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化学铸(镀)制备Ni-P合金微构件的研究

杨长勇  
【摘要】: MEMS是微电子技术与机械、光学领域结合而产生的,是20世纪90年代初兴起的新技术。MEMS与宏观机电系统相比,不仅几何尺寸大大缩小,其自身还有传统理论难以作出解释和预测的特定规律。MEMS的材料与加工技术是MEMS技术的主要组成部分。MEMS发源于微电子技术,其材料仍以硅为主,主要加工技术则借用了半导体工艺。不过,由于MEMS的应用涉及多个领域,其材料与加工手段要比集成电路丰富得多。MEMS所用的材料按性质可以分为结构和功能材料两类。在制造MEMS的微加工技术领域里,主要包括LIGA技术,硅加工技术,精密机械加工技术,激光加工技术等。LIGA技术是利用光刻技术进行微机械结构和零件的加工,而光刻技术又是电子器件生产的一种方法,因此在方法上就实现了微电子与微机械的结合,为微系统技术发展提供一种强有力的实现方法。由于LIGA技术具有精度高、结构深等优点,得到了许多国家政府和企业的高度重视,发展迅速,已经成为MEMS加工的主流技术。但是由于其设备非常昂贵,掩模制作复杂,严重限制了其进一步推广。于是人们试图开发出各种可以与LIGA技术效果接近的准LIGA技术,以期推动MEMS(特别是可动MEMS)的发展。 目前,LIGA技术和各种准LIGA技术都是采用电铸的方法来沉积出微金属构件,而化学铸(镀)工艺与电铸工艺相比较,有着许多其所无法比拟的优点,如无需外加电源、没有边缘效应、镀层更均匀等;如果用化学铸替代电铸,可以进一步简化工艺,节约成本,提高性能。目前在国内还没有开展这方面的研究。 本文对这种工艺的可行性进行了探索性的研究。首先对现有的化学铸(镀)工艺进行了配方改良和工艺参数优化,提高了其沉积速率,同时保证较好的镀层性能和表面质量,进一步研究了热处理对镀层的影响,对相关过程进行了理论分析;还初步探讨了镀层的前期沉积过程,并提出了镀层生长的宏观物理模型。同时通过系统试验,制定了化学铸(镀)微构件制备工艺,并进行了优化调整,成功制备出了具有一定厚度的复杂微构件——微镍齿轮。结果证明,本文开发出的新型的化学铸法制备微金属构件的准LIGA工艺是可行的,它能够满足多种形状微构件加工的需要。


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