微电铸器件铸层均匀性的研究

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电铸

一、电铸的特点：作为一种传统与现代结合的制造技术,电铸有以下优点:(1)快速的复制能力与其他机械加工方法相比,电铸可以用较快的速度制作出复杂零件的型腔和制品,特别是对于一些形状复杂!加工变形大的零件更加能够体现电铸的优点;(2)精确度高电铸加工能够复制皮肤纹理等微细表面或经过抛光后的表面,其复制精度可以达到次微米级"在新近发展中的微加工制造中,由于尺寸精度己经超出传统加工的范围,电铸的优势得到了明显的体现;(3)制造成本低电铸需要的设备投资少,其次除了加工过程中镀液的工艺损耗外,几乎没有加工边料的浪费"当然,电铸的缺点也是非常明显的,主要表现在以下几个方面:(1)铸层均匀性差,难以控制壁厚尺寸精度金属电沉积速度一般正比于阴极电流密度,电流密度的分布代表着电沉积速度的分布"电沉积复杂阴极芯模型面时,沉积层表面存在微小的凸起和凹陷"在凸起的地方电流线集中,凹陷处电流线稀疏"随着电沉积过程的持续,由于电场的正反馈作用,凸起和凹陷被加以放大,表面愈来愈粗糙,如不加以有效控制,可能在没达到足够厚度时,已经出现严重枝状凸起甚至烧焦,使电铸工艺失败"(2)难以精确控制镀层中的合金成分合金镀层中的合金含量直接影响薄壁器件的性能,但合金镀层中的合金含量受电解液配比!电铸温度!搅拌形式!电源参数等电铸参数综合作用的影响,目前还没有稳定控制合金镀层中的合金含量的实用技术或工艺措施"(3)脱模难在电铸过程中,要求金属沉积层与芯模基体具有一定的结合力,两者不能相互分离,否则电解液会进入金属沉积层与芯模基体间,使复制件表面遭受电解液的腐蚀而改变粗糙度,无法保证电铸质量"但如果金属沉积层与芯模基体间的结合力过大时,难以使复制件完整无损地从芯模中脱离"由于此类精密薄壁件的刚度和强度都相对较低,因此很难通过一般的机械脱模法使复制件完整无损地从芯模中脱离"目前在此类精密薄壁件的脱模中普遍采用化学腐蚀法破坏芯模的工艺方法,所以一个芯模只能生产一件零件,难以控制生产成本"这种方法还要使用大量的化学腐蚀液,存在环境污染问题"另外,在进行电铸之前通过对芯模表面进行表面处理,降低电铸过程中金属沉积层与芯模基体之间结合力,也可以为此类精密薄壁件的顺利脱模提供保证"目前,主要采用化学氧化芯模表面的方法,但由于影响电铸过程中金属沉积层与芯模基体之间结合力的因素较多且很复杂,如受芯模表面氧化状态!氧化膜特性!电铸过程参数等诸多因素的影响,目前还不能满足实际批量生产需要"二、电铸的原理：电铸(electroforming,EF)是利用电沉积方法在作为阴极的原型上进行加厚电沉积,从而复制出与原型一样的制品的方法,是电沉积技术的重要应用技术之一"自1838年俄国科学家耶可夫教授发明电铸铜技术,电铸技术己经历了一百多年的发展历程"电铸本质上是电镀的一种特殊形式,构成它的基本要素包括阳极!电解液!待镀工件模具(阴极)和电源,如图 1.1"然而作为工艺技术,电铸和电镀之间存在不少差异"电镀是在物体表面沉积一层金属镀层,作为装饰或保护层,它一般不需要形成独立支撑结构,是对镀件的表面进行改性修饰的技术;而电铸则要求电沉积的金属最终能够形成独立的结构,按照一定的方式复制作为电镀起始物的模版,是一种加工制造新个体的工艺技术"从工艺角度分析,电铸的镀层通常较厚"一般电镀镀层厚度约在1一50娜之间,而电铸镀层厚度一般大于几十微米,甚至经常达到几毫米以上"电铸形成的物件都能从基体上自然分离,而电镀的镀层因是保护金属基体或作为装饰之用,所以镀层与阴极必须结合得很好,以免剥落"电铸件的自身性能与基体是无关的,而电镀镀层的性能则与基体金属是互为补充的"电铸与电镀二者最大的差异在电镀制造的目的在于利用电解沉积形成工件表面的镀膜,提升工件表面精度!抗腐蚀能力等性能"而电铸制造在生产一精密电铸法制造复杂薄壁零件的工艺研究个本身具备所需相关力学性能的工件"因此电铸制造技术更加重视铸件本身的硬度!材料的组织!应力等性能"三、电铸的应用：(1)电铸与电弧喷涂的结合:目前，电铸与电弧喷涂制模的主要应用方面是快速制造注塑模具。

微电铸工艺现状和发展趋势

摘要：介绍了微电铸的基本原理和特点，阐述了微电铸过程中镀层厚度形成不均匀等技术难点，最后总结微电铸工艺参数的现状和以后的发展趋势。

关键词：微电铸MEMS 工艺参数现状趋势0 前言LIGA是德语X射线光刻（X-ray lithographie）、电铸（galvanoformung）和模压（formtechnik）的缩写。

