CN204509474U - 一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置，在电镀液流动通道的电镀液入口及出口分别设置阳极；在电镀液流动通道的通道上侧设置有用于放置微纳结构的薄膜模板的模板安装工位，在电镀液流动通道的通道下侧设有用于安装基板的基板安装工位；由于结构独特的电镀液流动通道以及通道内电镀液的流速及电流可调性的控制，可大大提高电镀工艺的品质，结合本电镀方法，不仅整个电镀过程技术手段简便易行、省工省时，而且成本低廉，可适用于柔性模板，并可根据基材形状进行自适应曲面形状设计，在平面或曲面表面制备出具有阵列微纳结构的镀层。实现了镀层及其表面结构制备的一体化，不需要对镀层进行二次结构制备。
Description
技术领域
本实用新型涉及电镀工艺及其装置，尤其涉及一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置。
背景技术
随着社会对技术创新需求的增长，以前主要用于装饰性制品的金属与非金属电镀技术，现在已经成为重要的功能性镀层和精密电镀技术。
特别在半导体微电子产业当中应用十分广泛，且随着半导体集成电路向高密度、轻小型化发展，各种新型功能性电镀技术将会不断涌现。
然而目前成熟的电镀工艺仅可实现镀层的紧密性和表面光滑性，未能通过直接控制电流、电镀液等直接在镀层金属表面制备阵列微纳结构。
通过制备表面功能结构来改进材料性能具有广泛的运用，如改善材料亲水性、提高自洁性能等。探索在镀层金属表面制备微纳结构，进一步改善功能镀层性能具有重要的意义。
特别是在电子技术中，电路集成程度越来越高，电路板热流密度增加，通过提高镀层铜箔比表面积来提高电路板散热能力将有极大的意义。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有电镀工艺尚未能实现在镀层金属表面制备功能结构的技术不足，提供一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置，该电镀装置包括循环泵4、电源8、电镀液流动通道3-1；在电镀液流动通道3-1的电镀液入口及电镀液出口分别设置阳极2；在电镀液流动通道3-1的通道上侧设置有用于放置微纳结构5-1的薄膜模板5的模板安装工位，在电镀液流动通道3-1的通道下侧设置有用于安装具有种子镀层的基板6-1的基板安装工位；所述电源8的正极连接阳极2，负极作为用于连接种子镀层的阴极7。
所述电源8的正极与阳极2之间设置有电流控制模块1。
所述循环泵4具有一控制其转速的速度控制模块。
在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀方法如下：
(1)根据金属或有机电镀基材性质，选用溅射法或者化学镀层法在基板6-1表面制备厚度为0.1-1um的种子镀层6，作为镀层金属吸附起始层；然后将该具有种子镀层6的基板6-1安装在电镀液流动通道3-1下侧的基板安装工位上，种子镀层6接触电镀液；
(2)将表面具有微纳结构的薄膜模板5，通过模板安装工位安装在电镀液流动通道3-1的通道上侧，薄膜模板5的微纳结构5-1接触电镀液；微纳结构5-1的端部与步骤(1)所述种子镀层之间的距离为20-100um，薄膜模板5作为镀层的约束模板，在镀层金属表面制备出对应薄膜模板5的微纳结构；
(3)根据待镀镀层金属吸附起始层和镀层金属材质的性质，将金属颗粒3-2以及填孔光剂添加至电镀液中，填孔光剂用于细化镀层结晶结构，使金属颗粒3-2形成的镀层填充微纳结构5-1时具有平整结构；
(4)在电镀初始阶段，通过电流控制模块1以及速度控制模块对循环泵4的转速控制，采用2-10A/dm2的电流密度，配合0.3-1.5m·s-1电镀液在电镀液流动通道3-1内的流速进行粗镀；待金属颗粒3-2在种子镀层6上逐渐生长并即将与微纳结构5-1的尖端接触时，由于电镀液流动逐渐受限，此时改用0.2-2A/dm2的电流密度，并增加电镀液在流动通道3-1内的流速至至1.5-6m·s-1进行精镀，使金属颗粒3-2能顺利地在种子镀层6上不断生长，直至将整个微纳结构5-1之间空隙填满并接触薄膜模板5，与此同时电镀液流动通道3-1内停止流动，即电镀液流动通道3-1内无电镀液3，镀层停止生长，完成种子镀层6上的微纳结构电镀；
(5)电镀完成后，选用有机溶剂将薄膜模板5溶解，即得到表面形貌为凹状圆柱、圆锥、矩形或者半球的微纳阵列结构的金属镀层。
步骤(5)所述微纳阵列结构的深度为2-100um。
电镀液3温度为30℃。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本装置，在电镀液流动通道3-1的电镀液入口及电镀液出口分别设置阳极2；在电镀液流动通道3-1的通道上侧设置有用于放置微纳结构5-1的薄膜模板5的模板安装工位，在电镀液流动通道3-1的通道下侧设置有用于安装具有种子镀层的基板6-1的基板安装工位；所述电源8的正极连接阳极2，负极作为用于连接种子镀层的阴极7。由于结构独特的电镀液流动通道3-1以及通道内电镀液的流速及电流可调性的控制，可大大提高电镀工艺的品质，结合本电镀方法，不仅整个电镀过程技术手段简便易行、省工省时，而且成本低廉。
电镀过程中，通过在电镀液流动通道3-1的通道上侧放置具有微纳结构的薄膜模板，该薄膜模板作为镀层生长约束模板，薄膜模板又可以通过溶解液溶解，实现了薄膜模板与微纳结构镀层的分离，可进行镀层厚度及微纳结构形貌的调整。
本装置可适用于柔性模板，并可根据基材形状进行自适应曲面形状设计，在平面或曲面表面制备出具有阵列微纳结构的镀层。实现了镀层及其表面结构制备的一体化，不需要对镀层进行二次结构制备。
对于电路板铜箔表面制备凹状阵列结构，可有效提高沸腾传热性能，极大改善电路板散热性能。
附图说明
图1所示本实用新型电镀装置结构示意图。
图2所示在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀方法流程示意图；图中显示，金属颗粒3-2在种子镀层6上逐渐生长，但未与微纳结构5-1的尖端接触时的状态。
图3所示在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀方法流程示意图；图中显示，金属颗粒3-2在种子镀层6上逐渐生长，并与微纳结构5-1的尖端即将接触时的状态。
