基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法技术

本发明专利技术公开了基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，包括以下步骤：制造长方体状的难刻蚀矩形芯模；在难刻蚀矩形芯模两端涂绝缘胶，在未涂绝缘胶的表面电铸牺牲金属层；牺牲金属层外表面电铸腔体工作金属层；在腔体工作金属层外表面电铸基体保护层；去除掉难刻蚀矩形芯模两端的绝缘胶后，放入选择性刻蚀溶液中将牺牲金属层刻蚀溶解；抽出难刻蚀矩形芯模得到太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体。本发明专利技术的基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，保留了完整的可重复使用的难刻蚀矩形芯模，省去了多次制作矩形芯模的时间，提升了太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体的制作效率和质量一致性。和质量一致性。和质量一致性。

【技术实现步骤摘要】
基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法


[0001]本专利技术属于太赫兹波导
，尤其涉及基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法。

技术介绍

[0002]太赫兹是一种介于微波和红外波之间的高频电磁波，其频率范围在0.1THz 到10THz之间。太赫兹波具有瞬态性、宽带性、相干性、穿透性和低能性等独特性质，在宽带通信、电磁干扰、公共安全检测、天文观测、高速数据传输、高精度无损探测、等离子体诊断、生物医学成像以及多个基础学科有着广泛的应用。
[0003]国内外研究人员已经开展了太赫兹金属矩形波导制造工艺的研究。在国内，许延峰等利用光刻电铸技术加工出矩形金属波导腔，波导口尺寸200um
×
400um，长度为8mm，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长7 .5mm、高300um、侧壁垂直度为87 .7
°
的0.4THz矩形波导腔结构。这两种制造方法，仅仅对矩形波导的制造进行了简单的探索，并未形成成熟的工艺方案，波导腔体内部高精密电镀难题仍然无法解决。在国外，美国的Adam Rowen 等人提出通过多层电化学沉积制备内部尺寸几十微米的矩形金属波导的方法。通过种子层金属沉积、光刻、电化学沉积三种工艺步骤的循环进行，实现多层或者三维矩形波导的加工，这种方法还适用于基于矩形金属波导的其他一些部件包括天线、耦合器、弯曲隧道等微型机电系统的加工，然而由于该方法各个工艺步骤中加工精度的不一致，使得波导制造的整体精度下降，影响太赫兹信号的传输性能。美国的W .J .Otter 等人将3D打印技术成功应用到太赫兹波导的加工中，采用RECILS 3D打印技术加工出矩形波导腔体，但是由于该波导腔体是非金属的，需要通过电镀金属层等复杂工艺实现其信号传输性能，这说明现阶段3D打印技术的发展水平尚无法实现金属材料直接打印，打印精度也无法达到高工作频率太赫兹金属空芯矩形波导的制造精度要求。中国专利CN109286056公开了一种太赫兹金属镀层空芯矩形波导整体制造方法，该方法实现了更高工作频率金属矩形波导的整体加工制造。然而，该方法使用的是牺牲芯模，每次制造波导腔体都需要重新制作芯模，然后将其溶解，并且芯模制造效率较低，各次制备的芯模一致性较难控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的为：提供一种基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，其芯模可以重复使用，制造精度高，效率高。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，包括以下步骤：步骤一，制造长方体状的难刻蚀矩形芯模，所述难刻蚀矩形芯模是指在刻蚀溶液
中不溶解的矩形芯模；步骤二，在所述难刻蚀矩形芯模的两端涂覆绝缘胶；步骤三，在所述难刻蚀矩形芯模的未涂覆绝缘胶的表面电铸牺牲金属层；步骤四，在所述牺牲金属层的外表面电铸腔体工作金属层；步骤五，在所述腔体工作金属层的外表面电铸基体保护层；步骤六，去除掉所述难刻蚀矩形芯模两端的绝缘胶后，放入选择性刻蚀溶液中将所述牺牲金属层腐蚀溶解；抽出所述难刻蚀矩形芯模，得到太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体。
[0006]优选地，所述牺牲金属层为铝层或锌层。
[0007]优选地，所述难刻蚀矩形芯模的材质为钨、钛、钨合金或钛合金。
[0008]优选地，所述腔体工作金属层为金或银。
[0009]优选地，所述基体保护层为铜、镍、铜合金或镍合金。
[0010]优选地，所述牺牺牲金属层的厚度为数十纳米至数百纳米。
[0011]优选地，所述腔体工作金属层的厚度为数十纳米至数微米。
[0012]优选地，所述基体保护层的厚度为数毫米量级。
