屏蔽模板隨動式微細(xì)電鑄技術(shù)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、電鑄是利用金屬離子在陰極上沉積來制造金屬制品的增材加工過程，其加工過程是以離子的形式進(jìn)行的。由于金屬離子的尺寸非常微小，小于納米尺度，因此電鑄技術(shù)相對于其它很多微加工方法在原理上具有優(yōu)勢，在微納米加工領(lǐng)域有著很大的發(fā)展?jié)撃堋Ａ硗?，電鑄屬非接觸加工，具有無切削應(yīng)力變形、無熱影響區(qū)、無工具損耗、低成本、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
　　 微小尺度（Micro/Meso尺度）是高科技產(chǎn)品和國防產(chǎn)品最密切相關(guān)的尺度領(lǐng)域，因而相對應(yīng)的Micro/M

2、eso加工技術(shù)成為各工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛關(guān)注和重點(diǎn)投入的研究熱點(diǎn)。
　　 本文主要針對Micro/Meso尺度金屬微結(jié)構(gòu)，首先提出一種實(shí)用的微細(xì)電鑄成型技術(shù)，然后圍繞這一新技術(shù)的開發(fā)進(jìn)行研究。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 (1)提出屏蔽模板隨動式微細(xì)電鑄技術(shù)，即通過屏蔽模板隨電沉積層高度的增加而微量移動，從而用厚度有限的屏蔽模板制造出原理上高度不受限制的三維金屬微結(jié)構(gòu)。
　　 (2)針對屏蔽模板隨動式微

3、細(xì)電鑄技術(shù)的特點(diǎn)，建立了隨動式電沉積試驗(yàn)系統(tǒng)。整個試驗(yàn)系統(tǒng)包括四個部分：加工控制系統(tǒng)、電解液系統(tǒng)、電沉積系統(tǒng)以及加工狀態(tài)的檢測與監(jiān)控。該系統(tǒng)滿足屏蔽模板隨動式電鑄技術(shù)的要求，實(shí)現(xiàn)了x-y-z三軸精密聯(lián)動，加工狀態(tài)的在線監(jiān)控以及沉積厚度的實(shí)時檢測；實(shí)現(xiàn)了電解液加熱循環(huán)，周期更新；針對裝夾中出現(xiàn)的屏蔽模板與陰極之間的楔形誤差，設(shè)計(jì)了自找平夾具。基于LabVIEW開發(fā)的控制軟件，方便實(shí)現(xiàn)各種隨動電沉積方式，并對加工中的電信號進(jìn)行實(shí)時檢測，同時

4、根據(jù)采集到的信號作出快速反應(yīng)，對異常加工情況自動采取相應(yīng)措施，保證加工順利進(jìn)行。
　　 (3)試驗(yàn)研究了基于金屬基底的SU-8光刻膠紫外光刻工藝的各個環(huán)節(jié)，包括甩膠、前烘、曝光、后烘、顯影等。在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，預(yù)測了較正交試驗(yàn)分析結(jié)果更為優(yōu)化的工藝組合，并用試驗(yàn)驗(yàn)證了其正確性。利用優(yōu)化的工藝措施，制備出了高尺寸精度、輪廓清晰、表面質(zhì)量好、無明顯缺陷、與基底結(jié)合力強(qiáng)的屏蔽陽極模板。

5、　　 (4)根據(jù)電場基本理論建立屏蔽陽極模板隨動式微細(xì)電鑄極間電場模型?；诮⒌碾妶瞿Ｐ?，利用有限元技術(shù)分析加工定域性，并對加工過程進(jìn)行模擬。將數(shù)值分析及模擬結(jié)果用于指導(dǎo)試驗(yàn)研究。
　　 (5)開展屏蔽陽極模板隨動式微細(xì)電鑄關(guān)鍵技術(shù)研究。研究屏蔽陽極模板采用可溶與不可溶材料、磷銅與電解銅基底時對沉積結(jié)果的影響；在分析屏蔽陽極模板隨動式微細(xì)電鑄技術(shù)電沉積的特點(diǎn)及極化曲線測定的基礎(chǔ)上，研究電流密度對沉積微結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量的影響，

6、得到電流密度的選擇范圍；對屏蔽陽極模板受到的化學(xué)、電化學(xué)以及機(jī)械破壞作用進(jìn)行研究，提出延長屏蔽陽極使用壽命的技術(shù)措施；開展不同隨動方式加工金屬微結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，成功制造了微齒輪等微金屬元器件。
　　 (6)理論分析了活動模板隨動式電鑄過程中擴(kuò)散傳質(zhì)及電場分布對沉積結(jié)果的影響。深入開展了活動模板隨動式微細(xì)電鑄技術(shù)試驗(yàn)研究，利用該技術(shù)成功制造了微圓柱電極陣列及微梳齒驅(qū)動器等金屬元器件。
　　 本文進(jìn)行的屏蔽模板隨動式微細(xì)電