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。     

基于电化学沉积的金属基微射频T形功分器研制

以光刻和精密微电铸技术为基础,采用正负胶相结合的方法,在金属基底上制作同轴结构的微射频T形功分器。采用单层分次曝光方法制作了微电铸用AZ 50XT厚正性光刻胶胶模,改善了单层单次曝光时胶模侧壁陡直性差的情况;使用粘附强度高的金属作为种子层以增强支撑体与内导体之间的结合力,解决了后处理时内导体易从支撑体脱落的问题;通过增加铸后光刻步骤,解决了铸层高度测量困难的问题。最终,制作出外形尺寸为7700μm×3900μm×210μm、最小尺寸为40μm的微射频T形功分器,为微型功分器的制作提供了一种可行的工艺参考方案。     

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。     

UV-LIGA制作微细群电极工艺研究

微细电火花加工和微细电解加工是当前微细加工领域的研究热点,利用微细群电极进行微细加工可显著提高加工效率.研究了UV-LIGA制作微工具电极的技术.以金属为基底,采用UV-LIGA工艺来制作微细群电极,改进了前烘、后烘、显影等工艺参数,分别在铜和不锈钢基底上通过注射式倒胶的方法制作出厚度达1 mm的SU-8胶结构,最大深宽比达10∶1,并通过微细电铸,获得了铜微细电极.     

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%。     

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。     

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℃。     

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。     

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。     

金属型管电液束加工技术研究

从金属型管电极制备、动态反极性电源、工艺参数试验等方面论述了一种金属型管电液束加工的特点与技术优势,该技术可解决孔径0.8～6.0 mm、深径比达100∶1以上小孔的难加工难题,保证加工过程稳定的基础上,可获得无再铸层、微裂纹及热影响区的高表面质量小孔。     

Micro electroforming of high-aspect-ratio metallic microstructures by using a movable mask

A novel micro electroforming process, which targets the cost efficient fabrication of high-aspect-ratio metallic microstructures, is presented in this paper. An insulating mask with patterned features for localizing the deposition region moves periodically along the metal growth direction during electrodeposition instead of the traditional patterned photoresist mask coated on a substrate. The proposed technology offers some unique advantages such as re-using of mask and avoiding removal of photoresist. The current density distribution and metal deposition in the proposed process were studied. Typical high-aspect-ratio metallic microparts in the scale of several hundred microns have been produced.     

基于纳米划痕的电子束光刻胶微观力学性能研究

目的 研究不同厚度的ZEP-520电子束光刻胶胶层的韧性以及其与衬底间的结合强度等力学性能,为解决光刻胶层在使用过程中的开裂及脱落问题提供实验支持.方法 利用纳米划痕技术对不同厚度下的ZEP-520电子束光刻胶进行了划痕测试,分析了光刻胶开始破损和完全脱粘时的临界载荷,研究了胶层厚度与光刻胶韧性的定量关系,并以光刻胶胶层与硅基底的结合能评价了其结合强度.此外,在厚度为587 nm的光刻胶胶层上,利用电子束曝光技术成功制备了频率为10000线/mm的高质量正交光栅,采用几何相位分析法对栅格间距误差进行了定量表征.结果 ZEP-520光刻胶胶层的韧性、结合力以及结合能均随胶层厚度的增加而增加,结合能在光刻胶胶层厚度大于529 nm时,趋于定值0.17 J/m2.利用几何相位分析法测得所制备的光栅间距误差在1.3％以内,并且未存在开裂以及脱粘等现象.结论 在ZEP-520电子束光刻胶胶层微纳米成形过程中,适当增加光刻胶胶层厚度可以有效增强胶层韧性和其与衬底之间的结合力,缓解光刻胶胶层在使用过程中出现裂纹与脱落的现象.     

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。     

Grinding characteristics of micro-abrasive pellet tools fabricated by a LIGA-like process

The purpose of this paper was to investigate the wearing and grinding characteristics of the micro-abrasive pellet tools with 4–6 μm diamond particles fabricated by a LIGA-like process that has micro-lithography with photoresist mold and nickel/diamond composite electroforming. The results showed that when the micro-pellet tool containing partial resist joint with a root on the substrate was designed and fabricated, the tool against alumina sandpaper in wear test showed lesser amount of micro-pulled-out pellets than the tools with flat joint type, which displayed the tool to have better adhesion strength. In addition, when the micro-diamond tools were used to grind silicon wafers, the surface appearance of wafers showed ductile behavior. The surface roughness of wafers ground with increased pellet tool rotation speed became better and R_a=0.05 μm was achieved.     

变参数微细电解加工变截面孔的实验研究

为提高微细电解加工高深宽比变截面孔的形状精度,通过仿真分析加工过程中不同的参数变化时间间隔对变截面孔形状精度的影响,设计并实现了一种变参数加工控制方法。在1 mm厚的18CrNi8工件上进行变参数微细电解加工实验,加工出孔径200~320μm(深宽比约为5)的变截面孔。结果表明:参数变化时间间隔为1 s时,形状平均误差为9μm,相比于其他时间间隔,其平均误差减小约85%,较好地满足了设计要求,也验证了该变参数加工控制方法的有效性。     

基于微细电铸法制备微流控芯片模具工艺

提出了一种制备微流控芯片模具的方法。首先,在分析微细电铸流场特性的基础上研究了流速对微流道传质的影响;然后,讨论了脉冲频率、电流密度、安培时、温度四个参数对微流控芯片模具质量的影响;最后,分析了基底毛化与模具结合力的关系。该方法实现了表面粗糙度值小、侧壁垂直度高的微流控芯片模具的制备。     

电铸复杂回转零件时新型象形阳极的应用

通过对电铸时沉积金属的分布进行理论分析，提出采用象形阳极改善复杂形状零件电铸时沉积分布的不均匀性。在合金电铸复杂回转零件时设计了一种新型的象形阳极结构．由此试验得到了较好的电铸层厚度及合金成分的均匀分布。