CN213624447U - 一种基于mems微器件制造的电化学沉积镀槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电化学沉积技术领域，具体涉及一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，包括外镀槽体和内镀槽体。外镀槽体为顶部开口的圆柱形腔体，外镀槽体底部连接有回流管，回流管上连接有泵，泵上连接有进/出液管。内镀槽体为顶部开口底部为弧形的圆柱形腔体，内镀槽体置于外镀槽体内，内外镀槽体顶部密封固定，外镀槽体内壁与内镀槽体外壁形成一密封腔体，槽体顶部设有密封盖。内镀槽体底部与泵连接，内镀槽体内设有桨叶、遮蔽板、振荡器、阴极板和阳极板，内镀槽体内设有阴极排液口和阳极排液口，密封盖上设有真空计和抽真孔。有益效果：循环利用镀液、节省资源，镀件表面镀层更加均匀平整、光滑。

Description

一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽

技术领域

本实用新型属于电化学沉积技术领域，具体涉及一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽。

背景技术

MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System）的简称，常见的MEMS传感器会有以下特征：一是器件尺寸在微米或纳米量级；二是高深宽比和局部线宽差异大的结构；其三是存在一个悬空的运动部件以实现感知或传动功能。尺寸等级与悬空结构的制作准确度决定了MEMS传感器的精度，制造MEMS的工艺复杂，其中电沉积是MEMS微器件结构制造过程中的一个重要环节，其器件性能完全取决了电镀的效果，由于电沉积设备的限制，在制作大面积且厚度大悬空结构过程中镀层往往会出现“尖角效应”和“边缘效应”导致悬空结构厚度不均匀，致使MEMS的测量精度下降。产生以上两种效应的原因为区域电沉积速率不同。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述MEMS微器件在制造过程中存在的技术问题而设计的一种能让MEMS微器件结构光滑平整的电化学沉积镀槽。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，包括外镀槽体和内镀槽体。

外镀槽体为顶部开口的圆柱形腔体，外镀槽体底部连接有回流管，回流管上连接有泵，泵上连接有进/出液管。

内镀槽体为顶部开口底部为弧形的圆柱形腔体，内镀槽体直径小于外镀槽体直径，内镀槽体置于外镀槽体内，内镀槽体顶部与外镀槽体顶部密封固定，外镀槽体内壁与内镀槽体外壁形成一密封腔体，外镀槽体和内镀槽体顶部设有可开启/关闭的密封盖，所述密封盖上设有真空计和抽真孔。

内镀槽体底部通过管道与泵连接，内镀槽体内设置有搅拌器桨叶、遮蔽板、振荡器、阴极板和阳极板，所述搅拌器为磁力搅拌器；内镀槽体上设有阴极排液口和阳极排液口。

有益效果：本实用新型循环利用镀液，节省资源；采用弧形的内镀槽体，减少因镀液回流在镀槽下端堆积造成离子浓度过大从而导致沉积速度加快，致使被镀器件镀层的表面出现凹凸不平的现象，从而影响器件的性能；采用遮蔽板来调节阴极上电力线分布，加上搅拌装置的配合使镀液中的离子均匀的分布，让离子沉积在各处沉积的速度相同，增加镀层的平整度；电沉积过程中振荡器的使用能够有效去除镀液中的气泡，防止产生针孔。

本实用新型能满足微米甚至亚微米级尺寸的MEMS器件的制造加工，电沉积效果比现有设备的效果更加的优质，镀件表面镀层更加平整、光滑，满足MEMS微器件电镀加工的要求，有效提高MEMS器件的性能。本实用新型整体构造简单，制造成本低，电沉积效果好，电沉积前设置好参数即可实现全程自动，无需人工参与，节省人力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为搅拌器桨叶示意图。

图3为遮蔽板示意图。

图中：1、外镀槽体；2、内镀槽体；3、泵；4进/出液管；5、回流管； 6、搅拌器桨叶；7、遮蔽板；8、阴极板；9、阴极排液口；10、真空计；11、抽真孔；12、密封盖；13、阳极排液口；14、阳极板；15、振荡器；16、十字形支架；17、一字形支架。

具体实施方式

以下结合附图，作为实施例，对技术方案进一步说明。一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，包括外镀槽体1和内镀槽体2。

外镀槽体1为顶部开口的圆柱形腔体，外镀槽体1底部连接有回流管5，回流管5上连接有泵3，泵3上连接有进/出液管4，进/出液管4上设有阀门。

内镀槽体2为顶部开口底部为弧形的圆柱形腔体，内镀槽体2直径小于外镀槽体1直径，内镀槽体2置于外镀槽体1内中心，内镀槽体2顶部与外镀槽体1顶部密封固定，外镀槽体1内壁与内镀槽体2外壁形成一密封腔体，外镀槽体1和内镀槽体2顶部设有可开启/关闭的密封盖12，所述密封盖12位于内镀槽体2开口顶部设有真空计（10）和抽真孔（11）。

