[发明专利]一种提高金属微电铸均匀性的兆声电铸设备及方法

说明书

本发明提供了一种提高金属微电铸均匀性的兆声电铸设备及方法，将双向交替兆声波耦合进电铸过程中，该设备包括兆声铸槽，所述兆声铸槽包括压电陶瓷组、电铸槽、防水槽和水浴槽。电铸槽在防水槽内部贴壁固定，防水槽在水浴槽内通过与防水槽一体的上盖板固定于水浴槽上。其中压电陶瓷组粘贴于电铸槽的两侧壁外，电铸槽为石英材质，且壁厚为所用兆声频率在石英中的半波长。压电陶瓷组通入兆声波信号，实现双向兆声振动的时间控制。兆声提高微电铸均匀性的方法是在基板上制作光刻胶微结构，实现胶膜图形化，并在电铸过程中施加双向交替的兆声波辐照。本发明的兆声电铸设备及方法操作简单易行，且能够有效的提高金属微电铸过程中铸层的均匀性。

技术领域

本发明属于微制造技术领域，涉及一种兆声电铸设备及电铸方法，特别是涉及一种提高金属微电铸均匀性的兆声电铸设备及方法。

背景技术

电铸技术作为金属微制造的主流工艺，因其具有复制精度高、重复精度好等特点，常被用于制造一些用传统机械加工方法制作困难或加工成本很高、具有复杂形状的零件。随着微纳米技术的发展，微金属器件的需求不断增加。在金属微器件的电铸过程中，电流的边缘效应会造成电场线容易在边角处集中，电铸后的金属微器件往往存在铸层边缘区域和中间区域厚度不一致的铸层不均匀问题。这种缺陷不仅会影响器件的尺寸精度和表面质量、降低电铸效率、延长制作周期，还增加了微器件制作的后处理难度和成本。《电镀与涂饰》2014年33卷17期第732-736页通过添加辅助阴极改善电流分布，进而提高铸层的均匀性。但加入辅助阴极后，阴极表面的电流密度会降低，影响微电铸的效率。《强激光与离子束》2016年28卷6期第63-67页提出利用超声改善微电铸模具的均匀性，与无超声对比，模具均匀性提高约30％。然而，超声强空化作用的存在会对微结构产生一定程度的损伤，影响微电铸模具的使用性能。

兆声具有的高声强、低空化、高扰动的特点可使声波介入微纳米结构之间的同时，避免兆声作用对工件表面或微结构的二次损伤。在电铸过程中施加兆声扰动，能够显著的提高电铸能力，改善电铸工艺。博士学位论文《若干微电子机械系统研制及相关LIGA工艺研究》中第4.1.3以及4.1.4节，引进兆声促进电铸液传质，提高极限大深宽比结构的电铸成品率，并获得了具有极限大深宽比的悬臂梁微结构。文中通过将SONOSYS公司生产的投入式MGM054110型号兆声清洗仪投入至KisslerGmBH公司生产的微电铸设备Electro-FormingUn中产生高频扰动来促进电铸液传质，兆声在铸槽中的传播效率、传播方向、能量分布、声流作用等兆声作用方式则完全是无序的、随机且不可控的过程。兆声在铸槽中除无序扰动以外的其他优势性能并未能得到发挥，并且，此文中也仅对不同的兆声施加功率进行了评价，除兆声施加功率对电铸器件成品率的影响以外，未见有兆声能够改善微电铸铸层均匀性的实验结果。

目前，兆声已经在精密清洗等领域得到了一定程度的应用，并获得了极佳的清洗效果。在电铸领域的研究与应用却少有报道。并且，尚未有文献提出将兆声波技术应用于微电铸铸层均匀性方面的研究，专门化的兆声电铸设备更是未有出现。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高金属微电铸均匀性的兆声电铸设备及方法，将兆声波能量按一定的方式引进微电铸过程之中，提高微电铸过程中的电铸均匀性，用以解决金属微结构电铸加工中存在的铸层厚度不均匀的问题，改善电铸加工的尺寸精度，提高电铸能力。

本发明的技术方案为：