Chemische Bewerking: Precisie Metaalverwijdering Zonder Spanningen

Wat is Chemische Bewerking?

Chemische bewerking is de schone verwijdering van metaal uit vooraf gedefinieerde gebieden zonder de integriteit of eigenschappen van het metaal te veranderen, door middel van een fotochemisch proces. Dit proces wordt voornamelijk gebruikt voor het produceren van kleine, dunne metalen onderdelen met complexe ontwerpen, zonder brandsporen of spanningen in de onderdelen.

Het Chemische Bewerkingsproces

Het proces begint met het reinigen van vuil en oliën van het metaal. Een fotoresist wordt aangebracht en gebakken om een gelijke toepassing te garanderen. Het kunstwerk (masker) wordt vervolgens over het voorbereide metaalblad gelegd en blootgesteld aan ultraviolett licht, wat resulteert in de gewenste resolutie en etsspecificaties.

Het kunstwerk wordt verwijderd en de resist is klaar om te worden ontwikkeld of verwijderd. Op dit moment is het metaal klaar om geëtst te worden door het blad te dompelen in een chemische oplossing die al het materiaal oplost dat niet integraal is voor het onderdeel. Na voltooiing van het etsproces wordt de resist verwijderd en worden de metalen onderdelen gereinigd, geïnspecteerd en verpakt.

Stappen in het Chemische Bewerkingsproces

1. Reinigen

In het reinigingsproces worden de werkstukken gereinigd om olie, vet, stof of andere verontreinigingen te verwijderen, zodat verdere verwerking correct kan verlopen. Reinigen is essentieel voor een goede hechting van het maskermateriaal aan het werkstuk. Bij onvoldoende reiniging treedt afwijkende ets op.

Er zijn verschillende reinigingsmethoden zoals dampdegradatie, alkalische ets, afhankelijk van het werkstukmateriaal en de gewenste bewerkingsdiepte. Het reinigen van porieuze materialen is moeilijk. Er zijn twee hoofdcategorieën: mechanische en chemische methoden. De chemische methode wordt veel gebruikt omdat deze minder schade veroorzaakt dan de mechanische methode.

2. Maskeren

Maskeren gebeurt met maskers die inert zijn en niet reageren met de chemicaliën die tijdens het bewerkingsproces worden gebruikt. Het te gebruiken masker moet eenvoudig te verwijderen zijn. In dit proces worden de delen van het werkstuk die niet bewerkt hoeven te worden, afgedekt met een masker, zodat alleen de te bewerken gebieden blootgesteld worden aan de etschemicaliën.

Maskers worden op drie manieren aangebracht:

• Snij- en afziehmethode (cut and peel)
• Schermmethode (screen printing)
• Fotoresistmethode

3. Scriberen

Na het maskeren wordt het masker van de te bewerken gebieden verwijderd, zodat een chemische reactie op die plekken kan plaatsvinden. Na het scriberen zijn alleen de te bewerken gebieden nog blootgesteld aan het chemische bewerkingsproces.

4. Etsen

Het werkstuk wordt gedoopt in een container met een chemische stof die reageert met het werkstuk. De gemaskerde gebieden ondergaan geen reactie, terwijl de ongemaskerde gebieden reageren en het materiaal wordt weggeëtst. Het etsproces vindt meestal plaats bij verhoogde temperatuur. Gasbellen mogen niet vastzitten tijdens het proces om niet-uniforme bewerking te voorkomen.

5. Demaskeren

Na het etsen worden de maskers van de niet-bewerkte gebieden verwijderd, evenals de oxidelaag van de bewerkte gebieden.

6. Wassen

Na demaskeren wordt het werkstuk grondig gespoeld met vers water om eventuele resten van chemicaliën van het oppervlak te verwijderen.

Optioneel kan de temperatuur van de etsbad worden geregeld met verwarmings- of koelelementen.

