CN202347111U

CN202347111U - 一种微细电铸装置

Info

Publication number: CN202347111U
Application number: CN2011204923949U
Authority: CN
Inventors: 明平美; 李英杰; 秦歌; 杨志波; 吕文星; 商静瑜
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-12-01

Abstract

本实用新型公开了一种微细电铸装置，包括电铸槽、阳极单元、阴极单元、箱体、进液口及出液口，电铸槽设于箱体内上部，电铸槽为圆筒状，电铸槽上部设有中空圆柱状进液轴，进液轴与动力装置连接，进液轴上端为进液口；阳极单元包括阳极和辅助阳极；所述阴极单元包括承片台，承片台上设有芯模，芯模与辅助阳极对应设置；所述阴极单元下端连接有阴极往复运动单元。本实用新型的阴极往复运动单元能带动承片台振荡，提高沉积面附近的传质效果；辅助阳极下表面与芯模上表面在微细电铸进行阶段紧密贴合，最大限度保证微细电铸过程中沉积面的电流密度均匀分布；辅助阳极可随进液轴旋转，确保理想的传质空间，能获得厚度均匀的微电铸件。

Description

一种微细电铸装置

技术领域

本实用新型属于电铸装置技术领域，尤其涉及一种微细电铸装置。

背景技术

厚度均匀性是衡量微电铸件质量的一项重要指标，均匀厚度微电铸件的获得长期以来备受关注。微细电铸过程中，由于电力线分布的边缘效应或中心效应，致使沉积面边缘的生长速度大于或小于中央，因而所制备的电铸件通常呈现边缘高、中间低的“马鞍状”或边缘低、中间高的“山丘状”。加之微电铸芯模一般为具有一定深宽比的槽腔型微结构，由于微尺寸效应、表面张力效应、粘性效应等的彰显，导致微细电铸过程中微槽腔型内的物质交换运输十分困难，从而易引发针孔、积瘤等沉积缺陷，加重了铸层不平度。

为改善微电铸件厚度均匀性，保证沉积面电流密度均匀分布并且实现微沉积空间内的高效对流传质是关键所在。现有的改善措施，如优化电铸液组分、添加整平剂、采用脉冲电流等所带来的效果并不理想。中国专利CN 101376996 B申请公开了一种协同采用电场分布挡板和环形辅助阴极来均化晶圆边缘集中的电力线，以消除电力线分布边缘效应的微电铸装置，然而该装置仍然不能解决电流密度在微沉积区域内分布均匀化的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能使电流密度在微沉积区域内均匀分布且可实现微槽腔空间内高效对流传质的微细电铸装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种微细电铸装置，包括电铸槽、阳极单元、阴极单元、箱体、进液口及出液口，所述电铸槽设于箱体内上部，电铸槽为圆筒状，电铸槽上部设有中空圆柱状进液轴，进液轴与动力装置连接，在动力装置带动下，进液轴带动电铸槽作旋转运动，进液轴上端为进液口；所述阳极单元包括设于电铸槽内的阳极以及与电铸槽下端部固定连接的辅助阳极；所述阴极单元包括承片台，承片台上设有芯模，芯模与辅助阳极对应设置；所述阴极单元下端连接有阴极往复运动单元。

所述阴极往复运动单元包括与承片台连接的支承轴，支承轴下端设有滚轮，滚轮与下方的凸轮传动连接，凸轮的轮廓曲线由一同心等径圆弧和一椭圆弧构成。

所述辅助阳极通过辅助阳极固定座固定于电铸槽下端，辅助阳极为网孔状，孔形为圆形、正六边形、正方形或长方形，孔直径或边长为50～100μm。

所述辅助阳极为惰性金属网。

所述芯模与承片台之间设有垫片，垫片采用柔性材料，可起到缓冲的作用。

所述电铸槽上设有节流阀；所述箱体中部设有隔板，隔板将箱体内部分为上下两部分，电铸槽、阳极单元及阴极单元位于箱体内上部，阴极往复运动单元位于箱体内下部，箱体内下部设有储液槽，储液槽与箱体内上部通过连通道连通，所述出液口设于储液槽上。

