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一种自动精密电化学蚀刻方法及自动精密电化学蚀刻设备

阅读:316发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种自动精密电化学蚀刻方法及自动精密电化学蚀刻设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种自动精密电化学蚀刻方法,主要通过参数设置、 工件 自动 定位 、初始值采集、计算蚀刻 电流 做功量以及对初始值调整等步骤实现精密蚀刻的过程控制,从而对待处理工件进行精密蚀刻。本 发明 通过比较预先计算出来的电流做功量和实际蚀刻过程中电流实际做功量来进行精密蚀刻的闭环控制过程,从而实现电化学蚀刻的精确控制;其中,通过采用VCO转换法来精确地获取蚀刻过程中蚀刻电流实际做功量,以对工件的减薄量进行精确地控制;此外,本发明还涉及实施该自动精密电化学蚀刻方法的自动精密电化学蚀刻设备。本发明极大提高了电化学蚀刻的 精度 和电化学蚀刻过程控制的 稳定性 以及蚀刻效率,并大大降低了蚀刻成本。,下面是一种自动精密电化学蚀刻方法及自动精密电化学蚀刻设备专利的具体信息内容。

1.一种自动精密电化学蚀刻方法,包括以下步骤:
参数设置:根据工件的版型及需求对工件的调整参数进行设置;根据机械结构的位移偏差标定,对机械结构的标定参数进行设定;根据工件的版型对其版型参数进行设置;
工件定位:将预留有定位孔的工件放置在工件放置台上,使工件放置台上的预留孔与工件上的定位孔重合,并根据预先设定的蚀刻装置位置偏移量将工件自动移动到蚀刻起始位置,完成定位动作;
通常在工件的两个对设计定位孔,利用两个点来约束工件的放置位置;
初始值采集:将电路制模与测量装置进行电连接,使测量装置上的测量探针与工件接触,然后电路控制模块对工件的初始值,即当前阻值或电压值进行采集;
计算蚀刻电流做功量:计算出参数设定的工件的目标值和实际采集到的工件当前初始值之间的差值,即得出当前工件所需调整量,然后再根据所需调整量计算出蚀刻过程中电流需要的做功量;
对初始值调整:将电路控制模块与蚀刻装置进行电连接,根据计算出来的电流做功量,蚀刻控制单元通过蚀刻装置上的电极自动施加电流向待调整工件进行做功,实现精密蚀刻的过程控制;
其特征在于,在对初始值调整步骤中,通过比较预先计算出来的电流做功量和实际蚀刻过程中电流实际做功量来实现精密蚀刻的闭环控制过程,即当电流实际做功量达到或超过预定值时,电路自动切断蚀刻装置的电流,来实现电化学蚀刻的精确控制;其中,通过采用VCO转换法来精确地获取蚀刻过程中蚀刻电流实际做功量,以对工件的减薄量进行精确地控制。
2.如权利要求1所述的精密电化学蚀刻方法,其特征在于所述VCO转换法为:在蚀刻电流阴极回路中串联一个精密采样电阻,对该精密采样电阻的电压进行采样,通过采集的所述精密采样电阻的电压来控制压频转换器的振荡频率,从而获得压频转换器输出的脉冲数量,该脉冲数量与电流的做功量呈现出线性的比例关系,在获得电流做功所产生的脉冲个数之后,通过脉冲个数计算出电流实际做功量。
3.如权利要求1所述的自动精密电化学蚀刻方法,其特征在于在所述初始值采集和所述对初始值调整步骤中,采用独立多通道的测量装置和蚀刻装置,可同时对多个工件独立地进行蚀刻和测量操作。
4.如权利要求1所述的自动精密电化学蚀刻方法,其特征在于在所述初始值采集步骤中采用比较法来获取工件的当前阻值,所述比较法是:在电路控制模块的测量电流中设置一个标准电阻,将所有待测电阻与该标准电阻进行比较并计算出当前实际阻值。
5.如权利要求1所述的自动精密电化学蚀刻方法,其特征在于在计算蚀刻电流做功量的步骤中,采用电流做功积分法得到完成待调整工件达到其所需输出值所需要的做功量,即调整电阻类工件的输出阻值即根据公式ΔR≈K(∫Idt)2,在已知阻值调整量ΔR的情况下,通过对调阻电流(I)进行积分来得到电流的做功量,从而控制对工件的减薄量,从而改变其电阻输出特性。
