CN1958862A - 高深宽比微细结构电铸方法 - Google Patents
高深宽比微细结构电铸方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1958862A CN1958862A CN 200610096756 CN200610096756A CN1958862A CN 1958862 A CN1958862 A CN 1958862A CN 200610096756 CN200610096756 CN 200610096756 CN 200610096756 A CN200610096756 A CN 200610096756A CN 1958862 A CN1958862 A CN 1958862A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lamina membranacea
- electroforming
- width ratio
- movable
- galvanic deposit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 241000446313 Lamella Species 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
一种高深宽比微细结构电铸方法,属于微细加工领域。该方法的特点在于电铸的掩膜板是具有特定镂空图案的独立式活动膜板,该膜板既不依附于阴极也不依附于阳极。在微细电铸过程中,活动膜板根据已电铸的微结构高度相对阴极间断运动,将整个高深宽比的微结构分割成多段加以电铸,使微细电铸传质条件大为改善,有利于提高电铸质量和电铸速度。活动膜板可以多次重复使用,降低了生产成本,利于工业生产。应用本发明可以用高度有限的掩膜加工出无限深宽比(原理上)的微结构,微结构的材料可以是单一金属,也可以是合金。
Description
技术领域
本发明的高深宽比微细结构电铸方法,属于微细加工领域。
背景技术
微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是二十世纪最重要的科学技术进展之一,也是当今科学研究的热点。微细制造技术是微机电系统的基础和核心。具有高深宽比(或称高宽比)的微细结构(High-Aspect-Ratio Microstructures,HARMS)广泛应用于微机电系统中,如喷墨打印头喷嘴、惯性测量部件、磁性微系统等。
LIGA是制造高深宽比金属微结构最常用的方法。LIGA技术通过X射线曝光涂覆在基底上的光敏材料形成电铸模具,尔后用电铸进行填充以获得金属微结构。光敏材料形成的活动膜板与基底表面(即:阴极表面)通过键合粘结在一起,在电铸过程中不能移动。LIGA技术中高深宽比微结构的电铸由于受传质的影响而变得非常困难,易出现厚度不均、组织疏松、针孔、表面粗糙等缺陷。而且LIGA技术要使用价格极其昂贵和稀缺的同步辐射光源,成本高,加工周期长;还存在去胶难的问题。
发明名称为:三维微细结构电铸方法和装置,申请号为:200610039406.6,公开日为:2006.09.06的发明专利申请,公开了一种,利用阴极相对屏蔽阳极膜板移动来制造三维金属微结构的方法,是现有金属微结构加工方法的有力补充。但是该技术也有一些不足之处,如:电沉积过程发生在微小的封闭空腔中,传质困难,导致效率低;电沉积时阴阳间距离小,沉积过程易受铸件表面质量的影响,如表面毛刺就可引起短路,给整个过程带来困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短周期、高效率、能制造出高质量、任意深宽比且成本低廉的高深宽比金属微结构电铸成形方法。
一种高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)、根据零件的形状和尺寸设计制作屏蔽电场用的具有特定镂空图案的活动膜板;
(2)、在电铸加工过程中,活动膜板置于阴阳极之间,使活动膜板与阴极根据沉积物的高度作相对间断移动,即:
(a)、电铸开始时,将活动膜板与阴极贴合,用电源供电,电沉积发生,此时称为第一次电沉积;
(b)、电铸一定时间后,断开电源,活动膜板在电铸结构的高度生长方向移动一定距离,使其距阴极为δi,δi为第i次电沉积时活动膜板与阴极表面距离,其中i=1,2,3,…,k,…,k为自然数;
(c)、再用电源供电电沉积发生,称第i次电沉积其中i=2,3,…,k,…,k为自然数;
且活动膜板与阴极作相对间断移动时,受以下关系的约束:
i=1:H=0,δ1=0,h1<=t;
i=k:H=h1+h2+…+hk-1,δk-1<δk<=H,hk<=δk+t-H,i=2,3,…,k,…,k为自然数;
其中:t为活动膜板厚度,hi为第i次电沉积时沉积的金属层厚度,H为第i次电沉积前已铸微结构的高度;
(d)、重复上述(b)和(c)步骤,直到达到微结构的高度要求。
本发明的有益效果是:
1、活动膜板可多次重复使用,降低了成本,提高了效率,利于工业化生产。
2、将整个高深宽比的微结构分割成多段加以电铸,使微细电铸传质条件大为改善,可以减少电铸缺陷,提高电铸质量和电铸速度。
3、阴阳极间距离宏观可调,使电场更加均匀,电铸结构高度一致性好,表面质量更佳。
通过在微细电铸过程中活动膜板随金属沉积层的增加做相应的微量移动,从而用有限厚度的屏蔽层制造出深宽比不受限制(原理上)的金属微结构。
附图说明
图1是光刻法制造活动膜板示意图,其中图(a)为甩胶,图(b)为曝光及显影后得到的微图形结构,图(c)为刻蚀后得到的活动模板。
图2高深宽比微细结构电铸技术工艺路线示意图,其中图(a)为贴合示意图,图(b)为电铸,图(c)为活动膜板移动示意图,图
(d)为电铸,图(e)为微结构成品。
图1中标号名称:1、光敏材料,2、金属衬底,3、活动膜板。
