化学蚀刻垫片加工工艺详解——高精度金属薄片的成型之道

摘要：化学蚀刻垫片加工是一种利用化学溶液选择性蚀刻金属材料，实现高精度、复杂形状薄片零件制造的非接触式工艺。本文将从工艺流程、关键参数、材料选择及质量控制等方面，系统解析该技术在垫片制造中的核心优势。

一、工艺原理与流程

化学蚀刻（Chemical Etching），又称光化学蚀刻（Photochemical Etching），其核心是通过光刻技术将设计图形转移到金属表面，再利用蚀刻液对裸露区域进行选择性溶解，最终形成目标零件。主要流程包括：

1. 材料准备：选用不锈钢、铜合金、钛合金等金属箔材，厚度通常为0.01-2.0mm。

2. 涂覆光刻胶：在金属表面均匀涂覆光敏抗蚀剂。

3. 曝光成像：通过紫外光照射，将掩膜版上的图形转移到光刻胶层。

4. 显影：去除未曝光（或已曝光，视正负胶类型）的光刻胶，露出需蚀刻的金属区域。

5. 蚀刻：将工件浸入蚀刻液（如FeCl₃、酸性CuCl₂等），通过温度、浓度和时间控制蚀刻深度。

6. 去胶与清洗：去除剩余光刻胶，清洗表面残留化学物质。

7. 后处理：进行钝化、电镀或热处理等，提升性能。

二、关键工艺参数

1. 蚀刻因子：蚀刻深度与侧向蚀刻宽度的比值，影响图形精度。高蚀刻因子（>3:1）可减少“底切”现象。

2. 溶液控制：蚀刻液浓度、温度、循环速度需实时监控，避免过度蚀刻或蚀刻不足。

3. 掩膜精度：掩膜版的分辨率直接决定最小线宽和间距（可达±0.01mm）。

三、材料选择

常见垫片材料包括：

• 不锈钢（304、316L）：耐腐蚀、高硬度，用于化工、医疗行业。

• 铜及铜合金：导电性好，适用于电子连接器、EMI屏蔽垫片。

• 钛合金：轻量化、生物相容性高，用于航空航天及医疗器械。

四、质量控制

• 尺寸检测：通过光学显微镜、三坐标测量机验证关键尺寸。

• 表面质量：检查蚀刻面粗糙度、毛刺及蚀刻残留。

• 功能性测试：对密封垫片进行气密性、耐压性测试。

五、优势与局限

优势：

• 无机械应力，避免材料变形；

• 可加工复杂图形（镂空、微孔）；

• 批量生产一致性好，成本低。

局限：

• 厚度受限（通常<2mm）；

• 侧向蚀刻导致图形边缘存在锥度。

结语

化学蚀刻垫片加工以其高精度、无应力、高效率的特点，成为微细金属零件制造的关键技术。随着蚀刻液环保化、智能化控制系统的应用，该工艺将在精密制造领域持续发挥重要作用。