phương pháp khắc điện hóa kim loại báo cáo cuối kì kỹ thuật cơ điện tử

1.2Nguồn gốc của khắc điện hóa Được giới thiệu vào thế kỷ 19, kỹ thuật này được các thợ thủ công, chẳng hạn như ở Tifany & Co.,sử dụng dé tạo ra các vết lõm trên bề mặt của đồ vật nhằm t

KHOA DIEN - ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC SỨNG

TON DUC THANG UNIVERSITY

NGUYEN MINH KHUONG

PHUONG PHAP KHAC DIEN HOA

DAI HOC TON BUC THANG TON DUC THANG UNIVERSITY

NGUYEN MINH KHUONG

PHUONG PHAP KHAC DIEN HOA

KIM LOAI

BAO CAO CUOL ki

KY THUAT CO DIEN TU

Người hướng dẫn ThS.Đồng Văn Keo

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH, NĂM 2023

1⁄2 NGUÔN GÓC CỦA KHÁC ĐIỆN HÓA 2 2 Sọ S11 S 11111 141111111111 1111 HH HH hy 4

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC ĐIỆN HÓA TS S211 12111111111111111111 111111811 1 He 5

1.4 NGUYÊN LÝ CỦA KHÁC ĐIỆN HÓA S21 11111111 111111111111111111111101111 1111 tk, 6

1.5 ỨNG DUNG CỦA KHÁC ĐIỆN HÓA - 56c 22 5 2211221221102 2 E2 Eeerere 7

1.5.1 Phương pháp khắc điện hóa để sản xuất silicon XỐI ằ co 7

1.5.2 Các ngành công nghiệp ứng dụng phương pháp khắc điện hóa 8

1.5.3 Máy móc để khắc điện hóa 55-5 5c S211 1221112212121 x2 9

CHUONG 2 KHAC KIM LOAI 10

2.1 KHAC KIM LOAILA GL cceecceeecetceccnceceeceseeeeeesesecseseceeseecieeseseeseseessneesseeiesatteenieaes 10

P9) 6):ì0):842 1604.009.1017 11

2.2.1 Uu điểm của quy trình khắc Kim lodicccccccccccccscccscsssssssssssssssessvssssesvsssstssesssssese 12

2.3 NHỮNG PHƯƠNG PHÁP KHẮC KIM LOẠI 2: 2c 212111111 111111111111121 18121211111 1 13

DANH MUC HINH ANH HÌNH 1.1 PHƯƠNG PHÁP KHÁC ĐIỆN HÓA 4

HÌNH 1.2 COC VA DIA, CA 1881 BAC, BONG MA, HOP KIM DONG-BACH

HINH 1.3 ANH VI MO CUA BE MAT HOP KIM TI ĐƯỢC CHỤP SAU KHI

ANOD HOA TRONG DUNG DICH AXIT SUNFURIC sscssssssssssescsssscsssesssescansesneess 6

HÌNH 1.4 NGUYÊN LÝ KHÁC ĐIỆN HOA 7

HINH 1.5 SO DO MINH HQA CHO VIEC DIEU CHE SILICON XOP BANG

PHUONG PHAP AN MON DIEN HOA 8

HÌNH 1.6 DỤNG CỤ Y HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÁC ĐIỆN HÓA 9

HÌNH 1.7 MÁY KHÁC ĐIỆN HÓA 10

HÌNH 2.1 KHẮC KIM LOẠI DONG 11

HÌNH 2.2 QUY TRÌNH KHÁC KIM LOẠI 12

HÌNH 2.4 CÁC KIM LOẠI ĐƯỢC KHÁC THEO NHIÊU HÌNH DẠNG 14 HÌNH 2.5 CAC VAT LIEU KHAC KIM LOAI 15

HÌNH 2.6 QUÁ TRÌNH KHÁC LIM LOẠI BẰNG AXTT .5 25-55 < 16

HÌNH 2.7 KIM LOẠI ĐƯỢC KHÁC QUANG HOA 18

HÌNH 2.8 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH KHÁC QUANG HÓA CƠ BẤN 19

HÌNH 2.9 MÁY GRAVOGRAPH M40 GIFT 20

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

DANH MUC BANG BIEU

BANG 2.1 KIM LOAI PHO BIEN BUQC SU DUNG DE KHAC LASER VOI DIEM

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

CHUONG 1 TONG QUAN VE PHUONG PHAP KHAC ĐIỆN HOA

1.1 Khắc điện hóa là gì?

Là phương pháp ăn mòn điện hóa trong đó các hiện tượng hóa học được liên kết với

sự trao đổi năng lượng điện tương hỗ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của hai hệ thống dây

dẫn( điện tử và ion)