6.如权利要求1所述的自动精密电化学蚀刻方法,其特征在于在所述对初始值调整的步骤中,蚀刻电流由恒流源提供,从而保护被蚀刻的工件不受到过大蚀刻电流的损伤,提高蚀刻的均匀性。
7.一种实现权利要求1所述的自动精密电化学蚀刻方法的自动精密电化学蚀刻设备,其包括:
X轴电移台,利用合金型材构成龙式的稳定的支撑框架,即龙门架结构,该X轴电移台同时也做为基座
Y轴电移台,安装在X轴电移台上面,组成二位电移台机构,对被调整工件的位置进行切换;
承件台,安装在Y轴电移台上方,设有平调整机构,用以调整工件和蚀刻工装的密封面平行度,确保蚀刻液能够从工件待蚀刻的区域通过;
工件放置台,设置在承件台上放,具有真空吸附功能;
测量装置,设置有测量探针,在初始值采集过程中通过所述测量探针与工件的焊点接触,并且通过测量探针和电路控制装置的电连接,将工件的初始值数据传导给控制单元;
蚀刻装置,其与工件紧密接触时形成调阻液密封腔,使调阻液在工件的丝栅表面循环流动,并通过测量探针和电极组成的电流闭合回路与电路控制模块的电连接,接收电路控制模块的电流,完成对工件的丝栅做功,完成对初始值调整操作;
其特征在于在所述龙门架结构上设计安装了位置切换装置,由独立的位置切换电机来控制相应的工位工装的精密切换定位。
8.如权利要求7所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于所述测量装置采用8个通道独立的AD转换器,同时对8个工件的初始值进行测量。
9.如权利要求8所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于所述测量装置包括PMMA材料的测量基座,该测量基座具有测量工件接触面和测量引线连接面,其中,所述测量工件接触面设有:
测量探针固定孔,用于插入并固定测量探针;
高压气源连接孔,用于连接高压起源;
吹气孔,用于吹出空气;
所述测量引线连接面设有:
电连接器安装孔,用于安装电连接器;以及
安装定位销孔,用于安装定位销。
10.如权利要求7所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于所述测量装置的接触探针接触面上涂覆有柔性导电材料,从而避免测量装置在接触工件测量点时留下痕迹。
11.如权利要求7所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于所述蚀刻装置采用8个独立的异步式压频转换器来获取电流的实际做功量,实现对每个工件的蚀刻量分别进行独立的精确控制,从而同时精确地对8个独立工件进行调整。
12.如权利要求11所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于所述蚀刻装置包括PMMA材料的蚀刻基座,该蚀刻基座具有蚀刻工件接触面和蚀刻引线连接面,其中,所述蚀刻工件接触面设有:
阴极电极位置,用于设置阴极电极;
密封胶条粘贴位置,用于粘贴密封胶条;
蚀刻液导流槽,用于蚀刻液的导流;
蚀刻液流出孔,用于排出蚀刻液;
蚀刻液流入孔,用于蚀刻液的导入;
蚀刻液导流工艺孔,用于蚀刻液的;
阳极导电橡胶条安装槽,用于安装阳极导电橡胶条;
阳极引线引出孔,用于引出阳极引线;
固定螺丝安装孔,用于安装固定螺丝;
所述蚀刻引线连接面设有:
阴极引线连接孔,用于连接阴极引线;
阳极引线连接孔,用于连接阳极引线;
蚀刻液流入接口,用于从外部接入蚀刻液;
蚀刻液流出接口,用于将蚀刻液从时刻装置导出;
工装定位销孔,用于工装定位。
13.如权利要求7所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于所述蚀刻装置利用导电橡胶替代探针来接触工件测量点,从而避免蚀刻电极在接触工件测量点时留下痕迹。
