一種微電極陣列的側壁絕緣方法
2023-05-21 01:17:46
專利名稱：一種微電極陣列的側壁絕緣方法
技術領域：
本發明涉及一種微細電極陣列的側壁絕緣方法，具體涉及一種基於電泳沉積技術的微細電極陣列的側壁絕緣方法，屬於微細加工技術領域。
背景技術：
微細孔結構在微小機械零件、mems器件中佔有重要比重，其中meso尺度金屬合金材料的微細群孔陣列作為一種典型的微細結構在航空航天、精密儀器、化纖等領域有著廣泛的應用，如高速印表機噴嘴板、光纖連接器、化纖噴絲板、航空發動機高壓壓氣機空氣導管內的阻尼襯套等。在微細陣列群孔的眾多加工方法中，微細電解加工(又稱微細電化學加工)由於其無工具磨損、應用範圍廣、加工效率高以及表面質量好的優點而具有潛在的廣泛應用前景。然而，電解加工由於其自身涉及電化學、電場、流場等多種因素，在加工過程中可能在非加工部位也產生雜散電流而影響微細電化學加工的成型精度。為約束電場，抑制雜散電流，應對微細電解加工用微細電極陣列進行側壁絕緣。為應對加工過程中微細電極陣列所處加工環境，對於電極的側壁絕緣有著嚴格的要求，如絕緣膜厚度較小(小於5um)；結構緻密，具有在流動的電解液環境下的優良絕緣性能；薄膜厚度均勻；與電極材料的結合力好等。對用於電解環境中的電極，國內外現有的側壁絕緣方法有CVD沉積SiC，浸漬提拉絕緣樹脂以及滴塗瓷釉。但是由於CVD是一種高溫工藝，對電極和絕緣膜材料的要求較為苛刻，除非電極金屬和絕緣材料具有相近的膨脹係數否則難以保證絕緣膜的結合強度；浸漬提拉法或滴塗法可以在單電極獲得絕緣性能較好且厚度較小的絕緣膜，但應用於電極陣列的絕緣則可能造成間隙內淤積無法成膜。此外，清華大學的劉改紅(專利號 200810225440. 1)採用旋塗法在電極表面塗敷液態絕緣材料，然後利用溶劑液膜，通過局部溶解去除端面的絕緣材料使端面導電。這種方法可以用於電極陣列並可以得到絕緣性能良好厚度小於5um的薄膜，但是旋塗法本身容易在成膜的過程中存在微小氣孔，無法保證薄膜的緻密性，同時薄膜是利用反向甩膠的離心力成型的，難免會造成薄膜的厚度不均勻，並且在電極端部可能存在較大的厚度差影響工具電極本身的形狀特徵。電泳是空間勻強電場作用下，分散粒子在流體中發生移動的現象。電泳鍍膜是一種溼法鈍化成膜技術，利用外加電場是懸浮於電泳液中的帶電微粒定向遷移並沉積於陰極或陽極基底表面。此方法具有塗層豐滿、均勻、光滑的優點，電泳漆膜的硬度、附著力、耐腐、 衝擊性能、滲透性能明顯優於其他的塗裝或成膜工藝，為微細電極陣列的側壁絕緣提供了一種新穎的有效途徑。
發明內容
本發明的目的是提供一種微細電極陣列的側壁絕緣方法，既適用於微細單電極， 又適用於微細電極陣列；所形成的側壁絕緣膜均勻，光滑，絕緣性能優良並且具有較好的結
3合力。本發明的技術方案如下本發明提供一種微細電極陣列的側壁絕緣方法，該方法包括如下步驟1)將經過清洗的電極陣列與導電裝置分別作為陰極板和陽極板(或陽極板和陰極板)，連接到電泳儀器的負極和正極(或正極和負極)，構成迴路。所述的導電裝置具有良好的導電性，在鍍膜的過程中不和電泳液發生反應，且可以保證兩極間的電場分布均勻。所述的導電裝置，陰極電泳鍍膜中使用的陽極板或在陽極電泳鍍膜中使用的陰極板為不鏽鋼、碳板、鈦件等穩定材料、惰性材料或者經過表面處理導電的非金屬材料。2)將連接好的電極陣列放入電泳鍍膜溶液中。所述的電泳鍍膜溶液，其電泳塗料的濃度為質量百分比10% -30%。所述的電泳塗料為聚氨脂改性環氧樹脂、改性丙烯酸樹脂、改性丙烯酸聚氨脂樹脂、丙烯酸改性環氧樹脂的一種或兩種。3)打開電源開始電泳鍍膜。