[發明專利]一種陰極多自由度運動微電鑄裝置

有效

• 申請號: 201310239145.2
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103290437A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 蔣炳炎;呂輝;馬鑫;劉佳;徐騰飛;黎醒
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種微電鑄裝置，尤其是涉及一種陰極多自由度運動微電鑄裝置。

背景技術

目前，隨著MEMS技術的飛速發展，微器件需求量不斷增加，經濟實用的微電鑄工藝逐漸發展為一種重要的微加工技術，甚至是一些精密微細零件的唯一加工方法。同時，電鑄作為一種電沉積成型技術，影響因素眾多，如何獲得均勻、致密的鑄層一直是人們關注的難點。電鑄過程中由于電場的“邊緣集中效應”、微結構之間的相互屏蔽，導致電鑄層的厚度均勻性差，高深寬比部位組織疏松；電鑄過程析出的氫氣吸附在陰極表面，如果不及時排出會產生氣孔、氫脆等缺陷。為減小鑄層厚度不均勻性、優化鑄層性能，關鍵在于改善陰極表面電場分布情況，增強陰極表面沉積離子傳質過程。現有的改善措施一般有：優化電鑄液組分、優化成型工藝、使用脈沖電鑄電流代替直流電流、加入濕潤劑等，但效果都不是很理想。

微電鑄裝置是實現電鑄工藝的必須載體，合理的電極布局方式、引入機械運動系統和完整的工藝參數監控系統對獲得高質量微電鑄器件、簡化工藝過程有很大幫助。例如，垂直布置的陰極比水平布置的陰極更容易排除表面析出的氫氣，減小氣孔、氫脆等缺陷出現的可能；陰極的運動機運動形式有利于增強陰極表面的傳質條件、改善電場的邊緣集中效應，獲得性能更好的鑄層。現有的電鑄裝置陰極要么固定、要么運動形式單一，如CN?102586813A公開的“一種微細電鑄機床”實現了陰陽極在電鑄槽內任意角度布置，滿足不同電鑄工藝要求。但該裝置仍不能解決電鑄件厚度均勻性差，表面容易出現氣孔、氫脆等缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種制備鑄層表面質量好、厚度均勻的陰極多自由度運動微電鑄裝置。

為了解決上述技術問題，本發明提供的陰極多自由度運動微電鑄裝置，包括裝置底座、電鑄槽、循環過濾單元、陽極裝夾單元和陰極裝夾單元，在所述的裝置底座上設有安裝平臺，所述的電鑄槽設在所述的裝置底座上，所述的安裝平臺上設有陰極水平往復平移機構，所述的陰極水平往復平移機構上設有陰極垂直升降機構，所述的陰極垂直升降機構上設有陰極定軸旋轉機構，所述的陰極裝夾單元安裝在所述的陰極定軸旋轉機構上，所述的陽極裝夾單元和所述的陰極裝夾單元豎直設置于所述的電鑄槽內呈彼此面對。

所述的陰極水平移動機構的結構是：固定在所述的安裝平臺上的平移調速電機和兩組通過導軌支座安裝在所述的安裝平臺上的導軌以及滑動安裝在所述的導軌上的平動滑塊組，所述的平移調速電機的輸出軸通過止轉銷軸與曲柄固定連接，所述的曲柄與所述的移動板通過關節球軸承和連桿連接，所述的平動滑塊組上安裝有移動板，所述的陰極垂直升降機構安裝在所述的平動滑塊組上。

所述的曲柄根據水平移動行程更換不同長度。

所述的陰極垂直升降機構的結構是：垂直升降支架與所述的平動滑塊組固定連接，所述的垂直升降支架上設有滾珠絲桿滑臺和與所述的滾珠絲桿滑臺傳動的升降電機，所述的滾珠絲桿滑臺上設有升降滑臺工作臺，所述的升降滑臺工作臺上安裝有一塊懸臂板，所述的懸臂板上安裝有所述的陰極定軸旋轉機構。

所述的陰極定軸旋轉機構的結構是：兩根陰極安裝柱垂直固定在所述的陰極垂直升降機構上，旋轉調速電機通過電機安裝座安裝在所述的陰極安裝柱上，所述的旋轉調速電機通過剛性聯軸器連接有光軸，空心階梯軸通過滑動軸承座水平安裝在所述的陰極安裝柱上，所述的光軸與空心階梯軸采用傘齒輪傳動連接，所述的空心階梯軸的一端通過電刷密封結構與電刷的一端連接，所述的電刷的另一端通過密封電刷固定座安裝在所述的陰極安裝柱上，所述的空心階梯軸的另一端與所述的陰極裝夾單元連接，電源導線從所述的電刷接出穿過所述的空心階梯軸的中心通孔與所述的陰極裝夾單元的導電鋼基接通。

所述的光軸、空心階梯軸、滑動軸承座采用耐腐蝕性工程塑料加工。

所述的陰極裝夾單元包括裝夾單元基座、陰極裝夾單元蓋板、導電鋼基、導電壓板和密封圈，隨動屏蔽擋板由擋板和連接桿組成，所述的擋板通過連接桿固定安裝在所述的陰極裝夾單元的前端。

所述的連接桿為伸縮管，能調節所述的隨動式屏蔽擋板與所述的陰極裝夾單元表面距離。

采用上述技術方案的陰極多自由度運動微電鑄裝置，其優點是：

（1）能有效均化電鑄過程中陰極表面電流分布密度：通過調節陰極旋轉運動速度，并輔助一定形式的陰極平移運動，可減小電場的邊緣集中效應，獲得厚度較為均勻鑄層。