14.如权利要求7所述的自动精密电化学蚀刻设备,其特征在于该自动精密电化学蚀刻设备还包括蚀刻液清除装置,包括一不锈基座,该不锈钢基座的工件接触面上设有吸液孔、装置固定孔,不锈钢基座的另一面设有内部排液通道、真空排液连接孔和堵头孔;此外,该蚀刻液清除装置还具有擦拭物装卡位置,通过夹子将擦拭物安装在所述装卡位置,使其擦拭物盖于蚀刻液清除装置的工件接触面上。

说明书全文

一种自动精密电化学蚀刻方法及自动精密电化学蚀刻设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自动精密电化学蚀刻方法,其中,通过采用VCO转换法来精确地获取蚀刻过程中蚀刻电流实际做功量,以对工件的减薄量进行精确地控制;此外本发明还涉及一种实现该自动精密电化学蚀刻方法的自动精密电化学蚀刻设备。

背景技术

[0002] 随着电子技术的发展,对于电子工件的精度的要求越来越高,因此就需要在制作过程中对电子工件的输出性能的初始值进行进一步调整,从而控制工件的输出特性,实现所需的功能,比如电阻应变计。电阻应变计(以下简称应变计)是利用“电阻-应变”原理的敏感元件,通常采用基底制备、曝光、腐蚀等工艺方法形成应变计图形结构单元。由于箔材轧压和应变计制造误差,导致敏感栅厚度、宽度等会存在微米至纳米级分散,应变计腐蚀成型后电阻值无法全部到达到标称阻值,总是存在一定的偏差,无法直接用于测试测量。为了保证应变计阻值满足应用要求,需要对其阻值进行调整达到标称值。
[0003] 而目前常用的应变计阻值调整的方法有手工机械研磨方法、半自动化机械研磨法、手工化学腐蚀调整方法。
[0004] 而上述方法或设备调阻效率低、劳动强度大、加工过程中人为因素对应变计敏感质量影响较大,无法满足高品质应变计高效批量工业化生产的需求,虽然半自动化机械研磨设备能够代替一部分工人操作,但依然无法改善上述问题。
[0005] 由于上述方法的缺点,现在也出现了通过电化学腐蚀式应变计自动调阻的方法以及装置。如专利号为ZL201220446765.4的实用新型专利,其公开了一种电化学腐蚀式应变计自动调阻设备,该实用新型专利由于结构和电路控制的局限性只能采用单通道进行调阻,这种单通道模式效率低;而且也不能精确地控制对应变计的调阻过程。另外,由于其调阻和测量是固定在一起的,当腐蚀液滴入应变计丝栅表面的时候,将导致腐蚀液流入测量用的探针上,严重影响阻值测量精度,无法准确实时的测量到应变计的真实阻值,从而无法控制阻值的调整量。

发明内容

[0006] 为克服上述处理方法对电子工件的输出特性调整过程中出现的调阻效率低、劳动强度大、加工过程中人为因素对加工工件的质量影响较大的问题,以及目前电化学腐蚀的方式难以控制腐蚀精度的缺点,本发明提供一种自动精密电化学蚀刻方法,主要包括以下步骤:
[0007] 参数设置:根据工件的版型及需求对工件的调整参数进行设置;根据机械结构的位移偏差标定,对机械结构的标定参数进行设定;根据工件的版型对其版型参数进行设置;
[0008] 工件定位:将预留有定位孔的工件放置在工件放置台上,使工件放置台上的预留孔与工件上的定位孔重合,并根据预先设定的蚀刻装置位置偏移量将工件自动移动到蚀刻起始位置,完成定位动作;
[0009] 通常在工件的两个对设计定位孔,利用两个点来约束工件的放置位置;
[0010] 初始值采集:将电路控制模与测量装置进行电连接,使测量装置上的测量探针与工件接触,然后电路控制模块对工件的初始值,即当前阻值或电压值进行采集;
[0011] 计算蚀刻电流做功量:计算出参数设定的工件的目标值和实际采集到的工件当前初始值之间的差值,即得出当前工件所需调整量,然后再根据所需调整量计算出蚀刻过程中电流需要的做功量;
[0012] 对初始值调整:将电路控制模块与蚀刻装置进行电连接,根据计算出来的电流做功量,蚀刻控制单元通过蚀刻装置上的电极自动施加电流向待调整工件进行做功,实现精密蚀刻的过程控制;