其中所述的電泳電壓為30-60V ；電泳時間為10s-60s ；溫度為-32°C其中所述的電泳鍍膜過程採用超聲振蕩，以及旋轉攪拌工藝，以保證電泳鍍膜溶液的均勻性，提高電泳液的傳質能力，獲得厚度較小、均勻、緻密的薄膜。4)鍍膜完成後，關閉電源，將電極陣列取出，並用去離子水超聲清洗電極陣列，去除懸浮塗料。所述的超聲清洗的頻率為25KHZ-68KHZ。5)將清洗乾淨的電極陣列，進行烘乾處理。所述的烘乾溫度為120°C -150°C ；烘乾時間為20min-30min。6)將已經烘乾的電極陣列中填充石蠟，然後利用機械方法進行磨削，以去掉電極端面的絕緣薄膜。本發明利用電泳工藝對電極陣列進行側壁絕緣，形成厚度較小的絕緣膜，與現有技術相比具有以下優點和有益效果本發明提供的側壁絕緣方法1)結合力好。測試表明，電泳得到的絕緣薄膜於電極的結合力大於2. 5MPa,採用CVD技術成型的聚合物如Parylene薄膜的結合力大於 0.7MPa。前者要遠大於後者。2)厚度均勻，緻密性好。本方法得到的絕緣薄膜厚度較小 (3um-5um)，且均勻可控，不存在氣孔缺陷。3)使用廣泛。本方法對電極材料選擇性小，可用於單電極以及電極陣列的側壁絕緣。
圖1為本發明實施例微細電極陣列側壁絕緣後剖面圖；圖2為本發明實施例微細電極陣列側壁絕緣後的三維示意圖；圖2中各標號1-微細電極陣列支撐底板；2-微細電極陣列側壁絕緣膜；3-微細電極陣列導電端面。
具體實施方式
下面對本發明的實施例進行詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，單本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例1微細電極陣列側壁改性丙烯酸聚氨脂樹脂絕緣膜的製備1)將清洗過的電極陣列與不鏽鋼板(導電裝置)相連，不鏽鋼板接正極，2)電極陣列接負極。將電極陣列放入含有20%改性丙烯酸聚氨脂樹脂的電泳液中，在^°C，50KHZ的超聲振蕩，電泳電壓為45V的條件下，陰極電泳30s3)完成鍍膜後，取出電極陣列，用去離子水超聲清洗電極陣列，去除浮漆。4)將清洗完畢的電極陣列進行乾燥處理溫度130°C，時間20min。5)將已經乾燥的電極陣列填充石蠟，然後進行機械磨削，去除電極端面的絕緣膜。實施例2微細電極陣列側壁改性丙烯酸聚氨脂樹脂絕緣膜的製備1)將清洗過的電極陣列與不鏽鋼板(導電裝置)相連，不鏽鋼板接正極，2)電極陣列接負極。將電極陣列放入含有10%聚氨脂改性環氧樹脂的電泳液中， 在30°C，50KHZ的超聲振蕩，電泳電壓為45V的條件下，陰極電泳50s3)完成鍍膜後，取出電極陣列，用去離子水超聲清洗電極陣列，去除浮漆。4)將清洗完畢的電極陣列進行乾燥處理溫度120°C，時間30min。5)將已經乾燥的電極陣列填充石蠟，然後進行機械磨削，去除電極端面的絕緣膜。實施例3微細電極陣列側壁改性丙烯酸聚氨脂樹脂絕緣膜的製備1)將清洗過的電極陣列與不鏽鋼板(導電裝置)相連，不鏽鋼板接正極，2)電極陣列接負極。將電極陣列放入含有30%改性丙烯酸樹脂的電泳液中，在 32°C，50KHZ的超聲振蕩，電泳電壓為45V的條件下，陰極電泳20s3)完成鍍膜後，取出電極陣列，用去離子水超聲清洗電極陣列，超聲清洗的頻率 25KHZ-68KHZ,去除浮漆。4)將清洗完畢的電極陣列進行乾燥處理溫度150°C，時間20min。5)將已經乾燥的電極陣列填充石蠟，然後進行機械磨削，去除電極端面的絕緣膜。由上述方法製備的微細電極陣列的側壁絕緣膜厚度為3um，絕緣性能良好，測得其擊穿電壓為2.01MV/cm。