微电铸层内应力与微模具型芯制作的研究

《微电铸层内应力与微模具型芯制作的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、大连理^T大学硕十学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：作者签名：导师签名：尿磊’’1日期：2汤车屋月丛E如艺蔗7’§日期：坍匀年j生月兰￡右~，I大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导

2、下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目．．_三毖蛾空型赶继勃塞越盐型丛韭单一一一作者签名：————霹，_歪L———一日期：——年——月——日大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1微电铸层的内应力问题微电铸技术(Microcle曲oforming，又称为精密电铸)是在微电铸液中通过电沉积

3、得到所需的精密微结构的制造技术，它是在继承传统电铸优点的基础上，与现代集成电路工艺有机结合而形成的，同时它也是制作MEMS金属微器件或微结构的有效方法。作为一种先进的制造技术，微电铸工艺丰要用于制作各种精密、异型、复杂、微细等难以用传统方法制得的或加工成本很高的结构【l埘。微电铸工艺的一个主要问题就是铸层中存在一定的宏观内应力，它对电铸层的机械性能和零件成形有着很大的影响。过大的内应力往往会造成电铸零件产生裂纹、铸层脱落、铸层脆性增加和致密度下降等不良后果p】(如图11所示)。图11微结构从基板上脱落Hg1Micrpshmtllrefa

4、ilingofffromthesubstrate研究发现，铸层内应力的产生主要受工艺参数的影响。如电铸添加剂、温度、PH值、电流密度、铸液成份等，内应力值可以随选择的1艺参数不同在很大范围内变化，要想获得低应力铸层，必须严格地选择工艺条件。张义成I”等发现在3009／LNi(NH2s03)。·4H20条件下，当电铸液中不加Ni—I时，沉积层的拉应力为60MPa，随着Ni-I添加剂含最的增加，沉积层的拉应力逐渐减小至零，而后出现了压应力，当添加剂的含量在0．039／L时可获得内应力趋近于零的镍沉积层。对于在低的铸液温度下氨基磺酸镍的应力情

5、况，Kushn一”曾发现，温度低于10℃时，应力大幅度上升，同时伴随着阴极电流效率的迅速下降。LowenhaimN认为在铸镍的过微电铸层内应力与微模具型芯制作的研究程中，温度对应力的影响主要取决于溶液中el。含量和电流密度。刘仁志【7】等提出镀镍层的内应力与温度的关系很明显，当镀液的温度从10℃升高至35℃时，镀层应力迅速降低；但是当温度超过60"C以后，镀层应力几乎不变。满红娜【8】发现在低于20。C条件下电镀，镀层具有张应力；在高于30℃条件下电镀，镀层具有压应力；镀液的温度低，镀层内应力高；随着温度升高，内应力下降。镀液的温度通常

6、控制在30,-．．,50。C，最高不超过70℃。铸液PH值不正常对铸层性能有明显影响【71。在PH值升高时，一方面由于阴极区有析氢现象而使PH值更高，会产生氢氧化镍颗粒杂入铸层，增加其硬度；另一方面，PH值的变化还会引起电流效率的变化，这种变化在PH值升高时特别明显；同时，PH值还会引起镍金属平衡电位和析出电位的变化，如当PH=6时，可通过电极电位方程计算出平衡电位为．0．36V，而当PH=3时，其平衡电位为．0．18V。因此，要获得较软的铸层时，应将PH值控制在较低的范围，一般在3．8-4．1之间。DilbariGA【9】指出在直流电

7、铸条件下铸层晶粒结晶粗糙、不规则，容易造成晶格畸变而产生较大的内应力，而脉冲电铸则能提供多个可以独立调节的电参数，通过选择适当的电参数，可以得到晶粒细小、均匀、致密的铸层，使内应力接近于零。为了降低电铸微结构中的残留内应力，ChanKC【10】等人提出了反脉冲电铸的方法，并通过一系列的实验得出当脉冲频率为1kHz，平均电流密度为8A／dm2，负向峰值电流为80A，占空比为0．2时，内应力可达到最小值。铸液成份不正常也会影响铸层的内应力。当主盐含量过高时，铸层内应力增加。试验验证，随着Ni2+离子浓度的增加，铸层内应力由压应力逐渐转化为拉

8、应力。氯离子是保证铸液中阳极溶解必不可少的组分，但是随着cl。浓度的增加，铸层将产生拉应力。在众多的主盐中，氨基磺酸盐铸镍的内应力最小，在70N／mm2以内。瓦特型铸镍层的延展性最好，可以达至1]30％t¨