开缝波导的电铸方法技术

一种开缝波导的电铸方法，属于电加工领域，包括以下步骤：步骤1：制备由下层结构（4）和上层结构（7）组成的芯模（8）；步骤2：在芯模（8）表面电铸铜，得到电铸体（9）；步骤3：对电铸体（9）表面进行精密抛磨；步骤4：清洗电铸体（9），溶解掉内部的芯模（8），得到开缝波导（10）。本方法加工精度高，工艺适应性强。

Electroforming method of slotted waveguide

Electroforming method a slotted waveguide, which belongs to the field of electric machine, which comprises the following steps: Step 1: preparation from the lower structure (4) and the upper structure (7) core composition (8); step 2: the mandrel (8) surface copper electroforming, by electroforming body (9); step 3 the electroformed body (9) surface precision grinding; step 4: clean the electroformed body (9), dissolve the internal core (8), get a slotted waveguide (10). The method has high machining accuracy and strong adaptability.

【技术实现步骤摘要】
开缝波导的电铸方法所属
本专利技术的开缝波导的电铸方法主要涉及电铸加工，属于电加工

技术介绍
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围、波长在0.03mm到3mm范围的电磁波。太赫兹波的独特性能给宽带通信、雷达成像、电子对抗、电磁武器、安全检查、无损检测等领域带来了深远的影响，在国家安全领域有着广阔的应用前景。例如：太赫兹雷达相对于微波雷达，具有分辨率高、保密性强、抗干扰能力突出、离子体穿透能力强等优势。金属波导是THz低频段常用的传输线，其中金属矩形波导因能有效降低吸收损耗，在传输性能方面有着显著的优越性，而受到广泛关注和重视。THz频段金属矩形波导具有较小的端面尺寸和较大的传输长度，是典型的大长径比微型器件。例如：1THz的矩形波导腔尺寸为127µm×254µm，公差要求在±5µm，波导腔表面粗糙度Ra≤0.4µm，最小圆角半径R≤50µm；1.7THz的矩形波导端面尺寸为83µm×165µm，圆角半径R≤20µm。太赫兹金属矩形波导的精密加工制造极具挑战性，一直是制约太赫兹应用系统研发的关键问题和瓶颈技术。近年来，国内外研究机构提出了诸多工艺来解决金属矩形波导精密制造难题。但是受加工方法的限制，目前封闭的太赫兹矩形波导通常被剖分为半封闭的U型腔和覆盖面板分开加工，U型腔和覆盖面板分别加工成型后再组装成矩形波导器件。国外，英国C.E.Collins等利用光刻微加工技术成功加工出组合式矩形金属波导。美国G.Narayanan等在集成式高精度数控平台上通过数控铣削在金属块上加工出0.345THz波导腔。美国A.Rowen等采用多层金属堆叠法制造出内部尺寸几十微米的3THz的金矩形波导。国内，许延峰等利用光刻电铸技术加工出矩形金属波导腔，波导腔表面光滑平直，基本无加工圆角。孙玉洁等采用牺牲层光刻工艺，制备出侧壁垂直度很高的矩形波导腔结构。但是，随着工作频率的不断提高，矩形波导端面尺寸相应减小，对最小圆角半径和表面粗糙度的要求也越来越高，使得一些加工手段无法使用。例如电火花线切割、电火花、激光加工等，都因工具固有圆角过大而不能采用。