Có thê diễn ra mà không cần hòa tan hoàn toàn vật liệu anode trong chất ăn mon Trong

trường hợp này, một lớp oxit phát triển trên bề mặt Đây là quá trình anod hóa được sử

dụng rộng rãi để sửa đổi bề mặt cấy ghép titan

Electrolytic Etching

ậ

Direct Current Power e

Supply Or Battery e Electron Flow Through

Wires Of Circuit & Plates + Ion Deposited

From Electrolyte (Cathode) Plate To Be Etched

1.2Nguồn gốc của khắc điện hóa

Được giới thiệu vào thế kỷ 19, kỹ thuật này được các thợ thủ công, chẳng hạn như ở Tifany & Co.,sử dụng dé tạo ra các vết lõm trên bề mặt của đồ vật nhằm trang men

hoặc khảm kim loại

Khắc điện hóa lần đầu tiên được để xuất bởi Tommasino (1970) Một lá máy do nhựa có dấu vết của các hạt được sử dụng dé phân chia một tế bào chứa chất ăn mòn thích hợp, chăng hạn như dung dịch NaOH

1.3 Các phương pháp khắc điện hóa

©_ Bao phủ bề mặt bằng sơn hoặc mạ

o_ Sử dụng kim loại hoạt động mạnh hơn đề "hy sinh" cho kim loại cần

bao vé (Anode hy sinh)

o_ Sử dụng dùng cưỡng bức thay đổi thế điện cực lên Cathode

© Sử dụng các chất hoạt động bề mặt nhằm cô lập các Cathode và Anode

o Có thể quan sát sự hiện diện của kết cầu có kích thước nanomet trên

Hinh 1.3 anh vi mé cia bé mat hop kim Ti dug chup sau khi anod

hoa trong dung dich axit sunfuric

1.4Nguyên lý của khắc điện hóa

Một mẫu [1] với mẫu ghi nhãn theo kế hoạch sẽ được tạo và đặt chặt vào bề mặt phôi, điều đó có nghĩa là chất lỏng xử lý chỉ tiếp cận được phần bề mặt được đánh dâu Phôi và tem [2] được tích điện sau đó miếng tem [3] được ngâm trong chất điện phân Con tem được ép vào khuôn và dòng điện chạy qua con đấu qua khuôn vào phôi cắt bê mặt của nó băng cách khắc

1.5Ung dụng của khắc điện hóa

1.5.1 Phương pháp khắc điện hóa để sản xuất silicon xốp

Silicon xốp được sản xuất bằng phương pháp khắc điện hóa silicon đã trở thành một trong những vật liệu phố biến nhất được sử dụng trong nhiều ngành khoa học do tập hợp các tính chất vật lý và hóa học nổi bật và độc đáo cũng như quy trình chế tạo cạnh tranh về chỉ phi

Silicon Wafer

Electrochemical Lift-off =? Fracture

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

1.5.2 Các ngành công nghiệp ứng dụng phương pháp khắc điện hóa

- Công nghiệp hàng không vũ trụ: Được sử dụng rộng rãi để đánh dấu các bộ phận động cơ, vòng bị và vòng đệm

— Thiết bị y tế: Được sử dụng dé áp dụng mã nhận dạng, số sê-ri hoặc logo trên dụng cụ phẫu thuật và thiết bị cấy ghép dé đảm bảo sử dụng và khử trùng đúng cách

— Dụng cụ và sản xuất: Được sử đụng để đánh dấu các sản phẩm như đồng hồ

đo, dụng cụ cầm tay và dao kéo dé đễ nhận biết, xây dựng thương hiệu và kiêm soát chất lượng hơn

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

1.5.3 Máy móc để khắc điện hóa

Chúng ta có thê đánh đấu các mặt hàng kim loại như đao kéo, máy khoan, vòi, dụng

cụ, van động cơ, dụng cụ y tế, phần cứng vệ sinh, bánh răng, vòng bí và nhiều thứ

khác Những máy này rất dễ vận hành và có hiệu quả cao

Là một hệ thống khắc di động sử dụng dòng điện để tạo ra nhận dạng, mã vạch 2D

và thiết kế logo mà không làm biến dạng tác phẩm Trạm khắc điện hóa thường được sử dụng trong sản xuất các bộ phận hàng không vũ trụ ở quy mô vừa và nhỏ, nơi có dung sai chặt chẽ về xử lý bê mặt

CHUONG 2 KHAC KIM LOẠI

2.1 Khắc kim loại là gì

Là một quá trình loại bỏ kim loại sử dụng nhiều phương pháp khác nhau dé cau hình các thành phần và hình đạng phức tạp, phức tạp và có độ chính xác cao Tính linh hoạt của nó cho phép thay đôi tức thời trong quá trình xử lý Do có một lượng lực hoặc nhiệt hạn chế trong quá trình gia công nên các đặc tính của vật liệu được khắc không thay đôi, giúp phôi không bị căng thăng hoặc không hoàn hảo

