一種新型樹脂碼盤生產(chǎn)工藝制造技術(shù)

一種新的樹脂碼盤生產(chǎn)工藝流程，不同于傳統(tǒng)的樹脂碼盤生產(chǎn)方法，本專利使用激光直寫工藝和電鍍工藝，首先制作出表面有三維立體碼盤圖形的金屬鎳母版，然后利用注塑工藝將母版表面的圖形直接復(fù)制到樹脂基片上，再利用紫外膠旋涂工藝在樹脂基片表面涂覆一層納米量級的保護(hù)層，就完成了樹脂碼盤的生產(chǎn)。本專利的工藝流程如說明書摘要附圖所示，這種工藝流程相較于傳統(tǒng)工藝方法大大的簡化了流程，解決了傳統(tǒng)樹脂碼盤生產(chǎn)工藝的固有缺陷，比如金屬線條容易脫落、工藝復(fù)雜、合格率不高、對環(huán)境污染比較大等問題；同時(shí)可以明顯的提高樹脂碼盤的精度、分辨率和降低生產(chǎn)成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種新型樹脂碼盤生產(chǎn)工藝
本專利技術(shù)屬于光電傳感器當(dāng)中的光電編碼器領(lǐng)域，涉及一種新型樹脂碼盤的生產(chǎn)工藝。
技術(shù)介紹
光電編碼器是利用光電轉(zhuǎn)換的原理來對旋轉(zhuǎn)角度或旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行測量的傳感器，而碼盤是光電編碼器的核心部件之一。碼盤表面的示例圖形如附圖1所示，黑色條紋對應(yīng)不透光部分，而白色條紋對應(yīng)透光部分。制作碼盤的材料有玻璃、金屬、菲林和光學(xué)樹脂等。玻璃碼盤、金屬碼盤和菲林碼盤的制作工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是這些材料都存在一些固有的缺點(diǎn)，無法滿足某些特殊應(yīng)用環(huán)境的要求。樹脂碼盤有抗震、不易碎的特點(diǎn)，同時(shí)光學(xué)特性優(yōu)良，成型精度高、易于批量生產(chǎn)，因而是很有潛力的碼盤材料。國內(nèi)雖然有迫切的市場需求，但是其加工工藝還不成熟，限制了樹脂碼盤的應(yīng)用。傳統(tǒng)的樹脂碼盤生產(chǎn)工藝是移自玻璃碼盤的生產(chǎn)工藝，也就是在樹脂基片上濺射一層金屬層，然后通過曝光、顯影和腐蝕的工藝，將需要透光的部分的金屬腐蝕掉，從而形成透光和不透光的條紋。具體參見附件參考文獻(xiàn)1、2、3、4.這種方法帶來的問題有：1）金屬層在環(huán)境溫度變化劇烈的情況下容易脫落；2）金屬層容易在惡劣環(huán)境下腐蝕。3）樹脂材料在生產(chǎn)過程中要經(jīng)受顯影液的浸泡，會(huì)對樹脂材料的透光率產(chǎn)生不好的影響。4）由于需要顯影工藝，因而要用到比較多的化學(xué)藥品，對環(huán)境有污染，同時(shí)也導(dǎo)致加工精度和產(chǎn)品穩(wěn)定性不好。本專利技術(shù)提出了一種新的樹脂碼盤生產(chǎn)工藝流程，這種工藝所制作的樹脂碼盤實(shí)現(xiàn)透光和不透光的原理和目前的做法不同，可以有效的解決目前樹脂碼盤生產(chǎn)工藝所固有的問題，而且可有有效的提高碼盤的精度、分辨率和降低碼盤生產(chǎn)成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
