电极群火花辅助化学刻蚀加工方法及装置

本发明涉及精密加工，尤其涉及一种电极群火花辅助化学刻蚀加工方法及装置。

背景技术：

1、sic(碳化硅)具有优良的热稳定性、较高的绝缘破坏强度和高热导率，可应用于高功率高温的工作环境，有望被广泛应用于电力电子、新一代通信网络、光电转化、新能源汽车、国防军工等领域。sic表面纳米多孔结构将第三代半导体材料与纳米材料有机结合，是一种重要的先进功能型材料。由于sic原子间距离短且结合能高，这种极高的物理化学稳定性使sic纳米多孔结构的加工非常困难。以sic表面纳米多孔结构为代表的第三代半导体功能型器件已进入应用增长期，对关键核心技术sic刻蚀的要求不断高涨，刻蚀工艺如何满足绿色高效可持续量产化一直是产业界的难题。目前，sic表面纳米多孔结构的制备方法主要包括高能束加工、干法刻蚀和湿法刻蚀等，虽然能实现sic表面纳米多孔结构刻蚀，但是无法兼具高效率、低成本、绿色环保刻蚀，很大程度上限制了第三代半导体sic表面纳米多孔结构器件的产业化应用普及。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，可实现sic工件表面多孔结构的高效率加工。本发明还提出一种应用该电极群火花辅助化学刻蚀加工装置的加工方法。

2、本发明的第一方面实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，包括反应槽、工件夹具、掩模板、电极群、固定件和辅助电极，其中：

3、反应槽具有用于容置电解液的容置腔；

4、工件夹具设于所述容置腔内，用于固定待加工的工件；

5、掩模板与所述工件夹具连接，用于覆盖在工件待加工的表面，所述掩模板上形成有用于露出工件的局部表面的镂空结构；

6、电极群包括多个间隔排列设置的工具电极；

7、固定件设于所述容置腔内，用于固定所述工具电极；

8、辅助电极设于所述容置腔内，用于与所述工具电极形成电场；

9、所述电极群配置为，在加工状态下，所述工具电极排列于所述掩模板背离工件的一侧，所述固定件受驱能够沿所述工具电极的排列方向移动，以使所述工具电极经过所述镂空结构。

10、本发明实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置至少具有如下有益效果：应用时，将待加工的sic工件和掩模板通过固定件固定在容置腔内，将掩模板覆盖在工件表面，向容置腔内加入电解液，工件表面局部被掩模板覆盖，局部通过镂空结构暴露在电解液中，电极群和辅助电极接入电源形成电场达到化学刻蚀的加工条件，将电极群置于掩模板背离工件的一侧，工具电极沿掩模板的延伸方向排列，使电极群沿工具电极的排列方向移动，以使工具电极在镂空结构表面平扫，多个工具电极同时平扫提升了扫描效率，工具电极经过镂空结构处诱导火花放电等离子体，火花放电等离子体产生的热量通过掩模板的镂空区域高效传导到工件暴露位置的表面，实现热促进化学刻蚀，在工件表面暴露位置加工形成多孔结构，能有效提升加工效率，加工形成的多孔结构的形状/图案由镂空结构确定，实现工件表面的选择性刻蚀加工。

11、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，所述固定件包括两个相对设置的安装板，各所述安装板相互朝向的一侧分别形成有多个位置对应的定位槽，两个所述安装板可拆卸式连接，所述工具电极夹设在所述定位槽内。

12、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，所述定位槽的内壁包括定位端面，用于抵接所述工具电极的端部；和/或，所述工具电极为圆棒状结构，所述定位槽的内壁包括两个法向相交的导向斜面，两个位置对应的所述定位槽中，各所述导向斜面用于抵接所述工具电极的外周面，用于使所述工具电极对中。

13、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，所述工具电极的排列长度小于所述掩模板上镂空结构的分布长度。

14、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，所述反应槽包括合围形成所述容置腔的底壁和侧壁，所述辅助电极固定在所述侧壁的内壁。

15、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，所述工具电极的直径为0.1mm至1mm；和/或，所述掩模板的厚度为0.1mm至1mm。

16、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，还包括电源，所述辅助电极电连接于所述电源的正极，所述工具电极电连接于所述电源的负极。

