專利名稱：一種微細(xì)電鑄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電鑄裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微細(xì)電鑄裝置。
背景技術(shù)：
厚度均勻性是衡量微電鑄件質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，均勻厚度微電鑄件的獲得長(zhǎng)期以來備受關(guān)注。微細(xì)電鑄過程中，由于電力線分布的邊緣效應(yīng)或中心效應(yīng)，致使沉積面邊緣的生長(zhǎng)速度大于或小于中央，因而所制備的電鑄件通常呈現(xiàn)邊緣高、中間低的“馬鞍狀”或邊緣低、中間高的“山丘狀”。加之微電鑄芯模一般為具有一定深寬比的槽腔型微結(jié)構(gòu)，由于微尺寸效應(yīng)、表面張力效應(yīng)、粘性效應(yīng)等的彰顯，導(dǎo)致微細(xì)電鑄過程中微槽腔型內(nèi)的物質(zhì)交換運(yùn)輸十分困難，從而易引發(fā)針孔、積瘤等沉積缺陷，加重了鑄層不平度。為改善微電鑄件厚度均勻性，保證沉積面電流密度均勻分布并且實(shí)現(xiàn)微沉積空間內(nèi)的高效對(duì)流傳質(zhì)是關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有的改善措施，如優(yōu)化電鑄液組分、添加整平劑、采用脈沖電流等所帶來的效果并不理想。中國(guó)專利CN 101376996 B申請(qǐng)公開了一種協(xié)同采用電場(chǎng)分布擋板和環(huán)形輔助陰極來均化晶圓邊緣集中的電力線，以消除電力線分布邊緣效應(yīng)的微電鑄裝置，然而該裝置仍然不能解決電流密度在微沉積區(qū)域內(nèi)分布均勻化的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能使電流密度在微沉積區(qū)域內(nèi)均勻分布且可實(shí)現(xiàn)微槽腔空間內(nèi)高效對(duì)流傳質(zhì)的微細(xì)電鑄裝置。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種微細(xì)電鑄裝置，包括電鑄槽、陽(yáng)極單元、陰極單元、箱體、進(jìn)液口及出液口，所述電鑄槽設(shè)于箱體內(nèi)上部，電鑄槽為圓筒狀，電鑄槽上部設(shè)有中空?qǐng)A柱狀進(jìn)液軸，進(jìn)液軸與動(dòng)力裝置連接，在動(dòng)力裝置帶動(dòng)下，進(jìn)液軸帶動(dòng)電鑄槽作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)液軸上端為進(jìn)液口 ； 所述陽(yáng)極單元包括設(shè)于電鑄槽內(nèi)的陽(yáng)極以及與電鑄槽下端部固定連接的輔助陽(yáng)極；所述陰極單元包括承片臺(tái)，承片臺(tái)上設(shè)有芯模，芯模與輔助陽(yáng)極對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述陰極單元下端連接有陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元。所述陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元包括與承片臺(tái)連接的支承軸，支承軸下端設(shè)有滾輪，滾輪與下方的凸輪傳動(dòng)連接，凸輪的輪廓曲線由一同心等徑圓弧和一橢圓弧構(gòu)成。所述輔助陽(yáng)極通過輔助陽(yáng)極固定座固定于電鑄槽下端，輔助陽(yáng)極為網(wǎng)孔狀，孔形為圓形、正六邊形、正方形或長(zhǎng)方形，孔直徑或邊長(zhǎng)為50 100 μ m。所述輔助陽(yáng)極為惰性金屬網(wǎng)。所述芯模與承片臺(tái)之間設(shè)有墊片，墊片采用柔性材料，可起到緩沖的作用。所述電鑄槽上設(shè)有節(jié)流閥；所述箱體中部設(shè)有隔板，隔板將箱體內(nèi)部分為上下兩部分，電鑄槽、陽(yáng)極單元及陰極單元位于箱體內(nèi)上部，陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元位于箱體內(nèi)下部， 箱體內(nèi)下部設(shè)有儲(chǔ)液槽，儲(chǔ)液槽與箱體內(nèi)上部通過連通道連通，所述出液口設(shè)于儲(chǔ)液槽上。所述支承軸外部設(shè)有連接承片臺(tái)底部與隔板的遮液罩，遮液罩外側(cè)的隔板上設(shè)有擋板。