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

2.2 Quy trinh khac kim loai

Là loại bỏ vật liệu đư thừa khỏi phôi băng phản ứng hóa học Đó là một phương pháp tạo hình kim loại đã tồn tại hàng trăm năm Khắc kim loại bắt đầu như một phương pháp chế tạo vũ khí, dụng cụ gia đình và đồ trang sức Việc sử dụng phương pháp khắc hiện đại đã mở đường cho việc tạo ra các bộ phận chính xác cho máy bay, ô tô vả vé tinh

~~

FAN

Step 1 Material selection Step 2 Cleaning Step 3 Lamination

Step 4 Image printing Step 5 Developing Step 6 Etching

Step 7 Stripping Step 8 Inspection Step 9 Finishing

Hinh 2.2 Quy trinh khắc kim loại

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

2.2.1 Ưu điểm của quy trình khắc kim loại

Loại nhanh chóng, đặc biệt chính xác và có độ tin cậy cao Các công cụ được sử dụng đề khắc có độ hao mòn tối thiểu do ứng suất cơ học của quy trình thấp

Thuật ngữ khắc ướt đề cập đến các quá trình khắc sử dụng hóa chất hoặc chất điện giải để loại bỏ vật liệu theo một mẫu cụ thể được xác định bởi mặt nạ quang học trong đó vật liệu không được che phủ bởi mặt nạ sẽ bị loại bỏ hoặc khắc đi Khắc ướt cơ bản bao gồm sự khuếch tán của chất ăn mòn, phản ứng giữa chất ăn mòn và vật liệu và sự khuếch tán của các sản phẩm phụ Đó là một quá trình đẳng hướng tạo

ra phản ứng trên tất cả các khu vực trên bề mặt kim loại

2.3 Những phương pháp khắc kim loại

Các loại khắc khác nhau bao gồm axit, quang hóa, laser và điện hóa Khắc kim loại bằng axit được thực hiện trong dung dịch axit, nhúng hoặc phủ dòng Khắc quang hóa sử dụng ánh sáng và hóa chất đề loại bỏ vật liệu Khắc laser làm tan chảy bề mặt của phôi Khắc điện hóa sử đụng dung dịch gốc natri với các xung điện đề loại

bỏ vật liệu khỏi chât nên

Varlous Etched Metals

2.4 Khắc kim loại axit

Là một quá trình hóa học trong đó một axit mạnh, được gọi là chất ăn mòn, được

bôi lên bề mặt của một miếng kim loại đề loại bỏ một phần bề mặt kim loại nhăm

tạo ra hình ảnh, thiết kế hoặc thành phân

Kim loại có thế được khắc bằng kim loại hấp dẫn là phổ biến nhất do đặc điểm và tính chất của chúng Các kim loại phổ biến được sử dụng trong khắc là:

~ Titanium - nhẹ và bền với đặc tính chống mỏi tuyệt vời

~ Nhôm - chắc chắn, nhẹ, tỷ lệ trọng lượng tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn

- Đồng — kim loại mềm, tính chất nhiệt, dẫn điện, ăn mòn nhanh

— NIken - khả năng chịu nhiệt, ăn mòn, được sử dung lam hop kim

- Thép không øi - chống ăn mòn Dòng 300 rất khó khắc Thép không gi dòng 400 dễ khắc hơn nhưng không có khả năng chống ăn mòn

- Đồng - dẻo, đễ gia công, cứng hơn đồng, cứng và chắc

=Molypden — cường độ cao, tính chất nhiệt, tính dẫn điện và độ giãn nở nhiệt thấp

Hình 2.5 Các vật liệu khắc kim loại

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

2.5 Quá trình khắc kim loại axit

2.5.1 Làm sạch kim loại

Đề kim loại được ăn mòn bằng axit, nó phải loại bỏ mọi chất gay 6 nhiém, hat, dau hoặc hóa chất khỏi bề mặt Dung môi, chất khử oxy và dung địch kiềm thường được sử dụng Làm sạch là một bước cần thiết trong quá trình chuẩn bị để đảm bảo

bề mặt được chuân bị đúng cách

Việc vệ sinh là cân thiệt đề đảm bảo màng hoặc mực in lụa có độ bám dính tốt với

bê mặt kim loại Mọi vêt dâu hoặc màng oxit phải được loại bỏ hoàn toàn băng chất tây dầu mỡ được xác định tủy theo loại vết dầu

2.5.2 Dap lép

Chất che phủ hoặc chất che phủ được phủ lên bề mặt phôi Nó chứa các chất trơ như copolyme isobutylene isoprene va chat dan héi cao su tổng hợp, không bị mất cầu trúc khi tiếp xúc với phản ứng hóa học

