一種在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電鍍工藝及其裝置，尤其涉及一種在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)對(duì)技術(shù)創(chuàng)新需求的增長，以前主要用于裝飾性制品的金屬與非金屬電鍍技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為重要的功能性鍍層和精密電鍍技術(shù)。
[0003]特別在半導(dǎo)體微電子產(chǎn)業(yè)當(dāng)中應(yīng)用十分廣泛，且隨著半導(dǎo)體集成電路向高密度、輕小型化發(fā)展，各種新型功能性電鍍技術(shù)將會(huì)不斷涌現(xiàn)。
[0004]然而目前成熟的電鍍工藝僅可實(shí)現(xiàn)鍍層的緊密性和表面光滑性，未能通過直接控制電流、電鍍液等直接在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)。
[0005]通過制備表面功能結(jié)構(gòu)來改進(jìn)材料性能具有廣泛的運(yùn)用，如改善材料親水性、提高自潔性能等。探索在鍍層金屬表面制備微納結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善功能鍍層性能具有重要的意義。
[0006]特別是在電子技術(shù)中，電路集成程度越來越高，電路板熱流密度增加，通過提高鍍層銅箔比表面積來提高電路板散熱能力將有極大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有電鍍工藝尚未能實(shí)現(xiàn)在鍍層金屬表面制備功能結(jié)構(gòu)的技術(shù)不足，提供一種在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法及裝置。
[0008]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍裝置，該電鍍裝置包括循環(huán)泵4、電源8、電鍍液流動(dòng)通道3-1 ;在電鍍液流動(dòng)通道3-1的電鍍液入口及電鍍液出口分別設(shè)置陽極2 ;在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道上側(cè)設(shè)置有用于放置微納結(jié)構(gòu)5-1的薄膜模板5的模板安裝工位，在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道下側(cè)設(shè)置有用于安裝具有種子鍍層的基板6-1的基板安裝工位；所述電源8的正極連接陽極2，負(fù)極作為用于連接種子鍍層的陰極7。
[0010]所述電源8的正極與陽極2之間設(shè)置有電流控制模塊I。
[0011]所述循環(huán)泵4具有一控制其轉(zhuǎn)速的速度控制模塊。
[0012]在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法如下:
[0013](I)根據(jù)金屬或有機(jī)電鍍基材性質(zhì)，選用濺射法或者化學(xué)鍍層法在基板6-1表面制備厚度為0.1-1um的種子鍍層6，作為鍍層金屬吸附起始層；然后將該具有種子鍍層6的基板6-1安裝在電鍍液流動(dòng)通道3-1下側(cè)的基板安裝工位上，種子鍍層6接觸電鍍液；
[0014](2)將表面具有微納結(jié)構(gòu)的薄膜模板5，通過模板安裝工位安裝在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道上側(cè)，薄膜模板5的微納結(jié)構(gòu)5-1接觸電鍍液；微納結(jié)構(gòu)5-1的端部與步驟
(I)所述種子鍍層之間的距離為20-100um，薄膜模板5作為鍍層的約束模板，在鍍層金屬表面制備出對(duì)應(yīng)薄膜模板5的微納結(jié)構(gòu)；
[0015](3)根據(jù)待鍍鍍層金屬吸附起始層和鍍層金屬材質(zhì)的性質(zhì)，將金屬顆粒3-2以及填孔光劑添加至電鍍液中，填孔光劑用于細(xì)化鍍層結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使金屬顆粒3-2形成的鍍層填充微納結(jié)構(gòu)5-1時(shí)具有平整結(jié)構(gòu)；
[0016](4)在電鍍初始階段，通過電流控制模塊I以及速度控制模塊對(duì)循環(huán)泵4的轉(zhuǎn)速控制，采用2-10A/dm2的電流密度，配合0.3-1.5m.s ―1電鍍液在電鍍液流動(dòng)通道3-1內(nèi)的流速進(jìn)行粗鍍；待金屬顆粒3-2在種子鍍層6上逐漸生長并即將與微納結(jié)構(gòu)5-1的尖端接觸時(shí)，由于電鍍液流動(dòng)逐漸受限，此時(shí)改用0.2-2A/dm2的電流密度，并增加電鍍液在流動(dòng)通道3-1內(nèi)的流速至至1.5-6m Μ—1進(jìn)行精鍍，使金屬顆粒3-2能順利地在種子鍍層6上不斷生長，直至將整個(gè)微納結(jié)構(gòu)5-1之間空隙填滿并接觸薄膜模板5，與此同時(shí)電鍍液流動(dòng)通道3-1內(nèi)停止流動(dòng)，即電鍍液流動(dòng)通道3-1內(nèi)無電鍍液3，鍍層停止生長，完成種子鍍層6上的微納結(jié)構(gòu)電鍍；
