跨尺度、高深宽比惯性微开关制作工艺研究

采用基于光刻和微电铸的多层UV-LIGA工艺在金属基底上制作了惯性微开关。研究了电铸面积对胶层内应力的影响,解决了胶层从基底脱落的问题。通过实验分析了电流密度对铸层层间结合力的影响,解决了铸层分层问题。通过煮沸无机酸的方式去除高深宽比金属微结构内的光刻胶,解决了SU-8胶去胶难的问题。最终,成功制作出外形尺寸为14 mm×11 mm×0.6 mm的跨尺度、高深宽比惯性微开关,其最小线宽为29.8μm,最大深宽比为17∶1,从而克服了目前制作惯性微开关时基底易碎、需溅射导电种子层、整体尺寸小、深宽比低的局限性。     

基于微电铸工艺的高深宽比引信开关制作

为满足军事武器系统对引信开关的不断需求,采用光刻和精密微电铸工艺在金属基底上制作了一款具有高深宽比结构的引信开关。研究了超声波辅助显影和曝光剂量对胶膜制作的影响,解决了高深宽比胶膜制作难的问题。采用优化电铸液参数及电铸前胶膜预处理的方法,解决了电铸层与基底界面结合失效的问题。引入尺寸误差补偿的方法,降低了因溶胀和去胶释放等工艺带来的制作误差。最终制作出结构尺寸为4000μm×3900μm×360μm、最小尺寸为20μm、最大深宽比为14∶1的开关结构,为制作高深宽比金属微结构提供了一种可行的工艺参考方案。     

微模具电铸成型工艺研究

针对微细电铸成型技术中微流道模具的铸层均匀性、铸层气孔和表面粗糙度等工艺问题,提出了控制成型过程中阴极电流密度、增加辅助阴极和阴极平动的方法。通过正交实验对基底蚀刻深度、光刻掩膜厚度、电铸槽温度和阴极电流密度等因素进行工艺优化研究。结果表明,得到最佳工艺参数为阴极电流密度4 A/dm~2、二次辅助阴极电流密度1.5 A/dm~2,阴极平动速率0.01 m/s,温度50℃、掩膜厚度50μm、刻蚀深度20μm。获得了尺寸均匀性好、铸层气孔少,表面粗糙度为Ra 0.5μm的微模具。     

金属表面微坑阵列掩膜电化学刻蚀技术研究

采用负胶光刻工艺制备了微坑阵列胶模,通过实验分析了抛光工艺对刻蚀均匀性的影响,解决了微坑阵列刻蚀缺陷的问题。研究了酸洗对基板刻蚀的影响,得出酸洗可改善刻蚀均匀性的结论,并通过调节溶液p H值的方法解决了溶液沉淀的问题。分析了掩膜孔径对刻蚀均匀性的影响,并利用自行搭建的电化学刻蚀装置完成了直径60μm、深11μm的微坑阵列刻蚀。实验结果验证了掩膜电化学刻蚀工艺的可行性,为金属表面微小图形的制作提供了一种可行的方案。     

大面积金属网板模具的制造

利用UV-LIGA工艺制造了一款总体尺寸为60×60mm×300μm.深宽比为6、开孔率高达93%的金属铢网板模具。该网板具有面积大、厚度大及开孔率高等特点。在电铸过程中,为降低大面积网板铸层中的残余应力,采用了兆声辅助微电铸的方法。去胶释放后微细网板结构未出现翘曲变形、分层等问题,满足使用要求。本文研究表明:兆声辅助微电铸方法是制造大面积、大厚度、低应力金属微器件的一种有效方法。     

基于微电铸工艺的镍微型惯性开关的研制

为满足安全气囊辅助系统对信号识别的可靠性要求,采用UV-LIGA叠层光刻和精密微电铸工艺在不锈钢基底上制作了一款轴向触发的镍微型惯性开关,其利用阿基米德螺旋梁结构来支撑悬空质量块,中心止挡柱作为螺旋梁过载保护结构,开关敏感方向垂直于衬底的方向。在制作过程中,引入了掩膜版线宽误差补偿的方法,降低了因胶膜溶胀与无机酸去胶等工艺带来的尺寸误差,通过煮沸的无机酸去除胶膜得到了结构完整的开关。最终制作出了整体尺寸为3850μm×3850μm×240μm、最小线宽尺寸为40μm的开关,并通过落锤试验对开关进行动态特性测试。     