该工艺包括把一层厚厚的X射线光刻胶（从几微米到几厘米）、高能X射线辐射曝光和显影，以形成各种想要三维的光刻胶结构。

接下来通过精细电铸，将金属填充到光刻胶模具结构中，在去除光刻胶，即得到了想要的金属结构。

该金属结构可以是最终的产品也可以是精密塑料模压的模具。

经过模压好的塑料部件既可以作为最终的产品，又可以作为产品的牺牲模具。

可见微电铸技术是LIGA工艺中非常重要的一个环节。

对于金属电铸工艺可包括无电解电铸和电解电铸两种。

无电解电铸就是靠化学方法连续淀积厚金属，而不加电压也没有消耗基片，它最重要的一点是采用充分的氧化反应代替点解电铸中的基片溶解。

电解电铸是自我限制的，而无电解电铸不是自我限制的。

对于无电解电铸镍来说，镍离子的减少是靠次磷酸盐的氧化反应来补充的。

反应一直进行，直到溶液中的次磷酸盐耗尽为止。

在电解电铸中，只要当整个基片表面覆盖了镍以后就会停止。

大量的氢生成会破坏电铸金属膜的质量，因此必须避免。

氢生成速度与电铸金属膜的速度没有直接关系，而主要取决于还原剂分子。

在无电解电铸中，电铸可能是在容器壁上在某个时刻自发开始，因此需要稳定剂来稳定溶液。

1 微电铸原理的特点微电铸的要素包括阳极、阴极、电源、电解液以及待镀工件模具等，其中待镀工件模具作为阴极，电铸是一种特殊形式的电镀。

希望沉积的金属离子包含在电解液中，当电解发生时，在阴极的工件模具表面会沉积金属离子，随着金属离子沉积在阴极，阳极金属会发生溶解反应补偿电解液中金属离子的减少。

经过表面工艺处理的成型工件作为电铸模具，可以得到合适的镀件并能保证镀件和模具容易分离。

铸锭经过均匀化退火树枝晶转变为等轴晶的原因

铸锭经过均匀化退火树枝晶转变为等轴晶的原因一、引言铸造工艺中的晶粒结构对材料的性能有着重要的影响。

铸锭经过均匀化退火后，树枝晶结构会逐渐转变为等轴晶结构，这种结构变化对提高材料的力学性能和疲劳寿命都具有积极影响。

本文将从热力学和动力学两个方面来探讨铸锭转变为等轴晶结构的原因。

二、铸锭结构的形成原理1. 热力学原理铸锭的结晶结构形成受到热力学原理的制约。

在均匀化退火过程中，铸锭受热后内部原有的树枝晶结构会因晶粒的再结晶而发生变化，最终形成等轴晶结构。

这种结构转变由热力学原理驱动，主要受温度和固溶度的影响。

2. 动力学原理除了热力学原理外，动力学原理也对铸锭结晶结构的转变起着重要作用。

在均匀化退火过程中，晶粒内部存在的位错和晶界迁移等动力学过程会影响晶粒的再结晶和成核过程，从而导致树枝晶结构逐渐转变为等轴晶结构。

三、等轴晶结构的优势1. 提高材料的力学性能等轴晶结构相比树枝晶结构具有更好的力学性能，包括抗拉强度、延展性和耐疲劳性等方面。

铸锭经过均匀化退火树枝晶转变为等轴晶后，材料的性能会得到明显提升。

2. 增加材料的疲劳寿命树枝晶结构中存在大量的晶界和位错，容易成为裂纹的起始点，降低材料的疲劳寿命。

而等轴晶结构的晶粒更加均匀，晶界较少，因此具有较高的抗疲劳性能。

四、总结和展望本文从热力学和动力学的角度探讨了铸锭经过均匀化退火树枝晶转变为等轴晶的原因，并分析了这种结构转变的优势。

通过深入理解铸锭结晶结构的形成原理，我们可以更好地控制和优化铸造工艺，提高材料的性能和质量。

未来，我们可以进一步研究晶粒的成长规律和晶界的稳定性，以期在铸造工艺中取得更大的突破和进步。

个人观点和理解：在铸造工艺中，晶粒结构的演变是一个复杂而精密的过程。

铸锭经过均匀化退火树枝晶转变为等轴晶结构，背后是热力学和动力学的相互作用。

这种结构转变使材料的力学性能和疲劳寿命得到提升，对于提高铸造材料的质量和性能具有重要意义。

我对铸锭结晶结构的形成原理有了更深入的理解，相信这将对我的工作和研究有所帮助。

微电铸工艺

微电铸的工艺参数等探究0 前言微电铸工艺(microelect roforming technology) 是在传统电铸工艺的基础上建立起来的新概念,具有微小结构成型、复杂结构成型、高精度和批量生产等突出优点，它既可以看作是在微细加工模具基础上的传统电铸技术的延伸，也可以认为是掩膜电镀在高深宽比方向发展的结果，微电铸工艺是LIGA/准LIGA 技术的核心内容，其中LIGA是德文Lithographie、Galvanoformung和Abformung三个词的缩写，是X射线深层光刻、微电铸和微复制工艺的完美结合，在MEMS技术领域有广泛应用[1]。

从本质上分析，LIGA/准LIGA工艺微电铸可以分为性质不同的两个阶段：第一阶段是在掩模微结构的深层填充金属；第二阶段是在整个光刻胶和金属结构表面沉积厚度为6-10mm的厚金属膜，以便加工成压铸膜的基座。

1 微电铸工艺的研究进展与趋势对微电铸工艺的技术难点，研究人员在理论分析的基础上，从微电铸过程的数值模拟和工作参数试验优化等方面开展工作，探索微电铸的内在规律，取得了一系列进展，形成一些有重要参考价值的工作规范和指导意见，有力的促进了微电铸技术在MEMS领域的广泛应用[2]。

首先，基于高深宽比掩膜微结构是微电铸工艺关键影响因素的认识，建立了能够体现高深宽比微区传质特征的电极界面模型。

在微流体运动中引入高深宽比结构因素，建立了能够体现高深宽比微结构对界面稳定层增厚产生影响的电极界面物理模型。

其次，通过数值解析，系统分析一般镀液体系典型结构中电流密度再分布的规律。

如果待镀微区的开口尺寸较大，也就是掩膜微结构深宽比较小，则微电铸电流在沉积区域的再分布并不充分，靠近掩膜边缘的电流密度将显著高于中心部位，形成边缘高而中间低的马鞍型厚度分布这是掩膜电镀体系中常见的厚度分布样式。

如果待镀微区开口较小，也就是高深宽比微结构掩膜存在的情形，则在进入掩膜开口区域之后，电流密度将在传质阻力的作用下实现充分再分布，形成中间部分电流密度较大，整体镀层厚度比较均匀的理想结果。

电铸技术的发展和应用综述

电铸技术的发展和应用综述章勇【摘要】电铸技术是一种精密特种加工技术,凭借其工艺的特殊性,在很多行业有着广泛的应用.对电铸技术的发展历史及电铸技术在特殊结构件、微细结构件和大型结构件三个方面的应用进行综述,并阐述了电铸技术的研究现状.【期刊名称】《沙洲职业工学院学报》【年(卷),期】2017(020)002【总页数】4页(P1-4)【关键词】电铸;微细;精密;结构件【作者】章勇【作者单位】沙洲职业工学院,江苏张家港215600【正文语种】中文【中图分类】TG249电铸是一种电化学加工方法，它是利用金属离子在阴极表面电沉积的原理进行零件的成型。

目前，电铸技术主要用于航空航天、精密模具、特殊结构件等行业。

与传统的金属成型工艺和其它精密加工技术相比，电铸技术具有复制能力强、重复精度高、适用范围广和电铸零件的材料性能可控性强等独特的优点[1-2]。

电铸工艺的发展首先体现在电铸层的材料成分上，其发展历程可分为单金属电铸、合金电铸和复合材料电铸三个阶段，但这三个阶段并无明显的界限，且在现阶段仍在共同发展。

对于单金属电铸工艺而言，电铸中应用最广泛的金属有铜和镍。

其中，电铸铜主要用于对导热要求高的工艺结构件，且由于其具有良好的塑性和导电性，常用于铜箔、印刷电路板、波导管、电火花电极等，有时也用于电铸镍的打底层。

与电铸铜相比，电铸镍具有较高的强度、硬度和耐腐蚀性，常用于工程结构件，电铸镍的厚度可达数十毫米，可用于某些特殊的产品中，如用于核反应堆的无缝电铸镍管、液体火箭发动机推力室身部等[3]。

随着电铸应用领域的不断拓展，有限的单金属电铸材料已难以满足科技发展的需要。

因此研究者们从19世纪末就开始进行合金电铸的研究，但一直到20世纪60年代中期，才由W.Stephenson等人成功开发出了镍锰合金电铸技术，从而掀起了合金电铸的新高潮。