因此，现有加工技术难于满足未来太赫兹波传输对金属矩形波导的加工需求，必须发展其它加工技术。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一加工精度高，工艺适应性强开缝波导的电铸方法。一种开缝波导的电铸方法，其特征在于包括以下过程：步骤1：制备芯模，芯模由下层结构和上层结构两部分组成，其中芯模下层结构是厚度为L2的长方体镍层结构，芯模上层结构是厚度是为L4的微小长方体柱阵列结构，具体制备方法如下：步骤1.1：在基片上涂覆一层厚度为L1的光刻胶；步骤1.2：将步骤1.1中经过第一次覆膜后的基片放置在光刻机的载物台上，用第一掩膜板进行第一次曝光；步骤1.3：将步骤1.2中经过第一次曝光后的基片放入显影液中进行第一次显影，显影后清洗并干燥；步骤1.4：在步骤1.3中经过第一次显影后的基片表面电铸一层镍，得到下层结构；步骤1.5：对步骤1.4中所得下层结构表面进行精密抛磨提高表面质量，并使镍层结构厚度为L2，即形成芯模下层结构；步骤1.6：在步骤1.5中经过精密抛磨的结构表面涂覆一层厚度为L3的光刻胶；步骤1.7：将步骤1.6中经过第二次覆膜后的基片放置在光刻机的载物台上，用第二掩膜板进行第二次曝光；步骤1.8：将第二次曝光后的基片放入显影液中进行第二次显影，显影后清洗并干燥，得到上层结构；步骤1.9：对步骤1.8中所得上层结构表面进行精密抛磨提高表面质量，并使上层结构的厚度为L4，即形成芯模上层结构；步骤1.10：从基片上取下由下层结构和上层结构组成的芯模；步骤2：在芯模表面电铸铜，得到电铸体；步骤3：对电铸体表面进行精密抛磨，得到所需的尺寸；步骤4：清洗步骤11中经过精密抛磨后的电铸体，溶解掉内部的芯模，得到的即为所需的开缝波导。上述一个基片上同时加工多个芯模。电铸体可以由芯模经过一次电铸整体成型。专利技术优点1、目前，金属矩形波导U型腔的加工一般采用微细铣削加工。但随着工作频率的不断提高，矩形波导端面尺寸相应减小，对应的尺寸精度已经突破传统机械加工极限。另一方面，由于传统加工方法是将矩形波导上下分腔分开加工，必须保证上下分腔的结合面有很高的平面度，否则极易出现零件相互装夹、结合不紧密等问题。此外，传统机械加工中产生的加工应力和材料应力都会引起微结构的加工变形，微铣削加工时的机床振动、零件材料成份和均匀性、刀具磨损等因素都会影响加工精度及精度保持性。而本方法采用的是电铸的整体加工方法，简化了工艺过程，不需要考虑装配精度的影响。并且电铸加工的方法均匀性好，无加工应力，避免了传统加工存在的毛刺多，易变形的缺点，保证了矩形波导的结构和精度要求。2、由于开缝波导具有高深径比的特征，且在一侧有微小方孔阵列，很难一次将芯模加工成型，所以本专利技术中将芯模分为上下两层加工，下层为镍，上层为光刻胶，降低了加工难度。芯模的下层为长方体，对应矩形波导的内腔，由于下层结构形状简单，但是尺寸较小，因此采用电铸加工方法。芯模的上层结构是尺寸更微小的方柱阵列，本专利技术采用的是光刻加工方法，这种方法的优点是可以高精度地把掩膜版上的图形复制到光刻胶上。同时，采用覆膜方式涂覆光刻胶，省去了旋涂、前烘等步骤，节省了加工时间。此外，由于光刻胶是非金属材料，可以用有机溶剂溶解，不会对其他金属材料产生影响。3、在生产中，矩形波导的尺寸可能会有随实际应用的需求变化而变化。此时，只需要改变掩膜版上的图形以及光刻胶或电铸层的厚度即可，简单快速，工艺适应性强。附图说明图1第一次涂覆光刻胶剖面图;图2第一次曝光剖面图;图3第一次显影剖面图;图4电铸镍剖面图;图5第二次涂覆光刻胶剖面图;图6第二次曝光剖面图;图7第二次显影剖面图;图8单个芯模示意图;图9利用芯模电铸铜示意图;图10清洗后得到的开缝波导示意图;图中标号名称：1、基片，2、第一层光刻胶，3、第一掩膜版，4、芯模下层结构，5、第二层光刻胶，6、第二掩膜版，7、芯模上层结构，8、芯模（由4和7组成），9、电铸体；10、开缝波导。