金属微通道散热器结构微电铸均匀性研究

基于微电铸工艺,通过添加片外辅助阴极的方法制作一款金属微通道散热器。首先,利用Comsol有限元软件对微电铸过程中金属微通道散热器结构的铸层厚度分布进行模拟分析,同时通过仿真模拟的正交试验研究了不同参数下的片外辅助阴极对微通道铸层厚度均匀性的影响。仿真结果表明:采用正交试验的最优水平组合,即片外辅助阴极与阴极的水平距离为3 mm、片外辅助阴极的宽度为3 mm、施加在片外辅助阴极上的电流密度为1 A/dm~2时,电沉积10 h后的微通道铸层厚度均匀性提高了27.5%,这与实验结果基本相符。经过10 h的连续电铸实验,添加最优片外辅助阴极后的铸层厚度均匀性提高了54.2%。     

钴含量对电铸镍钴合金模芯微纳结构复制质量的影响

为探明电铸液中钴含量对仿荷叶表面镍钴合金模芯微纳结构复制质量的影响,采用阴极竖直旋转的微电铸技术,制备不同钴含量的仿荷叶表面镍钴合金模芯,采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析仿荷叶表面镍钴合金模芯表面的复制质量及成分。结果表明：由于铸层表面内应力的影响,在常规镍电铸中添加钴以后,仿荷叶镍钴合金模芯表面出现了波纹型的褶皱;观测模芯微观形貌发现其表面微米级的孔洞沿特定方向出现不同程度的拉伸,随着电铸液中钴含量（体积分数）的增加,拉伸程度先增加后降低（拉伸程度：钴含量0 g/L<钴含量40 g/L<钴含量10~30 g/L）;铸层中添加元素钴有利于晶粒细化,随电铸液中钴含量的增加,模芯表面微纳结构越细小,复制质量越高。     

双金属电铸模工艺研究

<正> 1 概述 电铸是通过在芯模上电沉积金属,然后,将两者分离而制取型胶模的工艺。其基本原理与电镀相同,但电镀层与基材结合牢固。而电铸层要与芯模分离,从而形成与母模轮廓精密地相符和表面光洁的型腔。另外,电铸双金属铸造是对电铸模裱背补强以承受较大的压力。     

Ni-SiC复合电铸层内应力实验研究

提出通过掺杂SiC颗粒来减小Ni微电铸层内应力的新方法,基于UV-LIGA工艺制作了纯镍电铸层和Ni-SiC复合电铸层,采用X射线衍射法测量微电铸层的内应力,分析SiC颗粒对微电铸层内应力的影响效果。利用L_9(3~4)正交试验考查了铸液中SiC浓度、电流密度、搅拌转速及电铸温度等工艺参数对复合电铸层内应力的影响。结果表明:掺杂SiC颗粒能有效减小微电铸层内应力,电流密度和铸液中SiC浓度对内应力的影响大于搅拌转速和电铸温度。复合电铸层内应力实验的最优工艺参数为:SiC浓度20 g/L,电流密度1 A/dm~2,磁力搅拌转速600 r/min,电铸温度50℃。     

导体厚度对LTCC电路微波性能的影响

贵金属导体占据低温共烧陶瓷(LTCC)成本的主要部分,降低贵金属导体用量是控制LTCC成本的重要途径之一.采用不同目数的丝网印刷获得了不同厚度的金属导体,研究了不同厚度导体对带状线的微波性能影响;制作了低膜层厚度的T/R组件,并测试了其的微波性能.研究结果表明,导体厚度控制在5μm以上对带状线的插入损耗和回波损耗影响较...     

