本發(fā)明涉及微孔結構加工，具體為一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法及系統(tǒng)。
背景技術：
1、微機電系統(tǒng)領域對高深寬比、高精度微孔結構的需求日益增長，傳統(tǒng)liga技術通過深度x射線光刻結合電鑄工藝，可制備深寬比超過100的微結構，但其依賴同步輻射光源導致設備投資巨大、加工周期長，難以滿足批量生產(chǎn)需求，而準liga技術（uv-liga）雖采用紫外光替代x射線，顯著降低了成本，卻受限于光刻膠材料和光學衍射效應，難以實現(xiàn)亞微米級特征尺寸。
2、經(jīng)檢索，中國專利號為cn1063805c的專利，公開了本發(fā)明公開了一種激光加工技術制造多微孔中空纖維的方法，所用激光為準分子激光，其波長范圍為193nm至248nm，激光能量強度為10mj/cm至500mj/cm’；所用的中空纖維應具有比一般纖維較高的取向度和較低的結晶度，其結晶度小于25%，纖維體的雙?折射率大于0.18；用所述的準分子激光照射所述的中空纖維10至80秒，即在所述中空纖維壁中穿透性微孔結構。利用這種方法可以很方便地在中空纖維上打出微米級的多微孔，多微孔的區(qū)域可在纖維的軸向或徑向任意選擇，既可以在纖維成型之后進行，也可以在纖維制成成品后進行，沒有化學污染。
3、上述專利采用193-248nm準分子激光直接燒蝕纖維材料，雖實現(xiàn)微米級通孔，但存在兩個關鍵缺陷，首先熱影響區(qū)控制不足，準分子激光納秒級脈寬易導致熱擴散，可能引發(fā)高分子材料碳化或微裂紋，而上述技術中未提及熱損傷抑制手段；其次，特征尺寸受限，受紫外光衍射極限（波長λ=193nm時理論分辨率約100nm）與光刻膠材料特性約束，使得成品難以突破亞微米級加工精度，基于此，本發(fā)明設計了一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法及系統(tǒng)，以解決上述問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法及系統(tǒng)，解決了背景技術中熱影響區(qū)控制不足的問題。
2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：
3、一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法及系統(tǒng)，包括：
4、步驟s1，基板預處理，在金屬基板表面依次涂覆光敏膠層，其中底層為su-8厚膠，厚度范圍為50至200微米，中間介質層為二氧化硅，頂層為pmma薄膠，厚度范圍為1至5微米，形成多層復合光刻膠結構。
5、步驟s2，準分子激光光刻，采用krf準分子激光結合衍射光學元件掩模進行投影曝光，通過動態(tài)調整激光掃描半徑和能量密度梯度，實現(xiàn)孔徑錐度可控的高深寬比微孔結構。
6、步驟s3，顯影與電鑄模具制備，采用四甲基氫氧化銨顯影液顯影后形成三維光刻膠模具，隨后在氨基磺酸鎳電解液中進行電鑄，填充微孔結構并形成金屬模具。
7、步驟s4，注塑成型與脫模，采用高溫注塑工藝將聚醚醚酮注入金屬模具，冷卻后通過超聲波振動剝離獲得微孔結構。
8、優(yōu)選的，所述步驟s2中，采用等離子體屏蔽抑制技術，通過在加工區(qū)域施加氦氣環(huán)境，用于減少紫外激光與材料作用產(chǎn)生的等離子體屏蔽效應與提升深孔加工效率；所述準分子激光的波長為248?nm，通過精確控制脈沖能量密度和頻率，進行微孔結構的高精度加工。
9、優(yōu)選的，所述步驟s3中，采用四甲基氫氧化銨顯影液進行顯影，顯影時間根據(jù)光刻膠厚度和曝光條件進行優(yōu)化，用于確保三維光刻膠模具的精確形成。
10、優(yōu)選的，所述步驟s4中，高溫注塑工藝的溫度范圍為350-400℃，注塑壓力為50-150?mpa，保壓時間為5-15秒，冷卻速率為10-30℃/s，用于確保聚醚醚酮的微孔結構完整性和尺寸精度；所述注塑成型與脫模中，使用硅烷類脫模劑，涂覆厚度為0.1-0.5μm，用于確保微孔結構在脫模過程中不損壞。
11、優(yōu)選的，所述氦氣環(huán)境的壓力為0.5-2.0?bar，氦氣流量為5-20?l/min，用于抑制等離子體屏蔽效應并提升深孔加工效率。
12、優(yōu)選的，所述包括以下模塊：模塊m1，準分子激光模塊，集成krf/arf準分子激光器、光束勻化器及動態(tài)聚焦系統(tǒng)，所述動態(tài)聚焦系統(tǒng)采用自適應光學元件與貝塞爾光束生成器，實現(xiàn)深徑比大于等于100:1的微孔加工；模塊m2，liga工藝模塊，包含電鑄槽與注塑機，所述電鑄槽配置梯度脈沖電流系統(tǒng)和納米金剛石顆粒超聲分散裝置；模塊m3，在線檢測模塊，集成飛秒激光干涉儀和基于u-net架構的缺陷識別模型，用于監(jiān)測微孔三維形貌并動態(tài)調整激光參數(shù)，抑制熱影響區(qū)；模塊m4，多材料兼容模塊，配置真空吸附夾具與紅外對準系統(tǒng)，用于支持金屬基板、陶瓷基板及高分子基板的快速切換與加工。
13、優(yōu)選的，所述貝塞爾光束生成器的中心波長為248nm，半高寬小于等于1μm，通過環(huán)形光強分布降低光學衍射效應，用于突破傳統(tǒng)紫外光刻的亞微米精度限制，實現(xiàn)孔徑小于等于500nm的微孔加工；所述光束勻化器采用多棱鏡陣列結構。
14、優(yōu)選的，所述梯度脈沖電流系統(tǒng)采用分段調控策略，在微孔底部區(qū)域施加高電流密度以加速填充，在孔口區(qū)域切換為低電流密度抑制邊緣毛刺，使電鑄層厚度誤差小于等于±1μm；所述納米金剛石顆粒超聲分散裝置配置有頻率可調的超聲換能器，用于確保顆粒均勻分散。
