一种基于活动掩膜板的金属电加热丝电解刻蚀方法与流程

1.本发明涉及一种柔性电加热薄膜的生产，尤其涉及一种大面积片状金属线路加热薄膜的电解刻蚀生产方法。具体地说是一种基于活动掩膜板的金属电加热丝电解刻蚀方法。


背景技术：

2.柔性电加热薄膜是一种面状发热的薄膜，具有可弯曲、能折叠、加热效率高等优势，在医疗、半导体、航空航天等很多领域中得到应用。柔性电加热薄膜结构包含有金属加热层和绝缘隔热层, 金属加热层紧密贴覆在绝缘隔热层之上。其中金属加热层为片状金属线路电加热丝，厚度在数十微米至一百余微米之间，一般采用铁镍合金或者不锈钢薄片加工制备而成。绝缘隔热层一般采用硅胶薄膜。
3.目前柔性电加热薄膜的一种常见生产方法为：先将金属箔片（铁镍合金或不锈钢箔片）贴覆在硅胶薄膜上，形成待刻蚀电加热膜。再在金属箔片上贴敷感光膜，对感光膜进行曝光显出需要蚀刻去除的金属部分，感光膜未曝光部分则覆盖着需要保留的金属电阻丝线路。然后将此电加热膜整体放入腐蚀机中进行化学腐蚀，腐蚀液体为酸性溶液。腐蚀结束后取出加热膜并脱去感光膜，即获得成品片状柔性电加热薄膜。这种生产方法的缺点在于：（1）在化学腐蚀过程中采用的腐蚀液体为酸性溶液，酸性废液处理成本高，环保性不好；（2）每一片金属箔片上都需要贴覆感光胶并进行曝光处理，工艺过程繁琐，生产周期长。因此，有必要提出一种环保性好、工序简单、生产效率高的电加热薄膜新型制备方法。
4.相比与传统的酸性溶液化学腐蚀制备电加热薄膜，采用电解加工方法制备电加热薄膜具有如下优点：（1）采用中性盐溶液作为电解液，电解液经过滤后可以重复使用，环保性更好；（2）可以采用活动掩模板电解加工方法代替在工件表面贴敷感光膜以及曝光等繁琐工序，工艺步骤简单。活动掩模板电解加工方法（参见文献：模板电解加工群孔基础研究及应用，李东林，南京航空航天大学博士论文，2010年）的原理是：在电解加工过程中，阴极为平板形状，在阳极工件表面紧贴一层绝缘掩模板，依靠掩膜板的屏蔽作用保护掩膜板所覆盖区域的材料不被电解腐蚀去除，掩膜板可重复使用。但是，电加热丝线路线宽较细，通常在1
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2毫米左右，若按照通常方法制作活动掩膜板，掩膜板形状与电加热丝形状大致相仿，则存在以下缺点：（1）掩膜板为镂空形状，具有很多筋条结构，这些筋条结构细窄（与电加热丝线宽相仿），强度不高，在使用中易损坏；（2）不易采用机械夹紧方式将掩膜板与金属箔片压紧，从而影响电解刻蚀效果。有鉴于此，本发明提出采用两步式活动掩膜板电解刻蚀方法制备薄膜电加热丝。
5.

