[发明专利]一种基于热平衡条件下的高精度电铸应力在线检测方法

说明书

本发明公开了一种基于热平衡条件下的高精度电铸应力在线检测方法，采用稳定加热的方法提高电铸液在加温下的平稳性，使电铸液在加热条件下依然能对铸层应力进行高精度检测；阴极基底采用与铸层弹性模量相同或相近的材料；激光发生器和波前传感器的设置，使激光照射在阴极基底抛光面的检测区域，并且激光从抛光面反射后照射在波前传感器的接收窗口；根据电铸过程中反射激光波前相位图得到激光相位曲率半径，计算得到基底曲率半径，并带入stoney公式计算得出铸层平均应力。本发明采用在线检测的方式，可以得出铸层应力与铸层厚度的关系，为铸层应力降低研究提供检测基础。本发明在对铸层应力在线检测的同时，满足了高精度检测的需求。

技术领域

本发明涉及一种电铸应力在线检测的方法，主要应用于电化学沉积薄膜应力检测方面，此方法同时适用于CVD气相沉积、表面喷涂等领域的薄膜应力在线检测。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)的发展，能够满足其特定功能与需求的微小复杂零件制造技术一直备受关注。微细电铸技术具有成本低，可实现高深宽比加工，复制精度高等优势，是制备MEMS微型器件和金属微结构的主要技术之一，如今已经被广泛用于制造航空航天、精密机械、汽车电子、生物医学、国防军工中一些特殊结构部件。但铸层中存在的宏观内应力影响制件的结构成型精度和机械性能，导致精密电铸制件、产生裂纹、甚至出现铸层脱落的问题。高精度的应力检测方法是解决铸层内应力问题的前提条件，在精密电铸成型工艺研究中具有关键的作用。

电铸过程中，阳极镍失去电子发生氧化反应产生镍离子，阴极得到电子发生还原反应产生镍原子，镍原子逐渐在阴极沉积。电铸镍过程中镍原子逐渐在阴极沉积，晶格缺陷使铸层产生内应力，在内应力的作用下，阴极基底发生弯曲变形。铸层应力分为拉应力和压应力，在拉应力作用下基底向下弯曲，当铸层应力为压应力时基底向上弯曲，如图1所示。

针对铸层应力检测，常见的应力检测方法有如下几种：1)X射线衍射法：铸层内部存在应力时，其晶体的晶格将发生弹性变形，即晶面间距发生了变化。采用X射线衍射仪测量材料衍射峰的位移，计算铸层内的应力状况。2)拉曼光谱法：当材料受到应力作用时，其晶格结构发生变化，拉曼频移发生改变。根据应力与相对拉曼频移之间的关系计算晶体内部应力。3)基底变形法：此类方法主要通过检测基底变形程度计算铸层应力，如薄片阴极弯曲法、圆片变形法、螺旋收缩仪法等。

方法1)和2)是电铸应力离线检测方法，即对电铸后的制件进行应力检测，无法对电铸过程中的铸层应力进行在线检测。方法3)可对铸层应力进行在线检测，但经本发明人研究分析，传统的基底变形法中采用传统的激光检测装置存在激光光路设置较为复杂、电铸液直接加热时因温度梯度导致对流、基底与铸层弹性模量不匹配以及传感器检测精度差等问题，导致测量误差较大，检测精度有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种电铸应力在线检测方法，以提高检测精度，减小误差。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于热平衡条件下的高精度电铸应力在线检测方法，采用激光发生器和波前传感器检测阴极基底的铸层应力；

所述阴极基底采用与铸层弹性模量相同或相近的材料，其一面为抛光面，当阴极基底材料采用绝缘材料时，其非抛光的一面为经导电化处理的导电面，导电面面向阳极；

所述激光发生器和波前传感器的设置，使激光照射在阴极基底抛光面的检测区域，并且激光从抛光面反射后照射在波前传感器的接收窗口；

所述电铸应力在线检测方法包括下述的步骤：

S1.设置波前传感器的采样参数及电铸参数，然后在电铸液加热达到热平衡条件下进行电铸并开始波前传感器采样检测；

S2.根据电铸过程中反射激光波前相位图得到激光相位曲率半径，计算得到基底曲率半径，并带入stoney公式计算得出铸层平均应力。