[0013] 在对初始值调整的步骤中,主要是通过比较预先计算出来的电流做功量和实际蚀刻过程中电流实际做功量来实现精密蚀刻的闭环控制过程,即当电流实际做功量达到或超过预定值时,电路自动切断蚀刻装置的电流,来实现电化学蚀刻的精确控制;其中,通过采用VCO转换法来精确地获取蚀刻过程中蚀刻电流实际做功量,以对工件的减薄量进行精确地控制。所述VCO转换法为:在蚀刻电流阴极回路中串联一个精密采样电阻,对该精密采样电阻的电压进行采样,通过采集的所述精密采样电阻的电压来控制压频转换器的振荡频率,从而获得压频转换器输出的脉冲数量,该脉冲数量与电流的做功量呈现出线性的比例关系,在获得电流做功所产生的脉冲个数之后,通过脉冲个数计算出电流实际做功量。由于本发明是通过在蚀刻电流阴极回路中串联一个精密采样电阻,对阴极回收电流进行测量,因此,可以有效回避漏电流造成测量误差。另外,根据采样电阻的电压来控制压频转换器的振荡频率,从而产生脉冲进行计量的方式,直接和有效地将模拟量(电压)转化成数字量(脉冲),这种直接数字化的计量方法,相比现有的计量方法,由于涉及到的电学量少,因此极大地减少了误差来源,从而使得计量结果更加稳定和精确,并且可以根据不同的电压采样值得到不同的振荡频率,即数字脉冲,因此控制更灵活。
[0014] 在所述初始值采集和所述对初始值调整步骤中,采用独立多通道的测量装置和蚀刻装置,可同时对多个工件独立地进行蚀刻和测量操作。
[0015] 其中,在所述初始值采集步骤中采用比较法来获取工件的当前阻值,所述比较法是:在电路控制模块的测量电流中设置一个标准电阻,将所有待测电阻与该标准电阻进行比较并计算出当前实际阻值。
[0016] 可选地,在计算蚀刻电流做功量的步骤中,采用电流做功积分法得到完成待调整工件达到其所需输出值所需要的做功量,例如,调整电阻类工件的输出阻值即根据公式ΔR≈K(∫Idt)2,在已知阻值调整量ΔR的情况下,通过对调阻电流(I)进行积分来得到电流的做功量,从而控制对工件的减薄量,从而改变其电阻输出特性。
[0017] 在所述对初始值调整的步骤中,蚀刻电流由恒流源提供,从而保护被蚀刻的工件不受到过大蚀刻电流的损伤,提高蚀刻的均匀性。
[0018] 此外用户还可以通过调整电流源的给定值来设置最大蚀刻电流,完善了整机的工艺适应性。
[0019] 本发明还提供一种实现上面所述的自动精密电化学蚀刻方法的自动精密电化学蚀刻设备,该设备包括:
[0020] X轴电移台,利用合金型材构成龙式的稳定框架结构,即龙门架结构,该X轴电移台同时也做为基座
[0021] Y轴电移台,安装在X轴电移台上面,组成二位电移台机构,对被调整工件的位置进行切换;
[0022] 承件台,安装在Y轴电移台上方,设有平调整机构,用以调整工件和蚀刻工装的密封面平行度,确保蚀刻液能够从工件待蚀刻的区域通过;
[0023] 工件放置台,设置在承件台上放,具有真空吸附功能;
[0024] 测量装置,设置有测量探针,在初始值采集过程中通过所述测量探针与工件的焊点接触,并且通过测量探针和电路控制装置的电连接,将工件的初始值数据传导给控制单元;
[0025] 蚀刻装置,其与工件紧密接触时形成调阻液密封腔,使调阻液在工件的丝栅表面循环流动,并通过测量探针和电极组成的电流闭合回路与电路控制模块的电连接,接收电路控制模块的电流,完成对工件的丝栅做功,完成对初始值调整操作;
[0026] 其中,在所述龙门架结构上设计安装了位置切换装置,由独立的位置切换电机来控制相应的工位工装的精密切换定位。
[0027] 可选地,所述位置切换装置为工位切换台。
[0028] 可选地,所述测量装置采用8个通道独立的AD转换器,同时对8个工件的初始值进行测量。
[0029] 上面所述测量装置包括PMMA材料的测量基座,该测量基座具有测量工件接触面和测量引线连接面,其中,所述测量工件接触面设有:测量探针固定孔,用于插入并固定测量探针;高压气源连接孔,用于连接高压起源;吹气孔,用于吹出空气;所述测量引线连接面设有:电连接器安装孔,用于安装电连接器;以及安装定位销孔,用于安装定位销。
