1 大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室，辽宁大连6024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米系统重点实验室，辽宁大连11604
在利用微电铸工艺制作惯性开关的过程中，经常会出现由于界面结合强度低而引起的铸层翘起问题。微电铸层与基板的界面结合强度低会降低微开关的制作成品率、延长制作周期、增加制作成本。针对这一问题，本文从界面钝化膜的角度，采用了“电解活化去除钝化膜”和“引入Cu过渡层”的方法。为探究钝化膜对界面结合强度的影响，通过Materials Studio软件对不同钝化膜去除率模型的界面结合能进行仿真计算，计算结果表明钝化膜去除率越高越有利于界面结合强度的提高，在完全去除钝化膜后界面结合强度提高了197%；为探究过渡金属对界面结合强度的影响，分别以Cu，Cr，Ti作为过渡层，与不锈钢基板和镍铸层建立结合层体系，计算体系的结合能，计算结果表明Cu与基板、Cu与铸层的结合能最高，与未引入过渡金属相比，引入Cu后界面结合强度提高了81%。在仿真研究结果的基础上，开展了电解活化实验，通过电解活化法去除了基板表面的钝化膜，实验结果表明：电解活化区域铸层的界面结合强度明显高于未活化区域铸层的界面结合强度；同时开展了铜过渡层实验，对比了有无Cu过渡层的界面结合强度，实验结果表明：引入Cu后，铸层的界面结合强度明显提高。在上述仿真和实验结果的基础上，制作出尺寸为23 mm×20 mm、总高度为900 μm的微惯性开关。
微惯性开关 微电铸 界面结合强度 分子动力学 电解活化 micro inertial switch micro electroforming interface bonding strength molecular dynamics electrolytic activation 光学 精密工程
2023, 31(10): 1464
1 合肥工业大学 光电技术研究院, 合肥 230009
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
3 中航光电科技股份有限公司, 河南 洛阳 471000
4 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
微电铸工艺是太赫兹全金属光栅器件成型的关键工序。金属光栅质量取决于电铸工艺中金属离子沉积的均匀性，而电铸槽阴极附近电流密度的分布直接影响金属离子沉积的均匀性。在阳极与阴极间添加开孔的绝缘玻璃挡板可以改善阴极电流密度分布的均匀性，研究了挡板与阴极的距离以及挡板开孔大小对阴极电流密度分布的影响，仿真结果表明：添加开孔绝缘挡板有助于改善阴极处的电流密度分布；当添加的玻璃挡板开孔大小与阴极尺寸一致时，挡板距离阴极越近，阴极的电流密度分布越均匀。根据仿真结果设计了相应的挡板，电铸工艺获得了较好质量的均匀金属层，从而验证了上述仿真分析的有效性。
微电铸 太赫兹 挡板 电流密度 micro-electroforming terahertz baffle panel current density 强激光与粒子束
2019, 31(8): 083102
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米及系统重点实验室, 辽宁 大连 116024
3 博奥生物有限公司, 北京 101111
利用微电铸技术制作的微流控芯片模具往往存在沉积厚度不均匀的缺陷, 这种缺陷会影响模具的尺寸精度及使用性能, 并增加模具的制作成本。为了制得厚度均匀的微流控芯片模具, 研究了超声电铸对模具均匀性的影响。首先, 采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立微流控芯片模具的微电铸模型, 分析电铸2 h后的模具的厚度分布。并根据该仿真结果, 设计掩模版。然后, 在自主搭建的超声电铸装置中进行一系列电铸实验, 来研究超声搅拌对模具均匀性的影响。实验结果表明: 电铸过程中添加超声搅拌可以改善微流控芯片模具的均匀性。超声功率为200 W时, 超声频率改善模具均匀性的程度为200 kHz＞80 kHz＞120 kHz。超声频率为200 kHz时, 超声功率改善模具均匀性的程度为500 W＞200 W＞100 W。当超声的频率和功率分别为200 kHz和500 W时, 与无超声电铸相比, 模具的均匀性提高约30%。
超声搅拌 微电铸 均匀性 微流控芯片模具 超声空化 声流 ultrasonic agitation micro-electroforming uniformity microfluidic chip mould ultrasonic cavitation acoustic streaming 强激光与粒子束
2016, 28(6): 064111
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米及系统重点实验室, 辽宁 大连 116024
根据光学领域对高深宽比金属微器件的需求,利用UV-LIGA工艺在金属基底上制作了具有高深宽比的金属微光栅.采用分层曝光、一次显影的方法制作了微电铸用SU-8胶厚胶胶模,解决了高深宽比厚胶胶模制作困难的问题.由于电铸时间长易导致铸层缺陷,故采取分次电铸等措施得到了电铸光栅结构;同时通过线宽补偿的方法解决了溶胀引起的线宽变小问题.在去胶工序中,采用“超声-浸泡-超声”循环往复的方法.最终,制作了周期为130 μm、凸台长宽高为900 μm× 65 μm×243 μm的金属微光栅,其深宽比达到5,尺寸相对误差小于1%,表面粗糙度小于6.17 nm.本文提出的工艺方法克服了现有方法制作金属微光栅时高度有限、基底易碎等局限性,为在金属基底上制作高深宽比金属微光栅提供了一种可行的工艺参考方案.
金属微光栅 高深宽比 UV-LIGA工艺 SU-8厚胶 微电铸 metal micro-grating high aspect ratio UV-LIGA technology SU-8 thick photoresist micro electroforming
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁 大连 116023
2 大连交通大学,辽宁 大连 116028
3 大连理工大学 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室,辽宁 大连 116023
研究了LIGA/UV-LIGA的核心技术微电铸的内在规律,对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行了数值分析。以微流控芯片微模具上的十字电铸层为研究对象,建立了微电铸的数学模型。给出了描述微电铸体系电流密度和流体流场的偏微分方程,运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到了电流密度分布和流体流场分布的数值结果。选择十字铸层上的测量点,由该点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4 h的铸层生长高度仿真值,并与相同工艺条件下的微电铸实验铸层生长高度进行对比。结果显示,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437 μm,最小绝对偏差为0.264 μm。实验表明这种数值仿真方法适用于微电铸工艺设计的辅助分析,可缩短微电铸工艺的开发周期。
微电铸 阴极电流密度 流体 三维数值仿真 micro-electroforming cathode current density fluid 3D numerical simulation
