[发明专利]电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电解加工用微细单晶硅工具电极，其包括电极夹持部和电极加工部，该电极加工部设置于所述电极夹持部，该电极夹持部和电极加工部的材料是高浓度掺杂的单晶硅，且电极夹持部和电极加工部的表面设置有侧壁绝缘层，该电极加工部用于进行微细电解加工。另外，本发明还涉及一种电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法。

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，尤其涉及一种用于电解加工用微细工具电极及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，对金属零件上的微结构形状尺寸、表面形貌提出了更高的加工要求，具有微细尺度的孔、槽结构在汽车、航空航天和精密仪器等领域具有重要的应用。目前，微细电解加工是微细制造领域中一种重要的加工方法，微细电解加工是以电化学反应为原理，在加工过程中将工件材料以离子形式蚀除的微细加工方法，在作用机理上具有微纳尺度加工的可行性，在微细结构加工方面具有潜在优势。

在微细电解加工技术中，微结构的尺寸和精度很大程度上取决于工具电极的特征尺寸和对加工定域性的约束能力。现有技术中，一方面，考虑到电极的导电性和稳定性，工具电极常采用铜、钨等金属材料，但是微细尺度（100μm左右）的工具电极的制备非常困难，尤其是长宽比较大的工具电极，其尺寸一致性难以保证，限制了金属工具电极的应用范围；另一方面，工具电极的侧壁会对已加工表面产生杂散腐蚀作用，为了抑制杂散腐蚀效应和约束加工区域，在工具电极上制备侧壁绝缘层是一种有效的手段，其要求绝缘层具有良好的绝缘性能，以减小杂散电流。为了限制加工间隙和提高加工效率，其绝缘层的壁厚需要很小且均匀，其厚度小于1μm比较理想，另外绝缘层与工具电极基体结合性好，可以保证一定使用寿命，工具电极的侧壁一般采用高分子材料、陶瓷材料和金属氧化物等绝缘材料。

常用的工具电极侧壁绝缘技术主要有化学气相沉积（CVD）法、有机材料涂覆法、静电喷涂法和绝缘套管法等，都实现了一定的减少杂散腐蚀的效果。但是涂覆或嵌套等物理方法无法实现金属与绝缘层间的紧密结合，其使用寿命一般较短，而且SiC或SiO₂等材料与金属的热膨胀系数差距较大，高温沉积方法制备的绝缘层在室温下的金属上的附着能力不强。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有尺寸微小、绝缘层厚度小而且绝缘层使用寿命长的电解加工用微细单晶硅工具电极及其制备方法。

一种电解加工用微细单晶硅工具电极，其包括电极夹持部和电极加工部，该电极加工部设置于所述电极夹持部，该电极夹持部和电极加工部的材料是高浓度掺杂的单晶硅，且电极夹持部和电极加工部的表面设置有侧壁绝缘层，该电极加工部用于进行微细电解加工。

一种电解加工用微细单晶硅工具电极的制备方法，其包括以下步骤：

S1，提供一单晶硅基底，该基底具有相对设置的上表面和下表面；

S2，在所述的基底的上、下表面制备一层保护层作为刻蚀工艺的掩模窗口，该掩模窗口包括工具电极轮廓和背面减薄窗口；

S3，刻蚀所述基底，形成图形化的电解加工用微细单晶硅工具电极轮廓；

S4，将所述基底上、下表面的保护层完全去除；

S5，在所述基底的所有表面上沉积一层绝缘层；

S6，在所述的绝缘层上制备一层图形化的保护层，将局部的绝缘层去除露出基底；

S7，利用所述保护层作为掩模窗口在所述露出的基底上制备一层金属层；

S8，将所述基底按照电解加工用微细单晶硅工具电极的轮廓裂片，使电解加工用微细单晶硅工具电极从所述基底上脱离下来；

S9，对所述电解加工用微细单晶硅工具电极的加工部的端面表面进行处理，去除绝缘层，保证电解加工用微细单晶硅工具电极端面导电。