专利名称：一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械零部件加工工艺技术，具体是指一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置，它用于薄金属片的激光加工工艺中。
背景技术：
近年来，随着新兴MEMS器件以及电子半导体工业的不断发展，薄金属器件具有越来越广阔的应用前景，如金属薄膜微细传感器件、集成电路及芯片的制造过程中常使用的金属薄膜制作的精细掩膜等，这些薄膜器件一般属于微小器件，具有面积小、厚度小等特点，而且都要求很高的精确度和光洁的边缘及较高的使用寿命。传统的机械加工方法由于加工精度和表面质量不高，在很多技术领域已无法适用，目前多采用激光加工来满足多种特殊要求的加工技术。
常见的激光加工中，对样品的夹持多采用多孔陶瓷吸盘，通过吸力固定样品的，这种夹持方式对样品表面平整度要求较高，对于薄金属，尤其是微小不平的薄金属的吸附固定效果不佳。加工过程中产生的废屑则通过工作平台附近设有的吹气装置带走。这种除屑方式对于面积较大、物理性质相对稳定的材料具有较高的可行性，然而对于一些微细结构或性质不稳定的材料就没有很好的除屑效果了。更重要的是，样品的上下表面同时作用背压吸力，会使得微小废屑的去除方向不定向，从而影响加工质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于薄金属微细加工的除屑方法，解决微小且不太平整的薄金属样品的可靠夹持以及定向除屑的问题。
本发明的方法基于如附图1所示的装置上实现的。盖装置包括底座1、顶盖2、转接头3、导气管4、螺栓5、压力气源6。其中底座1与顶盖2为同轴两圆柱筒(且相配合)，为了达到良好的固定效果，底座1底面的平面度须达到10μm。顶盖2中间有一锥通孔201，孔径范围可根据所需自定。值得强调，锥通孔的大径在上小径在下，目的是为了方便寻找激光焦点，更重要的是由于下端受力面积小，根据受力面积越小压强越大，显然提高了除屑能力。底座1中央有一个小孔101和顶盖2上的锥孔201同轴，顶盖锥孔201的小径和底座1小孔101同径，深度视情况而定。在底座1侧面有一螺纹孔102，其深度能与中间的小孔101贯通，从而导通压力气源。螺纹孔102连接一个与之相匹配的转接头3，然后依次连接导气管4和压力气源6。
由于气源压力较大，受力面积又较小，为保证加工安全，必须使底座1和顶盖2良好固定，因此底座1上圆周均布4个的螺纹孔103，同时在顶盖2上钻4个相对应的通孔202，用螺栓5固定。采用这样的方式既能将微小薄金属压平，又能保证开启压力气源6时样品不至于飞出。
本发明方法是先将样品7剪裁至合适大小，尽量使其平整地放于底座1小孔101之上，盖上顶盖2，拧上4个螺栓5，依次连接转接头3、导气管4和压力气源6。样品加工时将夹具放于多孔陶瓷吸盘上，打开吸气装置，使夹具固定于加工平台上。根据步骤设置激光加工系统各参数后，打开压力气源6即可对样品进行加工，激光加工过程中产生的切屑被压力气体吹走。
本发明的优点在于装置的结构简单，使用方便，针对不同形状的样品要求，只需要改变通孔形状。该夹具能夹持微小薄金属尤其是微小不平薄金属，且在加工过程中能定向除屑，提高微细加工质量。
附图1为薄金属微细加工的夹持及除屑工具结构示意图。
图中 1——底座； 101——小孔； 102——螺纹孔； 103——安装5的螺纹孔； 2——顶盖； 201——锥通孔； 202——安装5的通孔； 3——转接头； 4——导气管； 5——螺栓； 6——压力气源； 7——样品。
图2(a)铜片上常规加工出的小孔(φ10μm)的照片，(b)利用本装置在铜片上加工出的小孔(φ10μm)的照片，从图中可明显看出，用该夹持和除屑工具辅助加工出的小孔边缘比较光滑，圆度高，残屑积聚少，孔的通透度较高。
具体实施例方式 结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明 实施例是在0.05mm薄铜片上进行微小孔掩膜加工使用的装置。它主要由底座1、顶盖2、转接头3、导气管4、螺栓5、压力气源6等组成，底座1和顶盖2采用不锈钢材料。
薄金属片微细加工成型的应用领域多样，如在微细颗粒的过滤、喷射，器件掩膜制作等方面都起了很大的作用。
本实验用的是355nm PSV-6001型半导体泵浦固态激光器，它的平均功率2.5W，最高频率可达100KHz，激光光斑直径10±2μm可调。
实验采用的0.05mm厚铜片，由于铜的热反射率高，对激光的吸收率很低，因此在激光加工中铜属于难加工材料。
实验过程为将剪裁至合适大小的铜片平放于底座中央(盖住通压力气孔)，盖上顶盖，用螺栓通过螺纹孔将底座和顶盖固定，然后依次连接转接头、导气管和压力气源。将该夹具放在激光器的加工平台(多孔陶瓷吸盘)上，开启吸气装置，调整激光焦距，设定激光参数，频率＝30KHz，10000发单击，接着开启压力为4个大气压的压缩氮气气源，开始加工。
权利要求
1.一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置，它由底座(1)、顶盖(2)、转接头(3)、导气管(4)、螺栓(5)和压力气源(6)组成，其特征在于所述的底座(1)中央有一个小孔(101)，侧面有一与小孔(101)贯通的螺纹孔(102)，螺纹孔(102)连接一个与之相匹配的转接头(3)，转接头(3)后接导气管(4)和压力气源(6)；所述的顶盖(2)上开有与小孔(101)同轴的锥孔(201)，被加工的样品(7)夹放在底座(1)与顶盖(2)之间，底座(1)与顶盖(2)之间通过四个螺栓(5)固定在一起。
2.根据权利要求1所述的一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置，其特征在于所述的底座(1)底面的平面度达到10μm。
3.根据权利要求1所述的一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置，其特征在于所述的压力气源(6)是压力为四个大气压的压缩氮气。
4.根据权利要求1所述的一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置，其特征在于所述的底座(1)和顶盖(2)采用不锈钢材料。
全文摘要
本发明公开了一种去除薄金属片在微细加工中产生的切屑的装置，它解决了对微小且不太平整的薄金属样品的可靠夹持和定向除屑的问题。本发明的装置主要由底座、顶盖、转接头、导气管、螺栓、压力气源等组成。将样品平整地放于底座小孔之上，盖上顶盖，拧上螺栓，依次连接转接头、导气管和压力气源。加工时将夹具放于激光器工作平台上，调整激光焦距和工艺参数后，打开压力气源。本发明的优点在于结构简单，使用方便，针对不同形状的样品要求，只需要改变通孔形状。该夹具能夹持微小薄金属尤其是微小不平薄金属，且在加工过程中能定向除屑，提高微细加工质量。
文档编号B23K26/16GK101612693SQ20091005533
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者君 俞, 朱三根, 王小坤, 曾智江 申请人:中国科学院上海技术物理研究所