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微透镜阵列镍模芯微电铸工艺及表面质量研究

李代兵  
【摘要】:聚合物微透镜阵列在光学连接、探测器阵列、平板显示器、投影仪、扫描仪、数码相机等方面已取得广泛的应用。微注射成型技术以低成本高效率、高自动化程度等优势成为聚合物微透镜阵列的主要制造方法之一。高质量模芯是优质微透镜阵列微注射成型的先决条件。本文采用微电铸技术制作镍模芯,以内应力和表面粗糙度作为指标,研究矩形脉冲电源参数(频率、占空比和平均电流密度)对内应力和表面粗糙度的影响,获得矩形脉冲电源最佳参数组合,参数影响次序和参数影响规律。 分析脉冲电铸工作原理,脉冲电铸过程中金属离子能够及时传输至阴极,降低阴极扩散层厚度,得到晶粒细致、机械性能优异的镍模芯。分析微电铸电化学理论,主要包括法拉第定律、电极电势与电极极化、液相传质和金属电结晶。以理论作为指导,搭建微电铸实验平台,并对各组成部分作详细介绍。以PS材料微透镜阵列作为母模,表面蒸镀一层厚度为500nm的铜薄膜作为导电层,在特定的电解液配方和一定工艺参数条件下微电铸得到镍模芯。 以镍模芯内应力作为指标进行微电铸实验,采用X射线衍射仪测量内应力。设计正交实验,利用极差法对测量结果进行分析,得到矩形脉冲电源最佳参数组合和参数影响次序;设计单因素实验,分析测量结果,得到矩形脉冲电源参数对内应力的影响规律。 以镍模芯表面粗糙度作为指标进行微电铸实验,采用原子力显微镜测量表面粗糙度和观测表面微观形貌。设计正交实验,利用极差法对测量结果进行分析,得到矩形脉冲电源最佳参数组合和参数影响次序;设计单因素实验,分析测量结果,得到矩形脉冲电源参数对表面粗糙度的影响规律。 综合考虑矩形脉冲电源参数对内应力和表面粗糙度的影响,以表面粗糙度作为第一指标,内应力作为第二指标,得到最佳参数组合。在频率为1000Hz,占空比为24%,平均电流密度为1A/dm2的条件下,得到的镍模芯表面粗糙度值为3.53nm,内应力值为79.25MPa。


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