為了盡可能保證凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)平衡，所述凸輪的等徑圓弧面部分設(shè)有通孔。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(I)能最大限度保證微細(xì)電鑄過程中微沉積區(qū)域內(nèi)的電流密度均勻分布通過調(diào)節(jié)凸輪等徑圓弧面與滾輪輪廓接觸，并調(diào)整輔助陽(yáng)極的安裝高度使其下表面與芯模上表面在微細(xì)電鑄進(jìn)行階段緊密貼合，以保證電流密度在微沉積區(qū)域內(nèi)均勻分布；(2)能最大限度減輕輔助陽(yáng)極帶來的負(fù)面作用在微細(xì)電鑄的間隙期，輔助陽(yáng)極能隨進(jìn)液軸以可調(diào)轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，不斷改變輔助陽(yáng)極網(wǎng)孔與電鑄膠模微槽腔間的相對(duì)位置，從而避免輔助陽(yáng)極網(wǎng)孔的筋結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間屏蔽某個(gè)微槽腔結(jié)構(gòu)，最大限度減少輔助陽(yáng)極對(duì)電流密度與液流的屏蔽作用；(3)可實(shí)現(xiàn)微沉積空間內(nèi)的高效對(duì)流傳質(zhì)通過調(diào)節(jié)陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元移動(dòng)速度，帶動(dòng)承片單元上下往復(fù)振蕩，利用失重效應(yīng)和振動(dòng)效應(yīng)驅(qū)使微槽腔內(nèi)的電解液快速對(duì)流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用微細(xì)電鑄間隙期的液體沖刷作用，使微槽腔內(nèi)外的電解液均能獲得較好的攪拌效果。

圖I是本實(shí)用新型微細(xì)電鑄進(jìn)行階段結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型微細(xì)電鑄停止階段結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型芯模上表面與輔助陽(yáng)極下表面貼合時(shí)沉積面電力線分布示意圖；圖4是常規(guī)微細(xì)電鑄沉積面電力線分布示意圖；圖5是不同孔形輔助陽(yáng)極，圖5(a)為正六邊形孔輔助陽(yáng)極，圖5 (b)為正方形孔輔助陽(yáng)極，圖5(c)為矩形孔輔助陽(yáng)極；圖6是陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2所示，一種微細(xì)電鑄裝置，包括電鑄槽3、陽(yáng)極單元、陰極單元、箱體I、 進(jìn)液口 5及出液口 19，所述電鑄槽3設(shè)于箱體I內(nèi)的上部，電鑄槽3為圓筒狀，電鑄槽3內(nèi)設(shè)有分流道6，電鑄槽3上部設(shè)有中空?qǐng)A柱狀進(jìn)液軸2，進(jìn)液軸2與動(dòng)力裝置連接，在動(dòng)力裝置帶動(dòng)下，進(jìn)液軸2帶動(dòng)電鑄槽3作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)液軸2上端為進(jìn)液口 5 ;所述陽(yáng)極單元包括設(shè)于電鑄槽3內(nèi)的陽(yáng)極4以及與電鑄槽3下端部固定連接的輔助陽(yáng)極8，輔助陽(yáng)極8通過輔助陽(yáng)極固定座7固定于電鑄槽3下端，輔助陽(yáng)極8為網(wǎng)孔狀(如圖5所示，圖5(a)為正方形孔，圖5 (b)為長(zhǎng)方形孔，圖5 (c)為正六邊形)，孔形為圓形、正六邊形，正方形或長(zhǎng)方形，孔直徑或邊長(zhǎng)為50 100 μ m ;所述陰極單元包括承片臺(tái)11，承片臺(tái)11上設(shè)有芯模9，芯模9 與輔助陽(yáng)極8對(duì)應(yīng)設(shè)置，芯模9與承片臺(tái)11之間設(shè)有墊片10 ;陽(yáng)極4與芯模9分別與脈沖電源22的正負(fù)極連接；所述陰極單元下端連接有陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元(如圖6所示)。