[0030] 所述测量装置的接触探针接触面上涂覆有柔性导电材料,从而避免测量装置在接触工件测量点时留下痕迹。
[0031] 此外,所述蚀刻装置采用8个独立的异步式压频转换器来获取电流的实际做功量,实现对每个工件的蚀刻量分别进行独立的精确控制,从而同时精确地对8个独立工件进行调整。
[0032] 上述蚀刻装置包括PMMA材料的蚀刻基座,该蚀刻基座具有蚀刻工件接触面和蚀刻引线连接面,其中,所述蚀刻工件接触面设有:阴极电极位置,用于设置阴极电极;密封胶条粘贴位置,用于粘贴密封胶条;蚀刻液导流槽,用于蚀刻液的导流;蚀刻液流出孔,用于排出蚀刻液;蚀刻液流入孔,用于蚀刻液的导入;蚀刻液导流工艺孔,用于蚀刻液的;阳极导电橡胶条安装槽,用于安装阳极导电橡胶条;阳极引线引出孔,用于引出阳极引线;固定螺丝安装孔,用于安装固定螺丝;
[0033] 所述蚀刻引线连接面设有:阴极引线连接孔,用于连接阴极引线;阳极引线连接孔,用于连接阳极引线;蚀刻液流入接口,用于从外部接入蚀刻液;蚀刻液流出接口,用于将蚀刻液从时刻装置导出;工装定位销孔,用于工装定位。
[0034] 可选地,所述蚀刻装置利用导电橡胶替代探针来接触工件测量点,从而避免蚀刻电极在接触工件测量点时留下痕迹。
[0035] 此外,可选地,该自动精密电化学蚀刻设备还包括蚀刻液清除装置,包括一不锈基座,该不锈钢基座的工件接触面上设有吸液孔、装置固定孔,不锈钢基座的另一面设有内部排液通道、真空排液连接孔和堵头孔;此外,该蚀刻液清除装置还具有擦拭物装卡位置,通过夹子将擦拭物安装在所述装卡位置,使其擦拭物盖于蚀刻液清除装置的工件接触面上。
[0036] 与现有技术相比,本发明的自动精密电化学蚀刻方法以下有益效果:本发明通过对蚀刻电流I进行积分,结合VCO转换法来精确地获取蚀刻过程中蚀刻电流实际做功量,从而能够对工件的减薄量进行精确地控制,通过恒流源的方式可以很好的控制工件的初始值的调整量,不仅实现了对工件的输出特性的初始值进行精密自动化调整功能,而且由于设备控制精度高、易操作,因此在实现批量化、机械化作业方面具有很大的优势,生产出的产品在其调整的敏感区域内不产生内应,可大大提高产品输出特性值的稳定性、均匀性、准确性。
[0037] 此外,本发明的自动精密电化学蚀刻设备,采用多通道同时对工件输出特性的初始值进行测量和调整,在效率上明显优于单通道模式;而且所述时刻装置可以回收调阻液并重复使用,又不会导致残留液对测量和设备造成影响。此外,由于本发明采用蚀刻装置和测量装置分开的设计,通过气动滑台实现两装置的切换工作,从而彻底的屏蔽了蚀刻的时候蚀刻液对测量探针的影响,从而保证了测量的精度和对工件的初始值调整量的准确控制。
[0038] 另外,由于本发明是通过在蚀刻电流阴极回路中串联一个精密采样电阻,对阴极回收电流进行测量,因此,可以有效回避漏电流造成测量误差。而且根据采样电阻的电压来控制压频转换器的振荡频率,从而产生脉冲进行计量的方式,直接和有效地将模拟量(电压)转化成了数字量(脉冲),这种直接数字化的计量方法,相比现有的计量方法,由于涉及到的电学量少,因此极大地减少了误差来源,从而使得计量结果更加稳定和精确,并且可以根据不同的电压采样值得到不同的振荡频率,来得到不同频率的数字脉冲,因此控制更灵活。此外,由于采用了数字化的计量方法,因此部分电路进行了数字化设计,从而大大简化了电路,测量精度也较模拟电路大大提高,其抗干扰能力也有很大地增强。附图说明
[0039] 图1是本发明的自动精密电化学蚀刻方法的自动控制流程图
[0040] 图2是本发明的自动精密电化学蚀刻方法中的VCO转换法的电路原理图;
[0041] 图3是本发明的自动精密电化学蚀刻方法中的电流源电路原理图;
[0042] 图4是本发明的自动精密电化学蚀刻设备的结构示意图;
[0043] 图5是本发明的自动精密电化学蚀刻设备的结构侧视图;
[0044] 图6是根据本发明自动精密电化学蚀刻设备的蚀刻装置的蚀刻基座的工件接触面示意图;
