金属微结构阵列的电铸成型技术研究

详细讨论了微结构的电铸特点,在分析微细电铸的电场与流场特性的基础上,深入研究了铸层厚度的不均匀现象及搅拌方式、电流密度对微细电铸质量的影响。得出：由于高深宽比胶膜存在,单一搅拌对电铸区域的影响只集中在微区的入口部分。扩散过程成为金属沉积的限制性因素;随着胶膜深宽比的增大,电场等势线弯曲的程度加大,导致电铸微区内金属离子传输能力不均匀。实验表明：微细电铸过程中,搅拌速度提高并不能改善金属沉积的传质条件,辅助超声的复合搅拌在相同条件下能提高金属沉积速度、减少铸层缺陷;最佳电流密度不宜超过0.9～1.0A/dm2。实现了高分辨率,侧壁陡直的金属微结构的电铸成型。     

活动屏蔽膜板高深宽比微细电铸技术研究

针对金属微结构器件制造难的问题,提出了活动屏蔽膜板高深宽比微细电铸技术,通过屏蔽膜板动态地限制电沉积的区域,可以用低深宽比的膜板图形加工出高深宽比的金属微结构,并且免除了去胶等难题。在对活动屏蔽膜板微细电铸电场及传质进行分析的基础上,开展试验研究,获得了特征尺寸为500μm,深宽比分别为3和5的微静电梳状驱动器梳齿及微圆柱电极阵列。     

活动屏蔽膜板高深宽比微细电铸技术研究

针对金属微结构器件制造难的问题,提出了活动屏蔽膜板高深宽比微细电铸技术,通过屏蔽膜板动态地限制电沉积的区域,可以用低深宽比的膜板图形加工出高深宽比的金属微结构,并且免除了去胶等难题。在对活动屏蔽膜板微细电铸电场及传质进行分析的基础上,开展试验研究,获得了特征尺寸为500μm,深宽比分别为3和5的微静电梳状驱动器梳齿及微圆柱电极阵列。
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超临界CO2流体微细电铸扩散传质过程建模与数值分析

以微结构特征为分析对象,建立金属镍离子和多物质离子扩散传质的数学模型,利用MAT-LAB软件对所建模型进行数值模拟,分析电流密度、深宽比对微结构内部物质离子浓度的影响,同时对超临界CO2流体金属镍铸层的表面形貌和显微硬度进行研究和探讨。结果表明:在一定的深宽比和电流密度条件下,随着时间的推移,镍离子扩散传质过程逐渐趋于稳态;微结构流体的特征是自上而下,氢氧根离子浓度和氢氧化镍离子浓度逐渐递增,而氢离子浓度持续降低,镍离子浓度和硫酸根离子浓度变化不明显;深宽比大的微结构应在小电流密度条件下进行电铸,温度为323K、压力为10MPa、电流密度为5A/dm2时,超临界CO2流体电铸方法制备的镍铸层晶粒细小、组织致密,铸层的显微硬度达到701.2HV,与传统电铸相比有大幅度提高。     

微电铸中电流-流体耦合的数值分析及实验

研究了LIGA/UV-LIGA的核心技术微电铸的内在规律,对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行了数值分析.以微流控芯片微模具上的十字电铸层为研究对象,建立了微电铸的数学模型.给出了描述微电铸体系电流密度和流体流场的偏微分方程,运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到了电流密度分布和流体流场分布的数值结果.选择十字铸层上的测量点,由该点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4 h的铸层生长高度仿真值,并与相同工艺条件下的微电铸实验铸层生长高度进行对比.结果显示,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437 μm,最小绝对偏差为0.264 μm.实验表明这种数值仿真方法适用于微电铸工艺设计的辅助分析,可缩短微电铸工艺的开发周期.     

微细电铸Over-plating成型过程的数值模拟与实验研究

微细电铸的Over-plating过程对电铸成型金属器件的质量有直接影响。通过有限元方法对微细电铸过程的电场进行建模分析,利用迭代边界法对Over-plating动态过程的阴极电流密度分布进行数值模拟;通过对直径300μm、深100μm微孔结构的电铸实验,得到了不同时间下Over-plating过程的电铸层形貌;实验结果与数值模拟有着很好的一致性,表明基于有限元的迭代边界分析方法是合理的,也为后续对微细电铸Over-plating成型过程的定量分析提供了参考。     

微电铸中电流-流体耦合场数值分析及实验

微电铸是LIGA/UV-LIGA的核心技术,在微机电系统和微纳米制造领域有着很好的应用前景。为了探究微电铸的内在规律,需要对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行数值仿真研究。以微流控芯片的微模具为研究对象,在建立微电铸的数学模型的基础上,分别给出描述电流密度和流体流场的偏微分方程。运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到电流密度分布和流体流场分布的数值结果。选择十字铸层上的测量点,由测量点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4小时的铸层生长高度仿真值,与相同工艺条件的微电铸实验铸层生长高度进行对比。结果表明,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437μm,最小绝对偏差为0.264μm。这种数值仿真方法能够用于微电铸工艺和设计的辅助分析,缩短微电铸工艺的开发周期。     

回转件表面高强度铜的高速电铸试验研究

设计了一种回转阴极表面电铸液高速冲刷与高电流密度沉积交替进行的电铸铜加工方式,以提高回转件表面电铸铜沉积效率和沉积层质量.在溶液冲刷速度为3m/s左右的条件下,分别以4、8、12、16 A/dm2的电流密度进行电化学沉积,并对电铸铜层进行力学性能检测.检测结果显示:8 A/dm2电流密度下获得的电铸层综合力学性能最优良...     

高深宽比微细结构电铸时传质过程数值分析

针对高深宽比微细结构电铸时存在严重传质受限的问题,以微深槽特征为分析对象建立液相传质两种数学模型——维扩散模型和二维对流—扩散模型,并分别用Matlab专用工具箱和Fluent 6.2流体仿真软件进行数值求解,依次分析以扩散、强制对流－扩散、复合对流(强制对流和自然对流)－扩散等为主导传质模式作用下微细电铸时,流场和离子浓度场的空间变化规律及其对液相传质效果的影响,并进行试验验证。结果表明：微细结构电铸时,单一扩散作用仅能用于深宽比小于2且电流密度小于2 A/dm2的液相传质场合;槽外强制对流只能对深宽比小于2的微槽内电解液产生一定搅拌作用;强化槽内自然对流作用并与槽外强制对流协同配合时,槽(深宽比为5)内可形成独特的单个或多个占据整个槽空间的涡流循环胞,涡流流速约为强制对流流速的1/20～1/2,明显改善传质效果,试验结果与此相印证。     

微电铸器件铸层均匀性的研究

理论分析了负脉冲电流对铸层的修饰作用,采用正负间断脉冲电流和正间断负连续脉冲电流进行了相应的微电铸的实验研究。实验采用的微电铸器件是特征宽度为90 μm的微流控芯片的金属模具。微电铸实验主要包括三个步骤:制作SU-8胶胶模,微电铸和去除SU-8胶。为了对实验结果进行对比分析,两组实验的工作时间和电流强度均采用240 min和2.5 A/dm²。将正负脉冲电流微电铸与正脉冲电流微电铸的实验结果进行了对比分析。研究结果表明,正负间断脉冲电流能够获得较好的器件铸层均匀性。由于在负向脉冲的间断时间内,铸层表面附近的浓度极差得以改变,因此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。