图2中标号名称:3、活动膜板,4、阴极,5、阳极,δ、电铸微结构;H:第i次电沉积前已铸微结构的高度;δi:第i次电沉积时活动膜板与阴极表面距离。
具体实施方式
下面结合附图,说明的“高深宽比微细结构电铸方法”的工作原理及具体加工过程:
活动膜板,可选用以下四种方案之一制作:
(1)、利用光刻工艺制造活动膜板的过程如图1所示。在金属衬底(2)上涂覆光敏材料(1)如图1(a),经过光刻,形成了图1(b)所示的图形,接着对衬底进行刻蚀,可以采用电化学刻蚀,也可以采用化学刻蚀,将衬底全部腐蚀掉,留下的具有特定镂空图案的光敏材料层就是活动膜板,如图1(c)所示。
(2)、利用体硅或DRIE工艺在硅片上刻蚀出所需图案,形成活动膜板。
(3)、利用机械加工(如微钻削加工、微铣削加工),在绝缘薄片上(如有机玻璃、环氧树脂、塑料等)加工出所需图案,形成活动膜板。
(4)、利用激光微细加工技术在绝缘薄片上(如有机玻璃、环氧树脂、塑料等)加工出所需图案,形成活动膜板。
如图2(a)所示,电铸开始时,将活动膜板3与阴极4贴合;
如图2(b)所示,接通电源阴阳极间的电源,电沉积发生,此时称为第一次电沉积;
如图2(c)所示,电铸一定时间后,断开电源,活动膜板在电铸结构的高度生长方向移动一定距离,使其距阴极为δi(i=1,2,3,…,k,…,k为自然数);
如图2(d)所示,再用电源供电电沉积发生,称第i次电沉积(i=2,3,…,k,…,k为自然数);
设活动膜板厚度为:t;第i次电沉积时活动膜板与阴极表面距离为:δi;第i次电沉积时沉积的金属层厚度为:hi,hi可由法拉第定律计算出来,也可通过在线测量确定;第i次电沉积前已铸微结构的高度为:H。则t,δi,hi,H满足以下关系:
i=1:H=0,δ1=0,h1<=t;
i=k:H=h1+h2+…+hk-1,δk-1<δk<=H,hk<=δk+t-H,(i=2,3,…,k,…,k为自然数);
重复图2(c)(d)步骤,根据电铸产物6的高度H的增加,不断增大活动膜板与阴极的间隙δ,经过一定时间达到微结构的高度要求,将活动膜板3与阴极4分离,就可得到即可得到所需要的满足性能要求的电铸微金属零件6,如图2(e)所示。
在整个电铸过程中,通过温控加热装置,保持电铸液温度恒定。
Claims (7)
1、一种高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)、根据零件的形状和尺寸设计制作屏蔽电场用的具有特定镂空图案的活动膜板;
(2)、在电铸加工过程中,活动膜板置于阴阳极之间,使活动膜板与阴极根据沉积物的高度作相对间断移动,即:
(a)、电铸开始时,将活动膜板与阴极贴合,用电源供电,电沉积发生,此时称为第一次电沉积;
(b)、电铸一定时间后,断开电源,活动膜板在电铸结构的高度生长方向移动一定距离,使其距阴极为δi,δi为第i次电沉积时活动膜板与阴极表面距离,其中i=1,2,3,…,k,…,k为自然数;
(c)、再用电源供电电沉积发生,称第i次电沉积其中i=2,3,…,k,…,k为自然数;
且活动膜板与阴极作相对间断移动时,受以下关系的约束:
i=1:H=0,δ1=0,h1<=t;
i=k:H=h1+h2+…+hk-1,δk-1<δk<=H,hk<=δk+t-H,i=2,3,…,k,…,k为自然数;
其中:t为活动膜板厚度,hi为第i次电沉积时沉积的金属层厚度,H为第i次电沉积前已铸微结构的高度;
(d)、重复上述(b)和(c)步骤,直到达到微结构的高度要求。
2、根据权利要求1所述的高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于:实现所述的活动膜板与阴极间的相对移动,是依靠活动膜板在电铸结构高度生长方向的运动实现的。
3、根据权利要求1所述的三维微细结构电铸方法,其特征在于:实现所述的活动膜板与阴极间的相对移动,是阴极在电铸结构生长方向的相反方向运动实现的。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于:制作活动膜板可以利用光刻工艺:首先根据要求设计掩模,然后将光敏材料涂覆于衬底上,利用光源将掩模板上的图形转移到光敏材料上,然后用电化学或化学蚀刻法将衬底腐蚀掉,形成具有特定镂空图案的活动膜板。
5、根据权利要求1至3任一项所述的高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于:制作活动膜板可以利用体硅或DRIE工艺在硅片上刻蚀出所需图案,形成活动膜板。
6、根据权利要求1至3中任一项所述的高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于:制作活动膜板可以利用机械加工在绝缘薄片上加工出所需图案,形成活动膜板。
7、根据权利要求1至3中任一项所述的高深宽比微细结构电铸方法,其特征在于:制作活动膜板可以利用激光微细加工技术在绝缘薄片上加工出所需图案,形成活动膜板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 200610096756 CN1958862A (zh) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | 高深宽比微细结构电铸方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 200610096756 CN1958862A (zh) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | 高深宽比微细结构电铸方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1958862A true CN1958862A (zh) | 2007-05-09 |
Family