所述陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元包括與承片臺(tái)11連接的支承軸12，支承軸12下端設(shè)有滾輪13，滾輪13 與下方的凸輪17傳動(dòng)連接，凸輪17的輪廓曲線由一同心等徑圓弧和一橢圓弧構(gòu)成，凸輪17 等徑圓弧面與滾輪13的接觸時(shí)間等于脈沖電源22的導(dǎo)通期，橢圓弧面與滾輪13的接觸時(shí)間等于脈沖電源22的間歇期；凸輪17的等徑圓弧面部分設(shè)有通孔25。所述輔助陽(yáng)極8為鈦、鉬、金等惰性金屬材質(zhì)網(wǎng)板。所述電鑄槽3上設(shè)有節(jié)流閥21 ;所述箱體I中部設(shè)有隔板 16，隔板16將箱體I內(nèi)部分為上下兩部分，電鑄槽3、陽(yáng)極單元及陰極單元位于箱體內(nèi)上部， 陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元位于箱體內(nèi)下部，箱體內(nèi)下部設(shè)有儲(chǔ)液槽18，儲(chǔ)液槽18與箱體內(nèi)上部通過連通道20連通，儲(chǔ)液槽17上設(shè)有出液口 19。所述支承軸12外部設(shè)有連接承片臺(tái)11底部與隔板16的遮液罩14,遮液罩14外側(cè)的隔板16上設(shè)有擋板15。本實(shí)用新型工作的工作原理如下I.調(diào)整凸輪17使等徑圓弧與橢圓弧交接點(diǎn)c與滾輪13接觸，將預(yù)處理后帶有微圖形結(jié)構(gòu)的陰極芯模9吸附于貼有柔性墊片10的承片臺(tái)11上，平板狀陽(yáng)極4水平正對(duì)放置于芯模9上方，二者間距約30mm。2、把采用鈦、鉬、金等惰性金屬制作而成且為網(wǎng)孔狀的輔助陽(yáng)極8安裝在輔助陽(yáng)極固定座7上，同時(shí)調(diào)節(jié)輔助陽(yáng)極固定座7的安裝高度，確保輔助陽(yáng)極8的下表面與芯模9 的上表面貼合。3、通過進(jìn)液口 5向電鑄槽3注入適量電鑄液，以液面高過陽(yáng)極3 5cm為宜，并通過電鑄液溫控單元保持溶液恒溫。4、接通脈沖電源22，微細(xì)電鑄進(jìn)行，此狀態(tài)下微沉積面的電力線近乎呈均勻分布 (如圖3所示，電力線24分布均勻，沉積層23厚度均勻)，相比較芯模9上表面無輔助陽(yáng)極 8時(shí)(即常規(guī)微細(xì)電鑄時(shí)，電力線24分布呈現(xiàn)中間疏、周邊密的邊緣效應(yīng)或中間密、周邊疏的中心效應(yīng)，沉積層23厚度不均，如圖4所示)，微沉積面的電力線分布均勻性顯著改善。 與此同時(shí)，凸輪17順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，保持等徑圓弧面abc與滾輪13的輪廓接觸，此過程中進(jìn)液軸2靜止(如圖I所示)，待到凸輪17的橢圓弧面adc與滾輪13接觸，芯模9上表面與輔助陽(yáng)極8下表面分離，承片臺(tái)11快速下落，失重?cái)嚢栉⒊练e空間內(nèi)的電鑄液，同時(shí)電鑄槽3內(nèi)的電解液通過輔助陽(yáng)極8的網(wǎng)孔對(duì)電鑄芯模9進(jìn)行沖刷，以使待電鑄的微槽腔內(nèi)外都能獲得很好的攪拌效果(如圖2所示)。此時(shí)，脈沖電源22處于間歇期，微細(xì)電鑄停止，進(jìn)液軸2 帶動(dòng)輔助陽(yáng)極8以可調(diào)轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，避免輔助陽(yáng)極8的筋結(jié)構(gòu)屏蔽芯模上的微槽腔，從而保證理想的傳質(zhì)空間。微細(xì)電鑄進(jìn)行階段，多余電鑄液自節(jié)流閥21溢出；微細(xì)電鑄停止階段，承片臺(tái)11下落的同時(shí)，電鑄液受遮液罩14和擋板15阻隔，沿連通道20流入儲(chǔ)液槽18， 經(jīng)出液口 19進(jìn)入循環(huán)過濾單元，濾除雜質(zhì)后又匯入電鑄槽3內(nèi)，如此周期性交替反復(fù)。5、待鑄層厚度達(dá)到要求，切斷各種電源，取出芯模9，經(jīng)清洗、干燥、去膠后，即可獲得厚度均勻的微電鑄件。
權(quán)利要求1.一種微細(xì)電鑄裝置，包括電鑄槽、陽(yáng)極單元、陰極單元、箱體、進(jìn)液口及出液口，其特征在于，所述電鑄槽設(shè)于箱體內(nèi)上部，電鑄槽為圓筒狀，電鑄槽上部設(shè)有中空?qǐng)A柱狀進(jìn)液軸，進(jìn)液軸與動(dòng)力裝置連接，在動(dòng)力裝置帶動(dòng)下，進(jìn)液軸帶動(dòng)電鑄槽作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)液軸上端為進(jìn)液口 ；所述陽(yáng)極單元包括設(shè)于電鑄槽內(nèi)的陽(yáng)極以及與電鑄槽下端部固定連接的輔助陽(yáng)極；所述陰極單元包括承片臺(tái)，承片臺(tái)上設(shè)有芯模，芯模與輔助陽(yáng)極對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述陰極單元下端連接有陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元。