[0045] 图7是根据本发明自动精密电化学蚀刻设备的蚀刻装置的蚀刻基座的引线连接面示意图;
[0046] 图8是根据本发明自动精密电化学蚀刻设备的测量装置的测量基座的工件接触面示意图;
[0047] 图9是根据本发明自动精密电化学蚀刻设备的测量装置的测量基座的C-C截面图;
[0048] 图10是根据本发明自动精密电化学蚀刻设备的测量装置的测量基座的引线连接面示意图;
[0049] 图11是本发明的自动精密电化学蚀刻设备的蚀刻液清除装置示意图,图中示出了所述蚀刻液清除装置正面-工件接触面和背面的结构,并示出了擦拭物装卡位置;
[0050] 图12是本发明的自动精密电化学蚀刻设备的整机工作流程示意图。

具体实施方式

[0051] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0052] 参考图1-12,本发明提供的自动精密电化学蚀刻方法,其包括以下步骤:
[0053] 参数设置:根据工件的版型及需求对工件的调整参数进行设置;根据机械结构的位移偏差标定,对机械结构的标定参数进行设定;根据工件的版型对其版型参数进行设置。
[0054] 工件定位:将预留有定位孔的工件放置在工件放置台6上,使工件放置台6上的预留孔与工件上的定位孔重合,并根据预先设定的蚀刻装置位置偏移量通过控制X轴电移台2和Y轴电移台3将工件自动移动到蚀刻起始位置,完成定位动作。
[0055] 通常在工件的两个对角设计定位孔,利用两个点来约束工件的放置位置。
[0056] 初始值采集:将电路控制模块(未示出)与测量装置9进行电连接,推动气缸10推动测量装置9,使其上的测量探针与工件接触,然后电路控制模块对工件的初始值,即当前阻值或电压值进行采集,获得待调整工件的当前AD值;
[0057] 本发明采用独立多通道的测量装置9,可同时对多个工件独立地进行测量操作。具体地,本发明采用了8个通道独立的AD转换器,可同时测量8个工件。
[0058] 此外,针对工件的不同要求,本发明的信号采集方式可适用于电阻值的采集或者电压值的采集。采集速度能够达到每通道每秒1000次左右的24位采集速率,将测量装置9上的测量探针与工件的焊点接触,然后对工件的当前的AD值进行采集。测量控制单元将采集到的待调工件的当前AD值与测量电路中设置的标准电阻当前AD值进行比较计算出当前待调工件的当前实际阻值。
[0059] 计算蚀刻电流做功量:计算出参数设定的工件的目标值和实际采集到的工件当前初始值之间的差值,即得出当前工件所需调整量,然后再根据所需调整量计算出蚀刻过程中电流需要的做功量;
[0060] 在此步骤中,采用电流做功积分法得到完成待调整工件达到其所需输出值所需要的做功量,即调整电阻类工件的输出阻值即根据公式ΔR≈K(∫Idt)2,在已知阻值调整量ΔR的情况下,通过对调阻电流(I)进行积分来得到电流的做功量,从而控制对工件的减薄量,从而改变其电阻输出特性。
[0061] 对初始值调整:通过位置切换电机,将蚀刻装置8移动到工件位置进行蚀刻,将电路控制模块与蚀刻装置8进行电连接,根据计算出来的电流做功量,蚀刻控制单元通过蚀刻装置8上的电极自动施加电流向待调整工件进行做功,实现精密蚀刻的过程控制;
[0062] 在蚀刻过程中,采用8个独立的异步式压频转换器来获取电流的实际做功量,即可同时调整8个独立的工件。通过比较每个通道的电流做功量与预先计算出来的电流做功量进行来实现闭环控制,实现对每个工件的蚀刻量进行精确控制。
[0063] 以调整工件的阻值为例,根据电阻计算公式R=ρL/S,当电阻率ρ保持不变的情况下,其电阻R与长度L成正比,与横截面积S成反比。因此当长度L保持不变,横截面积S越小,阻值R越大。由此可得,当工件的丝栅长度不发生变化,通过电化学蚀刻法减薄工件的丝栅,使其横截面积变小,实现对工件的阻值调整;