傳統(tǒng)的玻璃碼盤的生產(chǎn)工藝和樹脂碼盤的生產(chǎn)工藝的流程圖如圖2所示。傳統(tǒng)的樹脂碼盤的生產(chǎn)工藝需要在樹脂基片上通過濺射或蒸鍍工藝形成一層金屬層，然后在金屬層上涂覆感光膠，感光膠層要在一定的溫度下烘烤一段時(shí)間，然后將掩模版覆蓋到樹脂基片上曝光，掩模版上有需要的碼盤圖形，這樣需要透光的部分的光刻膠被曝光，而不需要透光的部分的光刻膠沒有曝光，將曝光完成后的樹脂基片放到顯影液中顯影，將曝光的光刻膠去除，這樣下面的金屬層就暴露了出來，暴露出來的金屬部分可以利用腐蝕工藝去除，最后再將沒有曝光的光刻膠清洗掉，就形成了我們需要的碼盤。這種工藝存在著一些固有的問題：1）在生產(chǎn)過程中樹脂材料要幾次接觸化學(xué)藥品的浸泡，會(huì)對樹脂材料的透光率等特性產(chǎn)生不好的影響，同時(shí)也導(dǎo)致加工精度和產(chǎn)品穩(wěn)定性不好。2）要用到比較多的化學(xué)藥品，對環(huán)境有污染，3）金屬層在環(huán)境溫度變化劇烈的情況下，由于金屬和樹脂材料的熱膨脹系數(shù)不同，會(huì)導(dǎo)致金屬層容易脫落；4）金屬層容易在惡劣環(huán)境下被腐蝕。本專利的樹脂碼盤生產(chǎn)工藝的流程如圖3所示。首先需要制作一張以金屬鎳為材質(zhì)的母版，在母版的表面有立體的碼盤圖形。透光區(qū)域?qū)?yīng)的是平面，而不透光的區(qū)域?qū)?yīng)的是凹坑，凹坑的深度在幾個(gè)微米；在母版制作過程中、利用光刻工藝的控制可以將凹坑底部表面制成非常粗糙的表面，相當(dāng)于毛化玻璃的效果。結(jié)構(gòu)如圖4、附圖5所示。然后將這張母版安裝到注塑機(jī)的模具中，通過注塑工藝，直接將母版上的圖形轉(zhuǎn)印到樹脂基片的表面，這片樹脂基片的表面就形成了立體的凹凸圖形，毛化的凸面部分對應(yīng)不透光的條紋，而光滑的凹面部分就形成了透光的條紋。最后利用旋涂工藝在樹脂基片表面涂覆一層紫外膠來起到保護(hù)作用，最后按照設(shè)計(jì)要求將碼盤外徑切割到需要的半徑，就得到了需要的樹脂碼盤。母版制作的工藝流程如圖6所示，我們使用玻璃作為載體，在玻璃上通過旋涂工藝涂覆一層黏附劑和光刻膠，然后將其在90攝氏度溫度下加熱200秒；將烘干完成后的玻璃基板放入激光直寫設(shè)備，利用激光直寫工藝將需要的碼盤圖形逐點(diǎn)刻入光刻膠層，對不需要透光部分的光刻膠進(jìn)行曝光，而需要透光的部分則不曝光；曝光完成后的玻璃基板利用顯影液顯影，曝光部分的光刻膠被沖掉，而沒有曝光的部分則保留，這樣在光刻膠層里就行成了需要的碼盤圖形；利用濺射工藝在顯影完成后的玻璃表面濺射一層50納米左右的金屬鎳層，這層金屬鎳層起到導(dǎo)電的作用，然后將這一玻璃放入電鍍設(shè)備中，將這層金屬鎳層加厚到300微米左右；電鍍完成后將金屬鎳版和玻璃分離，就得到了金屬鎳材質(zhì)的母版，在金屬鎳母版的表面就形成了需要的碼盤圖形。本專利使用了和傳統(tǒng)樹脂碼盤完全不同的生產(chǎn)工藝，避免了傳統(tǒng)工藝的固有缺陷，具體優(yōu)點(diǎn)如下：1）母版相當(dāng)于是一個(gè)模具，這張母版安裝到注塑機(jī)中，通過注塑工藝，母版表面的立體圖形可以精確的復(fù)制到樹脂碼盤上，碼盤的精度取決于母版的精度，而母版的精度取決于高精度的激光直寫設(shè)備的精度。