模具铸层平整性及多样截面微结构制作方法

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gksd2009
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微电铸技术是MEMS领域中的一种重要的微加工方法。微电铸技术在制作具有微细结构的金属模具或器件方面具有突出优势,广泛应用于电子信息、生化检测、光学工程和国防工业等领域。然而,目前基于微电铸的金属微模具制作技术仍存在很多亟待解决的问题,本文围绕其中的两个问题展开研究,分别是:(1)铸层弯曲变形和电铸瘤会造成金属模具表面不平整,影响微结构的复制精准性。(2)缺少多样化截面形状微结构金属模具的制作工艺。本文探讨了改善金属镍模具弯曲变形和消除电铸瘤的方法,并且对三种截面形状(三角形、矩形、拱门形)微结构镍模具的制作工艺进行研究。主要研究内容如下:1.设计并搭建微电铸平台,为本文的研究提供了实验条件。对微电铸液组成成分和工艺参数进行了分析优化,使得电铸铸层的质量能满足微结构镍模具的基本使用要求。2.在分析金属模具弯曲变形原因的基础上,讨论了电流参数对模具弯曲变形的影响。将脉冲电铸和直流电铸与不同大小的电流密度进行组合,根据铸层弯曲曲线的高度差和曲率半径来评价铸层弯曲变形程度,从而获得最佳的电流参数组合。3.分析电铸瘤的产生原因,提出了设置阴极屏蔽结构来消除电铸瘤的方法。利用ANSYS有限元分析软件仿真了电流密度在阴极表面的分布情况,找出最优化的屏蔽结构高度。并且通过实际电铸实验对仿真结果加以验证。4.采用优化后的微电铸工艺与体硅工艺相结合,分别制作出三角形、矩形、拱门形截面形状微结构的镍模具。丰富了多样化截面形状微结构金属模具的制作工艺路线。实验结果表明,采用小电流密度脉冲电铸,在测量长度为2cm的条件下,铸层表面的高度差为10μm,可以有效地改善模具铸层弯曲变形。采用设置阴极屏蔽结构的方法,在屏蔽结构高度为2.4cm的条件下,消除了铸层边缘的电铸瘤。制作的多样化截面形状微结构镍模具,表面平整光亮,弯曲变形程度小,可应用于热压或注塑等聚合物微结构复制的工艺中。
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