双层微齿轮型腔镶块电铸均匀性 Ansys 模拟与优化

目的提高双层微齿轮模具型腔镶块电铸过程中铸层的均匀性。方法利用Ansys对双层微齿轮型腔镶块电铸过程中电场强度的分布情况进行模拟,确定施加绝缘挡板的可行性。采用正交试验考察绝缘挡板几何及位置尺寸对电场强度的影响,应用灰关联理论得出最优工艺参数组合。结果绝缘挡板的施加,在一定条件下可以使光刻胶电铸层厚度更为均匀和平整。路径a的相对误差由62.48%降低到33.18%,路径b的相对误差由48.01%降低到8.91%。结论施加绝缘挡板可以提高双层微齿轮模具型腔镶块电铸过程中铸层的均匀性。     

电流密度对超临界CO2流体镍电铸层表面性能和过程参数的影响

采用非离子表面活性剂,进行超临界CO2流体(SCF-CO2)电铸金属镍的研究,分析电流密度对CO2超临界流体镍电铸层微观组织、显微硬度、阴极电流效率、沉积速率、铸层厚度的影响。结果表明,随着阴极表面电流密度从3A/dm2逐渐增加至9A/dm2,体系电流效率快速下降,金属镍电铸层的显微硬度、沉积速率、铸层厚度不断增大。在压力为10MPa,温度为323K,电流密度为5A/dm2时,镍电铸层的显微硬度、铸层厚度、阴极电流效率、沉积速率分别为7.01GPa、30.5μm、94.51%、51.85mg/cm2·h,与传统电铸方法相比较,SCF-CO2电铸法制备的镍电铸层表面平整、微观组织致密。     

波前传感器电铸镍层应力实时检测精度评估

目的 搭建电铸应力实时检测平台,评估其测量精度,并探明电化学沉积过程中镍层平均内应力的变化规律。方法 采用横向剪切波前传感器搭建电铸应力实时检测平台,通过测量在铸层应力作用下电铸基底弯曲的曲率半径,利用Stoney公式计算铸层平均应力。采用参考球面反射镜评估横向剪切波前传感器曲率半径的测量精度,并在0.5 A/dm2电流密度下进行电铸应力实时检测实验,对铸层平均应力测量极限进行评估,同时对检测误差进行分析。结果 横向波前传感器曲率半径测量精度为99.22%,在0.5 A/dm2电流密度下,所搭建的铸层应力实时检测平台可测量的最小厚度为5.1 μm,由曲率测量波动带来的应力检测误差为1.3 MPa。实验测得铸层平均应力随铸层厚度的增加而变大,当铸层厚度达到30 μm左右,铸层平均应力趋于稳定,应力大小为79.7 MPa。同时发现,当铸层厚度小于30 μm时,沿电铸基底长度方向的铸层平均应力明显大于宽度方向铸层平均应力,随铸层厚度的增加,两个方向的应力大小趋于等值。结论 采用横向剪切波前传感器搭建的电铸应力检测平台,能有效对铸层应力进行高精度的实时测量,为精密电铸过程中应力变化规律的研究提供了检测技术基础。     

曲面金属表面粒子掩膜电沉积微坑阵列研究

目的在曲面金属表面制作微结构阵列。方法提出一种采用界面转移法在曲面金属零件表面制作胶体粒子掩膜,并在胶体粒子间隙中电沉积金属制作微坑阵列的工艺。采用扫描电子显微镜和接触角测量仪,对沉积层的表面形貌和润湿性能进行检测。结果采用界面转移法可以在金属零件表面形成均匀排列的单层胶体粒子掩膜,在0.3 A/dm~2的电流密度下电沉积20 min去除粒子掩膜后,在曲面金属零件表面得到均匀排列的微坑阵列,单个微坑尺寸约为3.4μm。在0.3 A/dm~2的电流密度下电沉积10～50 min,微坑的尺寸随电沉积时间的增大而增大,疏水性随微坑尺寸的增大而先增大后减小,微坑尺寸为5μm左右时,沉积层的疏水性最好,其圆柱面接触角约为120°。结论采用界面转移方法制作胶体粒子掩膜并结合电沉积工艺,可以在曲面金属表面制作均匀的微坑阵列。带有微坑阵列的沉积层为疏水表面,通过调节电沉积电流密度和沉积时间可获得疏水性最好的微坑结构阵列。     

