專利名稱：一種提高微電鑄鑄層厚度均勻性的超聲輔助電鑄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及到微電鑄金屬類，特別涉及到一種提高微電鑄鑄層厚度均勻性的超聲輔助電鑄方法。
背景技術(shù)：
隨著器件微小型化以及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,微電鑄工藝作為一種重要的微細(xì)加工方法，已在航空航天、精密機(jī)械、生物醫(yī)療、模具加工、通訊等領(lǐng)域得到應(yīng)用。在利用微電鑄工藝制作器件的過程中，常出現(xiàn)鑄層邊緣區(qū)域和中間區(qū)域厚度不一致的問題，特別是當(dāng)電流密度大于lA/dm2時(shí)，鑄層的不均勻性更加明顯?，F(xiàn)有的改善鑄層均勻性的技術(shù)多是從電流密度的分布和大小等方面入手，如《微細(xì)加工技術(shù)》2008年第5期第45-49頁提出了一種通過添加陰極片內(nèi)輔助極來改善微結(jié)構(gòu)鑄層厚度均勻性的方法，且輔助極線寬越大，鑄層厚度均勻性越好。但這種方法需要對掩膜板進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，不具有通用性，且沉積到輔助極的金屬為不需要的金屬，容易造成材料浪費(fèi)?！豆鈱W(xué)與精密工程》2008年第16卷第3期第452-458頁提出了一種通過調(diào)節(jié)電流密度來獲得均勻鑄層的方法，并給出獲得良好均勻性鑄層的電流密度參數(shù)為i=0.Γ0.8A/dm2，但此電流密度值對于實(shí)際生產(chǎn)而言過小，加工效率低，不適用于快速生產(chǎn)?，F(xiàn)有的改進(jìn)方法雖然在一定程度上改善了鑄層的均勻性，但通用性差、電鑄效率低等缺點(diǎn)限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用，因此需要一種新型的提高鑄層厚度均勻性的方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種超聲輔助電鑄方法，以解決現(xiàn)有方法帶來的通用性差、力口工效率低等不足，使用本方法能夠在大于1.5 A/dm2的電流密度下獲得較為均勻的鑄層。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種在傳統(tǒng)電鑄過程中施加超聲進(jìn)行輔助電鑄的方法。包括鎳基板前處理、微電鑄膠膜的制作、超聲輔助微電鑄以及去除膠膜工序。其特征是在超聲輔助微電鑄的工序中，將裝有陰極背板、陽極和電鑄液的電鑄槽置于帶有控溫裝置的超聲清洗機(jī)中，電鑄的同時(shí)施加超聲振動。其制作步驟如下:(I)鎳基板前處理:首先對鎳基板進(jìn)行研磨和拋光，使其粗糙度Ra值為0.03 0.04 μ m，然后依次使用丙酮和乙醇對鎳基板進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，再用去離子水進(jìn)行沖洗，經(jīng)氮?dú)獯蹈珊蠓湃?20°C的烘箱中烘焙120分鐘，取出后冷卻至室溫；(2)微電鑄膠膜制作:使用臺式勻膠機(jī)在鎳基板上旋涂SU-8光刻膠，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速以獲得一定厚度的膠膜，經(jīng)過靜置、前烘、曝光、后烘和顯影等工序得到所需的微結(jié)構(gòu)膠膜。(3)超聲輔助微電鑄:將帶有SU-8膠微結(jié)構(gòu)的鎳基板固定于陰極背板上，再將陰極背板，陽極和電鑄液放入電鑄槽中，最后將電鑄槽置于帶有控溫裝置的超聲清洗機(jī)中，超聲清洗機(jī)的頻率為40kHz，調(diào)節(jié)水浴溫度為50°C，超聲功率為250W，電流密度為1.5A/dm2，電鑄的同時(shí)施加超聲振動，電鑄后獲得鎳鑄層；
(4)去除膠膜:將電鑄后的鎳基板浸入裝有SU-8膠去膠液的燒杯中，在85°C的水浴環(huán)境中浸泡，直至SU-8膠全部去除，取出帶有微結(jié)構(gòu)的鎳基板用去離子水沖洗后，再用氮?dú)獯蹈?。本發(fā)明的效果和益處是:解決了現(xiàn)有方法帶來的通用性差、加工效率低等不足，能夠在較高的電流密度條件下獲得較均勻的鑄層，且簡單易行，通用性好，提高了生產(chǎn)效率以及電鑄微器件的機(jī)械性能和使用壽命。


圖1是曝光工序不意圖。圖2是顯影工序不意圖。圖3是電鑄工序不意圖。圖4是去1父工序不意圖。圖廣圖4中:1鎳基板，2 SU-8光刻膠，3掩膜板，12鎳鑄層，UV代表紫外光。圖5是超聲施加方式示意圖。圖5中:4陰極背板，5陽極，6電鑄液，7電鑄槽，8超聲清洗機(jī)，9水，10超聲換能器，11電鑄機(jī)電源。圖6是蛇形鑄層掩膜板不意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明具體的實(shí)施方式。例如:在鎳基板I上電鑄一蛇形鑄層，鑄層線寬為200 μ m，長20mm，相鄰兩線間距為200 μ m，掩膜板如附圖6所示。鎳基板I的尺寸為63 X 63 X 5_，具體步驟如下:(1)鎳基板前處理:將鎳基板I進(jìn)行研磨和拋光，使其粗糙度Ra值為0.03
