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使用微喷砂切割或蚀刻零件(这一过程也被称为控制侵蚀)是加工许多精密零件的伟大方法,从在陶瓷基板上钻孔到在脆弱的硅和玻璃晶圆上切割槽。微爆破是“无冲击”的,既不产生热量也不产生振动 ,这意味着微裂纹不太可能形成和破坏零件的完整性。 一个流程如何适用于如此广泛的应用?仔细控制几个关键因素。

1.了解你正在切割或蚀刻的材料

脆性和延性材料都可以用微爆破切割和蚀刻——它们只是使用了不同的策略。

脆性材料

微喷砂是切割和蚀刻脆性材料的一个很好的选择,因为它是一个快速的过程。几乎所有沉积的磨料能都用于破坏将表面连接在一起的材料键。

塑性材料

微喷砂对韧性材料也很有效,尽管这个过程可能比类似硬度的脆性零件要慢。韧性材料的抛光效果比脆性材料要粗糙,因为磨料的作用会使每个表面的边缘向上平滑。

2.测量是关键

微爆破是如此可控,你可以用不同的深度和尖锐的墙壁蚀刻特征-但保持准确的测量是实现这些结果的关键。有几种方法可以进行这些测量:

减肥

通过减肥来测量体重有两种方法。第一种方法是称重,以确定有多少材料被侵蚀。这种方法是伟大的,如果部分是小的,不会使用太多的磨料。第二步是称量炸药的重量,以测量消耗了多少磨料。如果使用大量的磨料,这种方法会更好。水动力密封就是这样加工的。

定时爆炸

你可以很容易地计算出蚀刻特定材料所需的时间。首先,试验不同的爆炸时间并测量产生的深度。然后继续实验,直到你找到所需的持续时间。只要记住保持磨料的类型、速度和数量一致,因为这些因素也会影响切割的深度(我们稍后会详细讨论)。这种方法最适用于非常一致的部件,如微流体的晶圆和表面。

其他方法

使用单独的测量工具,尤其适用于在零件上创建口袋或沟槽时的深度控制。以下是我们使用的一些流程示例:

测微计 针表面光度仪 激光三角测量 显微镜和干涉仪
我们使用的工具 三丰公司

Mitutoyo SJ-201与Surfpak-SJ软件

(2um尖端半径0.75 mN下压力)

Keyence LK-H008W传感器和LK-G5001控制器

(20um x 550um光斑尺寸)

Keyence VK-9700和Zygo NewView 7000系列

(5倍及50倍镜头)

决议 10纳米 5海里 1纳米。
现实世界的深度测量 1000海里 1000海里 100海里 1000海里
价格 $200

2500美元用于表面光度仪

2500美元的软件

7000美元的传感器

3000美元的控制器

典型系统成本约。100000美元

3.创造一个稳定的流

如上所述,三个研磨因素决定了材料在喷砂时的腐蚀程度。为您的应用程序找到最佳组合(并保持一致)对于可重复的结果至关重要。

研磨速度

根据空气压力、喷嘴几何形状和喷嘴到零件的喷射距离,控制冲蚀过程中典型的颗粒速度为150-225米/秒(492-739英尺/秒)。速度由喷嘴尺寸、爆炸压力和喷嘴到目标的距离控制。加速这一过程最简单的方法是增加压力,但这可能导致深度控制不精确,导致最终表面不均匀。更糟糕的是,如果您使用的是掩码,您可能会在流程完成之前将其销毁。

磨料量

大多数应用都得益于丰富的磨料流和多道次快速喷嘴速度的组合

微爆破通常需要20-60秒每平方英寸的材料每次通过。大多数应用都得益于尽可能快地运行喷嘴。这样做可以防止损坏掩蔽材料,并提供更好的深度控制每次通过。切割深沟槽或孔有利于更少的磨料流。在井眼中消耗的磨料太多,会阻碍新的切削动作.当切割或蚀刻一个零件时,少即是多!

磨料类型

在切割和蚀刻应用中最常见的磨料之一是氧化铝。由于只比金刚石稍软,它能有效地切割脆性和延展性的基材。对于非常软的材料,如聚合物,碳酸氢钠是一个更好的选择。它能够将更多的切割能量转移到基片上。

颗粒的大小也很重要。使用较大磨料的优点是提高了材料的去除率。缺点是,它提供了更少的深度控制,增加了表面粗糙度,更不明显的过渡在爆破区域的边缘。

我们蚀刻陶瓷晶片最常用的磨料是17.5微米的氧化铝。成品RA为0.15-0.3µ(-11.8或5.9µ)。

4.屏蔽是必需的吗?

大多数切割和蚀刻应用使用掩模,但有时可以直接加工零件。知道什么时候需要戴口罩,什么时候可以不戴口罩是至关重要的。

直接加工

当去除大块、简单的材料时,直接加工是最好的。一个小的喷嘴和精确的零件处理能力一起工作,将图案切割到基板上。集中的磨料流防止过喷,消除了对掩膜的需要,并减少了磨料消耗。

戴面具的

屏蔽加工在具有许多小特性的应用程序中工作得很好。使用掩模切割或蚀刻零件时,使用金属或聚合物光阻材料,只暴露需要爆破的区域。然后,在整个面具上来回刷喷嘴,以腐蚀暴露表面的细层。

5.保持控制

一致的结果需要一致的爆破过程。虽然手动系统可以很好地工作在低体积或刚性公差的应用,自动化系统执行绝大多数的切割和蚀刻应用。例如,在半导体部件中创建末端执行器时,小点被掩盖,而其余部分被侵蚀,留下柱子。只有通过自动化才能创建如此精确的特性。通过对爆破系统的部件处理组件进行自动化,可以实现紧凑的公差——在某些应用中,紧凑的公差可达0.5µ。

无论您使用的是自动系统还是手动系统,实现可重复结果的最重要方法是保持所有变量不变。我们期待帮助您确定最适合您的应用程序的微喷砂系统!

使用自动化系统的切割和蚀刻应用,以达到最精确和重复的结果。

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