技术实现要素：

6.本发明的目的是针对有的电加热薄膜生产过程中电加热丝酸性溶液化学腐蚀工艺对环境具有很高的负面影响以及目前电加热薄膜生产过程中电加热丝腐蚀工艺过程繁
琐而导致的生产效率低下、成本较高的问题。发明一种基于活动掩膜板的金属电加热丝电解刻蚀方法，依次对第一掩模板与第二掩模板镂空部分所对应的金属箔片区域进行刻蚀，电解液采用中性盐溶液，掩模版可重复使用，替代目前电加热丝化学腐蚀中对每一片金属箔片都贴覆感光胶、然后曝光显影的工艺，简化工艺过程、减少环境污染、提高加工效率、降低生产成本。
7.本发明的技术方案是：一种基于活动掩膜板的金属电加热丝电解刻蚀方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1、根据金属电加热丝1的形状尺寸，设计第一掩膜板2和第二掩膜板3的形状与尺寸。其中，第一掩膜板2为镂空结构，用于电解刻蚀金属电加热丝1所包围的内部区域4，第一掩膜板2的外形尺寸超过金属箔片6.2的外边界6.3。第二掩膜板3也为镂空结构，用于电解刻蚀金属电加热丝1与金属箔片6.2外边界6.3之间所包围区域5。
8.步骤2、采用不导电的非金属材料制作第一掩膜板2和第二掩膜板3；采用金属材料制作平板式阴极7。
9.步骤3、制作待刻蚀电加热薄膜6：在绝缘硅胶薄膜6.1上贴覆金属箔片6.2，形成待刻蚀电加热薄膜。准备好所有待刻蚀电加热薄膜。
10.步骤4、将待刻蚀电加热薄膜6放置在电解工作台上，用绝缘导线8将金属箔片6.2与直流电源9的正极连接，绝缘导线8与金属箔片6.2的连接处为即将电解刻蚀的金属电加热丝1的引脚位置1.1。将第一掩膜板2放置在待刻蚀电加热薄膜6上、调整好位置、压紧金属箔片6.2。在后续的电解刻蚀过程中，第一掩模板2所压紧覆盖区域由于屏蔽而不会被电解腐蚀。绝缘导线8与金属箔片6.2之间的连接接头为偏平状，且被第一掩膜板2覆盖屏蔽。
11.步骤5、将平板式阴极7与直流电源9的负极连接，调整好平板式阴极与第一掩膜板2之间的距离，形成电解加工间隙。在电解加工间隙内输送电解液，开启电源，采用电解工艺对第一掩膜板2镂空部分所对应的金属箔片区域进行刻蚀，电解加工间隙、电解液浓度、电解液流速、直流电源输出电压等工艺参数可以通过理论计算或者试验获得。
12.步骤6、待步骤5完成之后，将第一掩膜板2撤下，将第二掩膜板3放置在电加热薄膜上6、调整好位置、并压紧已完成第一步刻蚀的金属箔片6.2，采用电解工艺对第二掩膜板3镂空部分所对应的金属箔片区域进行刻蚀，所采用的工艺参数参照步骤5获得。
13.步骤7、待步骤6完成后，即获得刻蚀好的电加热丝，从电解工作台上取下已完成刻蚀的电加热薄膜。回到步骤4，重复生产，直至完成全部生产任务。
14.所述的平板式阴极7采用不锈钢制作；所述电源为直流电源；所述的电解液使用nano3电解液。
15.本发明的有益效果是：采用基于活动掩膜板的电解加工方法制备电加热薄膜上的金属电加热丝，工艺过程采用中性盐溶液，对环境影响小。采用两个掩膜板分别对电加热丝所围内部区域、及电加热丝外部区域分别进行电解刻蚀，确保掩膜板具有较好结构强度及寿命。替代了目前化学腐蚀工艺中针对每个金属箔片均要贴覆感光胶并曝光显影的繁琐工艺过程,能够有效提高生产效率、降低成本、减少环境污染。
附图说明
16.图1是本发明的基于活动掩膜板的金属电加热丝电解刻蚀方法流程示意图。
17.图2是本发明所述的电加热丝示意图。
18.图3是本发明所述的电热丝所围内部区域。
19.图4是本发明所述的电热丝外部区域。
20.图5是本发明所述待刻蚀电加热薄膜示意图。
21.图6是本发明所述的第一掩膜板示意图。
22.图7是使用第一掩模板刻蚀后的金属箔片形状示意图。
23.图8是本发明所述的第二掩模板示意图。
24.图9是本发明使用第二掩模板刻蚀后的电加热丝形状示意图。
25.图10是本发明所述的电解加工装置示意图。
26.其中：1、电加热丝，1.1、电加热丝引脚，2、第一掩模板，3、第二掩模板，4、电加热丝所围内部区域，5、电加热丝外部区域，6、待刻蚀电加热薄膜，6.1、硅胶薄膜，6.2、金属箔片，6.3、金属箔片的边界，7、平板式阴极，8、绝缘导线，9、电源，10、电解工作台。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
28.如图1
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10所示。
29.一种基于活动掩膜板的金属电加热丝电解刻蚀方法，它包括以下步骤，如图1所示：步骤1、根据金属电加热丝1的设计形状（图2所示），确定电加热丝1所围内部区域4，如图3所示。设计第一掩膜板2，如图6所示，第一掩膜板2用于电解刻蚀电加热丝1所围内部区域4。确定电加热丝1的外部区域，所述电加热丝外部区域边界沿伸到金属箔片的边界6.3，设计第二掩膜板3，如图8所示，第二掩膜板3用于电解刻蚀电加热丝1的外部区域。
30.步骤2、采用不导电的非金属材料，如厚度1mm的塑料板，制作第一掩膜板2和第二掩膜板3，制作方式可采用数控雕刻机或者激光切割机进行。采用不锈钢材料制作平板式阴极7。
31.步骤3、制作待刻蚀电加热薄膜6：在绝缘硅胶薄膜6.1上贴覆金属箔片6.2，形成待刻蚀电加热薄膜。准备好所有待刻蚀电加热薄膜，如图5所示。
32.步骤4、将待刻蚀电加热薄膜6放置在电解工作台上，用绝缘导线8将金属箔片6.2与直流电源正极连接，绝缘导线8与金属箔片6.2的连接处为即将电解刻蚀的金属电加热丝1的引脚位置1.1。将第一掩膜板2放置在待刻蚀电加热薄膜6上、调整位置并压紧金属箔片6.2。在后续的电解刻蚀过程中，第一掩模板2所压紧覆盖区域由于屏蔽而不会被电解腐蚀。绝缘导线8与金属箔片6.2之间的连接接头也将被第一掩膜板2覆盖屏蔽而不被腐蚀。
33.步骤5、将平板式阴极7与直流电源9的负极连接，调整好平板式阴极与第一掩膜板之间的距离，及电解加工间隙。在电解加工间隙内通入电解液，电解液为15%的硝酸钠溶液，电解液流速、直流电源输出电压等参数可以通过试验或者现有理论计算获得，这里不再赘述。开启电源，采用电解工艺对第一掩膜板镂空部分所对应的金属箔片区域进行刻蚀。
34.步骤6、待步骤5完成之后，将第一掩膜板撤下，这是所获得的金属箔片形状如图7
所示。然后将第二掩膜板放置在电加热薄膜上、调整位置并压紧已完成第一步刻蚀的金属箔片，采用电解工艺对第二掩膜板镂空部分所对应的金属箔片区域进行刻蚀，所采用的工艺参数参照步骤5获得。
35.步骤7、待步骤6完成后，即获得刻蚀好的电加热丝，如图9所示，从电解工作台上取下已完成刻蚀的电加热薄膜。回到步骤4，重复生产，直至完成全部生产任务。
36.本发明未涉及部分与现有技术在工作相同或可采用现有技术实现。