專利名稱：復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具的制作方法
LIGA(德語Lithographie、Galvanoformung和Abformungd的縮寫)技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的三維微結(jié)構(gòu)立體加工技術(shù)，它包括深層X射線光刻、微電鑄和微復(fù)制等三個(gè)基本工藝過程，首先通過深層X射線光刻制備PMMA微結(jié)構(gòu)，然后在PMMA微結(jié)構(gòu)中電鑄填充金屬鎳并加厚以形成模具，如果需要，可以用上述金屬模具通過模壓或壓鑄批量復(fù)制塑料微結(jié)構(gòu)。由于LIGA技術(shù)制備的微結(jié)構(gòu)側(cè)壁平滑陡峭、線條精細(xì)且具有極大的深寬比，可以加工厚度達(dá)2毫米的PMMA結(jié)構(gòu)，是其它高深寬比微加工工藝所難以企及的，因而廣受重視，發(fā)展迅速。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使微電鑄模具具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以適應(yīng)壓鑄或模壓的要求，通常要將模具的支撐基座電鍍加厚到5mm以上，然后再通過精密機(jī)械加工成特定的形狀，與壓鑄機(jī)或模壓機(jī)匹配。上述基座電鍍加厚過程與PMMA結(jié)構(gòu)填充微電鑄工序必須連續(xù)進(jìn)行，使微電鑄工序變得十分冗長(zhǎng)，一般要連續(xù)進(jìn)行2～3星期不間斷電鑄，嚴(yán)重制約了加工效率(Fabrication ofLIGA mold inserts，W.Bacher et al，Microsystem Technilogies 4(1998)，117～119)。同時(shí)過厚的電鑄鎳結(jié)構(gòu)極易引入應(yīng)力形變，導(dǎo)致電鑄模具整體結(jié)構(gòu)走形失效。
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，設(shè)計(jì)提供一種復(fù)合式結(jié)構(gòu)的微復(fù)制模具，使微電鑄的模具支撐層厚度達(dá)到約1mm便可以正常使用，可以大幅度縮短微電鑄工序的加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具包括兩部分，其一是微電鑄形成的鎳結(jié)構(gòu)件，另一部分是機(jī)械加工的金屬基座，兩部分通過高溫焊錫焊接、共晶健合或激光焊接而精確結(jié)合成一體，形成一個(gè)完整的模具。


圖1為本發(fā)明復(fù)合模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示，復(fù)合模具由微電鑄制作結(jié)構(gòu)件1和機(jī)械加工的金屬基座2兩部分組成，其中，微電鑄結(jié)構(gòu)件1由電鑄復(fù)制的深度光刻微結(jié)構(gòu)和電鑄形成的較薄支撐層構(gòu)成，支撐層是在深度光刻微結(jié)構(gòu)電鑄完全充滿之后繼續(xù)加厚形成的連續(xù)鎳金屬薄膜?；?采用與電鑄鎳熱膨脹系數(shù)相近的黃銅、鎳或紫銅的金屬材料，用精密機(jī)械加工方法制作。選擇合適的材料加工上述基座可以使電鑄件與基座具有十分接近的熱膨脹系數(shù)，從而避免模具使用中頻繁冷熱循環(huán)所造成的熱失配。
復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓鑄模具上下兩部分可以通過高溫焊錫熔融健合，也可以通過金過渡層實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓簿Ы『希蛘咄ㄟ^激光點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)上下結(jié)合。
高溫焊錫或純錫健合可以保證在180℃以下正常使用，大多數(shù)聚合物的模壓均可以在該溫度以下進(jìn)行，需要更高溫度時(shí)要采用其它健合方法。一般地講，多數(shù)共晶健合組合均可以用于實(shí)現(xiàn)上述兩部分的結(jié)合，如Au/Cu組合，Au/Ni組合等。
如果需要，可以在健合后通過特定部位激光點(diǎn)焊進(jìn)一步增強(qiáng)兩部分之間的結(jié)合強(qiáng)度，選擇合適的激光焊接部位，不會(huì)對(duì)微結(jié)構(gòu)復(fù)制效果產(chǎn)生影響。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
微電鑄鎳結(jié)構(gòu)件支撐層厚度1mm，其上微結(jié)構(gòu)深度200μm。基座采用黃銅，經(jīng)機(jī)械加工制作成模壓機(jī)要求的尺寸，厚度6mm。兩部分以純錫精密健合，可以滿足模壓機(jī)的使用要求，在工作溫度180℃以下，能夠適應(yīng)諸如PMMA、PP、PE等塑料微結(jié)構(gòu)的精確復(fù)制。
本發(fā)明提供的復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具，使微電鑄的微結(jié)構(gòu)支撐層厚度大幅度減少到約1mm便可以正常使用，大大縮短了微電鑄工序的加工時(shí)間，有效提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)可以減輕厚結(jié)構(gòu)電鑄件內(nèi)應(yīng)力所造成的不利影響。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具，其特征在于由微電鑄結(jié)構(gòu)件(1)和金屬基座(2)兩部分組成。
2.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具的制備方法，其特征在于微電鑄結(jié)構(gòu)件(1)的電鑄支撐層厚度僅需1mm，基座(2)采用黃銅、鎳或紫銅，用精密機(jī)械加工方法制作，微電鑄結(jié)構(gòu)件(1)和基座(2)兩部分通過高溫焊錫或純錫熔融健合，也可以通過金過渡層實(shí)現(xiàn)共晶健合，或者通過激光點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)上下結(jié)合。
3.一種如權(quán)利要求2所說的復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具的制備方法，其特征在于在微電鑄結(jié)構(gòu)件(1)與金屬基座(2)健合后再通過激光點(diǎn)焊以增加結(jié)合強(qiáng)度。
全文摘要
一種復(fù)合結(jié)構(gòu)微復(fù)制模具,由微電鑄結(jié)構(gòu)件和金屬基座兩部分組成,微電鑄結(jié)構(gòu)件包括鎳微結(jié)構(gòu)及支撐層,基座采用黃銅、鎳或紫銅等熱膨脹系數(shù)與電鑄鎳相近的金屬材料經(jīng)精密機(jī)械加工而成,兩部分通過高溫焊錫或純錫熔融健合,或通過金屬過渡層實(shí)現(xiàn)共晶健合,或通過激光點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)上下結(jié)合。本發(fā)明的微電鑄結(jié)構(gòu)件支撐層厚度只需約1mm便可正常使用,大大縮短微電鑄工序的加工時(shí)間,有效提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C25D1/00GK1269431SQ0011538
公開日2000年10月11日 申請(qǐng)日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月13日
發(fā)明者丁桂甫, 趙小林 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)