本發(fā)明涉及微納米測(cè)量設(shè)備所需彈性簧片的制作領(lǐng)域，特別是涉及到微納米測(cè)量探頭彈性簧片的制作領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在微納測(cè)量領(lǐng)域，有許多微小量需要測(cè)量，如微尺寸、微位移、微振動(dòng)、微應(yīng)變等。而彈性簧片是微小量測(cè)量?jī)x的關(guān)鍵零件，常被用來(lái)感測(cè)信號(hào)進(jìn)行傳遞、轉(zhuǎn)換、放大等。彈性簧片的精度(如尺寸精確度、邊緣整齊度、表面平整度等)和靈敏度直接影響微小量測(cè)量?jī)x的精度、靈敏度、分辨率的指標(biāo)。如微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探頭由彈性機(jī)構(gòu)和三維傳感器兩部分組成，彈性機(jī)構(gòu)由測(cè)球、測(cè)桿、懸浮片、平面反射鏡、彈性簧片組成，在測(cè)量的時(shí)候，測(cè)球在三維方向上的位移通過(guò)彈性簧片的變形轉(zhuǎn)換成平面反射鏡的位移或轉(zhuǎn)角變化，再通過(guò)三維傳感器感測(cè)反射鏡的角度和位移變化，最后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理得出最終測(cè)量結(jié)果。為了滿足微小量的測(cè)量要求，彈性簧片要滿足以下要求：第一，在加工過(guò)程中不能受力發(fā)生變形；第二，不能承受高溫產(chǎn)生熱應(yīng)力；第三，簧片邊緣要整齊，簧片表面要平整；第四，簧片要小要輕??；第五，制作工藝盡可能簡(jiǎn)單；第六，能夠加工復(fù)雜圖案的彈性簧片。目前加工微小元器件常用的加工方式有線切割加工、MEMS制造工藝、光刻技術(shù)等，這些加工方式都存在一定不足。線切割加工存在以下不足：1、線切割加工在加工很薄的工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，影響加工精度；2、加工過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，影響尺寸精度；3、加工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生高溫，影響彈性簧片性能；4、加工成本高，不易加工復(fù)雜圖案等。MEMS制造工藝起源于半導(dǎo)體和微電子工藝，是以光刻、外延、薄膜淀積、氧化、擴(kuò)散、注入、濺射、蒸鍍、刻蝕、劃片和封裝等為基本工藝步驟來(lái)制造復(fù)雜三維形體的微加工技術(shù)。MEMS制造工藝存在以下不足：1、加工成本高；2、加工效率低下；3、工藝復(fù)雜不易操作。光刻技術(shù)是加工制造集成電路圖形結(jié)構(gòu)以及微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝之一。光刻工藝就是利用光敏的抗蝕涂層發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合腐蝕方法在各種薄膜或硅上制備出合乎要求的圖形，以實(shí)現(xiàn)制作各種電路元件、選擇摻雜、形成金屬電極和布線或表面鈍化的目的。光刻技術(shù)存在以下不足：1、設(shè)備昂貴，成本高；2、工藝復(fù)雜不易操作；3、刻蝕效率低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提出一種新的微納米測(cè)量設(shè)備用高精度高靈敏彈性簧片的制作方法，旨在克服現(xiàn)有加工方式中的不足，提高彈性簧片的加工質(zhì)量。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明微納米測(cè)量設(shè)備用高精度高靈敏彈性簧片的制作方法，包括以下步驟：(1)設(shè)計(jì)圖案：根據(jù)需要設(shè)計(jì)彈性機(jī)構(gòu)圖案；(2)菲林片打印：用菲林打印機(jī)將彈性機(jī)構(gòu)圖案打印到菲林片上，設(shè)置彈性機(jī)構(gòu)圖案部分為負(fù)色；(3)鈹銅片表面處理：根據(jù)彈性機(jī)構(gòu)圖案大小裁剪鈹銅片，然后用水磨砂紙打磨裁剪后鈹銅片的兩面，并在打磨后擦拭掉表面的粉末；再將打磨后鈹銅片放入表面打磨液中浸泡，取出后用清水沖洗并擦干；(4)貼覆感光膜：撕掉感光膜一面的保護(hù)膜，將