2）一張母版可以連續(xù)的復(fù)制十萬張以上的樹脂碼盤，而且不再需要像傳統(tǒng)工藝那樣對每一張樹脂基片進(jìn)行涂光刻膠、曝光、顯影的繁瑣的處理，十分適合大批量的工業(yè)化生產(chǎn)。3）這種工藝不需要依靠金屬層來阻擋光線，因而也就不存在金屬層脫落或腐蝕的問題，對環(huán)境的適應(yīng)性大大的提高了。4）由于在碼盤復(fù)制生產(chǎn)過程中沒有化學(xué)工藝，有很好的環(huán)境友好性。附圖說明附圖1，碼盤表面的圖形；附圖2，傳統(tǒng)的玻璃（樹脂）碼盤生產(chǎn)工藝的流程圖附圖3，本專利的樹脂碼盤生產(chǎn)工藝的流程附圖4，母版表面三維圖形的原子力顯微鏡照片附圖5，毛化效果示意圖附圖6，母版制作的工藝流程具體實(shí)施方式本專利的工藝實(shí)施方式可以分成兩個(gè)大的部分，也就是金屬鎳母版制作工藝和樹脂碼盤的復(fù)制工藝，具體說明如下。母版制作母版制作需要使用的材料：1）表面需要進(jìn)行光學(xué)級拋光的玻璃基板。2）光刻膠使用SHIPLY公司的S1805光刻膠，光刻膠溶劑使用SHIPLY公司EC-SOLVENT。配比為1：5。3）黏附劑使用1%體積比的二硅烷水溶液。4）顯影液的配比為：20克氫氧化鈉和100克焦磷酸鈉與8升水混合。5）金屬化使用濺射工藝，使用鎳釩靶，二者比例為1：99。6）電鑄工藝使用硫化鎳鎳球?yàn)樵稀８鞑襟E的工藝說明如下：1）黏附劑旋涂步驟：黏附劑的使用目的是為了增加光刻膠和玻璃表面的附著能力。黏附劑涂覆到玻璃表面后，黏附劑會(huì)和玻璃表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間是最關(guān)鍵的工藝參數(shù)，使用1%的二硅烷溶液，反應(yīng)時(shí)間的范圍通常在20到30秒的范圍，需要根據(jù)母版最終的效果進(jìn)行調(diào)整。2）光刻膠旋涂步驟：光刻膠的旋涂工藝決定了在玻璃基板表面形成的光刻膠厚度，而光刻膠厚度決定了最終母版表面凹坑的深度。為了取得最好的效果，凹坑的深度深一些會(huì)比較好，受制于光刻工藝的限制，目前的凹坑深度可以達(dá)到4微米左右。光刻膠旋涂步驟的最重要的工藝參數(shù)是光刻膠旋涂到玻璃表面后的玻璃旋轉(zhuǎn)速度，這個(gè)速度對光刻膠層的厚度有決定性的影響。這個(gè)速度在500RMP到800RMP之間變動(dòng)。3）烘干步驟：涂好光刻膠的玻璃盤需要在一定的溫度下烘烤一段時(shí)間，其作用一是要完全的讓光刻膠干燥，去掉光刻膠層中的溶解，二是要調(diào)整光刻膠的活性。烘干程度會(huì)對激光光刻和顯影等后續(xù)工藝產(chǎn)生很大的影響。烘干溫度在80-100度范圍內(nèi)變動(dòng)，烘干時(shí)間在200秒左右。4）激光直寫步驟：激光直寫是母版生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，使用單點(diǎn)刻錄來形成需要的圖形。關(guān)鍵的參數(shù)是刻錄功率的選擇和點(diǎn)間距的選擇。如果點(diǎn)間距小于光斑半徑，那么點(diǎn)和點(diǎn)之間就會(huì)連成一體，也就沒有了毛化效果，但是如果點(diǎn)和點(diǎn)的距離太大，毛化效果也會(huì)降低。具體的參數(shù)選擇需要實(shí)驗(yàn)確定。