2.如權(quán)利要求I所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元包括與承片臺(tái)連接的支承軸，支承軸下端設(shè)有滾輪，滾輪與下方的凸輪傳動(dòng)連接，凸輪的輪廓曲線由一同心等徑圓弧和一橢圓弧構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求I或2所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述輔助陽(yáng)極通過輔助陽(yáng)極固定座固定于電鑄槽下端，輔助陽(yáng)極為網(wǎng)孔狀，孔形為圓形、正六邊形、正方形或長(zhǎng)方形，孔直徑或邊長(zhǎng)為50 100 μ m。
4.如權(quán)利要求3所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述輔助陽(yáng)極為惰性金屬網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求4所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述芯模與承片臺(tái)之間設(shè)有墊片。
6.如權(quán)利要求5所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述電鑄槽上設(shè)有節(jié)流閥；所述箱體中部設(shè)有隔板，隔板將箱體內(nèi)部分為上下兩部分，電鑄槽、陽(yáng)極單元及陰極單元位于箱體內(nèi)上部，陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元位于箱體內(nèi)下部，箱體內(nèi)下部設(shè)有儲(chǔ)液槽，儲(chǔ)液槽與箱體內(nèi)上部通過連通道連通，所述出液口設(shè)于儲(chǔ)液槽上。
7.如權(quán)利要求6所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述支承軸外部設(shè)有連接承片臺(tái)底部與隔板的遮液罩，遮液罩外側(cè)的隔板上設(shè)有擋板。
8.如權(quán)利要求7所述的微細(xì)電鑄裝置，其特征在于，所述凸輪的等徑圓弧面部分設(shè)有通孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微細(xì)電鑄裝置，包括電鑄槽、陽(yáng)極單元、陰極單元、箱體、進(jìn)液口及出液口，電鑄槽設(shè)于箱體內(nèi)上部，電鑄槽為圓筒狀，電鑄槽上部設(shè)有中空?qǐng)A柱狀進(jìn)液軸，進(jìn)液軸與動(dòng)力裝置連接，進(jìn)液軸上端為進(jìn)液口；陽(yáng)極單元包括陽(yáng)極和輔助陽(yáng)極；所述陰極單元包括承片臺(tái)，承片臺(tái)上設(shè)有芯模，芯模與輔助陽(yáng)極對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述陰極單元下端連接有陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元。本實(shí)用新型的陰極往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元能帶動(dòng)承片臺(tái)振蕩，提高沉積面附近的傳質(zhì)效果；輔助陽(yáng)極下表面與芯模上表面在微細(xì)電鑄進(jìn)行階段緊密貼合，最大限度保證微細(xì)電鑄過程中沉積面的電流密度均勻分布；輔助陽(yáng)極可隨進(jìn)液軸旋轉(zhuǎn)，確保理想的傳質(zhì)空間，能獲得厚度均勻的微電鑄件。
文檔編號(hào)C25D1/00GK202347111SQ20112049239
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者呂文星, 商靜瑜, 明平美, 李英杰, 楊志波, 秦歌 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)