目前，研究最多的合金电铸主要是以铁族金属为主体，在其中掺杂其它金属，如Ni-Co合金、Ni-Mn合金和Ni-Fe合金等[4-7]。

对流-扩散传质对微电铸镀层均匀性的影响

Ａｂｓｒｃｔａｔ：ＭＥＭＳｍｉｒｅｅｔｏｏｍｉｇｕｎｆｒｔｒｎａｙｅｓｎＵＥＮＴｏｔ］。Ｔｈｏｅｔｖ — ｉｆｓｖｃｏ—ｌｃｒｆｒｎｉｏｍｉｙａｅａｌｚｄｕｉｇＦＬｓｆ．ｅｃｎｖｃｉｅｄｆｕｉｅｗ￣
ＭｉｒａｂｒｃｔｏｎｃｎｏｌｙｆＭｉｓｒｆＥｄｕｃｔｏｎ，ｓａｒｈＩｓｉｕｔｆＭｉｒ／ＮａｃｏｆｉｉＴｅｈａｏｇｏｍｔｏｙａｉＲｅｅｃｎｔｔｅｏｃｏｎｏ
ＳｉｎｅａｄＴｈｏｏ，ｈｎｈｉｉｏｏｇＵｉｅｓｙＳａｇａ０２０ＣｉａｃｅｃｎｅｎｌｇＳａｇａＪａｔｎｎｖｒｉ，ｈｎｈｉ０４，ｈｎ）ｃｙｔ２
沉积的控制步骤时，进行对流一扩散传质过程数值模拟，研究不同深宽比微结构中对流一扩散对传质的影响。模拟果表明：当对流一扩散传质成为控制步骤时，渗透流影响镀层基本形貌，回流会引起镀层形貌的
微小起伏。
关键词：微电铸；流一对扩散传质；渗透流；回流
ｉｔｈｏｔｏｔｐＴｅｅｕｔｆｓｍｕａｉｎｈｗｔａｅｈｍａｓｒｎｐｒｉｏｔｌｄｎｏｔｅｃｎｒｌｓｅ．ｈｒｓｌｏｉｌｔｓｓｏｈｔｗｈｎｔｅｓｏｓｔｓｏｔＳａｃｎｒｌｍａｎｙｂｏｅｉｌｙ
０引言
分析了微电铸体系电极过程的动力学特性。ＫｎｏＫ等ｏｄ

磁场作用下微电铸工艺参数对铸层表面形貌的影响

磁场作用下微电铸工艺参数对铸层表面形貌的影响杨帆，贾卫平，吴蒙华（大连大学机械工程学院，辽宁大连116622）［摘要］为了探讨磁场作用下电铸工艺参数对单面覆铜板表面铸层显微形貌的影响，以铸层的显微硬度为指标，采用正交试验优选了微电铸工艺参数，探讨了磁场强度、电流密度以及超声功率对铸层表面形貌的影响规律，确定了磁场作用下制备高硬度且铸层平整、致密的最优工艺参数。

结果表明:施加磁场后，金属离子受到磁流体力学效应对电铸过程产生影响;随着磁场强度的增大，铸层晶粒逐渐得到细化，形状更加规则;随着电流密度、超声功率的增大，铸层晶粒均呈现出先细化后粗化的规律。

磁场强度0．6T 、电流密度2A /dm 2、超声功率240W 、占空比20%下所得铸层晶粒粒径均匀，表面平整致密，显微硬度较高，具有良好的综合性能。

［关键词］微电铸;磁场;单面覆铜板;工艺参数;表面形貌;晶粒尺寸;显微硬度［中图分类号］TQ153．1［文献标识码］A［文章编号］1001－1560(2012)09－0048－04［收稿日期］2012－04－10［基金项目］国家自然科学基金项目（50975034）；辽宁省科技计划项目（2010223006）资助［通信作者］吴蒙华（1963－），教授，博士生导师，主要研究方向为电化学加工技术，电话：0411－87402147，E -mail ：wmh005@163．com0前言磁场作用下的电沉积是近年来发展的新型技术。

磁场与电场的交互作用影响着金属及合金材料的电沉积过程，改善沉积层组织结构与性能，已成为研究的热点［1 4］。

目前，对磁场的研究大多都集中在磁场的施加方式和磁场对合金镀层性能的影响方面［5 10］，而磁场条件下微电铸工艺参数对铸层性能的影响则鲜有研究报道。

为此，本工作以铸层的显微硬度为指标，运用正交试验优选了磁场作用下的微电铸工艺参数，探讨了磁场强度、电流密度、超声功率对单面覆铜板铸层表面形貌的影响规律，确定了铸层高硬度、表面致密的最佳工艺参数。

微电子器件可靠性工艺可靠性

环境适应性挑战与解决方案
环境适应性挑战
微电子器件在复杂环境中使用时，会受到温度、湿度、气压、辐射等多种因素的影响，导致性能不稳定甚至失效。
解决方案
加强封装和密封技术，提高器件的防潮、防尘能力；采用耐高温、耐辐射的器件材料；优化器件结构和工艺，提高环境适应性。
05
微电子器件可靠性未来发展趋势
自动化维修
自动化维修技术将应用于微电子器件的维修中，能够实现快速、准确的维修，提高设备的可靠性和稳定性。
06
结论
微电子器件可靠性工艺可靠性的重要性
保证产品性能
微电子器件可靠性工艺可靠性是保证产品性能的关键因素，可以提高产品的稳定性和可靠性，减
少故障和失效的可能性。
提升生产效率
通过提高微电子器件可靠性工艺可靠性，可以减少生产过程中的不良品和废品，降低生产成本，提高生产效率。
可靠性设计与分析技术的发展
可靠性建模
随着计算机技术的发展，可靠性建模技术将更加成熟，能够更准确地预测和评估微电子器件的寿命和可靠性。
失效分析
失效分析技术将不断进步，能够更快速、准确地定位和解决微电子器件的失效问题。
智能化与自动化在可靠性工程中的应用
智能化检测
通过智能化检测技术，能够实现微电子器件的快速、准确检测，提高生产效率和产品质量。
随着技术的发展，微电子器件的性能不断提高，尺寸不断缩小，集成度不断提高，对电子系统的性能和可靠性起着至关重要的作用。
微电子器件可靠性的挑战
随着微电子器件尺寸的减小和集成度的提高，其可靠性面临着越来越多的挑战。
微电子器件的可靠性问题主要包括热可靠性、机械可靠性、电气可靠性等，这些问题对微电子器件的性能和使用寿命产生重要影响。