感光膜均勻的貼于鈹銅片的正反兩面，過(guò)程中避免產(chǎn)生氣泡；(5)加固感光膜：將貼有感光膜的鈹銅片放到電熨斗或其他加熱設(shè)備上加熱，使感光膜牢固的貼于鈹銅片上；(6)曝光：將打印好的菲林片放于鈹銅片的正面，并使菲林片上打印有彈性機(jī)構(gòu)圖案的一面與感光膜緊密接觸，然后用玻璃板將鈹銅片和菲林片夾緊；將鈹銅片正面朝上，用紫外燈照射進(jìn)行曝光，然后去掉菲林片，再用紫外燈照射鈹銅片的反面以實(shí)現(xiàn)曝光；(7)顯影：撕掉感光膜外面的保護(hù)膜，將曝光后的鈹銅片放入稀釋后顯影劑中浸泡，并用毛刷輕刷鈹銅片的正面，以刷去未曝光部分的感光膜，完成后用清水沖洗并擦干；(8)腐蝕：將顯影后鈹銅片放入稀釋后蝕刻劑中進(jìn)行刻蝕，直至將鈹銅片表面未曝光部分刻蝕完全；(9)脫膜：將腐蝕后鈹銅片放入脫膜劑中，待表面感光膜脫去后取出，用清水沖洗干凈，即完成彈性簧片的制作。菲林片必須用專業(yè)的菲林打印機(jī)打印，打印精度必須達(dá)到或者高于600*600DPI，如果沒有的專門的菲林打印機(jī)可以用噴墨打印機(jī)完成，激光打印機(jī)打印的效果比較差，一般不予采用。感光膜共有兩層保護(hù)膜，感光部分為夾在兩層保護(hù)膜中間的部分，步驟(4)中撕掉一層保護(hù)膜，另一層于步驟(7)中撕掉。步驟(6)中要對(duì)薄片的兩面進(jìn)行曝光，一面曝光的時(shí)候需要放置菲林片，另一面則不需要放置。曝光后能看到放置菲林片的一面出現(xiàn)圖案，沒放置菲林片的一面全部變成深藍(lán)色。在步驟(7)顯影完成前，貼好感光膜的薄片要置于黑暗避光的環(huán)境中，防止提前曝光，影響最后的加工質(zhì)量。在步驟(8)的整個(gè)腐蝕過(guò)程中，蝕刻劑溫度高于室溫。步驟(7)所述稀釋后顯影劑是由顯影劑和水按照1:100的質(zhì)量比配得。步驟(8)所述稀釋后蝕刻劑是由蝕刻劑和水按照1:4的質(zhì)量比配得。步驟(9)所用稀釋后脫膜劑是由脫膜劑和水按照1:50的質(zhì)量比配得，在配置時(shí)溫度保持在60℃，且配置好的脫膜劑存放于塑料容器中。顯影劑、蝕刻劑和脫模劑稀釋后使用，是為適當(dāng)減緩反應(yīng)速度，從而提高產(chǎn)品精度。各稀釋比例是對(duì)多種市售顯影劑、蝕刻劑和脫模劑進(jìn)行稀釋試驗(yàn)后，找到的最優(yōu)比例。本發(fā)明的制作方法與現(xiàn)有的線切割加工方法相比，具有如下有益效果：(1)降低了成本：本發(fā)明中使用的化學(xué)藥品和需要的設(shè)備都容易購(gòu)買并且價(jià)格便宜，利用化學(xué)腐蝕的方法有效的降低了加工的成本。(2)方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)：該方法在實(shí)際應(yīng)用中易于操作，不需要很強(qiáng)的專業(yè)技能就能夠獨(dú)立完成整個(gè)制作過(guò)程。(3)易于加工復(fù)雜圖案：線切割加工不易加工復(fù)雜圖案的簧片，而利用腐蝕加工的方法有效的解決了這個(gè)問(wèn)題。(4)成品質(zhì)量較好：簧片在加工過(guò)程中不受力，不承受高溫，不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，加工出來(lái)的簧片邊緣更加光滑，圓度、直線度等參數(shù)都優(yōu)于線切割加工做出的簧片。本發(fā)明的制作方法與現(xiàn)有的MEMS制造工藝、光刻技術(shù)相比，具有如下有益效果：(1)成本更低：MEMS制造工藝和光刻技術(shù)所需設(shè)備價(jià)格較高，提高了加工成本。(2)效率更高：對(duì)比MEMS制造工藝和光刻技術(shù)，本發(fā)明的方法效率更高。(3)工藝更簡(jiǎn)單，易于操作：本發(fā)明的方法制作過(guò)程簡(jiǎn)單，相較于MEMS工藝和光刻技術(shù)更易于操作。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明彈性簧片制作方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中彈性機(jī)構(gòu)的圖案；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制作出的彈性簧片的照片。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，并通過(guò)與對(duì)比例的對(duì)比來(lái)說(shuō)明本發(fā)明具有的有益效果。