[發明專利]一種提高金屬微電鑄均勻性的兆聲電鑄設備及方法

有效

• 申請號: 201711154700.6
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN108018584B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 杜立群;翟科;王偉泰;朱和卿;趙文君;趙雯
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;C25D5/20;C25D21/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明提供了一種提高金屬微電鑄均勻性的兆聲電鑄設備及方法，將雙向交替兆聲波耦合進電鑄過程中，該設備包括兆聲鑄槽，所述兆聲鑄槽包括壓電陶瓷組、電鑄槽、防水槽和水浴槽。電鑄槽在防水槽內部貼壁固定，防水槽在水浴槽內通過與防水槽一體的上蓋板固定于水浴槽上。其中壓電陶瓷組粘貼于電鑄槽的兩側壁外，電鑄槽為石英材質，且壁厚為所用兆聲頻率在石英中的半波長。壓電陶瓷組通入兆聲波信號，實現雙向兆聲振動的時間控制。兆聲提高微電鑄均勻性的方法是在基板上制作光刻膠微結構，實現膠膜圖形化，并在電鑄過程中施加雙向交替的兆聲波輻照。本發明的兆聲電鑄設備及方法操作簡單易行，且能夠有效的提高金屬微電鑄過程中鑄層的均勻性。

技術領域

本發明屬于微制造技術領域，涉及一種兆聲電鑄設備及電鑄方法，特別是涉及一種提高金屬微電鑄均勻性的兆聲電鑄設備及方法。

背景技術

電鑄技術作為金屬微制造的主流工藝，因其具有復制精度高、重復精度好等特點，常被用于制造一些用傳統機械加工方法制作困難或加工成本很高、具有復雜形狀的零件。隨著微納米技術的發展，微金屬器件的需求不斷增加。在金屬微器件的電鑄過程中，電流的邊緣效應會造成電場線容易在邊角處集中，電鑄后的金屬微器件往往存在鑄層邊緣區域和中間區域厚度不一致的鑄層不均勻問題。這種缺陷不僅會影響器件的尺寸精度和表面質量、降低電鑄效率、延長制作周期，還增加了微器件制作的后處理難度和成本。《電鍍與涂飾》2014年33卷17期第732-736頁通過添加輔助陰極改善電流分布，進而提高鑄層的均勻性。但加入輔助陰極后，陰極表面的電流密度會降低，影響微電鑄的效率。《強激光與離子束》2016年28卷6期第63-67頁提出利用超聲改善微電鑄模具的均勻性，與無超聲對比，模具均勻性提高約30％。然而，超聲強空化作用的存在會對微結構產生一定程度的損傷，影響微電鑄模具的使用性能。

兆聲具有的高聲強、低空化、高擾動的特點可使聲波介入微納米結構之間的同時，避免兆聲作用對工件表面或微結構的二次損傷。在電鑄過程中施加兆聲擾動，能夠顯著的提高電鑄能力，改善電鑄工藝。博士學位論文《若干微電子機械系統研制及相關LIGA工藝研究》中第4.1.3以及4.1.4節，引進兆聲促進電鑄液傳質，提高極限大深寬比結構的電鑄成品率，并獲得了具有極限大深寬比的懸臂梁微結構。文中通過將SONOSYS公司生產的投入式MGM054110型號兆聲清洗儀投入至KisslerGmBH公司生產的微電鑄設備Electro-FormingUn中產生高頻擾動來促進電鑄液傳質，兆聲在鑄槽中的傳播效率、傳播方向、能量分布、聲流作用等兆聲作用方式則完全是無序的、隨機且不可控的過程。兆聲在鑄槽中除無序擾動以外的其他優勢性能并未能得到發揮，并且，此文中也僅對不同的兆聲施加功率進行了評價，除兆聲施加功率對電鑄器件成品率的影響以外，未見有兆聲能夠改善微電鑄鑄層均勻性的實驗結果。

目前，兆聲已經在精密清洗等領域得到了一定程度的應用，并獲得了極佳的清洗效果。在電鑄領域的研究與應用卻少有報道。并且，尚未有文獻提出將兆聲波技術應用于微電鑄鑄層均勻性方面的研究，專門化的兆聲電鑄設備更是未有出現。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種提高金屬微電鑄均勻性的兆聲電鑄設備及方法，將兆聲波能量按一定的方式引進微電鑄過程之中，提高微電鑄過程中的電鑄均勻性，用以解決金屬微結構電鑄加工中存在的鑄層厚度不均勻的問題，改善電鑄加工的尺寸精度，提高電鑄能力。

本發明的技術方案為：