[0064] 在对初始值调整过程中,采用恒流源作为蚀刻能量提供源的方式,从而保护被蚀刻的工件不受到过大蚀刻电流的损伤,提高蚀刻的均匀性。由ΔR≈K(∫Idt)2得到ΔR≈E,其中ΔR表示增加的阻值量,E代表单位时间内电流的做功量,在理想状态下 但是由于实际应用过程中,调阻液是循环使用,调阻液浓度时刻在发生变化,工件表面状况也有不同,采用的恒流源就不可能是理想的恒流源;在不满足恒流源的负载特性时,恒流源是不能够输出设定的电流,因此,该过程中采用恒流源的目的是为了限制阻值调整电流的最大值,以至于在调阻过程中不至于产生更多的热量,以至于影响应变计本身的特性,因此对能量E的计算变成了对不规则调阻电流变化I的积分,通过采用对电流进行实时采样方式,以获得电荷的转移量,也就是对实际电流作出的有效功进行计算,间接精确计算出对箔材的减薄量,即,ΔR=KE。
[0065] 此外,根据需要,还可以通过调整电流源的给定值来设置最大调阻电流,完善了整机的工艺适应性,电流源的电路原理图如图3所示。
[0066] 在对初始值调整的步骤中,通过比较预先计算出来的电流做功量和实际蚀刻过程中电流实际做功量来实现精密蚀刻的闭环控制过程,即当电流实际做功量达到或超过预定值时,电路自动切断蚀刻装置8的电流,来实现电化学蚀刻的精确控制;这其中,通过采用VCO转换法来精确地获取蚀刻过程中蚀刻电流实际做功量,以对工件的减薄量进行精确地控制。
[0067] 如图2所示,所述VCO转换法为:在蚀刻电流阴极回路中串联一个精密采样电阻,对该精密采样电阻的电压进行采样,通过采集的所述精密采样电阻的电压来控制压频转换器的振荡频率,从而获得压频转换器输出的脉冲数量,该脉冲数量与电流的做功量呈现出线性的比例关系,在获得电流做功所产生的脉冲个数之后,通过脉冲个数计算出电流实际做功量。
[0068] 本发明针对上述精密电化学蚀刻方法和生产情况,还提供了一种实施上述精密电化学蚀刻方法的精密电化学蚀刻设备,如图4和图5所示,该设备包括:
[0069] X轴电移台2,包括利用铝合金型材构成龙门式的稳定的支撑框架1,即龙门架结构,该X轴电移台2同时也做为基座;
[0070] Y轴电移台3,安装在X轴电移台2上面,组成二位电移台机构,对被调整工件的位置进行切换;
[0071] 承件台4,安装在Y轴电移台3上方,设有水平调整机构5,用以调整工件和蚀刻工装的密封面平行度,确保蚀刻液能够从工件待蚀刻的区域通过;
[0072] 工件放置台6,设置在承件台上放,具有真空吸附功能;
[0073] 蚀刻装置8,其与工件紧密接触时形成调阻液密封腔,使调阻液在工件的丝栅表面循环流动,并通过测量探针和电极组成的电流闭合回路与电路控制模块的电连接,接收电路控制模块的电流,完成对工件的丝栅做功,完成对初始值调整操作;
[0074] 测量装置9,设置有测量探针,在初始值采集过程中通过所述测量探针与工件的焊点接触,并且通过测量探针和电路控制装置的电连接,将工件的初始值数据传导给控制单元;
[0075] 如图4所示,在所述龙门架结构上设计安装了位置切换装置7,由独立的位置切换电机12(如图5所示)来控制相应的工位工装的精密切换定位。
[0076] 本发明的精密电化学蚀刻设备在龙门架结构上设计了位置切换装置,由独立的位置切换电机来控制相应的工位工装的精密切换定位。本发明的精密电化学蚀刻设备的工位分为3个,即蚀刻工位、擦拭工位和测量工位,由安装在龙门架结构上的推动气缸10下压推动,使其接触到工件,完成相应的功能。在位置切换过程中,由位置切换电机12来控制相应的工位工装移动到推动气缸10下方,通过推动气缸10的挤出动作来实现相应工序的工作。
[0077] 本发明的精密电化学蚀刻设备的整机工作流程如图12所示,其中,最主要的工序为:测量装置9进行初始值测量,接下来位置切换电机12将蚀刻装置8移动到相应工件位置进行蚀刻,蚀刻完毕后,再由位置切换电机12将蚀刻液清除装置R移动到工件位置清除表面残留蚀刻液,以保证即将循环开始的测量工序不受残留蚀刻液的影响而导致测量不准确的现象发生。依次工位的循环联动,最终将器件调整到目标值。