[0013]优选地，所述步骤一中制造长方体状的难刻蚀矩形芯模方法如下：a、在抛磨并清洁后的金属平板上表面贴光刻胶；b、将带图案的掩膜版放在所述光刻胶正上方，用X射线对所述光刻胶曝光，然后显影后得到矩形槽；c、在所述矩形槽中电铸难刻蚀矩形芯模，然后去除光刻胶；将所述金属平板分离，得到长方体状的难刻蚀矩形芯模。
[0014]本专利技术的有益效果为：1、实现矩形芯模的可重复使用。
[0015]太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体以往都是在可溶解的金属芯模表面直接电铸，金属芯模加工时间长、加工质量不一致，如铝芯模在加工中容易变形，很难保证每次加工精度的一致性。本专利技术的方法采用难刻蚀金属材料加工矩形芯模，利用电铸技术在难刻蚀矩形芯模表面电铸一层可溶解的牺牲金属层，用于隔离腔体工作金属层和难刻蚀矩形芯模，通过刻蚀溶液溶解掉牺牲金属层，进而抽出难刻蚀矩形芯模，可以通过一次制造难刻蚀矩形芯模，达到重复使用的目的。
[0016]2、实现太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体制造精度的高度一致性。
[0017]太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体以往使用的金属芯模都是可溶解的、一次性使用的，导致每次都需要先加工金属芯模且金属芯模尺寸精度和表面质量不一致，如铝芯模在加工中容易变形；本专利技术的方法使用LIGA技术获得高尺寸精度、小的圆角尺寸、低的表面粗糙度的难刻蚀矩形芯模，刻蚀溶液对于难刻矩形蚀芯模不会产生影响，因此，难刻矩形蚀芯模可重复使用，从而可保证多次制造的太赫兹金属镀层矩形波导腔体制造精度的高度一致性。
[0018]3、实现太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体制造的高效率。
[0019]本专利技术的方法通过优化LIGA技术的加工工艺参数可保证芯模的尺寸精度、表面质量，实现对矩形芯模的批量复刻，通过刻蚀牺牲金属层，实现难刻蚀矩形芯模和矩形波导腔
体的分离，从而重复使用难刻蚀矩形芯模来制造太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体，显著节约了加工芯模的时间和太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体的时间，显著提高制造太赫兹金属镀层矩形波导腔体的效率。
[0020]4、实现难刻蚀矩形芯模的快速、高精度制造。
[0021]现有技术中的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体的芯模通常是利用微细电解线切割技术获得，如微细电解线切割纯铝获得，在加工时纯铝的芯模容易产生杂散腐蚀及材料的变形等问题。本专利技术的方法利用LIGA技术在光刻胶上光刻、显影，可快速制造出难刻蚀矩形芯模的矩形槽，通过电铸技术可从矩形槽中获得高尺寸精度、小圆角尺寸、低表面粗糙度的难刻蚀矩形芯模，从而实现难刻蚀矩形芯模的快速、高精度制造。
附图说明
[0022]图1为实施例1中的长方体状的难刻蚀矩形芯模制作时的曝光示意图。
[0023]图2为实施例1中显影后得到的矩形槽示意图。
[0024]图3为实施例1中电铸后得到的位于金属平板上的长方体状难刻蚀矩形芯模示意图。
[0025]图4为实施例1中得到的单个难刻蚀矩形芯模的示意图。
[0026]图5为实施例1中的在难刻蚀矩形芯模两端涂覆绝缘胶后的示意图。
[0027]图6为实施例1中的在难刻蚀矩形芯模未涂覆绝缘胶表面电铸了牺牲金属层后的结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，制造长方体状的难刻蚀矩形芯模（6），所述难刻蚀矩形芯模是指在刻蚀溶液中不溶解的矩形芯模；步骤二，在所述难刻蚀矩形芯模（6）的两端涂覆绝缘胶（7）；步骤三，在所述难刻蚀矩形芯模（6）的未涂覆绝缘胶（7）的表面电铸牺牲金属层（8）；步骤四，在所述牺牲金属层（8）的外表面电铸腔体工作金属层（9）；步骤五，在所述腔体工作金属层（9）的外表面电铸基体保护层（10）；步骤六，去除掉所述难刻蚀矩形芯模（6）两端的绝缘胶（7）后，放入选择性刻蚀溶液中将所述牺牲金属层（8）腐蚀溶解；抽出所述难刻蚀矩形芯模（6），得到太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体。2.如权利要求1所述的基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，其特征在于，所述牺牲金属层（8）为铝层或锌层。3.如权利要求1所述的基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，其特征在于，所述难刻蚀矩形芯模（6）的材质为钨、钛、钨合金或钛合金。4.如权利要求1所述的基于可重复使用芯模的太赫兹金属镀层空芯矩形波导腔体电铸制造方法，其特征在于，所述腔体工作金属层（9）为金或银。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕晓磊，陈荣尚，程雪利，王伟，郭课，康玉辉，
申请(专利权)人：河南工学院，
类型：发明
国别省市：