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例按照以下步驟加工微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸式探頭用0.1mm厚度鈹銅合金高靈敏彈性簧片。(1)設(shè)計(jì)圖案：根據(jù)需要設(shè)計(jì)彈性機(jī)構(gòu)圖案，彈性機(jī)構(gòu)的圖案如圖2所示。(2)菲林片打?。河梅屏执蛴C(jī)將彈性機(jī)構(gòu)圖案打印到菲林片上，設(shè)置彈性機(jī)構(gòu)圖案部分為負(fù)色；(3)鈹銅片表面處理：根據(jù)彈性機(jī)構(gòu)圖案大小裁剪鈹銅片，然后用水磨砂紙打磨裁剪后鈹銅片的兩面，并在打磨后擦拭掉表面的粉末；再將打磨后鈹銅片放入SanNy3111銅片表面打磨液中浸泡30秒，取出后用清水沖洗并擦干；(4)貼覆感光膜：撕掉感光膜一面的保護(hù)膜，將感光膜均勻的貼于鈹銅片的正反兩面，過(guò)程中避免產(chǎn)生氣泡；(5)加固感光膜：將貼有感光膜的鈹銅片放到加熱設(shè)備上加熱，使感光膜牢固的貼于鈹銅片上；(6)曝光：將打印好的菲林片放于鈹銅片的正面，并使菲林片上打印有彈性機(jī)構(gòu)圖案的一面與感光膜緊密接觸，然后用玻璃板將鈹銅片和菲林片夾緊；將鈹銅片正面朝上，用紫外燈照射2分30秒進(jìn)行曝光，然后去掉菲林片，再用紫外燈照射鈹銅片的反面2分30秒以實(shí)現(xiàn)曝光；曝光后能看到放置菲林片的一面出現(xiàn)圖案，沒放置菲林片的一面全部變成深藍(lán)色。(7)顯影：將顯影劑和水按照1:100的質(zhì)量比配置好，撕掉感光膜外面的保護(hù)膜，將曝光后的鈹銅片放入稀釋后顯影劑中浸泡，并用毛刷輕刷鈹銅片的正面，以刷去未曝光部分的感光膜，完成后用清水沖洗并擦干；(8)腐蝕：將蝕刻劑與水按照質(zhì)量比1:4配置好，將顯影后鈹銅片放入稀釋后蝕刻劑中進(jìn)行刻蝕，直至將鈹銅片表面未曝光部分刻蝕完全；(9)脫膜：將脫膜劑與水按照質(zhì)量比1:50配置好，將腐蝕后鈹銅片放入稀釋后脫膜劑中，待表面感光膜脫去后取出，用清水沖洗干凈，即完成彈性簧片的制作，采用該方法制作出的簧片如圖3所示。采用線切割方法加工相同材質(zhì)、相同厚度、相同圖案的高靈敏彈性簧片以進(jìn)行對(duì)比。針對(duì)直線度、圓形孔圓度、加工邊緣的平均偏移量(可以代表邊緣的光滑程度)三個(gè)特征量，在通過(guò)本發(fā)明的腐蝕加工做出的簧片與線切割做出的簧片中每個(gè)特征各隨機(jī)取出十個(gè)，通過(guò)MUMA影像測(cè)量?jī)x(測(cè)量精度：(3+L/200)μm)進(jìn)行觀察，得出的數(shù)據(jù)如表1～表3所示。表1：圓度參數(shù)對(duì)比12345678910平均腐蝕加工(μm)38.551.256.468.1149.168.158.961.970.948.667.2線切割加工(μm)118.265.1109.177.6180.765.776.9101.3111.977.5101.4表2：直線度參數(shù)對(duì)比表3：平均偏移量參數(shù)對(duì)比12345678910平均腐蝕加工(μm)5.26.46.95.35.411.96.69.46.27.57.1線切割加工(μm)17.815.319.723.220.926.718.720.524.222.620.9通過(guò)表中的數(shù)據(jù)可知：1、通過(guò)本發(fā)明的腐蝕加工方法做出的彈性簧片圓形孔的圓度更好，腐蝕方法做出的彈性簧片圓度平均值達(dá)到了67.2μm，優(yōu)于線切割加工彈性簧片的圓度平均值101.4μm；2、通過(guò)本發(fā)明的腐蝕加工方法做出的彈性簧片直線部分的直線度更好，腐蝕方法做出的彈性簧片直線度平均值達(dá)到了34.8μm，優(yōu)于線切割加工彈性簧片的直線度平均值120.1μm；3、通過(guò)本發(fā)明的腐蝕加工方法做出的彈性簧片邊緣更加平整，腐蝕方法做出的彈性簧片的平均偏移量達(dá)到了7.1μm，優(yōu)于線切割加工彈性簧片的平均偏移量20.9μm。總之，腐蝕加工方法做出的彈性簧片工藝參數(shù)是要優(yōu)于線切割加工做出的彈性簧片，所以采用腐蝕加工的方法加工高精度高靈敏彈性簧片是更好的選擇。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3