论文摘要
微细制造技术被广泛地认为是21世纪最重要的技术之一。随着微机电系统（Micro Electro Mechanical System, MEMS）的发展,对微机构所提出的要求也越来越高,高深宽比微细结构就是其中关键之一。一种分层电化学（电沉积）制造技术（Electrochemical Fabrication, EFAB）可以直接、快速、批量生产出复杂的高深宽比三维微细金属结构,与其它机械加工相比,具有较好的经济性。但是EFAB制造高深宽比三维微细金属存在着材料单一、质量不稳定、生产效率低等缺点,这严重制约了EFAB及高深宽比三维金属结构的应用。本文针对这些问题,提出了改进方案,形成了一种新的分层电铸技术。并通过理论分析和试验,对该工艺进行了基础性研究。本文主要研究了以下四个方面的内容:1、首先调查了国内外高深宽比微细结构制造技术的现状与发展,着重介绍了EFAB加工技术。在此基础上,提出改进技术措施,形成了基于EFAB的新的分层电铸技术。2、专用于EFAB的数控机床研发,机床具有结构简单、成本低、扩展性好的特点,能够较好地满足工艺试验的要求。3、利用Lab VIEW软件及PCI-7344运动控制卡,根据运动控制系统的需求分析,划分功能模块,对运动控制及压力数据采集系统进行设计。4、进行基础工艺试验。论文最后对提出的改进分层微细电铸技术的后续研究提出了展望。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 微系统与微器件1.2 国内外高深宽比微细结构制造技术1.2.1 传统硅微机械加工技术1.2.1.1 体硅微机械加工技术1.2.1.2 表面硅微机械加工技术1.2.1.3 固相键合技术1.2.2 金属材料微加工技术1.2.2.1 LIGA 和LIGA-Like 技术1.2.2.2 DEM 技术1.2.2.3 LECD 技术1.2.2.4 EFAB 技术1.2.3 其它高深宽比加工技术1.3 改进EFAB 技术的提出1.3.1 各种微细加工方法的局限性1.3.2 改进EFAB 技术的提出1.4 课题研究的目的意义1.5 本文研究的主要内容第二章 EFAB 理论基础2.1 电化学基本理论2.1.1 电化学反应原理2.1.2 液相传质及电结晶2.1.3 法拉第定律2.2 EFAB 技术2.2.1 EFAB 工艺流程2.2.2 实时掩模板2.2.3 EFAB 工艺的应用前景2.2.4 EFAB 技术缺陷2.3 改进的EFAB 技术设想2.3.1 技术原理2.3.2 掩模板的制作2.4 本章小结第三章 基于EFAB 技术的电铸机床研制3.1 机床简介3.1.1 机床总体设计3.1.2 机床电沉积单元设计3.1.2.1 掩模板的设计3.1.2.2 掩模板支架的设计3.1.2.3 阴极夹具的设计3.1.2.4 阴、阳极设计3.2 机床控制系统3.2.1 机床控制系统概述3.2.2 控制系统硬件设计3.2.2.1 PCI-7344 运动控制卡3.2.2.2 UMI-77643.2.2.3 压力传感器及选择3.2.2.4 执行电机及驱动器设计3.3 控制系统构建与软件设计3.3.1 Lab VIEW 的运动控制3.3.1.1 Lab VIEW 简介3.3.1.2 Lab VIEW 运动控制库3.3.2 控制系统的搭建3.3.3 系统性能调试3.3.4 试验控制程序设计3.3.4.1 程序模块设计3.3.4.2 界面设计3.4 电铸液循环、温控系统3.5 本章小结第四章 微细电铸的基础工艺试验4.1 电铸材料及电铸液组成4.1.1 电铸材料4.1.2 电铸液组成4.2 微细电铸工艺4.2.1 工艺基础4.2.1.1 高深宽比微结构的工艺特征4.2.1.2 加工参数控制4.2.2 工艺路线4.3 微细电铸试验及结果分析4.3.1 操作过程4.3.2 试验结果及分析4.4 本章小结第五章 总结与展望5.1 总结5.2 展望参考文献致谢攻读硕士期间发表的论文
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