电铸金刚石-镍复合微观组织结构分析

析。关键词：刚石一镍复合膜金 ’ Ｘ射线衍射法
微观组织结构
钟一百六到两百六的速度搅拌，然后沉积半小时到四小时。第三步，对钢母板进行抛光与氧化处理，后将金刚石一镍复合膜以电沉积然
本文通过试验研究，对脉；中电铸镍锰合金的微观组织结构进行的方式附加在钢母板上，再利用机械方式进行脱模，试样即制作成了分析。电铸是通过在电解槽中的阴极芯模上电沉积金属而制取零功，这样得到的复合膜厚度在２到４ｍ之间。通过电子显０ｕｍ５部件的一种特￣）＇ｒ，在航空航天、器、具及微机械制造微镜的观察，制备的复合膜中金刚石以百分之八十的颗粒密度均ｊｒ－艺它ｎ兵模所等方面有很好的应用。复合镀层是用电沉积或化学镀的方法使金属匀分布。与固体微粒共沉积于基体材料表面而获得的表层复合材料。复合电其次，多晶显微应变的测量。用自制的微波功率为５千瓦的镍镀具有制备温度低、备简单、品多样、设产表面性能优越等特点。电铸微波等离子体（ＭＷＣＤ）置，究了在ＣＨ反应气体中添加Ｖ装研Ｈ一：金刚石一镍复合膜属于超硬材料复合电镀，此项技术涉及到电化安全廉价的Ｈ０代替Ｏ金刚石膜的沉积状况，以Ｈ／Ｃ２２２２Ｈ／Ｈ０学、材料科学、薄膜科学等诸多学科。作为反应气体，功制备了厚度达到１１毫米，积达２成．面Ｏ平方厘米通过化学镀或者电沉积的方法，固体微粒与金属附着于机体的金刚石厚膜。在沉积温度为７０９０范围内，研究了Ｃ使０—０℃ Ｈ／表面所得到的表层复合材料就是复合镀层，电铸金刚石一镍复合膜Ｈ＝．％，２／Ｈ＝．一．％范围内金刚石膜沉积的速率，均匀３ＯＨＯ２ＯＯ２４就是借助低应力电镀液，通过电镀的方法所制造出的一种厚度极性，貌以及质量的变化规律。研究结果表明；反应气体Ｃ形在Ｈ／Ｈ薄、度极高的复合膜，以作为制作超薄切割刀具的材料，泛应中添加适量ＨＯ能降低金刚石膜中非金刚石碳的含量，提高金刚硬可广用于电子芯片、电子电子器件等高科技电子产品的切割。复合镀微石膜厚度的均匀性，对反应气体中添加ＨＯ对ＣＤ金刚石膜生并Ｖ层中晶粒大小以及微观应力直接决定着这种切割工具的密度、度长影 Ⅱ 机理进行了阐述。镍是金刚石一镍复合膜的基质金属，金硬向而以及精准度，以对镀层中晶体大小以及微观应力进行深入分析研刚石则是异相夹杂其中。采用日本ＭｏｅＤ／ × ３Ｒ — 所ｄｌＭＡ一Ｂ，ｌ究，对高质量的电铸金刚石一镍复合膜的制作具有重要的现实应用ＧＵＸ射线衍射仪和Ｃ靶，ＡＫｕ管流３ｍＡ，０Ｘ射线波长为１５１．４８价值。埃，压为３高５干伏。刚石单晶生长过程和金刚石制品制造的计算金１微观应力和晶粒大小的Ｘ射线衍射法测量原理机模拟和辅助设计进行了论述，提出了金刚石单晶生长过程的动力以存在范围为划分标准，晶体应力可以分为宏观应力、观应多微学模型和制品制造的设计目标参量和有关变量的数学模型。这对于力以及超微观应力，中，观应力存在于较大区域内，要影响着金刚石生长过程和制品设计的研究和教学具有速度快、数据准确、其宏主Ｘ射线衍射线的位置移动：观应力存在于晶粒中，要影响着Ｘ射成本低、观简便等优点。微主直线衍射线的宽度：超微观应力则存在于更小的滑移面、界等区域，晶３结论主要影响着Ｘ射线衍射线的强度。目前对于此的研究主要是利用冲液装置和高频窄脉宽脉；中电多晶体衍射线宽度包括几何宽度和物理宽度，中，何宽度由其几流，展了镍锰合金的脉冲电铸试验。采用扫描电镜、射电镜及Ｘ开透光阑、源、器设备等决定，以由标准试样的线谱宽度来测定几光仪可射线衍射法对电铸层的沉积表面形貌、晶粒大小、结构和结晶取相何宽度的大小；物理宽度则和试样的物理状态相关，晶体细化和显微向进行了测试与分析。也有研究认为，激光诱导合成金刚石的机对畸变会导致射线线谱的宽化，样，金刚石一镍复合膜的电铸过程同在理可以估算石墨直接转化金刚石所必须越过的势垒值为８５５Ｘ．６中的晶体细化和显微畸变也会导致射线线谱的宽化，因此，我们可以１Ｊ・ｌ１说明了宏观高压并非是这一转化的必要条件。对于０４ｍｏ一，借助分析衍射线谱的线形测定晶粒大小和微观应力。激光诱导合成金刚石，其激光源的功率密度不应低于２３．５４Ｘ其一，线谱宽度与晶粒大小。当晶粒尺寸在一百纳米以下时，只１Ｗ７ｍ２而且在某些程度上说，利于激光诱导合成金刚石０５ｃ一。有有极少数的晶粒晶面参与相同布拉格方向反射，在布拉格角与入射的若干因素：前激光维持爆轰波的压力可达几个Ｇａ数量级：靶Ｐ粒角不完全符合时，由于一定强度衍射的存在，会导致衍射线谱的宽就径为４ｍ的石墨微粒，晶体本身表面高压可达３３ＧＰ：墨被ｎ其．２ａ石化，这种谱线宽度的变化是由布拉格发射所引起的，取常数１与Ｘ加热后，其晶体自身的热压力可达几百ＭＰ；ａ晶体表面原子振幅远射线波长的乘积做分子，晶粒尺寸与布拉格角度的余弦值做分母，所大于体内，其动能可达１６Ｏ一９：．Ｘ１１Ｊ被激光照射时，石墨原子的平得的商就表示晶粒细化后的谱线宽度。均振幅大到常温时的８倍以上。细微石墨颗粒作原料更易于合成用其二，线宽度与微观应力。由于微观应力的存在，粒的点阵谱晶金刚石。宏观的热力学理论与微观的物质结构及相变的微观机理将参数会存在个体差异，当晶面间距比正常数值大时，晶粒反射的布拉结合起来，能较好地阐明该相变机理。上所述，文首先介绍了多综本格角会变小，当晶面间距比正常数值４Ｂ－晶粒反射的布拉格角会而￣，１，晶体微观应力和晶粒大小的Ｘ射线衍射法测量原理；而对测试方继相应增大，一系列位置发生变化的反射线共同构成了存在微观应力法中试样、镍多晶体微观应力的测量程序进行分析；最后得出镍复的晶体试样的Ｘ反射线，此时Ｘ射线衍射线的宽度变宽是由晶面间合膜显微应变随着电流密度的加大而减小。过利用Ｘ射线衍射法通距发生变化所导致的。晶粒点阵参数的方向和大小是随机产生的，因对电铸金刚石一镍复合膜的微观应力加以分析，发现特殊的活性焊此衍射线的峰位基本不会发生变化。常数１Ｘ射线的积是布拉格与料对ＣＤ膜与硬质合金基体进行真空�

无背板生长工艺微电铸均匀性的实验研究

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电铸加工技术原理与应用

《现代表面工程技术》课程论文课题名称：电铸加工技术原理与应用*名：***系别：机械工程系班级：材控 2 班学号：1 0 1 0 1 2 1 1 4 0指导教师：***一、引言电铸成形原理是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成形加工的。

