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《大连理工大学》 2006年
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微电铸器件均匀性的研究

刘海军  
【摘要】:微制造技术是MEMS技术从设计到产品的整个过程中的重要环节,是MEMS技术的关键和基础,因此微制造技术已经成为当前的研究热点。LIGA/准LIGA技术以其对材料的广泛适应性和易于批量化生产的优点成为微制造技术领域的领头军,微电铸是其不可或缺的关键步骤。然而,微电铸技术加工的微器件往往存在铸层不均匀的缺陷,导致微器件的质量和工作性能大大降低。因此本文以微电铸制作微流控片芯片的模具为基础对改善微电铸器件的均匀性进行理论和实验研究。 由于电流波形对微电铸器件的质量有很大影响,本文从理论上分析了负向脉冲电流对铸层均匀性的改善作用。由于负向电流可以腐蚀削减铸层表面微观突起的生长高度,因此周期换向脉冲电流微电铸与单向正脉冲电流微电铸相比更易获得较好的铸层均匀性。 在理论分析的基础上,采用两种周期换向脉冲电流进行微电铸的实验研究。两种周期换向脉冲电流分别为周期换向双脉冲电流和周期换向正向间断负向连续的脉冲电流。实验采用无背板生长工艺,工艺参数是在大量的单向正脉冲电流微电铸实验的基础上总结出来的。实验完成后,将两种周期换向脉冲电流的结果与单向正脉冲电流的结果进行对比分析。结果表明,周期换向脉冲电流改善了微模具铸层的均匀性。实验研究结果与理论分析结论相一致。 微电铸时,电铸液中的金属离子在微模具型腔内传质不均匀,进而引起铸层高度的不均匀。本文对微电铸过程中阴极表面的扩散电流密度进行了理论分析,指出旋转阴极可以提高阴极表面扩散电流密度的分布均匀性,有利于改善铸层的均匀性,并采用有限元分析软件分析了移动和旋转两种阴极运动条件下微电铸图形截面内的液流速度分布。在理论和仿真分析的基础上进行了旋转阴极微电铸的实验研究。结果表明,旋转阴极微电铸模具的铸层高度均匀性大大提高。 由于现有设备不具备旋转阴极的功能,因此在充分利用现有设备的条件下搭建了一套旋转阴极装置,解决了导电、固定、支承等关键问题。该装置已成功用于旋转阴极微电铸实验中,取得了良好的效果,保证了实验研究的顺利进行。 微电铸体系的结构尺寸、空间布局和电化学参数等影响阴极表面的电流分布,容易造成微电铸器件铸层的不均匀。本文在理论分析阴极表面电流分布规律的基础上,采用有限元分析软件对微电铸实验中阴极表面的电流分布进行了模拟分析,得到了阴极表面的电流分布规律,为今后的工艺改善提供指导。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TH703

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