分层电铸加工系统开发及其基础试验

论文摘要

微电铸技术是近年来发展起来的一种微细加工技术。该项技术是在继承传统电铸优点的基础上,与现代集成电路工艺有机结合而形成的,是制作MEMS金属器件或结构的有效方法。而EFAB技术是一种新型的微电铸技术,它在1999年由美国南加州大学开发。整个工艺过程包括选择性电铸、填充电铸、平坦化处理和选择性刻蚀。它旨在快度、批量、自动化、低成本加工复杂的真三维高深宽比微金属结构,是一种具有潜力的新加工工艺。在分析EFAB工艺特点的前提下,本文对该工艺的选择性电铸部分进行了改进:将阴阳极分开以提高冲液效果、促进离子流动。并以该设想为基础设计了机床,主要完成EFAB工艺的选择性电铸以及填充电铸部分。平坦化处理通过不需要将阴极重复装夹的3R夹具移至线切割机上处理,选择性刻蚀放置通风柜里处理。机床采用双立柱龙门复合结构,既能满足刚性要求,又有方便的操作维护性;具有三个方向的进给机构,均采用丝杠导轨的传动方式,对传动部分的结构以及零件进行了结构设计。供液部分采用两套三通路系统,一套用于整个供液的循环,另外一套专门用于镶柱处电铸液的循环。进行了该工艺的验证试验,分析不良电铸结果产生的原因,设计出一系列有针对性的结构如十字槽、阴极套筒套环、支撑板镶柱等结构改善阴阳极之间的贴紧状态及实现较好的冲液效果。对EFAB的其他工艺步骤也进行了初步实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 MEMS 与微系统概论
• 1.1.1 MEMS 与微系统
• 1.1.2 相关应用
• 1.2 MEMS 加工工艺
• 1.2.1 体硅微加工
• 1.2.2 面硅微加工
• 1.2.3 LIGA，LIGA-like 与其他加工工艺
• 1.2.4 加工局限性
• 1.3 EFAB 工艺
• 1.3.1 EFAB 的工艺过程
• 1.3.2 EFAB 的突出优势
• 1.4 课题来源、研究意义以及本文主要研究内容
• 1.4.1 课题来源和研究的目的及意义
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 第二章 微电铸技术理论
• 2.1 电化学基本理论
• 2.1.1 法拉第定律
• 2.1.2 电极电势
• 2.1.3 电级极化与极限电流密度
• 2.1.4 金属结晶过程
• 2.2 微电铸工艺
• 2.2.1 电铸溶液成分与基底前处理
• 2.2.2 电铸工艺的工作条件
• 2.3 本章小结
• 第三章 分层电铸加工系统设计
• 3.1 装置总体设计
• 3.1.1 装置总体设计构想
• 3.1.2 装置总体设计目标
• 3.1.3 装置工作过程
• 3.2 装置结构设计与校核
• 3.2.1 部件结构设计
• 3.2.2 部件选型与校核
• 3.2.3 其他
• 3.3 本章小结
• 第四章 分层电铸加工工艺基础试验
• 4.1 本文制作工艺与传统EFAB 工艺的区别
• 4.2 试验工作条件以及结果检测手段
• 4.3 选择性电铸部分工艺改善
• 4.3.1 不良电铸结果产生原因
• 4.3.2 改善措施
• 4.3.3 对比试验
• 4.4 其它工艺步骤
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文