ID=38070711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 200610096756 Pending CN1958862A (zh) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | 高深宽比微细结构电铸方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1958862A (zh) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103203960A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作方法 |
CN103205688A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 易于去除辅助图形的掩模板及其制作方法 |
CN103203953A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的混合制作工艺 |
CN103203952A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作工艺 |
CN103203956A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作工艺 |
CN103276413A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-09-04 | 苏州市金翔钛设备有限公司 | 一种应用于具有大深宽比微沟槽网板的电铸装置 |
CN103818873A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-05-28 | 合肥工业大学 | 一种大厚度、高深宽比的全金属沟道型微结构的加工方法 |
CN104909335A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-09-16 | 苏州含光微纳科技有限公司 | 一种高深宽比微细电火花阵列电极的制备方法 |
CN106467978A (zh) * | 2015-08-18 | 2017-03-01 | 应用材料公司 | 在使用搅拌器几何形状和运动控制的电镀处理器中的适应性电场屏蔽 |
CN106702439A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-24 | 南京理工大学常熟研究院有限公司 | 一种金属微型管材定向电铸法 |
CN107142514A (zh) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | 波音公司 | 导电表面的电改性 |
WO2018196347A1 (zh) * | 2017-04-25 | 2018-11-01 | 广东工业大学 | 一种工件局部表面改性的制备装置 |
CN116288374A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-23 | 东莞赛诺高德蚀刻科技有限公司 | 一种基于蚀刻及电沉积的金属表面二次加工方法 |
-
2006
- 2006-10-13 CN CN 200610096756 patent/CN1958862A/zh active Pending
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103203953B (zh) * | 2012-01-16 | 2016-08-10 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的混合制作工艺 |
CN103205688A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 易于去除辅助图形的掩模板及其制作方法 |
CN103203953A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的混合制作工艺 |
CN103203952A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作工艺 |
CN103203956A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作工艺 |
CN103203960A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作方法 |
CN103203960B (zh) * | 2012-01-16 | 2017-03-15 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作方法 |
CN103203956B (zh) * | 2012-01-16 | 2016-12-14 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作工艺 |
CN103205688B (zh) * | 2012-01-16 | 2016-06-15 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 易于去除辅助图形的掩模板及其制作方法 |
CN103203952B (zh) * | 2012-01-16 | 2016-12-14 | 昆山允升吉光电科技有限公司 | 一种台阶模板的制作工艺 |