Chất che phủ có thê được áp dụng băng cách nhúng hoặc phủ, trong đó việc nhúng bao gồm việc ngâm phôi và lớp phủ làm chảy chất che phủ trên bề mặt Sự thành công của việc áp dụng mặt nạ phụ thuộc vào mức độ làm sạch phôi

Etching Process for Wafer Fabrication

2.6 Khắc bằng tia Laser

Khắc laser thay thế khắc axit vi tính hiệu quả về mặt chỉ phi, chỉ sử dụng máy khắc laser và không lãng phí Danh sách dưới đây chứa các kim loại phô biến được sử dụng đề khắc laser cùng với điểm nóng chảy của chúng

Laser Etching Materials

Materials Melting Points Aluminum 6061 585°C Aluminum 380 566°C Carbon Steel 1435°C - 1540°C Lead 327.5°C Magnesuim 650°C Stainless Steel Grade 304 1400°C - 1450°C Stainless Steel Grade 316 1375°C - 1400°C

2.7 Khắc kim loại quang hóa

Là một quy trình gia công trừ truyền thống, sử dụng kỹ thuật chụp ảnh và hóa học

đề tạo hình phôi kim loại Sau khi hình ảnh thiết kế được phát triển trên phôi, một

dung dịch hóa học mạnh sẽ được đồ lên phôi để ăn mòn có chọn lọc và loại bỏ vật liệu dư thừa khỏi các khu vực không được bảo vệ để lại hình ảnh hoặc bộ phận hoàn hảo và sắc nét Các khu vực cần lưu hoặc xóa được chọn bằng cách sử dụng các kỹ thuật chụp ảnh, chăng hạn như chụp ảnh quang học

Photo Etched Metal

ae

IQSdirectory.com Hinh 2.7 Kim loại được khắc quang hóa

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

2.8 Quá trình khắc kim loại quang hóa

Là một quy trình cắt và khắc kim loại chính xác bằng cách sử dụng các hóa chất có công thức đặc biệt để tạo ra các thiết kế trên các tắm kim loại phăng Bản chất của quy trình này giúp có thế khắc các đặc điểm rất phức tạp và phức tạp vào nhiều loại kim loại Quy trình điện tử được sử dụng để sản xuất các bộ phận điện tử như bộ xử

ly máy tính có độ phức tạp cao và đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến từng chị tiết Bao gồm trong quá trình này có thể là các lớp phủ phức tạp, quang học, máy tạo plasma, buồng chân không

Basic Photochemical Etching Process

\ Developing

ft AY Chemical

etching Substrate coated

with photoresist

Exposure and Masking Te

IQSdirectory.com Hình 2.8 Mô tả quá trình khắc quang hóa cơ bãn

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại

2.9 May moc khắc kim loại

Nhiều máy khắc kim loại hiện có săn và rất quan trọng trong xã hội ngày nay vì chúng cho phép đánh dấu, khắc và khắc chính xác và hiệu quả trên các kim loại khác nhau, các ngành công nghiệp hỗ trợ như sản xuất, ô tô, trang sức, thiết bị y tế, v.v Những máy này đảm bảo nhận dạng, tùy chỉnh, truy xuất nguồn gốc và xây dựng thương hiệu sản phẩm, giúp cải thiện việc kiêm soát chất lượng, tuân thủ và tính thâm mỹ trong bỗi cảnh công nghiệp hiện đại

CHUONG 3 KET LUAN

Khắc kim loại và khắc điện hóa là hai phương pháp khác nhau để tạo ra các dấu vết hoặc hình ảnh trên bề mặt kim loại Hãy cùng tìm hiểu chỉ tiết về chúng:

o_ Máy khắc Laser: Máy khắc Laser sử dung tia laser dé cham vao bé mặt kim loại và tạo ra các dấu vết Điều này thường được sử dụng để khắc các hình ảnh chỉ tiết hoặc chữ viết trên kim loại

2 Khắc điện hóa:

© Nguyên tắc hoạt động: Khắc điện hóa sử dụng dòng điện để tạo ra các dấu vết trên bề mặt kim loại Một điện cực (thường là kim loại) được đặt gần bề mặt kim loại và dòng điện được chạy qua giữa chúng Quá trình này tạo ra các phản ứng hóa học tạo ra dẫu vết

S Ứng dụng: Khắc điện hóa thường được sử dụng đề khắc các biểu tượng, chữ viết hoặc hình ảnh trên kim loại, đặc biệt là trên bề mặt mềm như bạc, đồng hoặc vàng

Nhớ rằng cả hai phương pháp đều có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ nghệ thuật đến công nghiệp sản xuất

Phương pháp khắc điện hóa — kim loại