Fotokjemisk bearbeiding - Photochemical machining

Fotokjemisk etsning (midt), sammenlignet med reaktiv ionetsing (nederst)

Fotokjemisk bearbeiding ( PCM ), også kjent som fotokjemisk fresing eller fotoetsing, er en kjemisk freseprosess som brukes til å fremstille metallkomponenter ved bruk av fotoresist og etsemidler for korrosivt å bearbeide utvalgte områder. Denne prosessen dukket opp på 1960-tallet som et utløp for kretskortindustrien. Fotoetsing kan produsere svært komplekse deler med veldig fine detaljer nøyaktig og økonomisk.

Denne prosessen kan tilby økonomiske alternativer til stempling , stansing , laser- eller vannstråleskæring eller elektrisk utladningsbearbeiding (EDM) for presisjonsdeler i tynn gauge. Verktøyet er billig og raskt produsert. Dette gjør prosessen nyttig for prototyping og muliggjør enkle endringer i masseproduksjon . Den opprettholder dimensjonale toleranser og skaper ikke grater eller skarpe kanter. Det kan ta del i timer etter mottatt tegning.

PCM kan brukes på praktisk talt ethvert kommersielt tilgjengelig metall eller legering, uansett hardhet. Det er begrenset til materialer med en tykkelse på 0,0005 til 0,080 tommer (0,013 til 2,032 mm). Metaller inkluderer aluminium , messing , kobber , inconel , mangan , nikkel , sølv , stål , rustfritt stål , sink og titan .

Fotokjemisk bearbeiding er en form for fotogravering , og en lignende prosess i mikrofabrikasjon kalles fotolitografi .

Prosess

Prosessen starter med å trykke formen på delen på optisk klar og dimensjonalt stabil fotografisk film . " Fotoværet " består av to ark av denne filmen som viser negative bilder av delene (noe som betyr at området som blir delene er klart og at alle områdene som skal etses er svarte). De to arkene er optisk og mekanisk registrert for å danne topp- og bunnhalvdelene av verktøyet.

Metallarkene blir kuttet i størrelse, renset og deretter laminert på begge sider med en UV-sensitiv fotoresist . Det belagte metallet plasseres mellom de to arkene i fotoværet og et vakuum trekkes for å sikre intim kontakt mellom fotoværet og metallplaten. Platen blir deretter eksponert i UV-lys som gjør det mulig å herde motstandsområdene som er i de klare delene av filmen. Etter eksponering blir platen "utviklet", vasker bort den ueksponerte motstanden og lar områdene etses ubeskyttet.

Etselinjen er en maskin med flere kammer som har drivhjulstransportører for å bevege platene og matriser av sprøytedyser over og under platene. Etsemidlet er typisk en vandig løsning av syre, ofte jernklorid , som oppvarmes og ledes under trykk til begge sider av platen. Etsemidlet reagerer med det ubeskyttede metallet som i det vesentlige tærer på det ganske raskt. Etter nøytralisering og skylling fjernes den gjenværende resisten, og delearket rengjøres og tørkes.

applikasjoner

Tynne deler (under 1,3 mm) deler i et bredt spekter av legeringer er kandidater til fotoetsing.

Industrielle anvendelser omfatter fint skjermer og maskene, åpninger og masker, vil batterigitter, brenselcellekomponenter, sensorer , fjærer , trykk- membraner , varmeavledere , fleksible varmeelementer , RF og mikrobølge kretser og komponenter, halvleder leadframes, motor og transformatorlamineringer av metall pakninger og tetninger , skjold og holdere, elektriske kontakter, kodere og lette hakkere, EMI / RFI skjold, smykker og skiver .

Økonomi

Fotoverktøy er raskt og billig å produsere. De fleste fotoverktøy koster mindre enn $ 350 og kan produseres på to dager eller mindre. I motsetning til "harde" verktøy, som for eksempel stempling og stansing av matriser , blir fotoverktøy bare utsatt for lys og lider derfor ikke. På grunn av kostnadene ved hardverktøy for stempling og finblankering kreves et betydelig volum for å rettferdiggjøre utgiften. Noen deler, for eksempel blyrammer til halvledere, er så komplekse og skjøre at de til tross for volum i millioner av stykker bare kan produseres ved fotoetsing.

I PCM er arbeidsenheten arket. Derfor er det mest økonomisk å planlegge størst mulig arkstørrelse i samsvar med størrelsen og dimensjonale toleranser for delen. Jo flere deler per ark, jo lavere er enhetskostnaden per del.

Materialtykkelse påvirker kostnadene som en funksjon av lengden på etsingen. De fleste legeringer etser med hastigheter mellom 0,013–0,025 mm (0,0005–0,001 mm) dybde per minutt per side.

Generelt vil stål, kobber eller aluminium arbeidsstykker med en tykkelse på opp til 0,020 tommer (0,51 mm), delkostnadene tilnærmet 0,15–0,20 dollar per kvadratmeter. Etter hvert som geometrien til delen blir mer kompleks, får fotokjemisk bearbeiding større økonomiske fordeler over sekvensielle prosesser som CNC-stansing, laser- eller vannstrålekutting og elektrisk utladningsbearbeiding.

Referanser

Bibliografi

• Degarmo, E. Paul; Black, J T .; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9. utg.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.