[0078] 本发明中,无论蚀刻装置8还是测量装置9均采用8通道的独立硬件结构,从而保证了本机效率和蚀刻的一致性,从而保证了加工后的器件的性能不受影响。
[0079] 其中,测量装置9采用8个通道独立的AD转换器,同时对8个工件的初始值进行测量;蚀刻装置9采用8个独立的异步式压频转换器来获取电流的实际做功量,实现对每个工件的蚀刻量分别进行独立的精确控制,从而同时精确地对8个独立工件进行调整。
[0080] 如图6和图7所示,所述蚀刻装置8包括PMMA材料的蚀刻基座13,该蚀刻基座13具有蚀刻工件接触面(图6所示)和蚀刻引线连接面(图7所示),其中,所述蚀刻工件接触面设有:阴极电极位置14,用于设置阴极电极;密封胶条粘贴位置15,用于粘贴密封胶条;蚀刻液导流槽16,用于蚀刻液的导流;蚀刻液流出孔17,用于排出蚀刻液;蚀刻液流入孔19,用于蚀刻液的导入;蚀刻液导流工艺孔22,用于蚀刻液的导流;阳极导电橡胶条安装槽20,用于安装阳极导电橡胶条;阳极引线引出孔21,用于引出阳极引线;固定螺丝安装孔18,用于安装固定螺丝。所述蚀刻引线连接面设有:阴极引线连接孔23,用于连接阴极引线;阳极引线连接孔24,用于连接阳极引线;蚀刻液流入接口26,用于从外部接入蚀刻液;蚀刻液流出接口27,用于将蚀刻液从时刻装置导出;工装定位销孔25,用于工装定位。
[0081] 所述蚀刻装置8利用导电橡胶替代探针来接触工件测量点,从而避免蚀刻电极在接触工件测量点时留下痕迹。
[0082] 如图8-10所示,测量装置9包括PMMA材料的测量基座28,该测量基座28具有测量工件接触面(图8所示)和测量引线连接面(图9所示),其中,所述测量工件接触面设有:测量探针固定孔29,用于插入并固定测量探针;高压气源连接孔31,用于连接高压气源;吹气孔30,用于吹出空气。所述测量引线连接面设有:电连接器安装孔33,用于安装电连接器;以及安装定位销孔32,用于安装定位销。
[0083] 可选地,所述测量装置9的接触探针的接触面上涂覆有柔性导电材料,从而避免测量装置9在接触工件测量点时留下痕迹。
[0084] 如图11所示,本发明的自动精密电化学蚀刻设备还包括蚀刻液清除装置,其包括不锈钢基座35,该不锈钢基座35的工件接触面上设有吸液孔34、装置固定孔36,如图11(1)所示;蚀刻液清除装置的背面设有内部排液通道38、堵头孔39和真空排液连接孔40,如图11(2)所示。
[0085] 此外,如图11(3)所示,该蚀刻液清除装置还设有擦拭物装卡位置37,通过夹子将擦拭物安装在所述擦拭物装卡位置37,使擦拭物覆盖于蚀刻液清除装置的工件接触面上。
[0086] 通过上面的描述,可以看到本发明通过对蚀刻电流I进行积分,可以很好的计算出工件需要的减薄量,通过恒流源的方式可以很好的控制工件的初始值调整量,通过采用VCO转换法可以精确的获得调阻蚀刻过程中工件的减薄量,不仅实现了自动化蚀刻功能,而且由于设备控制精度高、易操作,因此在实现批量化、机械化作业方面具有很大的优势,同时经过精密电化学蚀刻方法处理后的产品,产品敏感栅区域不产生内应力,可大大提高产品阻值稳定性、均匀性、准确性,提高了产品生产效率,降低了人工成本。
[0087] 另外,由于本发明是通过在蚀刻电流阴极回路中串联一个精密采样电阻,对阴极回收电流进行测量,因此,可以有效回避漏电流造成测量误差。而且根据采样电阻的电压来控制压频转换器的振荡频率,从而产生脉冲进行计量的方式,直接和有效地将模拟量(电压)转化成了数字量(脉冲),这种直接数字化的计量方法,相比现有的计量方法,由于涉及到的电学量少,因此极大地减少了误差来源,从而使得计量结果更加稳定和精确,并且可以根据不同的电压采样值得到不同的振荡频率,来得到不同频率的数字脉冲,因此控制更灵活。此外,由于采用了数字化的计量方法,因此部分电路进行了数字化设计,从而大大简化了电路,测量精度也较模拟电路大大提高,其抗干扰能力也有很大地增强。
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