内镀槽体2底部中心通过管道与泵3连接，内镀槽体2内设置有搅拌器桨叶6、遮蔽板7、阴极板8、阳极板14和振荡器15，内镀槽体（2）上设有阴极排液口（9）和阳极排液口（13）。本实施例内镀槽体2的高为30cm、直径为18cm。

搅拌器为磁力搅拌器，搅拌器桨叶6通过十字形支架16可水平旋转固定在内镀槽体2内，遮蔽板7通过一字形支架17竖直固定在内镀槽体2中心，遮蔽板7位于搅拌器桨叶6上方，遮蔽板7上均布有圆孔。通过调节遮蔽板7的孔径改变镀液中电力线从阳极到阴极的路径，从而控制镀层表面的电力线分布。十字形支架16和一字形支架17采用特氟龙材料制作。

振荡器15对称设置在搅拌器桨叶6两侧内镀槽体2内壁上；阴极板8和阳极板14对称设置在内镀槽体2内壁上，阴极板8和阳极板14与遮蔽板7板面中心垂直；阴极排液口9和阳极排液口13分别位于阴极板8和阳极板14上方。

泵3、回流管5、阴极排液口9和阳极排液口13共同形成一个镀液回流路线，改善流场，从而保证电镀过程中阴极沉积层表面的离子浓度。

振荡器15配合抽真空设备实现预润湿，在电沉积过程中去除镀层表面气泡，防止形成针孔造成镀层缺陷。

本实施例是线宽为1-2μm，深宽比为3:1的4英寸基片上电沉积铜制作MEMS器件。使用时先在阴极板8上固定好需要镀层的MEMS器件基片，再在阳极板14上固定好铜片，两极板之间的距离为10-15cm，然后通过抽真孔11利用抽真空装置抽除外镀槽体1和内镀槽体2里的空气，通过真空计10计量外镀槽体1和内镀槽体2里的真空度。当真空度到达1×10^-3Pa时，从进/出液管4缓慢供入镀液，电镀液通过泵3加压喷入到内镀槽体2中。同时开启振荡器15排除基片上的气泡实现基片预润湿。利用泵3的喷力和搅拌器桨叶6相结合使镀液能够充满内镀槽体2并匀速流动，之后在阴极板8和阳极板14上施加电流进行电沉积。利用遮蔽板7调节电力线的分布，控制沉积的速度。通过目标沉积厚度20μm计算出需要电镀的时间（20min），然后设置镀槽的供电时间。电镀完成后，通过密封盖12取出电沉积后的MEMS器件基片，在基片边缘每90度和基片中心共取5个测试点。利用表面轮廓仪测量MEMS器件表面镀层的平整度，检测距离为80μm，镀层表面粗糙度Ra=0.05-0.1，表面非常光滑。通过此实施例的电镀，经检测其性能完全符合微米级以及亚微米级的MEMS器件的电镀加工。

Claims (6)

1.一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，包括外镀槽体（1）和内镀槽体（2），其特征在于：外镀槽体（1）为顶部开口的圆柱形腔体，外镀槽体（1）底部连接有回流管（5），回流管（5）上连接有泵（3），泵（3）上连接有进/出液管（4），进/出液管（4）上设有阀门；内镀槽体（2）为顶部开口底部为弧形的圆柱形腔体，内镀槽体（2）直径小于外镀槽体（1）直径，内镀槽体（2）置于外镀槽体（1）内中心，内镀槽体（2）顶部与外镀槽体（1）顶部密封固定，外镀槽体（1）内壁与内镀槽体（2）外壁形成一密封腔体，外镀槽体（1）和内镀槽体（2）顶部设有可开启/关闭的密封盖（12），所述密封盖（12）位于内镀槽体（2）开口顶部设有真空计（10）和抽真孔（11）；所述内镀槽体（2）底部中心通过管道与泵（3）连接，内镀槽体（2）内设置有搅拌器桨叶（6）、遮蔽板（7）、阴极板（8）、阳极板（14）和振荡器（15），所述遮蔽板（7）上均布有圆孔；所述内镀槽体（2）上设有阴极排液口（9）和阳极排液口（13）。

2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，其特征在于：所述搅拌器为磁力搅拌器，搅拌器桨叶（6）通过十字形支架（16）可水平旋转固定在内镀槽体（2）内。

3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，其特征在于：所述遮蔽板（7）通过一字形支架（17）竖直固定在内镀槽体（2）中心，遮蔽板（7）位于搅拌器桨叶（6）上方。

4.根据权利要求1所述的一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，其特征在于：所述振荡器（15）对称设置在搅拌器桨叶（6）两侧内镀槽体（2）内壁上。

5.根据权利要求1所述的一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，其特征在于：所述阴极板（8）和阳极板（14）对称设置在内镀槽体（2）内壁上，阴极板（8）和阳极板（14）与遮蔽板（7）板面中心垂直。

6.根据权利要求1所述的一种基于MEMS微器件制造的电化学沉积镀槽，其特征在于：所述阴极排液口（9）和阳极排液口（13）分别位于阴极板（8）和阳极板（14）上方。

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