如圖1-2所示，為本發明實施例微細電極陣列側壁絕緣後剖面圖； 圖2為本發明實施例微細電極陣列側壁絕緣後的三維示意圖.上述實施例中，所述的導電裝置，陰極電泳鍍膜中使用的陽極板或在陽極電泳鍍膜中使用的陰極板為不鏽鋼、碳板、鈦件等穩定材料、惰性材料或者經過表面處理導電的非金屬材料，不僅僅局限於上述實施例中描述的材料。上述實施例中，所述的電泳液中電泳塗料為聚氨脂改性環氧樹脂、改性丙烯酸樹脂、改性丙烯酸聚氨脂樹脂、丙烯酸改性環氧樹脂的一種或兩種，不僅僅局限於上述實施例中的描述。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於包括以下步驟1)將經過清洗的電極陣列與導電裝置分別作為陰極板和陽極板，或分別作為陽極板和陰極板，連接到電泳儀器的負極和正極，或連接到正極和負極，構成迴路；2)將接好的電極陣列放入電泳鍍膜溶液中；3)打開電源開始電泳鍍膜；4)鍍膜完成後，關閉電源，將電極陣列取出，並用去離子水超聲清洗電極陣列，去除懸浮塗料；5)將洗乾淨的電極陣列，進行烘乾處理；6)將已經烘乾的電極陣列中填充石蠟，然後利用機械方法進行磨削，以去掉電極端面的絕緣薄膜。
2.根據權利要求1所述的一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於所述的電泳液，電泳塗料的質量百分比為10^-30 ^
3.根據權利要求2所述的一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於所述的電泳塗料為聚氨脂改性環氧樹脂、改性丙烯酸樹脂、改性丙烯酸聚氨脂樹脂、丙烯酸改性環氧樹脂的一種或兩種。
4.根據權利要求1所述的一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於所述的導電裝置、陰極電泳鍍膜中使用的陽極板或在陽極電泳鍍膜中使用的陰極板為不鏽鋼、碳板、鈦件、惰性材料或者經過表面處理導電的非金屬材料。
5.據權利要求1-4任一項所述的一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於步驟 3)中所述的電泳電壓為30-60V ；電泳時間為10s-60s ；溫度為_32°C。
6.根據權利要求1-4任一項所述的一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於步驟4)所述的超聲清洗的頻率為25KHZ-68KHZ。
7.根據權利要求1-4任一項所述的一種微電極陣列的側壁絕緣方法，其特徵在於步驟5)中所述的烘乾溫度為120°C -150°C ；烘乾時間為20min-30min。
全文摘要
本發明公開一種微細加工技術領域的微電極陣列的側壁絕緣方法，步驟包括1)將經過清洗的電極陣列與導電裝置分別作為陰極板和陽極板(或陽極板和陰極板)，連接到電泳儀器的負極和正極(或正極和負極)，構成迴路；2)將與導電裝置連接好的電極陣列放入電泳鍍膜溶液中；3)打開電源開始電泳鍍膜；4)完成後，關閉電源，將電極陣列取出，並用去離子水超聲清洗電極陣列，去除懸浮塗料；5)洗乾淨的電極陣列，進行烘乾處理；6)經烘乾的電極陣列中填充石蠟，然後利用機械方法進行磨削，以去掉電極端面的絕緣薄膜。本發明可用於多種形狀，高精度的微細電化學加工用的微電極陣列的側壁絕緣，工藝成本低。
文檔編號C09D5/44GK102409385SQ201110386810
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者丁桂甫, 吳靜, 汪紅, 趙小林, 黃奕 申請人:上海交通大學