即用导电的原模作阴极,用于电铸的金属作阳极,用电铸材料的金属盐溶液作为电铸液。

在直流电流的作用下,金属盐中的金属离子失去电子而成为正的金属离子,源源不断地补充到电铸液中,使电铸液的浓度保持基本不变,当原模上的电铸层达到所需要的厚度时取出,将电铸层与原模分离,获得与原模型相反的电铸件。

电铸成形具有极高的复制精度和尺寸精度,电铸成形已在航空、仪器仪表、塑料件、精密机械、微型机械、模具制造等行业发挥了重要作用,并作为一项先进制造技术正日益受到国内外的重视。

二、工艺特点1)能精密复制复杂型面和细微纹路。

2)能获得尺寸精度高、表面粗糙度优于Ra=0.1μm的复制品，生产一致性好。

3)芯模材料可以是铝、钢、石膏、环氧树脂等，使用广泛，但用非金属芯模时需对表面做导电化处理。

4)能简化加工步骤，可以一步成型，而且需要精加工的量很少。

5)主要缺点是加工时间长，如电铸1mm厚的制品，简单形状的需3~4h，复杂形状的需几十个小时。

电铸镍的沉积速度一般为0.02~0.5mm/h；电铸铜的沉积速度0.04~0.05mm/h。

另外在制造芯模时，需要精密加工和照相制版等技术。

电铸件的脱模也是一种难度较大的技术，因此与其他加工相比电铸件的制造费用较高。

三、工艺过程电铸设备主要由直流电源、电铸槽、搅拌和循环过滤系统、加热和冷却系统等部分组成,电铸成形工艺过程如下：1)模型制作电铸模型又称母模,其形状与所需型腔相反。

制作模型的材料可用金属材料如铝、铜、低碳钢以及低熔点合金等,也可用非金属材料如塑料、石蜡、石膏等。

2)表面处理原模电铸前,必须进行清洗,以去掉表面的脏物和油污,保证金属离子能电铸到原模表面上。

微电铸工艺—工艺参数

理工大学研究生试卷系别：机械工程学院课程名称微制造与微机械电子系统学号：姓名：考试时间：2013年1 月15 日微电铸工艺—工艺参数（理工大学机械工程学院116024）摘要：随着MEMS和LIGA两种技术的发展,微电铸工艺以其独特的优势，受到越来越多的关注。

本文介绍了微电铸的基本原理和特点及其一些研究现状和发展趋势。

文中着重强调了微电铸工艺的工艺参数，如电源波形，PH值，阴极电流密度，空气搅拌，电解液温度等。

以及研究人员为了得到更好的铸层效果，对其工艺参数进行优化所取得的成就，体现在气孔问题的解决，残余应力的消除，镀层不均的改善等。

关键词：微细加工微电铸工艺参数Micro-lectroforming Technology—Process Parameters (Dalian University of Technology,Department of Mechanical Engineering, DaLian 116024)Abstract：With the development of the technology of MEMS and LIGA, Micro-electroforming technology with its unique advantagesis inducing more and more attention．This Paper mainly introduced the fundamental and characteristics of micro-electroforming, and its some research and development trends. The article emphasized the process parameters of the micro -electroforming technology, including Power waveform,PH value,cathode current density, stirring,temperature of electrolyte and so on.As well as in order to get a better cast layer，researchers optimize the process parameters to obtain achievements,including the solution of the problem to hole,the elimination of residual internal stress,the improvement of poor evenness and so on.Key words: Micro-fabrication Micro—electroforming Process parameters0 前言微电铸工艺(Micro Electroforming Technology)是随着MEMS技术的快速发展，在继承传统电铸工艺特点的基础上，形成是一种非硅基微细结构加工的重要精密电铸技术,广泛用于MEMS技术领域[1]。

水平与垂直流动对微电铸镀层均匀性的影响

于水平流动因离子到达阴极表面各处的传质阻力相同，故能有效改善镀层形貌的均匀性。
关键词：微电铸；对流一扩散传质；传质阻力；流动方式中图分类号：Ｔ５Ｑ１３文献标识码：Ａ文章编号：１０－７７２１）６０２－４００９８（０１０－０００
Ｋｅｏｄｓ：ｍｉｒ — ｌｃｒｆｒｎｙｗｒｃｏｅｅｔｏｏｍｉｇ；ｃｎｅｔｖｄｆｕｉｅｍａｓｔａｓｅｏｖｃｉｅ— ｉｓｖｓｒｎｆｒ；ｍａｓｔａｆｒｒｓｓａｃｌｏｐｔｅｆｓｒｎｓｅｅｉｔｎｅ；ｆｗａｔｒｎ
ＭｉｒｆｂｉａｉｎＴｃｎｌｇｆＭｉｉｔｙｏｕａｉｎ，ｓａｃｎｔｔｔｆＭｉｒ／ｎｃｏａｒｃｔｅｈｏｏｏｎｓｒｆＥｄｃｔｏｙｏＲｅｅｒｈＩｓｉｕｅｏｃｏＮａｏ
ｌＴｌｎＣＩ１ｉｏ－ｌａ１ＶｅｎＣ ■ ｎ０ｔｒｏ・ｎＩｎＵｅｅ０ｎｎ０ｒｎｔｕｃ ● ｚｌａＩｒＪａ栩Ｗｐａ・ｅｎＯｎｃａｔ ● Ｉｔ・ｉ ‘ ｎ￣
ｕｎｆｒｉｙｉｉｅｍｉｒｓｒｃｕｒｓｄｒｎｇｅｅｔ０ｅｓｔ０ｉｏｍｔｎｓｄｃｏ－ｔｕｔｅｕｉｌｃｒｄｐ０ｉｉｎ
ＣＨＥｉＮＨｕ，ＷＡＮＨｏｇＩＧｕｎ —ａｇＧｎ，Ｌａｇｙｎ，ＹＡＯＪｎｙａｉ—ｕｎ，ＷＡＮＧＹａｎ，ＤＮＧＧｕ— Ｉｉｕｆ（ｔｎｌｅａｏａｏｙｏｃｏＮｎａｒａｉｎＴｃｎｌｇ，ｙＬｂｒｔｒｒＴｉｉｎＮａｉａｙＬｂｒｔｒｆＭｉ／ａｏＦｂｉｔｅｈｏｏｙＫｅａｏａｏＹｆｈｎＦｌａｄｏＫｒｃｏｏｍ