具体实施方式所需制备的开缝波导如图10所示，采用以下制备过程：步骤1：制备芯模，芯模由下层结构4和上层结构7两部分组成，其中芯模下层结构4是厚度为L2的长方体镍层结构，芯模上层结构7是厚度是为L4的微小长方体柱阵列结构，具体制备方法如下：步骤1.1：在基片1上涂覆一层厚度为L1的光刻胶2；步骤1.2：将步骤1.1中经过第一次覆膜后的基片1放置在光刻机的载物台上，用第一掩膜板3进行第一次曝光；步骤1.3：将步骤1.2中经过第一次曝光后的基片1放入显影液中进行第一次显影，显影后清洗并干燥；步骤1.4：在步骤1.3中经过第一次显影后的基片1表面电铸一层镍，得到下层结构；步骤1.5：对步骤1.4中所得下层结构表面进行精密抛磨提高表面质量，并使镍层结构厚度为L2，即形成芯模下层结构4；步骤1.6：在步骤1.5中经过精密抛磨的结构表面涂覆一层厚度为L3的光刻胶5；步骤1.7：将步骤1.6中经过第二次覆膜后的基片1放置在光刻机的载物台上，用第二掩膜板6进行第二次曝光；步骤1.8：将第二次曝光后的基片1放入显影液中进行第二次显影，显影后清洗并干燥，得到上层结构；步骤1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开缝波导的电铸方法，其特征在于包括以下过程：步骤1：制备芯模，芯模由下层结构（4）和上层结构（7）两部分组成，其中下层结构（4）是厚度为L2的长方体镍层结构，上层结构（7）是厚度是为L4的微小长方体柱阵列结构，具体制备方法如下：步骤1.1：在基片（1）上涂覆一层厚度为L1的光刻胶（2）；步骤1.2：将步骤1.1中经过第一次覆膜后的基片（1）放置在光刻机的载物台上，用第一掩膜板（3）进行第一次曝光；步骤1.3：将步骤1.2中经过第一次曝光后的基片（1）放入显影液中进行第一次显影，显影后清洗并干燥；步骤1.4：在步骤1.3中经过第一次显影后的基片（1）表面电铸一层镍，得到下层结构；步骤1.5：对步骤1.4中所得下层结构表面进行精密抛磨提高表面质量，并使镍层结构厚度为L2，即形成芯模的下层结构（4）；步骤1.6：在步骤1.5中经过精密抛磨的结构表面涂覆一层厚度为L3的光刻胶（5）；步骤1.7：将步骤1.6中经过第二次覆膜后的基片（1）放置在光刻机的载物台上，用第二掩膜板（6）进行第二次曝光；步骤1.8：将第二次曝光后的基片（1）放入显影液中进行第二次显影，显影后清洗并干燥，得到上层结构；步骤1.9：对步骤1.8中所得上层结构表面进行精密抛磨提高表面质量，并使上层结构的厚度为L4，即形成芯模上层结构（7）；步骤1.10：从基片上取下由下层结构（4）和上层结构（7）组成的芯模（8）；步骤2：在芯模（8）表面电铸铜，得到电铸体（9）；步骤3：对电铸体（9）表面进行精密抛磨，得到所需的尺寸；步骤4：清洗步骤11中经过精密抛磨后的电铸体（9），溶解掉内部的芯模（8），得到的即为所需的开缝波导（10）。...

【技术特征摘要】
1.一种开缝波导的电铸方法，其特征在于包括以下过程：步骤1：制备芯模，芯模由下层结构（4）和上层结构（7）两部分组成，其中下层结构（4）是厚度为L2的长方体镍层结构，上层结构（7）是厚度是为L4的微小长方体柱阵列结构，具体制备方法如下：步骤1.1：在基片（1）上涂覆一层厚度为L1的光刻胶（2）；步骤1.2：将步骤1.1中经过第一次覆膜后的基片（1）放置在光刻机的载物台上，用第一掩膜板（3）进行第一次曝光；步骤1.3：将步骤1.2中经过第一次曝光后的基片（1）放入显影液中进行第一次显影，显影后清洗并干燥；步骤1.4：在步骤1.3中经过第一次显影后的基片（1）表面电铸一层镍，得到下层结构；步骤1.5：对步骤1.4中所得下层结构表面进行精密抛磨提高表面质量，并使镍层结构厚度为L2，即形成芯模的下层结构（4）；步骤1.6：在步骤1.5中经过精密抛磨的结构表面涂覆一层厚度为L3的光刻胶（5）；步骤1....

【专利技术属性】
技术研发人员：房晓龙，曲宁松，朱嘉澄，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32