高精度镍微柱阵列模具的制造

使用基于SU-8胶的微电铸工艺制造了一款微柱宽度为200μm,高度为300μm,柱间隙最小为200μm的镍微柱阵列模具。针对制造过程中SU-8光刻胶去胶难的问题,提出了一种预置溶胀间隙的方法。该方法可以使完整的胶膜分割成许多独立单元,独立的胶膜单元在去胶时溶胀破裂,脱离金属微结构。去胶释放后微柱结构表面光洁、无残余光刻胶,微柱阵列的宽度尺寸误差低至1.35%。研究表明:预置溶胀间隙的方法具有易操作、成本低等优点,可以应用于微小结构的去胶。     

Ni-ZrO2纳米复合电铸层组织结构及磨损形貌

通过复合电铸工艺制备Ni-ZrO2纳米复合电铸层,用SEM和TEM对其表面形貌、组织结构进行了分析。研究了镀液中纳米颗粒悬浮量对纳米复合电铸层在干摩擦状态下耐磨性的影响,并观察了纳米复合电铸层磨损后的表面形貌,探讨了磨损机理。结果表明:纳米ZrO2颗粒细化了基质金属的晶粒,使复合电铸层表面光滑平整;复合电铸层由微Ni单晶和多晶以及ZrO2颗粒所组成;纳米颗粒的强化作用使复合电铸层表现出优良的耐磨性,耐磨性的高低取决于纳米颗粒的复合量。     

不同厚度304不锈钢薄板微盒形件拉深试验研究

微拉深是一种高效加工开口型薄壁零件的工艺方法,但由于尺度的减小,常规拉深工艺的材料和模具无法满足微拉深的要求。采用5 mm×10 mm凸模对厚度100、200μm的SUS304薄板进行了微拉伸试验,对拉深试样进行了镶嵌打磨,测量其剖切面厚度减薄率分布以及关键部位厚度方向的微硬度分布。结果发现微盒形件最大减薄发生在凸模圆角附近,厚度减小,薄板减薄分布不均匀性增加;凸模圆角部位发生明显的加工硬化现象。试样厚度减小,圆角部位厚度中心层低硬度区现象减弱。即薄板厚度减小,拉深成形中的变形协调条件减弱,变形不均匀性增加,成形能力下降。     

电流密度对超临界石墨烯电铸层微观结构与性能的影响

为获得电流密度对于超临界石墨烯复合铸层微观结构和力学性能的影响规律,在超临界二氧化碳流体(SCFCO_2)环境下进行了镍基石墨烯复合电铸试验,采用扫描电镜、数显式显微硬度计、微摩擦磨损试验机、光学轮廓仪等对镍基石墨烯复合电铸层进行表征。结果表明:当电流密度从3 A/dm~2逐渐增大至9 A/dm~2时,石墨烯复合电铸层的显微硬度、耐磨性呈持续增大趋势;当进一步增大电流密度时,复合电铸层显微硬度和耐磨性开始降低。在压力为10 MPa,温度为52℃,电铸时间为50 min,电流密度为9 A/dm~2时,石墨烯复合电铸层的显微硬度达到最大860 HV0.2,磨痕截面积最小1 145μm~2,石墨烯含量达最大0.713%。与普通电铸条件相比,SCF-CO_2电铸条件制备的石墨烯复合电铸层显微硬度和耐磨性分别提高了1.25倍和1.31倍。     

基于光致抗蚀干膜的掩膜制备及其应用研究

在传统工艺流程中,必须先将干膜贴于工件表面,然后进行光刻,但干膜不可重复使用。现提出一种新型干膜光刻工艺流程,在干膜贴于工件表面之前,先对干膜单独进行光刻试验研究。基于该新型工艺流程,研究了杜邦干膜GPM220的曝光及显影特性。经过对曝光量（曝光时间）及显影时间的参数优化,最终在干膜上获得了平均直径为99.7μm的通孔阵列,并将其作为掩膜应用于微细电解加工,通过选择合理的加工参数,在工件表面获得了平均直径为125μm、平均深度为10μm的微坑阵列。电解实验后的干膜易与工件分离,可实现重复使用,提高了干膜的利用率。