微电铸器件铸层均匀性的研究

ｍｅｔｏｓｓｅｆｔｒｅｓｅｓｎｓｃｎｉｔｄｏｈｅｔｐ：ｍａｉｇｏＵ一ｅｉｔｍｏｄ，ｍｉｒ— ｌｃｒｆｒｉｇａｄｒｍｏｉｇｏｋｎｆＳ８ｒｓｓｌｃｏｅｅｔｏｏｍｎｎｅｖｎｆ
正负间断脉冲电流微电铸的铸层均匀性优于正间断负连续脉冲电流微电铸。实验结果与理论分析结果相一致。
关键词：铸层均匀性；ｉＦｃｋ第二定律｝正负脉冲电流
文献标识码：Ａ中图分类号：Ｎ４５ＴＧ４．Ｔ０；２９９
Ｓｕｙｏｎｆｒｉｙｏｃｏ。ｌｃｒｆｒｄｄｖｃｔｄｎｕｉｏｍｔｆｍｉｒ。ｅｔｏｏｍｅｅｉｅｅ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｈｏｅｉａｖｓｉａｉｎｗａｒｓｎｅｏｅｐａｎｔｅｅｆｃｆｐｌｅｒｖｒｅｃｒｅｔｏｈｔｅｒｔｃｌｎｅｔｔｓｐｅｅｔｄｔｘｌｉｈｆｅｔｏｕｓ —ｅｅｓｕｒｎｎｔｅｉｇｏ
ｒｎｔａｓａｄｐｌｅｒｖｒｅｃｒｅｔｔｏｔｇｐｎｎｇｔｅｃｒｅｔｅｐｃｉｅｙＴｈｉｒ — ｅｅｔｗｉｈｇｐｎｕｓ－ｅｅｓｕｒｎｈｕａｓｉｅａｉｕｒｎ，ｒｓｅｔｖｌ．ｗｉｖｅｍｃｏｄ — ｖｃｎｔｅｅｐｒｍｅｔｓｔｅｍｏｄｏｃｏｆｕｄｃｃｉｔｅｔｒｄｈｏ０ “ｍ．Ａｌｅｐｒ— ｉｅｉｈｘｅｉｎｓｗａｈｌｆｍｉｒ — ｌｉｉｈｐｗｉｈｆａｕｅｗｉｔｆ９ｌｘｅｉ

电铸镍薄片阵列的厚度均匀性研究

I Comsol 仿真
为研究电铸时阴极表面铸层厚度的分布情况，采用Comsol软件的电化学二次电流分布模块进行仿真,并忽略传质过程对铸层厚度分布的影响。 1.1建立仿真模型 1.1.1建立几何模型
电铸模型的阴阳极间隙为60 mm。阳极是尺寸为130 mmx150 mmx5 mm的鎳板，将其简化为一个平面；阴极为直径100 mm#厚度1 mm的不锈钢圆板，其表面阵列分布了 44个直径为10 mm的小圆，小圆即为鎳薄片的二维结构，其余部位涂覆了厚度为25 !m的光刻胶。辅助阴极通过导电胶带与阴极相连，固定在光刻胶表面上，每个小孔与小圆中心对齐，仿形辅助阴极与阴极见图1，仿真三维模型见图2。
性影响铸层厚度的均匀性。因此，本文利用Comsol
软件模拟阴极表面的电流密度分布，从而预测电铸
层厚度的均匀性。
电化学加工
在电铸过程中，阴极发生的主要反应是鎳的沉积反应，反应表达式为：
M$%+2e&!M(s)
(2)
使用Butler-Volmer表达式来模拟该化学反应，
得到局部的电流密度，从而计算出鎳的沉积速度。
mm
50
0
-50
mm 0
-50
-0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12 -0.14 -0.16 厂0.18
图4无辅助阴极时的电解质截面电势和电流密度流线图
图 5 是未添加辅助阴极时测量点的铸层厚度分布图。可见，受电流边缘效应影响,外侧的鎳薄片厚于内部的薄片，且每个薄片内部和边缘的厚度也有一定差值，存在厚度不均匀的问题，故需同时考虑鎳叠片阵列和每个鎳薄片的厚度均匀性。
因此，针对鎳薄片阵列厚度分布不均匀问题，本文采用附加仿形辅助阴极的方法，以鎳薄片阵列为研究对象，利用Comsol有限元仿真分析软件，对鎳薄片的电铸过程进行仿真分析，研究了辅助阴极的直径及其上小孔直径对厚度均匀性的影响，确定了最优的辅助阴极尺寸参数，并根据仿真结果，合理设计辅助阴极的结构、开展电铸对比实验，最后验证仿真结果。

湿法刻蚀条件对TFT中Cu电极坡度角和均一性的影响及工艺参数优化

第53卷第2期表面技术2024年1月SURFACE TECHNOLOGY·213·湿法刻蚀条件对TFT中Cu电极坡度角和均一性的影响及工艺参数优化刘丹1,2，陈国良2，黄中浩2，方亮1,3*，李晨雨2，陈启超2，吴芳1，张淑芳4（1.重庆大学物理学院软凝聚态物理及智能材料研究重庆市重点实验室，重庆 400044；2.重庆京东方光电科技有限公司，重庆 400714；3.重庆大学溧阳智慧城市研究院，江苏溧阳，213300；4.重庆电子工程职业学院，重庆 401331）摘要：目的在高世代薄膜晶体管（Thin Film Transistor, TFT）产线的栅极刻蚀制程，明确大气压等离子体（Atmosphere Pressure Plasma, APP）清洗功率、清洗时间及刻蚀时间对刻蚀性能(关键尺寸偏差、均一性、坡度角)的影响规律，并获得最佳工艺条件，进而提升良率。

方法以APP清洗功率、清洗时间和刻蚀时间为影响因素，以关键尺寸偏差（CD Bias）、均一性、坡度角作为因变量，开展正交试验，明确因素影响重要性顺序；然后，对Cu电极坡度角的形成和刻蚀均一性变化进行分析；最后，采用回归分析获得刻蚀性能与刻蚀时间的函数关系式。