图4所示在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀方法流程示意图；图中显示，金属颗粒3-2在种子镀层6上逐渐生长，并逐渐将整个微纳结构5-1之间的空隙填满前的状态。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至4所示。本实用新型一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置，该电镀装置包括循环泵4、电源8、电镀液流动通道3-1；在电镀液流动通道3-1的电镀液入口及电镀液出口分别设置阳极2；在电镀液流动通道3-1的通道上侧设置有用于放置微纳结构5-1的薄膜模板5的模板安装工位，在电镀液流动通道3-1的通道下侧设置有用于安装具有种子镀层的基板6-1的基板安装工位；所述电源8的正极连接阳极2，负极作为用于连接种子镀层的阴极7。
所述电源8的正极与阳极2之间设置有电流控制模块1。
所述循环泵4具有一控制其转速的速度控制模块。
在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀方法如下：
(1)根据金属或有机电镀基材性质，选用溅射法或者化学镀层法在基板6-1表面制备厚度为0.1-1um的种子镀层6，作为镀层金属吸附起始层；然后将该具有种子镀层6的基板6-1安装在电镀液流动通道3-1下侧的基板安装工位上，种子镀层6接触电镀液；
(2)将表面具有微纳结构(金属)的薄膜模板5，通过模板安装工位安装在电镀液流动通道3-1的通道上侧，薄膜模板5的微纳结构5-1接触电镀液；微纳结构5-1的端部与步骤(1)所述种子镀层之间的距离为20-100um(优选50um)，薄膜模板5(高分子)作为镀层的约束模板，在镀层金属表面制备出对应薄膜模板5的微纳结构；
(3)根据待镀镀层金属吸附起始层和镀层金属材质的性质，将金属颗粒3-2以及填孔光剂添加至电镀液中，填孔光剂用于细化镀层结晶结构，使金属颗粒3-2形成的镀层填充微纳结构5-1时具有平整结构；
(4)在电镀初始阶段，通过电流控制模块1以及速度控制模块对循环泵4的转速控制，采用2-10A/dm2的电流密度(优选3A/dm2)，配合0.3-1.5m·s-1(优选电镀时间为20min)电镀液在电镀液流动通道3-1内的流速进行粗镀；待金属颗粒3-2在种子镀层6上逐渐生长并即将与微纳结构5-1的尖端接触时，由于电镀液流动逐渐受限，此时改用0.2-2A/dm2的电流密度(优选0.5A/dm2)，并增加电镀液在流动通道3-1内的流速至1.5-6m·s-1进行精镀(优选1.8m·s-1，使金属颗粒3-2能顺利地在种子镀层6上不断生长，直至将整个微纳结构5-1之间空隙填满并接触薄膜模板5，与此同时电镀液流动通道3-1内停止流动，即电镀液流动通道3-1内无电镀液3，镀层停止生长，完成种子镀层6上的微纳结构电镀；(通过控制电镀液的流速，可有效防止不均匀填充导致微纳结构开口处出现堵塞或者镀层内出现空隙。)
(5)电镀完成后，选用有机溶剂将薄膜模板5溶解，即得到表面形貌为凹状圆柱、圆锥、矩形或者半球的微纳阵列结构的金属镀层。
步骤(5)所述微纳阵列结构的深度为2-100um。
电镀液3(CuSo4电镀液)温度为30℃。
微纳结构的薄膜模板5不与电极连接，作为镀层金属生长约束模板，通过合理调配电解液和施加镀液流速，制备出大面积具有阵列微纳结构的平面或曲面致密金属镀层，以进一步改善镀层金属表面性能。
本实用新型还可以根据基材形状进行柔性模板曲面形状的自适应调整，既可与平面基材连接，亦可与曲面金属连接，实现通过电镀的方法在曲面或平面金属表面制备阵列微纳结构。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置，其特征在于：该电镀装置包括循环泵(4)、电源(8)、电镀液流动通道(3-1)；在电镀液流动通道(3-1)的电镀液入口及电镀液出口分别设置阳极(2)；在电镀液流动通道(3-1)的通道上侧设置有用于放置微纳结构(5-1)的薄膜模板(5)的模板安装工位，在电镀液流动通道(3-1)的通道下侧设置有用于安装具有种子镀层的基板(6-1)的基板安装工位；所述电源(8)的正极连接阳极(2)，负极作为用于连接种子镀层的阴极(7)。
2.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于：所述电源(8)的正极与阳极(2)之间设置有电流控制模块(1)。
3.根据权利要求1所述的电镀装置，其特征在于：所述循环泵(4)具有一控制其转速的速度控制模块。
Priority Applications (1)
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| CN201520095257.XU CN204509474U (zh) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | 一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置 |
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| CN201520095257.XU CN204509474U (zh) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | 一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104674313A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-06-03 | 华南理工大学 | 一种在镀层金属表面制备阵列微纳结构的电镀方法及装置 |
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2015
- 2015-02-10 CN CN201520095257.XU patent/CN204509474U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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