[0017](5)電鍍完成后，選用有機(jī)溶劑將薄膜模板5溶解，即得到表面形貌為凹狀圓柱、圓錐、矩形或者半球的微納陣列結(jié)構(gòu)的金屬鍍層。
[0018]步驟(5)所述微納陣列結(jié)構(gòu)的深度為2-lOOum。
[0019]電鍍液3溫度為30 °C。
[0020]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0021]本裝置，在電鍍液流動(dòng)通道3-1的電鍍液入口及電鍍液出口分別設(shè)置陽極2 ;在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道上側(cè)設(shè)置有用于放置微納結(jié)構(gòu)5-1的薄膜模板5的模板安裝工位，在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道下側(cè)設(shè)置有用于安裝具有種子鍍層的基板6-1的基板安裝工位；所述電源8的正極連接陽極2，負(fù)極作為用于連接種子鍍層的陰極7。由于結(jié)構(gòu)獨(dú)特的電鍍液流動(dòng)通道3-1以及通道內(nèi)電鍍液的流速及電流可調(diào)性的控制，可大大提高電鍍工藝的品質(zhì)，結(jié)合本電鍍方法，不僅整個(gè)電鍍過程技術(shù)手段簡便易行、省工省時(shí)，而且成本低廉。
[0022]電鍍過程中，通過在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道上側(cè)放置具有微納結(jié)構(gòu)的薄膜模板，該薄膜模板作為鍍層生長約束模板，薄膜模板又可以通過溶解液溶解，實(shí)現(xiàn)了薄膜模板與微納結(jié)構(gòu)鍍層的分離，可進(jìn)行鍍層厚度及微納結(jié)構(gòu)形貌的調(diào)整。
[0023]本裝置可適用于柔性模板，并可根據(jù)基材形狀進(jìn)行自適應(yīng)曲面形狀設(shè)計(jì)，在平面或曲面表面制備出具有陣列微納結(jié)構(gòu)的鍍層。實(shí)現(xiàn)了鍍層及其表面結(jié)構(gòu)制備的一體化，不需要對(duì)鍍層進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)制備。
[0024]對(duì)于電路板銅箔表面制備凹狀陣列結(jié)構(gòu)，可有效提高沸騰傳熱性能，極大改善電路板散熱性能。
【附圖說明】
[0025]圖1所示本發(fā)明電鍍裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2所示在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法流程示意圖；圖中顯示，金屬顆粒3-2在種子鍍層6上逐漸生長，但未與微納結(jié)構(gòu)5-1的尖端接觸時(shí)的狀態(tài)。
[0027]圖3所示在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法流程示意圖；圖中顯示，金屬顆粒3-2在種子鍍層6上逐漸生長，并與微納結(jié)構(gòu)5-1的尖端即將接觸時(shí)的狀態(tài)。
[0028]圖4所示在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法流程示意圖；圖中顯示，金屬顆粒3-2在種子鍍層6上逐漸生長，并逐漸將整個(gè)微納結(jié)構(gòu)5-1之間的空隙填滿前的狀態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖1至4所示。本發(fā)明一種在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍裝置，該電鍍裝置包括循環(huán)泵4、電源8、電鍍液流動(dòng)通道3-1 ;在電鍍液流動(dòng)通道3-1的電鍍液入口及電鍍液出口分別設(shè)置陽極2 ;在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道上側(cè)設(shè)置有用于放置微納結(jié)構(gòu)5-1的薄膜模板5的模板安裝工位，在電鍍液流動(dòng)通道3-1的通道下側(cè)設(shè)置有用于安裝具有種子鍍層的基板6-1的基板安裝工位；所述電源8的正極連接陽極2，負(fù)極作為用于連接種子鍍層的陰極7。
[0032]所述電源8的正極與陽極2之間設(shè)置有電流控制模塊I。
[0033]所述循環(huán)泵4具有一控制其轉(zhuǎn)速的速度控制模塊。
[0034]在鍍層金屬表面制備陣列微納結(jié)構(gòu)的電鍍方法如下:
[0035](I)根據(jù)金屬或有機(jī)電鍍