结果结果表明：刻蚀时间对刻蚀性能的影响最大，对APP清洁时间和功率的影响较小。

刻蚀时间延长，关键尺寸偏差（CD Bias）增加、均一性变差、坡度角变大。

为改善均一性和平缓坡度角，应缩短刻蚀时间。

最佳工艺组合为：刻蚀时间85 s，APP电压9 kV，APP传输速度5 400 r/min。

结论刻蚀时间延长，未被光刻胶覆盖的Cu膜层被完全刻蚀，形成台阶，该台阶使刻蚀液形成回流路径。

沿着回流路径，刻蚀液浓度、温度逐渐下降，刻蚀均一性由此恶化，坡度角因此增加。

采用回归分析得到的刻蚀性能与刻蚀时间的函数关系式，为预测刻蚀效果和优选刻蚀时间提供了依据。

关键词：薄膜晶体管；湿法刻蚀；Cu电极；刻蚀均一性；坡度角；正交试验中图分类号：TG172 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)02-0213-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.02.021Effect of Wet Etching Conditions on Profile and Uniformity ofCu Electrode in TFT and Optimization of Process ParametersLIU Dan1,2, CHEN Guoliang2, HUANG Zhonghao2, FANG Liang1,3*,LI Chenyu2, CHEN Qichao2, WU Fang1, ZHANG Shufang4(1. Chongqing Key Laboratory of Soft Condensed Matter Physics and Smart Materials, School of Physics, Chongqing收稿日期：2022-12-26；修订日期：2023-05-15Received：2022-12-26；Revised：2023-05-15基金项目：重庆市自然科学基金项目（cstc2019jcyj-msxmX0566）；重庆京东方光电科技有限公司科技攻关项目（212927）；重庆大学大型仪器开放基金项目（202203150041）Fund：Natural Science Foundation of Chongqing (cstc2019jcyj-msxmX0566)；Scientific and Technological Project of Chongqing BOE Optoelectronics Technology Co., Ltd (212927)；The Sharing Fund of Large Scale Equipment of Chongqing University (202203150041)引文格式：刘丹, 陈国良, 黄中浩, 等. 湿法刻蚀条件对TFT中Cu电极坡度角和均一性的影响及工艺参数优化[J]. 表面技术, 2024, 53(2): 213-220.LIU Dan, CHEN Guoliang, HUANG Zhonghao, et al. Effect of Wet Etching Conditions on Profile and Uniformity of Cu Electrode in TFT and Optimization of Process Parameters[J]. Surface Technology, 2024, 53(2): 213-220.*通信作者（Corresponding author）·214·表面技术 2024年1月University, Chongqing 400044, China; 2. Chongqing BOE Optoelectronics Technology CO., LTD., Chongqing 400714, China;3. Liyang Institute for Smart City, Chongqing University, Jiangsu Liyang 213300, China;4. Chongqing College of Electronic Engineering, Chongqing 401331, China)ABSTRACT: In the gate etching process of high generation thin film transistor (TFT) production line, the effect of cleaning power, cleaning time and etching time of atmosphere pressure plasma (APP) on etching performance (critical dimensional Bias, etching uniformity, profile angle) should be identified and the optimal process conditions should be obtained to improve the yield.With APP cleaning power (7, 9, 11 kV), cleaning time (5 400, 5 700, 6 000 r/min) and etching time (85, 95, 105 s) as the affecting factors (i.e., independent variables) and critical dimensional deviation (CD Bias), etching uniformity, and profile angle as dependent variables, a three-factor with three-level orthogonal experiment was conducted by an L9(34)-type orthogonal table ( a total of nine experiments) to clarify the order of importance of factor effects. Then, the formation of profile angle and etching uniformity change of Cu electrode were analyzed in conjunction with the wet etching process, and the hypothesis that the formation of reflux flow path of Cu etchant affected the profile angle and etching uniformity was proposed. Meanwhile, different etching time experiments (75, 85, 95 s) were set up to verify the proposed ideas. Finally, regression analysis was performed on the orthogonal experimental results to obtain the etching performance (CD Bias, profile angle, etching uniformity) as a function of etching time.The results show that the etching time has the greatest effect on the etching performance, and the APP cleaning time and power have less effect. With the increase of etching time, the critical dimension Bias (CD Bias) increases, the uniformity becomes worse, and the profile angle becomes larger. Therefore, the etching time should be shortened to improve the etching uniformity and smooth the profile angle. The recommended optimal process combination is: etching time of 85 s, APP voltage of 9 kV, and APP transfer speed of 5 400 r/min. Validation experiments with different etching times show that the degree of etching increases simultaneously with increasing etching time, but the degree of etching at the bottom of the electrode is higher than that at the top, so profile angle of the electrode increases. The hypothesis of Cu etchant reflux path is confirmed. A scheme to improve etching uniformity and smooth the profile angle by increasing the exposure dose and development time while decreasing the etching time is proposed. CD Bias and etching uniformity all maintain a quadratic function with etching time, and the profile angle and etching time then remain linear functions.As the etching time increases, the Cu film layer not covered by photoresist is completely etched in the thickness direction, forming a step, which makes the Cu etchant form a reflux path. Along the reflux path, the etchant concentration and temperature gradually decrease, so the etching uniformity deteriorates. In addition, along the reflux path, the etchant contacts the bottom and top of the electrode in turn, and the bottom etching degree is large, so the profile angle increases. The equation of etching performance as a function of etching time obtained by regression analysis provides a basis for predicting etching effect and optimizing etching time. The results of this research can provide a reference for the optimization of production line parameters and yield improvement.KEY WORDS: TFT; wet etching; Cu electrode; etching uniformity; profile angle; orthogonal experiment近年来，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Displays，简称TFT-LCDs)已成为平板显示技术的主流技术，并实现了工业化生产，广泛应用于医疗、教育、运输等领域，并朝着大尺寸方向发展(如65英寸电视)。

电铸工艺

基于快速原型的精密电铸工艺优化王立永秦旭光唐一平李涤尘（西安交通大学先进制造技术研究所西安710049）摘要：为了提高产品的开发速度和产品质量，同时满足产品生产的灵活性，采用激光快速成型机生产电铸母模。

对于快速原型件，采用新工艺首先使其导电化；又采用脉冲电铸的方法制造模具。

并把此新工艺与传统的化学镀工艺加以比较；把脉冲电铸和传统的直流电铸加以比较。

通过此电铸工艺的研究，可以大大缩短普通模具的制造时间和复杂模具的制造时间。

同时，可以开发出更适合于精密电铸的电铸成型机。

关键词：快速原型，化学镀，直流电铸，脉冲电铸，电铸成型机Abstract：To obtain high developing speed and high quality, and at the same time, meet the requirement of flexibility of manufacturing, the master pattern of electroforming is made by RP machine. A new process is used to make the RP parts conductive, then the mold is fabricated by pulse electroforming .The new process and the traditional chemical plating are compared. Also, the pulse electroforming and traditional DC electroforming are compared. The manufacturing period is remarkably decreased on the basis of the research. At the same time, using this process, more precision electroforming machines could be developed.. Keywords：RP，chemical plating，DC electroforming, pulse electroforming, electroforming machine前言快速成型(RP—Rapid Prototyping)技术，就是将零件的电子模型按一定的方式离散，成为可加工的离散面、离散线和离散点；而后采用多种手段，将这些材料按离散的面、线、和点堆积形成零件的整体形状。

电铸技术的发展及应用

电铸技术的发展及应用朱保国,王振龙(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:通过阐述电铸的基本原理,分析了电源、电解液和阳极材料等电铸要素对电铸技术发展的影响,并结合电铸的自身优点介绍了电铸技术的应用情况,在正确面对并处理好电铸技术存在的不足的情况下,电铸作为一门交叉学科的技术仍具有广阔的发展空间和应用前景。

关键词:电铸;脉冲电源;精密加工;快速成形中图分类号:TG661Developments and Applications of ElectrodepositionZhu Baoguo,Wang Zhenlong(Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China)Abstract:Developing with the electrodeposition,it is used in production more and more.The principle of the electrodeposition was expatiated firstly,then the elements were analyzed which in2 cludes power supply,electrolyte,and materials of bined with the excellence of the elec2 trodeposition,some applications of electrodeposition were introduced.If the shortcomings of the elec2 trodeposition are faced correctly,the electrodeposition,as a cross subject,will possess wide develop2 ment and application.K ey w ords:electrodeposition;pulses power supply;precise machining;rapid prototyping 电铸工艺从发明至今已有较长的历史。

