所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的一種開縫矩形波導(dǎo)的分層電鑄方法主要涉及電鑄加工，屬于電加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太赫茲波是指頻率在0.1thz到10thz范圍、波長在0.03mm到3mm范圍的電磁波。太赫茲波的獨特性能給寬帶通信、雷達(dá)成像、電子對抗、電磁武器、安全檢查、無損檢測等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響，在國家安全領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。例如：太赫茲雷達(dá)相對于微波雷達(dá)，具有分辨率高、保密性強、抗干擾能力突出、離子體穿透能力強等優(yōu)勢。

金屬波導(dǎo)是thz低頻段常用的傳輸線，其中金屬矩形波導(dǎo)因能有效降低吸收損耗，在傳輸性能方面有著顯著的優(yōu)越性，而受到廣泛關(guān)注和重視。thz頻段金屬矩形波導(dǎo)具有較小的端面尺寸和較大的傳輸長度，是典型的大長徑比微型器件。例如：1thz的矩形波導(dǎo)腔尺寸為127μm×254μm，公差要求在±5μm，波導(dǎo)腔表面粗糙度ra≤0.4μm，最小圓角半徑r≤50μm；1.7thz的矩形波導(dǎo)端面尺寸為83μm×165μm，圓角半徑r≤20μm。太赫茲金屬矩形波導(dǎo)的精密制造極具挑戰(zhàn)性，一直是制約太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵問題和瓶頸技術(shù)。

近年來，國內(nèi)外研究機構(gòu)提出了諸多工藝來解決金屬矩形波導(dǎo)精密制造難題。

但是受加工方法的限制，目前封閉的太赫茲矩形波導(dǎo)通常被剖分為半封閉的u型腔和覆蓋面板分開加工，u型腔和覆蓋面板分別加工成型后再組裝成矩形波導(dǎo)器件。國外，英國c.e.collins等利用光刻微加工技術(shù)成功加工出組合式矩形金屬波導(dǎo)。美國g.narayanan等在集成式高精度數(shù)控平臺上通過數(shù)控銑削在金屬塊上加工出0.345thz波導(dǎo)腔。美國a.rowen等采用多層金屬堆疊法制造出內(nèi)部尺寸幾十微米的3thz的金矩形波導(dǎo)。國內(nèi)，許延峰等利用光刻電鑄技術(shù)加工出矩形金屬波導(dǎo)腔，波導(dǎo)腔表面光滑平直，基本無加工圓角。孫玉潔等采用犧牲層光刻工藝，制備出側(cè)壁垂直度很高的矩形波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)。

開縫矩形波導(dǎo)作為一種特殊的矩形波導(dǎo)，在表面加工有陣列排布的微小方孔。隨著波導(dǎo)工作頻率的不斷提高，開縫矩形波導(dǎo)表面微小方孔尺寸相應(yīng)減小，使得其加工的難度越來越高。同時，高頻率矩形波導(dǎo)對最小圓角半徑和表面粗糙度的要求也越來越高，這使得一些加工手段無法使用。例如電火花線切割、電火花、激光加工等，都因工具固有圓角過大而不能采用。因此，現(xiàn)有加工技術(shù)難于滿足未來太赫茲波傳輸對開縫矩形波導(dǎo)的加工需求，必須發(fā)展其它加工技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種加工精度高，工藝適應(yīng)性強的開縫矩形波導(dǎo)電鑄方法。