所述支承轴外部设有连接承片台底部与隔板的遮液罩，遮液罩外侧的隔板上设有挡板。

为了尽可能保证凸轮转动平衡，所述凸轮的等径圆弧面部分设有通孔。

本实用新型的优点是：

(1) 能最大限度保证微细电铸过程中微沉积区域内的电流密度均匀分布：通过调节凸轮等径圆弧面与滚轮轮廓接触，并调整辅助阳极的安装高度使其下表面与芯模上表面在微细电铸进行阶段紧密贴合，以保证电流密度在微沉积区域内均匀分布；

(2) 能最大限度减轻辅助阳极带来的负面作用：在微细电铸的间隙期，辅助阳极能随进液轴以可调转速同步旋转，不断改变辅助阳极网孔与电铸胶模微槽腔间的相对位置，从而避免辅助阳极网孔的筋结构长时间屏蔽某个微槽腔结构，最大限度减少辅助阳极对电流密度与液流的屏蔽作用；

(3) 可实现微沉积空间内的高效对流传质：通过调节阴极往复运动单元移动速度，带动承片单元上下往复振荡，利用失重效应和振动效应驱使微槽腔内的电解液快速对流运动，同时利用微细电铸间隙期的液体冲刷作用，使微槽腔内外的电解液均能获得较好的搅拌效果。

附图说明

图1是本实用新型微细电铸进行阶段结构示意图；

图2是本实用新型微细电铸停止阶段结构示意图；

图3是本实用新型芯模上表面与辅助阳极下表面贴合时沉积面电力线分布示意图；

图4是常规微细电铸沉积面电力线分布示意图；

图5是不同孔形辅助阳极，图5(a)为正六边形孔辅助阳极，图5(b)为正方形孔辅助阳极，图5(c)为矩形孔辅助阳极；

图6是阴极往复运动单元结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种微细电铸装置，包括电铸槽3、阳极单元、阴极单元、箱体1、进液口5及出液口19，所述电铸槽3设于箱体1内的上部，电铸槽3为圆筒状，电铸槽3内设有分流道6，电铸槽3上部设有中空圆柱状进液轴2，进液轴2与动力装置连接，在动力装置带动下，进液轴2带动电铸槽3作旋转运动，进液轴2上端为进液口5；所述阳极单元包括设于电铸槽3内的阳极4以及与电铸槽3下端部固定连接的辅助阳极8，辅助阳极8通过辅助阳极固定座7固定于电铸槽3下端，辅助阳极8为网孔状（如图5所示，图5（a）为正方形孔，图5（b）为长方形孔，图5（c）为正六边形），孔形为圆形、正六边形，正方形或长方形，孔直径或边长为50～100μm；所述阴极单元包括承片台11，承片台11上设有芯模9，芯模9与辅助阳极8对应设置，芯模9与承片台11之间设有垫片10；阳极4与芯模9分别与脉冲电源22的正负极连接；所述阴极单元下端连接有阴极往复运动单元(如图6所示)。所述阴极往复运动单元包括与承片台11连接的支承轴12，支承轴12下端设有滚轮13，滚轮13与下方的凸轮17传动连接，凸轮17的轮廓曲线由一同心等径圆弧和一椭圆弧构成，凸轮17等径圆弧面与滚轮13的接触时间等于脉冲电源22的导通期，椭圆弧面与滚轮13的接触时间等于脉冲电源22的间歇期；凸轮17的等径圆弧面部分设有通孔25。所述辅助阳极8为钛、铂、金等惰性金属材质网板。所述电铸槽3上设有节流阀21；所述箱体1中部设有隔板16，隔板16将箱体1内部分为上下两部分，电铸槽3、阳极单元及阴极单元位于箱体内上部，阴极往复运动单元位于箱体内下部，箱体内下部设有储液槽18，储液槽18与箱体内上部通过连通道20连通，储液槽17上设有出液口19。所述支承轴12外部设有连接承片台11底部与隔板16的遮液罩14，遮液罩14外侧的隔板16上设有挡板15。

本实用新型工作的工作原理如下：

1.调整凸轮17使等径圆弧与椭圆弧交接点c与滚轮13接触，将预处理后带有微图形结构的阴极芯模9吸附于贴有柔性垫片10的承片台11上，平板状阳极4水平正对放置于芯模9上方，二者间距约30mm。