0.04 μ m,然后依次使用丙酮和乙醇對鎳基板I進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，用去離子水沖洗后再用氮?dú)獯蹈?，放?20°C的烘箱中烘120分鐘，取出后冷卻至室溫；(2)甩膠及前烘:利用臺式甩膠機(jī)在鎳基板I上旋涂SU-8光刻膠，設(shè)定甩膠機(jī)轉(zhuǎn)速為800r/min，時(shí)間為18s，則可獲得厚度為60 μ m的膠層，然后水平放置基板使其自平整30min，再將涂有SU-8光刻膠的鎳基板放置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，調(diào)節(jié)干燥箱內(nèi)溫度至65°C烘40分鐘，再將溫度升高至85°C繼續(xù)烘40分鐘，取出后冷卻至室溫；(3)曝光及后烘:利用紫外曝光機(jī)對前烘后的涂有SU-8膠的鎳基板進(jìn)行接觸式曝光，曝光劑量為400mJ/cm2,時(shí)間為5分鐘,見附圖1。然后將曝光后的鎳基板放置于85°C的熱板上后烘90秒后冷卻至室溫；(4)顯影:將曝光后的鎳基板浸沒于SU-8膠顯影液，直至沒有受到紫外光照射的膠體全部溶解，將鎳基板取出后用去離子水沖洗干凈，見附圖2 ；(5)微電鑄:將帶有SU-8膠微結(jié)構(gòu)的鎳基板固定于陰極背板4上，將陰極背板4，陽極5和電鑄液6放入電鑄槽7中，再將電鑄槽7置于帶有控溫裝置的超聲清洗機(jī)8中，超聲清洗機(jī)的頻率為40kHz，設(shè)置水浴溫度為50°C，超聲功率為250W，調(diào)節(jié)電鑄機(jī)電源11設(shè)置電流密度為1.5A/dm2，電鑄的同時(shí)施加超聲振動，得到鎳鑄層12，見附圖3和附圖5。電鑄液的配方為氨基磺酸鎳:365 375g/L、氯化鎳:6 10g/L、硼酸:55 60g/L，電鑄液PH值:3.8 4.I ；(6)去除膠膜:將電鑄后的微模具浸入裝有SU-8膠去膠液的燒杯中，在85°C的水浴環(huán)境中浸泡，直至鑄層內(nèi)SU-8膠全部去除，用去離子水沖洗得到微結(jié)構(gòu)，見附圖4。采用本發(fā)明提出的在電鑄過程中施加超聲振動進(jìn)行輔助電鑄的方法，可以在較高電流密度下，仍能獲得較為均勻的鑄層。在電流密度1.5A/dm2、超聲功率250W、溫度50°C的條件下電鑄，施加超聲所得到 的鑄層對比未施加超聲所得到的鑄層，厚度均勻性提高22%。
權(quán)利要求
1.一種提高微電鑄鑄層厚度均勻性的超聲輔助電鑄方法，包括鎳基板前處理、微電鑄膠膜的制作、超聲輔助微電鑄以及去除膠膜工序，其特征是在超聲輔助微電鑄的工序中，將裝有陰極背板、陽極和電鑄液的電鑄槽置于帶有控溫裝置的超聲清洗機(jī)中，電鑄的同時(shí)施加超聲振動，其制作步驟如下: (O鎳基板前處理:首先對鎳基板進(jìn)行研磨和拋光，使其粗糙度Ra值為0.03 .0.04 μ m,然后依次使用丙酮和乙醇對鎳基板進(jìn)行超聲清洗各20分鐘，再用去離子水進(jìn)行沖洗，經(jīng)氮?dú)獯蹈珊蠓湃?20°C的烘箱中烘焙120分鐘，取出后冷卻至室溫； (2)微電鑄膠膜制作:使用臺式勻膠機(jī)在鎳基板上旋涂SU-8光刻膠，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速以獲得一定厚度的膠膜，經(jīng)過靜置、前烘、曝光、后烘和顯影等工序得到所需的微結(jié)構(gòu)膠膜； (3)超聲輔助微電鑄:將帶有SU-8膠微結(jié)構(gòu)的鎳基板固定于陰極背板上，再將陰極背板，陽極和電鑄液放入電鑄槽中，最后將電鑄槽置于帶有控溫裝置的超聲清洗機(jī)中，超聲清洗機(jī)的頻率為40kHz，調(diào)節(jié)水浴溫度為50°C，超聲功率為250W，電流密度為1.5A/dm2，電鑄的同時(shí)施加超聲振動，電鑄后獲得鎳鑄層； (4)去除膠膜:將電鑄后的鎳基板浸入裝有SU-8膠去膠液的燒杯中，在85°C的水浴環(huán)境中浸泡，直至SU-8膠全部去除 ，取出帶有微結(jié)構(gòu)的鎳基板用去離子水沖洗后，再用氮?dú)獯蹈伞?br> 全文摘要
一種提高微電鑄鑄層厚度均勻性的超聲輔助電鑄方法，屬于微制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及到微電鑄金屬類，特別涉及到一種提高微電鑄鑄層厚度均勻性的超聲輔助電鑄方法。其特征是在超聲輔助微電鑄的工序中，將裝有陰極背板、陽極和電鑄液的電鑄槽置于帶有控溫裝置的超聲清洗機(jī)中，電鑄的同時(shí)施加超聲振動。本發(fā)明的效果和益處是克服了現(xiàn)有方法帶來的通用性差、加工效率低等不足，能夠在較高的電流密度條件下獲得較均勻的鑄層，且簡單易行，通用性好，提高了生產(chǎn)效率以及電鑄微器件的機(jī)械性能和使用壽命。
文檔編號C25D1/00GK103088374SQ20131006263
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者杜立群, 劉沖, 劉劍飛, 王翱岸, 李成斌, 徐征, 宋滿倉 申請人:大連理工大學(xué)