一種開縫矩形波導(dǎo)的分層電鑄方法，開縫矩形波導(dǎo)的開縫結(jié)構(gòu)高度為l2,矩形槽結(jié)構(gòu)高度為l3,其特征在于包括以下過程：步驟1.制備芯模，芯模由下層結(jié)構(gòu)和上層結(jié)構(gòu)兩部分組成，其中下層結(jié)構(gòu)是厚度為l2的微小長方體柱陣列結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)是厚度是l3為長方體結(jié)構(gòu)，具體制備方法如下：步驟1-1：在基片表面涂覆一層厚度為l1的第一層光刻膠；步驟1-2：將步驟1-1中經(jīng)過第一次覆膜的基片放置在光刻機載物臺上，用第一次曝光掩模板進(jìn)行第一次曝光；步驟1-3：將步驟1-2中經(jīng)過第一次曝光后的基片放入顯影液中進(jìn)行第一次顯影，顯影后清洗并干燥，得到芯模下層初步結(jié)構(gòu)，其高度為l1；步驟1-4：在步驟1-3中經(jīng)過第一次顯影后的基片表面電鑄一層厚度為l1的第一層銅；步驟1-5：對步驟1-4所得結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行精密拋磨，保證第一層銅和芯模下層結(jié)構(gòu)的厚度為l2；步驟1-6：在步驟1-5所得結(jié)構(gòu)表面涂覆一層厚度為l3的第二層光刻膠；步驟1-7：將步驟1-6中經(jīng)過第二次覆膜的基片放置在光刻機載物臺上，用第二次曝光掩模板進(jìn)行第二次曝光；步驟1-8：將步驟1-7中經(jīng)過第二次曝光后的基片放入顯影液中進(jìn)行第二次顯影，顯影后清洗并干燥，得到芯模上層結(jié)構(gòu)；步驟1-9：在步驟1-8中經(jīng)過第二次顯影的基片表面蓋上掩膜，對芯模上層結(jié)構(gòu)上表面進(jìn)行表面導(dǎo)電化處理形成一層導(dǎo)電膜；步驟1-10：對第一層銅上表面進(jìn)行微量電解，去除表面的氧化膜；步驟1-11：在步驟1-10中去除了氧化膜的第一層銅基礎(chǔ)上電鑄第二層銅，第一層銅和第二層銅共同組成電鑄體，芯模位于電鑄體中；步驟2：溶解掉多余的光刻膠，從基片上取下電鑄體，對表面進(jìn)行精密拋磨，得到所需外部尺寸；步驟3：清洗電鑄體，得到的即為所需的開縫矩形波導(dǎo)。

上述一個基片上可以同時加工多個開縫矩形波導(dǎo)。開縫矩形波導(dǎo)通過分層電鑄兩層銅直接得到。

發(fā)明優(yōu)點

1、目前，金屬矩形波導(dǎo)u型腔的加工一般采用微細(xì)銑削加工。但隨著工作頻率的不斷提高，矩形波導(dǎo)端面尺寸相應(yīng)減小，對應(yīng)的尺寸精度已經(jīng)突破傳統(tǒng)機械加工極限。另一方面，由于傳統(tǒng)加工方法是將矩形波導(dǎo)上下分腔分開加工，必須保證上下分腔的結(jié)合面有很高的平面度，否則極易出現(xiàn)零件相互裝夾、結(jié)合不緊密等問題。此外，傳統(tǒng)機械加工中產(chǎn)生的加工應(yīng)力和材料應(yīng)力都會引起微結(jié)構(gòu)的加工變形，微銑削加工時的機床振動、零件材料成份和均勻性、刀具磨損等因素都會影響加工精度及精度保持性。而本方法采用的是通過電鑄兩層銅直接得到開縫矩形波導(dǎo)，整個過程在同一個基片上完成，簡化了工藝過程，不需要考慮裝配精度的影響。并且電鑄加工的方法均勻性好，無加工應(yīng)力，避免了傳統(tǒng)加工存在的毛刺多，易變形的缺點，保證了開縫矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和精度要求。

2、由于開縫矩形波導(dǎo)具有高深徑比的特征，且在一側(cè)有微小方孔陣列，很難一次加工成型，所以本發(fā)明中將開縫矩形波導(dǎo)分成兩層來加工，第一次光刻用光刻膠形成對應(yīng)微小方孔陣列的微小方柱陣列，然后電鑄一層銅完成開縫矩形波導(dǎo)開縫一側(cè)的加工。第二次光刻用光刻膠形成開縫矩形波導(dǎo)的高深徑比內(nèi)腔，然后再電鑄一層銅形成完整的開縫矩形波導(dǎo)。光刻的優(yōu)點可以高精度地把掩模板上的圖形復(fù)制到光刻膠上。同時，采用覆膜方式涂覆光刻膠，省去了旋涂、前烘等步驟，節(jié)省了加工時間。此外，由于光刻膠是非金屬材料，可以用有機溶劑溶解，不會對其他金屬材料產(chǎn)生影響。

