玻璃基板微孔钻孔——综述
引用
Hof, L. A., & Ziki, J. A. (2017). 玻璃基板上微孔钻孔——综述。Micromachines, 8(2), 53. https://doi.org/10.3390/mi8020053
关键词
- 微钻孔技术
- 玻璃
- 微器件
- 微流体
- 微机电系统 (MEMS)
简介
本文综述了玻璃基板上现有和新兴的微孔钻孔技术。
摘要
这篇来自《Micromachines》杂志的文章综述了在玻璃上钻孔的不同方法。玻璃是一种用于制造微器件的有用材料，因为它对射频透明，并且具有良好的光学、机械和化学特性。然而，玻璃易碎且难以加工，这使得在玻璃上钻出光滑、高纵横比的通孔 (TGV) 成为一项挑战。
- 这篇综述文章总结并比较了现有和新兴的玻璃微孔钻孔技术，并将它们分为四类：
1、机械方法：这些方法通常价格实惠，但会导致表面粗糙。它们包括：
机械钻孔：使用旋转工具去除材料，通常采用啄钻运动来清除碎屑。机械钻孔经济高效，适用于快速成型，但可能会导致裂纹。
2、粉末喷砂：使用高速磨料颗粒流去除材料。粉末喷砂速度快，不会产生毛刺、微裂纹或热影响区 (HAZ)。然而，它会导致表面粗糙。
3、超声波钻孔：使用振动工具和磨料浆来侵蚀材料。它可以加工出高深宽比且孔壁平直的小孔，但速度慢、刀具磨损大，并且可能导致崩边和裂纹。
- 热加工方法：这些技术可以快速实现高深宽比，但也可能导致表面质量不佳。热加工方法包括：
1、激光加工：使用激光烧蚀材料。激光加工灵活且产量高，但可能会产生热影响区 (HAZ) 和重铸碎片，使键合变得困难。不同类型的激光器和技术，例如二氧化碳激光器、准分子激光器、液体辅助激光器、PDMS 掩模激光器和超短脉冲激光器，各有优缺点。
- 化学加工方法：这些方法使用蚀刻剂溶解玻璃。虽然它们可以获得良好的表面质量，但速度慢，可能需要多个步骤和专用设备。示例包括：
1、湿法蚀刻：将工件浸入化学蚀刻剂中，通常是氢氟酸 (HF)。这种各向同性的工艺可以形成圆润的侧壁，并能产生表面光滑的小特征，但其深宽比较低，容易出现针孔和缺口缺陷。
2、深反应离子刻蚀 (DRIE)：利用等离子体产生离子，对玻璃进行化学和物理蚀刻。虽然 DRIE 能够实现高深宽比和光滑表面，但其蚀刻速度较慢，并且需要特定的掩模。
- 混合方法：这些方法结合了两种或多种技术来提高性能或克服局限性。此类方法包括：
1、辅助混合微加工：涉及使用另一种形式的能量来修改或增强主要加工工艺。此类技术包括振动辅助微加工、激光辅助微切割、激光诱导等离子微加工 (LIPMM)、水辅助微加工、化学辅助微加工、化学辅助超声波加工 (CUSM)、电流变 (ER) 流体辅助超声波加工、辅助电极电火花加工 (EDM) 和热压印。
2、组合混合微加工：涉及多种加工机制的同时作用。例如，火花辅助化学雕刻 (SACE) 是一种利用碱性溶液中的放电去除材料的加工方法。SACE 可以加工出高深宽比且表面相对光滑的工件，但其加工速度较慢，且碎屑冲洗能力有限。
本文总结道，微孔钻孔技术的选择取决于具体应用需求，需要在深宽比、表面质量、速度和成本之间进行权衡。混合方法尤其能够通过结合不同技术的优势，为实现预期效果提供一条充满希望的途径。
来源：https://www.mdpi.com/2072-666X/8/2/53