半导体零部件内腔体电解抛光模块化工装夹具及方法与流程

本发明属于半导体零部件表面处理，具体涉及半导体零部件内腔体电解抛光模块化工装夹具及方法。

背景技术：

1、在半导体流体控制零部件（高纯气体减压阀、多通道管件、气体分配歧管等）制造领域，阀体常带有2-4处管状支管接口，接口内壁焊缝需要通过电解抛光处理，实现 ra≤0.2μm 的超高洁净内壁粗糙度要求。电解抛光以工件作为阳极、辅助电极作为阴极，在电解液内通直流电流，依靠工件表面选择性溶解完成抛光钝化。

2、现有半导体阀体深孔内腔电解抛光工艺存在多项技术缺陷：

3、1、传统作业依靠人工组装简易工装，单次仅可处理单个腔体，多腔体阀体需要反复拆装；抛光时长依靠人工把控，计时误差大；阴极伸入深度、位置依靠人工经验调节，易出现抛光不均，阴极触碰孔壁还会发生短路，造成工件直接报废。

4、2、现有工装多为与零件深度耦合的一体式非标结构，防歪斜、排液流道等核心功能结构与零件定位夹紧结构绑定。零件接口规格变更后，核心模块往往需要整体重新开模制作，定制周期长，重复投入成本高，不利于多规格小批量零部件生产。

5、3、细长阴极采用单点悬垂固定，容易发生歪斜，阴极与孔壁同心度难以保证；孔道越深、孔径越小，歪斜风险越高，会造成内壁抛光不均匀，短路烧蚀工件，良率难以保障。

6、4、电解反应生成的气体容易在深孔内部积聚形成气阻死区，孔内电流密度分布失衡，造成局部欠抛或过抛，内壁抛光质量不一致，无法满足半导体严苛的内壁指标。

7、5、电刷镀外表面时电解液容易渗入 vcr 螺纹间隙，与镀银层形成原电池发生电化学腐蚀，造成螺纹咬死、密封失效，高价值零件直接报废。

8、综上，行业亟需一款可以克服上述全部缺陷，具备跨规格复用能力，支持多腔体高效并行加工、自动计时控制的模块化工装夹具。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供半导体零部件内腔体电解抛光模块化工装夹具，以解决上述背景技术中提出的现有内腔电解抛光手工操作效率低、人为计时偏差大、作业稳定性差、工装定制成本高、核心功能模块无法复用、深孔阴极歪斜、孔内排液困难、敏感镀层易腐蚀等技术缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体零部件内腔体电解抛光模块化工装夹具，包括通用阳极底座组件、阴极防歪斜组件、侧方排液组件和局部防护组件。

3、所述通用阳极底座组件包括导电底板，所述导电底板用于电连接电源正极并作为工装的安装基础，所述导电底板为通用件，工件直接放置于导电底板上，只要工件底面积小于导电底板面积即可直接承放，无需随工件规格定制定位模组；仅需定制与工件侧方接口螺纹连接的侧方绝缘块；

4、所述阴极防歪斜组件包括阴极棒与顶部绝缘盖，所述阴极棒由细钛棒和钛管构成，所述细钛棒的一端套入所述钛管，所述钛管的外径等于阴极导线母头的内径，所述细钛棒与钛管通过点焊方式焊接固定；所述细钛棒段伸入工件内部腔体，在电镀过程中作为细腔体内的阴极；所述钛管段用于与阴极导线插接；所述顶部绝缘盖开设有与细钛棒段适配的阴极棒插孔，所述细钛棒段穿过阴极棒插孔伸入工件内部腔体形成下端限位，并通过径向紧固件装配孔穿装紧固件锁紧防止细长阴极歪斜；所述钛管段通过夹具式或母头插口式固定阴极导线以接入电源负极，所述细钛棒段头部包覆有防护铁氟龙涂层起到绝缘防短路作用；所述顶部绝缘盖上还设有水管插孔，用于连接电解液导管，孔侧通过紧固螺丝锁紧；