3、由于光刻膠不導(dǎo)電，如果在第二次顯影后直接電鑄，就不能形成一個封閉的矩形波導(dǎo)內(nèi)腔。因此本方法在第二次顯影后先對光刻膠表面進(jìn)行表面導(dǎo)電化處理，在光刻膠面表形成一層亞微米級別的導(dǎo)電膜，既不影響內(nèi)腔的尺寸，又能使得電鑄第二層銅后直接形成封閉的矩形波導(dǎo)內(nèi)腔。

4、由于在電鑄第一層銅之后還需經(jīng)過其他幾個步驟才能電鑄第二層銅，在第一層銅表面可能會產(chǎn)生氧化膜。如果直接電鑄第二層銅，會影響兩層銅的之間的結(jié)合力，甚至影響開縫矩形波導(dǎo)的傳輸性能。因此本方法在電鑄第二層同之前，先對第一層銅進(jìn)行微量電解，去除氧化膜，從而提高兩層銅之間的結(jié)合力，使它們形成一個完整的波導(dǎo)腔。

5、在生產(chǎn)中，開縫矩形波導(dǎo)的尺寸可能會有隨實際應(yīng)用的需求變化而變化。此時，只需要改變掩模板上的圖形以及光刻膠的厚度即可，簡單快速，工藝適應(yīng)性強。同時，一個基片上可以同時加工多個開縫矩形波導(dǎo)，提高了加工效率。

附圖說明

圖1第一次涂覆光刻膠剖面圖;

圖2第一次曝光剖面圖;

圖3第一次顯影剖面圖;

圖4電鑄第一層銅剖面圖;

圖5第二次涂覆光刻膠剖面圖;

圖6第二次曝光剖面圖;

圖7第二次顯影剖面圖;

圖8表面導(dǎo)電化處理剖面圖;

圖9電鑄第二層銅剖面圖;

圖10清洗后得到的開縫矩形波導(dǎo)示意圖;

圖中標(biāo)號名稱：1、基片，2、第一層光刻膠，3、第一次曝光掩模板，4、第一層銅，5、第二層光刻膠，6、第二次曝光掩模板，7、掩膜，8、第二層銅，

9、電鑄體；10、開縫矩形波導(dǎo)。

具體實施方式

所需制備的開縫矩形波導(dǎo)如圖10所示，采用以下制備過程：

步驟1：在基片1表面涂覆一層厚度為l1的光刻膠2；

步驟2：將步驟1中經(jīng)過第一次覆膜的基片1放置在光刻機載物臺上，用第一次曝光掩模板3進(jìn)行第一次曝光；

步驟3：將步驟2中經(jīng)過第一次曝光后的基片1放入顯影液中進(jìn)行第一次顯影，顯影后清洗并干燥；

步驟4：在步驟3中經(jīng)過第一次顯影后的基片1表面電鑄一層厚度為l1的

銅4；

步驟5：對步驟4中電鑄銅4的表面進(jìn)行精密拋磨，保證第一層銅4的厚度為l2；

步驟6：在步驟5中經(jīng)過精密拋磨的銅4表面涂覆一層厚度為l3的光刻

膠5；

步驟7：將步驟6中經(jīng)過第二次覆膜的基片1放置在光刻機載物臺上，用第二次曝光掩模板6進(jìn)行第二次曝光；

步驟8：將步驟7中經(jīng)過第二次曝光后的基片1放入顯影液中進(jìn)行第二次顯影，顯影后清洗并干燥；

步驟9：在步驟8中經(jīng)過第二次顯影的基片1表面蓋上掩膜7進(jìn)行表面導(dǎo)電化處理如化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，化學(xué)鍍等，形成一層導(dǎo)電膜;

步驟10：對第一層銅4進(jìn)行微量電解，去除表面的氧化膜；

步驟11：在步驟10中去除了氧化膜的第一層銅4基礎(chǔ)上電鑄第二層銅8，得到電鑄體9；

步驟12：溶解掉多余的光刻膠，從基片1上取下電鑄體9，對表面進(jìn)行精密拋磨，得到所需尺寸；

步驟13：清洗電鑄體9，得到的即為所需的開縫矩形波導(dǎo)10。