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Nhomakorabea[ 1]
1
引言
( 1)
C( 0 , x ) = C0 , C( t , D ) = C0 , 5C 5x = i ( t) , x= 0 z FD ( 2)
。由于 L IGA 技术所需要的
同步辐射 X 光源需要复杂昂贵的同步加速器 , 而且用于 X 射线的掩模制作成本高 , 工艺复杂, 使得 L IGA 技术的推广和工业化应用在一定程度上受到了限制。近年来, 随着 M EM S 技术的大幅度发展, 微器件的需求量不断增加, 成本低廉、操作方便的准 L IGA 技术得到普遍的应用和研究。微电铸作为 L IGA 技术和准 L IGA 技术的关键工艺步骤也成为研究的热点。在微电铸工艺中 , 铸层的均匀性、表面质量和微观形貌 , 微电铸器件的机械强度和内应力等都是重要的研究课题[ 3] 。微电铸器件铸层的均匀性包括两方面: 铸层高度的均匀性和铸层表面的平整性。在微电铸中, 施加脉冲电流能够减小铸层内部的晶粒尺寸、降低铸层内的杂质含量、改善微器件的机械性能[ 3] 。一般而言 , 改善铸层均匀性的方法有两种: 一是在电铸液中添加整平剂; 二是采用不同的脉冲电流。越来越多的应用研究采用后一种方法
Study on uniformity of micro -electroformed device
DU Li qun1, 2 , L IU H ai jun1, 2 , Q IN Jiang 2 , ZH U Shen - miao 2 ( 1. K ey Laborator y f or Precisi on & N on -traditional Machining Technology of Mi nistr y of Education, Dal i an Uni ver sit y of T echnol ogy , Dali an 116023 , China; 2. K ey L abor at or y f or M icro / N ano Technology and Sy stem of L iaoni ng Province, Dalian University of Technology , Dal ian 116023, China) Abstract: A t heo ret ical invest igat ion w as present ed t o explain t he eff ect of pulse - rev erse current on the unifo rmit y in m icro - elect rof orming, and the m icro - elect rof orming experiment s of t w o dif ferent pulse rever se curr ent s w it h g aps w ere carried o ut . T he tw o pulse - reverse cur rent s w ere pulse - r ev erse cur r ent w it h g aps and pulse - reverse current w it hout g aps in negat ive current , respect ively. T he micro - de v ice in t he ex perim ent s w as t he mold of micro - f luidic chip w ith f eat ure widt h o f 90 Lm. All experi m ent s consist ed of t hree st eps: m aking o f SU- 8 resist m old, micro - electro fo rming and remov ing of SU- 8 resist . With t he same w orking t ime and average current density , 240 min and 2. 5 A/ dm 2 , comparison w as car ried out betw een t he pulse - r everse current experiment s and the pulse current experi m ent . In cont rast w it h t he data of pulse - curr ent micr o - elect rof orm ing , bet t er unif ormit y w as obt ained in ex periment s using t he pulse - r ev erse currents. Because concentr at ion diff erence over t he micr o patt ern w as impr oved dur ing off - time o f t he negat ive current , surf ace qualit y w as bet t er in t he experi
70
光学
精密工程
第 15 卷
m ent using the pulse - rev erse current w ith gaps. T heref ore, t he result s are consist ent w it h the theoretical invest igat io n. Key words: unif orm it y; Fick seco nd law ; pulse - reverse current 5C 52 C = D , 5t 5x 2 求解的边界条件是: LIGA 技术是一种重要的制作微器件的工艺过程 , 它包括 X 射线深层光刻、电铸成型和塑铸成型三个工艺过程
Sketch of nonuniform curr ent distr ibut ion
[ 8] [ 8]
i av D , z FD
( 3)
式中 : C s 是铸层表面溶液浓度, C 0 是溶液本体浓
式中 : V 是金属摩尔体积, h 是铸层生长高度。在电铸极板表面附近的扩散层内 , 如图 1 所示, 某突起点处 ( h n D ) 的电流密度是该点浓度和该点到基板距离的函数 $ i = i D, t - iD U 其中 : i D, t = iD = z F D( C0 - C s ) , D - h z FD( C 0 - C s ) . D
[4 - 6] [ 2]
式中: C 是电铸液浓度, i 是通过截面的电流密度, z 是沉积离子电位, F 是法拉第常数, D 是扩散系数。当脉冲周期 T 很小的时候 , 电铸表面的溶液浓度 C s 趋向一个定值 : Cs = C0 度, D是扩散层厚度。由此式可知, 高脉冲频率条件下铸层表面的金属离子浓度不随时间变化。铸层表面的微观突起的生长率可以根据法拉第定律得到 : dh V = $i , dt z F ( 4)
在第 m 组正向脉冲( 包括 n1 个正脉冲 ) 的开始时刻, 铸层表面微观突起为 h m0 , 那么在这组正
第二定律 , 金属沉积可以用下面的等式表示
[ 7]
:
第1期
杜立群 , 等: 微电铸器件铸层均匀性的研究
71
脉冲的结束时刻微观突起为: hp = h m0 ex p V D ( C0 - C s ) T on n1 2 D , ( 7)
本研究以微电铸微流控芯片的模具为例。掩模版图形如图 2 所示 , 线宽为 90 Lm, 其中的标记数字是高度测量点。
式中 : hp 是正向脉冲结束时的微观突起高度 , hm0 是第 m 组正向脉冲开始时的微观突起高度, T on 是脉冲导通时间。在负脉冲时间内, 表面突起的溶解率也遵循法拉第定律: dh V = ( i K- i v ) , dt z F ( 8)
[ 8]
。但是 , 采用正脉冲电流的微电铸并不能保
, ( 5)
证微电铸器件铸层的均匀性。由于正负脉冲电流的参数组合比较多样 , 正负间断脉冲电流在微电铸中的应用研究很少 , 因此, 本文从理论上分析了负脉冲电流对改善铸层均匀性的作用 , 采用两种不同的正负间断脉冲电流进行了实验研究 , 并与正脉冲电流的实验结果进行了对比分析 , 为正负间断脉冲电流在微电铸中的应用研究提供了科学依据。
第 15 卷
第 1期
光学精密工程
O pt ics and Precision Eng ineering
2007 年 1 月文章编号 1004 -924X( 2007) 01 - 0069 - 07
V ol. 15 N o. 1 Jan. 2007
微电铸器件铸层均匀性的研究
杜立群
1, 2
, 刘海军
图1 F ig . 1 铸层表面电流分布不均匀示意图
基本实验参数 : 氨基磺酸镍氯化镍硼酸润湿剂温度 pH 值电流密度 ( 10) 550 g/ l 10 g / l 35 g / l 0. 1~ 0. 15 g/ l 50~ 55 e 3. 8~ 4. 5 2. 5~ 3 A/ dm 2
如图 1 所示 , 突起处的电流密度 iK 大于凹下处的电流密度 i C, 即 i K> i v , 所以, 单个负脉冲结
F ig . 2 图2 微电铸图形示意图
Sketch of micr o - electr ofo rming mold
首先利用 SU- 8 胶紫外光刻技术做出微电铸的胶模[ 9] , 然后采用中国科学院长春光学精密机械与物理研究所生产的精密电铸机和四川新都同力电源设备厂生产的双脉冲电镀电源进行微电铸实验。实验参数是在大量正脉冲电流微电铸实验的基础上总结出来的。下面所列是微电铸实验的