5）顯影步驟：顯影過程是形成三維圖形的關(guān)鍵，顯本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型樹脂碼盤的生產(chǎn)工藝，它包括：——表面有三維碼盤圖形的金屬鎳母版的制作，其流程包括：1）使用玻璃作為載體，在玻璃上通過旋涂工藝涂覆一層黏附劑和光刻膠；2）在90攝氏度溫度下將玻璃基片加熱200秒；3）將烘干完成后的玻璃基板放入激光直寫設(shè)備，利用激光直寫工藝將需要的碼盤圖形逐點(diǎn)刻入光刻膠層，對不需要透光部分的光刻膠進(jìn)行曝光，而需要透光的部分則不曝光4）曝光完成后的玻璃基板利用顯影液顯影，曝光部分的光刻膠被沖掉，而沒有曝光的部分則保留，這樣在光刻膠層里就行成了需要的碼盤圖形。5）用濺射工藝在顯影完成后的玻璃表面濺射一層50納米左右的金屬鎳層，這層金屬鎳層起到導(dǎo)電的作用。6）將濺射完成后的玻璃放入電鍍設(shè)備中，將這層金屬鎳層加厚到300微米左右；7）電鍍完成后將金屬鎳和玻璃分類，就得到了需要的金屬鎳的母版，在金屬鎳版的表面就形成了需要的碼盤圖形。——利用注塑工藝將母版表面的三維圖形直接復(fù)制到樹脂碼盤表面，其流程包括：1）將母版安裝到注塑機(jī)的模具中，通過注塑工藝，直接將母版上的圖形轉(zhuǎn)印到樹脂基片的表面，這片樹脂基片的表面就形成了立體的凹凸圖形，毛化的凸面部分對應(yīng)不透光的條紋，而光滑的凹面部分就形成了透光的條紋；2）利用旋涂工藝在樹脂碼盤表面涂覆一層紫外膠來起到保護(hù)作用；3）按照設(shè)計(jì)要求將碼盤外徑切割到需要的半徑。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種樹脂碼盤的生產(chǎn)工藝，它包括：——表面有三維碼盤圖形的金屬鎳母版的制作，其流程包括：1)使用玻璃作為載體，在玻璃上通過旋涂工藝依次涂覆黏附劑和光刻膠；所述黏附劑為1％體積比的二硅烷水溶液，黏附劑反應(yīng)時(shí)間為20～30秒；所述光刻膠為SHIPLY公司的S1805光刻膠；光刻膠的旋涂工藝中光刻膠旋涂到玻璃表面后的玻璃旋轉(zhuǎn)速度為500RMP～800RMP；2)在90攝氏度溫度下將玻璃基片加熱200秒；3)將烘干完成后的玻璃基板放入激光直寫設(shè)備，利用激光直寫工藝將需要的碼盤圖形逐點(diǎn)刻入光刻膠層，對不需要透光部分的光刻膠進(jìn)行曝光，而需要透光的部分則不曝光，其中曝光功率為15～20毫瓦，曝光點(diǎn)之間的距離為1.1～1.3倍光斑半徑；4)曝光完成后的玻璃基板利用顯影液顯影，曝光部分的光刻膠被沖掉，而沒有曝光的部分則保留，這樣在光刻膠層里就行成了需要的碼盤圖形，其中顯影液配比為20克氫氧化鈉和100克焦磷酸鈉與8升水混合，顯影時(shí)間為20秒～30秒；5)用濺射工藝在顯影完成后的玻璃表面濺射一層50納米的金屬鎳層，這層金屬鎳層起到導(dǎo)電的作用；6)將濺射完成后的玻璃放入電鍍設(shè)備中，將這層金屬鎳層加厚到300微米，其中電鍍電流為50～55安培，電鍍電壓為20伏，電鍍液溫度為55℃，電鍍液...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：叢森，高世雄，
申請(專利權(quán))人：叢森，高世雄，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11