2、把采用钛、铂、金等惰性金属制作而成且为网孔状的辅助阳极8安装在辅助阳极固定座7上，同时调节辅助阳极固定座7的安装高度，确保辅助阳极8的下表面与芯模9的上表面贴合。

3、通过进液口5向电铸槽3注入适量电铸液，以液面高过阳极3～5cm为宜，并通过电铸液温控单元保持溶液恒温。

4、接通脉冲电源22，微细电铸进行，此状态下微沉积面的电力线近乎呈均匀分布(如图3所示，电力线24分布均匀，沉积层23厚度均匀)，相比较芯模9上表面无辅助阳极8时(即常规微细电铸时，电力线24分布呈现中间疏、周边密的边缘效应或中间密、周边疏的中心效应，沉积层23厚度不均，如图4所示)，微沉积面的电力线分布均匀性显著改善。与此同时，凸轮17顺时针转动，保持等径圆弧面abc与滚轮13的轮廓接触，此过程中进液轴2静止（如图1所示），待到凸轮17的椭圆弧面adc与滚轮13接触，芯模9上表面与辅助阳极8下表面分离，承片台11快速下落，失重搅拌微沉积空间内的电铸液，同时电铸槽3内的电解液通过辅助阳极8的网孔对电铸芯模9进行冲刷，以使待电铸的微槽腔内外都能获得很好的搅拌效果（如图2所示）。此时，脉冲电源22处于间歇期，微细电铸停止，进液轴2带动辅助阳极8以可调转速同步旋转，避免辅助阳极8的筋结构屏蔽芯模上的微槽腔，从而保证理想的传质空间。微细电铸进行阶段，多余电铸液自节流阀21溢出；微细电铸停止阶段，承片台11下落的同时，电铸液受遮液罩14和挡板15阻隔，沿连通道20流入储液槽18，经出液口19进入循环过滤单元，滤除杂质后又汇入电铸槽3内，如此周期性交替反复。

5、待铸层厚度达到要求，切断各种电源，取出芯模9，经清洗、干燥、去胶后，即可获得厚度均匀的微电铸件。

Claims

1.一种微细电铸装置，包括电铸槽、阳极单元、阴极单元、箱体、进液口及出液口，其特征在于，所述电铸槽设于箱体内上部，电铸槽为圆筒状，电铸槽上部设有中空圆柱状进液轴，进液轴与动力装置连接，在动力装置带动下，进液轴带动电铸槽作旋转运动，进液轴上端为进液口；所述阳极单元包括设于电铸槽内的阳极以及与电铸槽下端部固定连接的辅助阳极；所述阴极单元包括承片台，承片台上设有芯模，芯模与辅助阳极对应设置；所述阴极单元下端连接有阴极往复运动单元。

2.如权利要求1所述的微细电铸装置，其特征在于，所述阴极往复运动单元包括与承片台连接的支承轴，支承轴下端设有滚轮，滚轮与下方的凸轮传动连接，凸轮的轮廓曲线由一同心等径圆弧和一椭圆弧构成。

3.如权利要求1或2所述的微细电铸装置，其特征在于，所述辅助阳极通过辅助阳极固定座固定于电铸槽下端，辅助阳极为网孔状，孔形为圆形、正六边形、正方形或长方形，孔直径或边长为50～100μm。

4.如权利要求3所述的微细电铸装置，其特征在于，所述辅助阳极为惰性金属网。

5.如权利要求4所述的微细电铸装置，其特征在于，所述芯模与承片台之间设有垫片。

6.如权利要求5所述的微细电铸装置，其特征在于，所述电铸槽上设有节流阀；所述箱体中部设有隔板，隔板将箱体内部分为上下两部分，电铸槽、阳极单元及阴极单元位于箱体内上部，阴极往复运动单元位于箱体内下部，箱体内下部设有储液槽，储液槽与箱体内上部通过连通道连通，所述出液口设于储液槽上。

7.如权利要求6所述的微细电铸装置，其特征在于，所述支承轴外部设有连接承片台底部与隔板的遮液罩，遮液罩外侧的隔板上设有挡板。

8.如权利要求7所述的微细电铸装置，其特征在于，所述凸轮的等径圆弧面部分设有通孔。