17、本发明的第二方面实施例的一种应用上述实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置的电极群火花辅助化学刻蚀加工方法，包括：将掩模板覆盖于工件待加工的表面，使电极群置于所述掩模板的一侧且工具电极沿掩模板的表面排列，工具电极和辅助电极连接电源形成电场，在电解液中，驱动固定件沿所述工具电极的排列方向移动以使所述工具电极在所述镂空结构表面平扫，通过工具电极在镂空结构处诱导火花放电等离子体，在工件表面对应所述镂空结构的位置形成局部火花辅助化学刻蚀，刻蚀完成后工件表面形成与所述镂空结构对应的多孔结构。

18、本发明实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置至少具有如下有益效果：电极群和辅助电极接入电源，形成电场在电解液中达到化学刻蚀的加工条件，利用电极群的各工具电极沿着掩模板平扫，在镂空结构处诱导火花放电等离子体，实现火花辅助化学刻蚀加工，从而在工件表面暴露位置加工形成多孔结构，具有加工便捷性好、加工效率高的优点，基于化学刻蚀的方式加工实现高质量的加工表面。

19、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工方法，使用电源输出脉冲波形，在脉冲阶段进行加工，在脉间阶段进行电解液更新。

20、根据本发明一些实施例的电极群火花辅助化学刻蚀加工方法，在所述脉冲波形中设置斜坡过渡阶段和稳定放电阶段。

21、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，所述固定件包括两个相对设置的安装板，各所述安装板相互朝向的一侧分别形成有多个位置对应的定位槽，两个所述安装板可拆卸式连接，所述工具电极夹设在所述定位槽内。

3.根据权利要求2所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，所述定位槽的内壁包括定位端面，用于抵接所述工具电极的端部；

4.根据权利要求1所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，所述工具电极的排列长度小于所述掩模板上镂空结构的分布长度。

5.根据权利要求1所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，所述反应槽包括合围形成所述容置腔的底壁和侧壁，所述辅助电极固定在所述侧壁的内壁。

6.根据权利要求1所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，所述工具电极的直径为0.1mm至1mm；和/或，所述掩模板的厚度为0.1mm至1mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置，其特征在于，还包括电源，所述辅助电极电连接于所述电源的正极，所述工具电极电连接于所述电源的负极。

8.一种应用权利要求1至7中任一项所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工装置的电极群火花辅助化学刻蚀加工方法，其特征在于，将掩模板覆盖于工件待加工的表面，使电极群置于所述掩模板的一侧且工具电极沿掩模板的表面排列，工具电极和辅助电极连接电源形成电场，在电解液中，驱动固定件沿所述工具电极的排列方向移动以使所述工具电极在所述镂空结构表面平扫，通过工具电极在镂空结构处诱导火花放电等离子体，在工件表面对应所述镂空结构的位置形成局部火花辅助化学刻蚀，刻蚀完成后工件表面形成与所述镂空结构对应的多孔结构。

9.根据权利要求8所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工方法，其特征在于，使用电源输出脉冲波形，在脉冲阶段进行加工，在脉间阶段进行电解液更新。

10.根据权利要求9所述的电极群火花辅助化学刻蚀加工方法，在所述脉冲波形中设置斜坡过渡阶段和稳定放电阶段。

技术总结本发明涉及精密加工技术领域，提供了一种电极群火花辅助化学刻蚀加工方法及装置，包括反应槽、工件夹具、掩模板、电极群、固定件和辅助电极，电极群包括多个间隔排列设置的工具电极，应用时，将待加工的SiC工件和掩模板通过固定件固定在容置腔内，工件表面局部通过镂空结构暴露在电解液中，将电极群置于掩模板背离工件的一侧，使工具电极在镂空结构表面平扫，缩短了扫描路径，提升了扫描效率，工具电极经过镂空结构处诱导火花放电等离子体，火花放电等离子体产生的热量通过掩模板的镂空区域高效传导到工件暴露位置的表面，实现热促进化学刻蚀，在工件表面暴露位置加工形成多孔结构，能有效提升加工效率。具有加工便捷性好、加工效率高的优点。技术研发人员：詹顺达,刘明俊,肖海兵,魏志丽,唐文名,张科受保护的技术使用者：深圳信息职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/8/5