5、所述侧方排液组件包括可拆卸安装于工件侧方接口处的侧方绝缘块，所述侧方绝缘块上开设有供电极穿过的通孔以及径向排液孔；所述阴极棒贯穿侧方绝缘块的通孔伸入工件侧方接口内，形成辅助阴极段；所述侧方绝缘块的外部设有用于连接阴极导线母头的接口结构，所述阴极棒通过该接口结构与阴极导线电连接，电解液从斜下方受重力作用排出；所述侧方绝缘块具有内螺纹和外螺纹两种连接型式，分别适配不同螺纹规格的工件接口，所述侧方绝缘块为根据工件接口螺纹规格定制的换型件；

6、所述局部防护组件包括可拆卸安装于工件侧方接口处的塑料堵头，所述塑料堵头结构形式与侧方绝缘块类似，用于电刷镀工件外表面时物理封堵工件接口，实现防护镀银螺纹的效果；

7、所述阴极防歪斜组件、侧方排液组件和局部防护组件为独立于工件的通用标准模块，在不同规格工件换型时，只要工件接口直径相同，所述通用标准模块可完全复用，仅需上下移动调节阴极棒伸入工件内部腔体的深度，以适配不同深度的腔体，无需重新设计制造；

8、所述工装夹具可同时在工件的多个腔体中安装阴极防歪斜组件和侧方排液组件，实现多腔体同时电解抛光；所述电源设有计时控制模块，由电源直接计时控制抛光时间，无需人为计时。

9、进一步地，所述导电底板为圆形或矩形的钛板或不锈钢板，表面抛光处理，其上预留标准安装阵列孔；所述导电底板的面积大于待加工工件的最大底面积，工件直接放置于导电底板上并通过侧方绝缘块的螺纹连接固定定位；当所述导电底板为矩形时，其适用于承载长条形或具有多排侧向接口的矩形截面工件。

10、进一步地，所述阴极棒由细钛棒和钛管点焊构成，所述钛管段头部通过夹具式或母头插口式固定有阴极导线，所述阴极导线用于接入电源负极；所述细钛棒段头部包覆有防护铁氟龙涂层，具有绝缘防短路功能；所述钛管外径与阴极导线母头内径匹配，实现插接式快速连接。

11、进一步地，所述顶部绝缘盖开设有与阴极棒细钛棒段适配的阴极棒插孔和水管插孔，所述阴极棒插孔供阴极棒细钛棒段穿过并形成下端限位，所述水管插孔用于连接电解液导管，孔侧通过紧固螺丝锁紧；所述顶部绝缘盖设有径向紧固件装配孔，通过紧固件穿过所述径向紧固件装配孔抵紧阴极棒实现防歪斜锁紧。

12、进一步地，所述径向排液孔倾斜设置，与水平面形成夹角，使电解液在重力作用下从流道下端排出，气泡在浮力作用下从流道上端自然溢出，形成气液分离排液结构。

13、进一步地，所述阴极棒为细钛棒与钛管点焊构成的一体式长条结构，依次穿过顶部绝缘盖、工件内部腔体及侧方绝缘块；所述阴极棒位于侧方接口内的区段作为辅助阴极，与位于工件内部腔体内的区段导电连通；所述阴极棒的钛管段延伸至侧方绝缘块外部，并通过母头插口式结构与阴极导线连接，实现单点多腔供电。

14、进一步地，所述侧方绝缘块具有内螺纹连接结构和外螺纹连接结构两种型式，分别适配不同螺纹规格的工件侧方接口；所述内螺纹型式的侧方绝缘块内部设有与工件外螺纹接口适配的内螺纹孔；所述外螺纹型式的侧方绝缘块外部设有与工件内螺纹接口适配的外螺纹段；所述侧方绝缘块为根据工件接口螺纹规格定制的换型件，所述导电底板和阴极防歪斜组件为通用件。

15、进一步地，还包括用于工件外壁清洗的专用电刷，所述电刷包括导电钛棒及与之一体固定连接的金属细管，所述金属细管用于通入电解液，实现边刷洗边供液的同步操作。

16、进一步地，所述工装夹具适配的工件为具有二至四个侧向接口的半导体阀体或腔体，包括二通、三通、四通及y型、十字型多支叉结构；换型时仅需更换与工件接口螺纹规格适配的侧方绝缘块，并在接口直径相同时完全复用阴极防歪斜组件和局部防护组件，仅需调整阴极棒在腔内的长度；所述导电底板完全通用，无需更换。