15、優(yōu)選的，所述在線檢測模塊集成等離子體光譜分析單元，實時監(jiān)測加工區(qū)域的電子密度分布，通過反饋控制準分子激光的脈沖能量和掃描路徑；所述飛秒激光干涉儀具備亞納米級分辨率，用于測量微孔的三維形貌并實時調整加工參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。
16、優(yōu)選的，所述真空吸附夾具采用多層微孔陶瓷結構，在加工高分子基板時同步施加低溫冷卻氣流，抑制準分子激光熱擴散導致的材料碳化問題；所述紅外對準系統(tǒng)具備高精度定位能力，定位精度小于等于±0.2μm，用于確保不同材料基板的快速切換與精確對準。
17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：
18、1、本發(fā)明，通過氦氣環(huán)境抑制等離子體密度至1016cm-3以下，結合低溫冷卻氣流同步降低高分子基板表面溫度梯度，將熱影響區(qū)寬度從傳統(tǒng)工藝的5μm壓縮至1.8μm，多層光刻膠結構的協(xié)同熱響應機制，通過二氧化硅緩沖層吸收80%以上的激光熱應力，避免界面剝離與微裂紋產(chǎn)生。
19、2、本發(fā)明，通過采用貝塞爾光束整形技術突破傳統(tǒng)紫外光刻的衍射極限，環(huán)形光強分布使焦斑能量密度提升3倍，結合動態(tài)聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)孔徑≤500?nm、深寬比≥100:1的微孔加工；三層光刻膠的梯度光敏特性引導激光能量跨尺度傳遞，實現(xiàn)從納米級表面形貌到微米級深孔的無縫過渡。
20、3、本發(fā)明，通過梯度脈沖電鑄系統(tǒng)結合納米金剛石顆粒超聲分散，使電鑄層維氏硬度提升至650?hv，表面粗糙度ra≤0.05μm，厚度誤差≤±1μm，超臨界co2輔助注塑通過微泡成核補償0.3-0.5%收縮率，配合超聲波脫模，實現(xiàn)孔徑公差±0.5μm。
1.一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法，其特征在于，所述步驟s2中，采用等離子體屏蔽抑制技術，通過在加工區(qū)域施加氦氣環(huán)境，用于減少紫外激光與材料作用產(chǎn)生的等離子體屏蔽效應與提升深孔加工效率；所述準分子激光的波長為248?nm，通過精確控制脈沖能量密度和頻率，進行微孔結構的高精度加工。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法，其特征在于：所述步驟s3中，采用四甲基氫氧化銨顯影液進行顯影，顯影時間根據(jù)光刻膠厚度和曝光條件進行優(yōu)化，用于確保三維光刻膠模具的精確形成。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法，其特征在于：所述步驟s4中，高溫注塑工藝的溫度范圍為350-400℃，注塑壓力為50-150?mpa，保壓時間為5-15秒，冷卻速率為10-30℃/s，用于確保聚醚醚酮的微孔結構完整性和尺寸精度；所述注塑成型與脫模中，使用硅烷類脫模劑，涂覆厚度為0.1-0.5μm，用于確保微孔結構在脫模過程中不損壞。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工方法，其特征在于：所述氦氣環(huán)境的壓力為0.5-2.0?bar，氦氣流量為5-20?l/min，用于抑制等離子體屏蔽效應并提升深孔加工效率。
6.一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工系統(tǒng)，其特征在于：包括以下模塊：
7.根據(jù)權利要求6所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工系統(tǒng)，其特征在于，所述貝塞爾光束生成器的中心波長為248nm，半高寬小于等于1μm，通過環(huán)形光強分布降低光學衍射效應，用于突破傳統(tǒng)紫外光刻的亞微米精度限制，實現(xiàn)孔徑小于等于500nm的微孔加工；所述光束勻化器采用多棱鏡陣列結構。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工系統(tǒng)，其特征在于，所述梯度脈沖電流系統(tǒng)采用分段調控策略，在微孔底部區(qū)域施加高電流密度以加速填充，在孔口區(qū)域切換為低電流密度抑制邊緣毛刺，使電鑄層厚度誤差小于等于±1μm；所述納米金剛石顆粒超聲分散裝置配置有頻率可調的超聲換能器，用于確保顆粒均勻分散。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工系統(tǒng)，其特征在于，所述在線檢測模塊集成等離子體光譜分析單元，實時監(jiān)測加工區(qū)域的電子密度分布，通過反饋控制準分子激光的脈沖能量和掃描路徑；所述飛秒激光干涉儀具備亞納米級分辨率，用于測量微孔的三維形貌并實時調整加工參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。
10.根據(jù)權利要求6所述的一種準分子激光與liga工藝結合的微孔結構加工系統(tǒng)，其特征在于，所述真空吸附夾具采用多層微孔陶瓷結構，在加工高分子基板時同步施加低溫冷卻氣流，抑制準分子激光熱擴散導致的材料碳化問題；所述紅外對準系統(tǒng)具備高精度定位能力，定位精度小于等于±0.2μm，用于確保不同材料基板的快速切換與精確對準。