CN103276413A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-09-04 | 苏州市金翔钛设备有限公司 | 一种应用于具有大深宽比微沟槽网板的电铸装置 |
CN103818873A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-05-28 | 合肥工业大学 | 一种大厚度、高深宽比的全金属沟道型微结构的加工方法 |
CN104909335B (zh) * | 2015-04-28 | 2016-06-29 | 苏州含光微纳科技有限公司 | 一种高深宽比微细电火花阵列电极的制备方法 |
CN104909335A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-09-16 | 苏州含光微纳科技有限公司 | 一种高深宽比微细电火花阵列电极的制备方法 |
CN106467978A (zh) * | 2015-08-18 | 2017-03-01 | 应用材料公司 | 在使用搅拌器几何形状和运动控制的电镀处理器中的适应性电场屏蔽 |
CN106467978B (zh) * | 2015-08-18 | 2020-05-15 | 应用材料公司 | 在使用搅拌器几何形状和运动控制的电镀处理器中的适应性电场屏蔽 |
CN107142514A (zh) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | 波音公司 | 导电表面的电改性 |
CN107142514B (zh) * | 2016-03-01 | 2021-08-10 | 波音公司 | 导电表面的电改性 |
CN106702439A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-24 | 南京理工大学常熟研究院有限公司 | 一种金属微型管材定向电铸法 |
WO2018196347A1 (zh) * | 2017-04-25 | 2018-11-01 | 广东工业大学 | 一种工件局部表面改性的制备装置 |
CN116288374A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-23 | 东莞赛诺高德蚀刻科技有限公司 | 一种基于蚀刻及电沉积的金属表面二次加工方法 |
CN116288374B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-10-13 | 东莞赛诺高德蚀刻科技有限公司 | 一种基于蚀刻及电沉积的金属表面二次加工方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1958862A (zh) | 高深宽比微细结构电铸方法 | |
CN100371119C (zh) | 阵列微细型孔的电化学加工工艺 | |
CN101205054B (zh) | 一种微型金属镍模具制作方法 | |
CN107723752B (zh) | 一种激光刻蚀玻璃模具分层微细电铸的装置及方法 | |
Zhang et al. | Advances in precision micro/nano-electroforming: a state-of-the-art review | |
KR100397227B1 (ko) | 전기화학적 제조를 위한 전기도금 물품, 방법 및 장치 | |
CN100395374C (zh) | 三维微细结构电铸方法及装置 | |
CN1693182A (zh) | 深亚微米三维滚压模具及其制作方法 | |
CN104191053A (zh) | 一种微细电解阴极活动模板的制备方法 | |
CN102758226B (zh) | 一种机床用长光栅辊压印模具精密电铸加工方法 | |
CN1827862A (zh) | 分层微细电铸加工方法及装置 | |
CN1425805A (zh) | 金属表面复杂三维微结构的加工方法及其装置 | |
CN112458507A (zh) | 一种电沉积书写系统及直写式制备金属微纳结构的方法 | |
CN203593801U (zh) | 一种激光强化电沉积快速成形加工装置 | |
US20020112963A1 (en) | Methods for fabricating high-precision thermally stable electromagnetic coils | |
JPH10510483A (ja) | 型インサートの製造方法 | |
CN114561672B (zh) | 基于光刻分层制备限域图案的电化学增材制造方法和装置 | |
CN1258199C (zh) | 深刻蚀平面电磁线圈及制作方法 | |
CN112059335B (zh) | 用于旋印电解加工的多窗口回转体工具电极制备方法 | |
CN1218218C (zh) | 基于压印光刻的复合材料真三维微电子机械系统器件制造方法 | |
WO2010114358A1 (en) | Method for producing an ecm tool and use thereof as a cathode in electrochemical machining of a workpiece | |
JP3750268B2 (ja) | 放電加工用工具電極の製造方法 | |
JP2006028604A (ja) | 微細形状転写方法、鋳型製作方法、鋳型表面処理法及び鋳型 | |
Wei et al. | Thick photoresists for electroforming metallic microcomponents | |
JP2016112796A (ja) | ナノパターン構造を有するマイクロパターン体及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |