅工具电极的加工范围调整示意图。图5是本专利技术实施方式提供的电解加工用微细单晶硅工具电极进行电解加工的示意图。图6是本专利技术实施方式提供的电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法的流程图。图7是本专利技术实施例1提供的电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法的工艺流程图。主要元件符号说明电解加工用微细单晶硅工具电极100电极夹持部1电极加工部2夹具3电解液4工件5图形化的金属层11定位槽12单晶硅基底13掩膜层14侧壁绝缘层15支撑部31夹紧部32中心线调整垫片33垫片34对中安装板35微调螺纹机构36凸台351如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法做进一步的详细说明。请参阅图1和图2，本专利技术实施例提供一种电解加工用微细单晶硅工具电极100，该电解加工用微细单晶硅工具电极100包括电极夹持部1和电极加工部2，该电极加工部2设置于所述电极夹持部1，该电极夹持部1和电极加工部2的材料为单晶硅，且电极夹持部1和电极加工部2的表面设置有绝缘层。所述单晶硅可以为高浓度掺杂的N型或P型单晶硅，优选为N型硅。掺杂浓度需在1016~1020/cm2范围内，优选为1019~1020/cm2范围内，更优选为1020/cm2。硅片晶面选用为（100）晶面，双面抛光。在本实施例中，选用N型硅片，其电阻率为10-3Ω·cm，选用双面抛光的硅片。所述电极夹持部1的特征尺寸为毫米级，可以用作电解加工用微细单晶硅工具电极100的安装和夹持。所述电极夹持部1的特征尺寸是指电极夹持部1的横截面的距离最远的两点之间的尺寸。所述电解加工用微细单晶硅工具电极100安装在高速旋转的主轴上，实现电极加工部端面的圆形轮廓包络。所述电极夹持部1设置有图形化的金属层11，该图形化的金属层11的表面并没有设置绝缘层，该图形化的金属层11用于与电解加工电源电连接。所述电极夹持部1的形状不限，只要能利用夹具3装夹即可。所述电极夹持部1的与所述图形化金属层相对的表面具有两个定位槽12，该两个定位槽12分别设置在所述电极夹持部1的表面的两侧，且该定位槽12的延伸方向平行于所述电极加工部2的延伸方向。所述电极加工部2的特征尺寸d为微米级，作为电解加工用微细单晶硅工具电极100的加工部分参与工件阳极的材料的蚀除加工。所谓电极加工部2的特征尺寸d是指电极加工部2的横截面的距离最远的两点之间的尺寸。所述电极加工部2的端面形状为非圆截面，在高速旋转的带动下，可以在其端面形成圆形包络面，满足实际的加工应用需求。在其加工端面并没有形成绝缘层。其中，电解加工用微细单晶硅工具电极100的电极加工部2的特征尺寸d小于100μm，绝缘层的厚度小于1μm。请参阅图3，本专利技术的电解加工用微细单晶硅工具电极100进一步包括一夹具3。该夹具3包括支撑部31，夹紧部32，中心线调整垫片33，垫片34，对中安装板35，微调螺纹机构36。所述支撑部31形成有一个凹槽，该凹槽具有相对设置的两个侧壁，所述对中安装板35设置在所述凹槽内，且所述中心线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解加工用微细单晶硅工具电极，其包括电极夹持部和电极加工部，该电极加工部设置于所述电极夹持部，该电极夹持部和电极加工部的材料是高浓度掺杂的单晶硅，且电极夹持部和电极加工部的表面设置有侧壁绝缘层，该电极加工部用于进行电解加工。

【技术特征摘要】
1.一种电解加工用微细单晶硅工具电极，其包括电极夹持部和电极加工部，该电极加工部设置于所述电极夹持部，该电极夹持部和电极加工部的材料是高浓度掺杂的单晶硅，且电极夹持部和电极加工部的表面设置有侧壁绝缘层，该电极加工部用于进行电解加工。2.如权利要求1所述的电解加工用微细单晶硅工具电极，其特征在于：所述电极加工部的端面形状为非圆截面，在高速旋转的带动下，在该电极加工部的端面形成圆形包络面。3.如权利要求1所述的电解加工用微细单晶硅工具电极，其特征在于：所述电极夹持部设置有图形化的金属层，该图形化的金属层的表面并没有设置绝缘层，所述电极夹持部具有两个定位槽，该两个定位槽分别设置在所述电极夹持部的与图形化的金属层相对表面的两侧，且该定位槽的延伸方向平行于所述电极加工部的延伸方向。4.如权利要求3所述的电解加工用微细单晶硅工具电极，其特征在于：进一步包括一夹具，该夹具包括支撑部、夹紧部、中心线调整垫片、垫片、对中安装板、微调螺纹机构；所述支撑部形成有一个凹槽，该凹槽具有相对设置的两个侧壁，所述对中安装板设置在所述凹槽内，且所述中心线调整垫片设置于所述凹槽的一个侧壁与所述对中安装板之间，所述微调螺纹机构设置在所述凹槽的另一个侧壁中，旋转该微调螺纹机构可以调整所述对中安装板的位置，所述对中安装板设置有两个凸台，该两个凸台与所述电极夹持部的两个定位槽配合，将电解加工用微细单晶硅工具电极夹持在所述支撑部和夹紧部之间。5.一种电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法，其包括以下步骤：S1，提供一单晶硅基底，该基底具有相对设置的上表面和下表面；S2，在所述的基底的上、下表面制备一层保护层作为刻蚀工艺的掩模窗口，该掩模窗口包括工具电极轮廓和背面减薄窗口；S3，刻蚀所述基底，形成图形化的电解加工用微细单晶硅工具电极轮廓；S4，将所述基底上、下表面的保护层完全去除；S5，在所述基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，刘国栋，周凯，佟浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11