Types Chemische Bewerking

Het proces kan toegepast worden op diverse operaties zoals frezen, blanken en graveren. De belangrijkste typen zijn:

• Chemisch Frezen (Chemical Milling)
• Chemisch Blankken (Chemical Blanking)
• Chemisch Graveren (Chemical Engraving)

Voor speciale doeleinden kan ook reactieve gassen (bijv. chloor) worden gebruikt, bekend als gasvormige chemische bewerking of hete chloorbewerking, gebruikt voor het ontgrendelen van metalen onderdelen.

1. Chemisch Frezen

Chemisch frezen of industriële ets is een subtractief productieproces waarbij temperatuurgereguleerde etsbadden materiaal verwijderen om een object met de gewenste vorm te creëren. Andere namen zijn foto-etsen, chemisch etsen, fotochemisch etsen en fotochemische bewerking. Het wordt voornamelijk op metalen toegepast, hoewel andere materialen steeds belangrijker worden. Het proces ontstond uit pantserdecoratie en druk-etsprocessen uit de Renaissance als alternatief voor gravure op metaal.

De kern van het proces is het baden van de snijgebieden in een bijtende chemische stof (etsmiddel), die reageert met het materiaal in het te snijde gebied en het vaste materiaal oplost; inerte stoffen (maskermiddelen) beschermen specifieke gebieden als resist.

Toepassingen

Etsen vindt toepassing in de printplaat- en semiconductorfabricageindustrie. In de luchtvaartindustrie wordt het gebruikt om ondiepe lagen van materiaal van grote vliegtuigcomponenten, rakethuidpanelen en uitgeperste delen voor vliegtuigcellen te verwijderen. Het wordt breed gebruikt voor de productie van geïntegreerde schakelingen en MEMS. Naast vloeibaseerde technieken gebruikt de semiconductorindustrie veelvuldig plasma-etsen.

2. Chemisch Blankken

Chemisch blankken, fotofabrictage of foto-etsen zijn varianten van chemisch frezen. Hierbij wordt materiaal volledig uit meerdere gebieden door chemische reactie verwijderd. Voornamig toegepast op bladen en foliën. Bijna alle metalen kunnen bewerkt worden, maar niet aanbevolen voor het dunner maken van materialen dikker dan 2 mm.

Het werkstuk wordt gereinigd, gedegreaseerd en geëtst met zuur of loog. Het gereinigde metaal wordt gedroogd en fotoresistmateriaal wordt aangebracht door dippen, centrifugeren of spuiten. Na drogen en uitharden wordt het blootgesteld aan UV-licht door een negatief (fotografische plaat met het ontwerp). Na belichting wordt het beeld ontwikkeld; onbelichte delen vallen weg en leggen kaal metaal bloot. Het metaal wordt in een machine gespoten met etsmiddel (bijv. fluorwaterstofzuur voor titanium). Na 1 tot 15 minuten is het ongewilde metaal verwijderd en is het klaar voor afwerking.

3. Chemisch Graveren

Printplaten, andere graveroperaties en snijden van complexe ontwerpen kunnen chemisch geblankt worden met fotoresistmaskers.

• Zeer dunne metalen (0,005 mm) kunnen goed geëtst worden.
• Hoge nauwkeurigheid van ±0,015 mm kan behouden worden.
• Hoge productiesnelheden zijn mogelijk met geautomatiseerde fotografische technieken.

Toepassingen van Chemische Bewerking

• Toegepast waar de diepte van metaalverwijdering cruciaal is tot enkele micronen en nauwe toleranties gelden.
• Oppervlakteafwerking van 0,5 tot 2 micron bereikbaar.
• Verwijdert metaal van delen van gevormde of onregelmatig gevormde onderdelen zoals smeedstukken, gietstukken, uitgeperste of gevormde walzproducten.
• Belangrijke toepassing: fabricage van gratvrije, ingewikkelde uitstanzingen.

Voordelen en Nadelen

Voordelen

• Geen vervorming van het werkstuk.
• Geen gratvorming.
• Geschikt voor moeilijk bewerkbare materialen.

Nadelen

• Proces is langzaam, niet geschikt voor grote series of materiaal dikker dan 2 mm.
• Kleine onderdelen worden vaak 10 tot 100 tegelijk op één plaat geproduceerd om de productiesnelheid te verhogen.