17、进一步地，所述工装夹具可同时在工件的多个腔体中安装多组阴极防歪斜组件和侧方排液组件，多组阴极防歪斜组件的阴极导线并联接入电源负极，实现多腔体同时电解抛光；所述电源设有计时控制模块，由电源直接计时控制抛光时间，替代人为计时操作。

18、本发明还公开一种半导体零部件内腔体电解抛光方法，采用上述工装夹具完成作业，包含如下步骤：

19、s1：将工件直接放置于导电底板上，导电底板与电源正极电连接；导电底板为通用件，只要工件底面积小于导电底板面积即可直接承放；

20、s2：在工件顶部安装顶部绝缘盖，将阴极棒的细钛棒段穿过顶部绝缘盖的阴极棒插孔伸入工件内部腔体形成下端限位，并通过径向紧固件装配孔穿装紧固件锁紧防止阴极歪斜；阴极棒的钛管段通过夹具式或母头插口式固定阴极导线接入电源负极，细钛棒段头部的铁氟龙涂层起到绝缘防短路作用；顶部绝缘盖的水管插孔连接电解液导管并通过紧固螺丝锁紧；

21、s3：在工件各侧方接口处安装与接口螺纹规格适配的侧方绝缘块，使辅助阴极段伸入接口内腔，侧方绝缘块的径向排液孔朝向斜下方；在电刷镀工件外表面时，将塑料堵头安装于不需电刷镀的侧方接口处，物理封堵工件接口以防护镀银螺纹；

22、s4：经顶部绝缘盖的水管插孔注入电解液，接通电源进行电解抛光，由电源的计时控制模块直接计时控制抛光时间，到达设定时间后电源自动断电；抛光过程中电解液经侧方绝缘块的径向排液孔在重力作用下从斜下方排出，气泡从上方溢出，实现气液分离；

23、s5：当工件具有多个腔体时，在多个腔体中同时安装阴极防歪斜组件和侧方排液组件，多组阴极导线并联接入电源负极，由电源统一计时控制，实现多腔体同时电解抛光。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、（1）多腔体同步加工，加工效率显著提升。模块化结构支持多腔体同时布置阴极防歪斜组件、侧方排液组件，多组阴极导线并联接电源负极。针对三通、四通多腔体阀体，一次性完成全部内腔抛光，摆脱传统手工逐腔加工模式，缩短生产周期，适配半导体零部件多品种、小批量、高一致性生产需求。

26、（2）电源计时自动控制，工艺稳定性高，批次一致性好。依靠电源自带计时模块控制抛光时长，计时精度达到秒级甚至毫秒级，加工完成自动断电，摒弃人工估算计时方式。消除人为操作带来的时间偏差，保障同一工件不同腔体、不同工件抛光时间统一，规避计时偏差带来的过抛、欠抛缺陷，保障内壁抛光质量批次稳定性。

27、（3）本发明将防歪斜、排液、防护等高价值功能模块与随产品变更的螺纹连接件解耦。工件接口直径一致条件下，核心模块全部复用，仅调节阴极棒伸入腔体深度即可适配不同腔深工件；昂贵核心模块不用随工件规格报废，最大化模块复用率，降低多品种产品综合工装投入。

28、（4）阴极棒细钛棒穿过顶部绝缘盖插孔伸入腔体形成下端限位，搭配径向紧固件锁紧，构成“下端限位+上端锁紧”两点约束，保证细长阴极和深孔内壁同心，抛光均匀性提升，杜绝阴极歪斜接触孔壁短路造成工件报废，克服传统单点悬垂固定同心度差的难题。

29、（5）气液分离排液结构，消除深孔气阻死区。侧方绝缘块倾斜布置径向排液孔，利用重力、浮力实现液体向下排出、气泡向上溢出，消除孔内气阻死区，电解液流场、电流密度分布均匀，避免局部过抛、欠抛，保障内壁粗糙度满足ra≤0.2μm半导体超高洁净要求。