专利名称：一种微电镀装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种电镀实验装置，可用于微电子机械系统(MEMS)器件和其他微小试片电镀领域。
背景技术：
微电子机械系统(MEMS)，是20世纪80年代后期国际上兴起的一项高新技术，在航空航天、电子产品、生物、医疗、汽车工业等多个领域有广泛的应用。在MEMS实验过程中，有许多重要的工艺都需要电镀金属，使之与电路集成，从而具备信息获取和处理能力。
目前，市场上尚未出现在MEMS实验室应用的微电镀设备装置，电镀工艺几乎都在临时搭建起来的装置上完成。这些临时设备很不完善，存在着如下问题1、阴极电镀试片和阳极材料无法固定，不能保证阴阳两极平行，使两极表面产生电流密度差，出现电镀不均的现象，严重影响表面光洁度要求。目前大多数的实验室采取阴极电镀试片和阳极材料贴着烧杯放置，电镀效果并不理想。
2、无法实现电镀溶液搅拌。在电镀过程中，电镀试片表面会产生微小气泡，严重影响镀件的表面质量。现在，一般采取每隔一段时间手动晃动阴极，对电镀液进行搅拌的方法来消去表面的氢气，这样需要有专人来控制整个电镀过程，在增大了实验人员的工作量的同时，电镀质量没有得到明显改善。如果有些特殊镀件需要连续电镀十几个小时甚至更长时间，实验人员劳动强度大大增加。
3、无法实现温度控制，不能保证电镀层的质量及内应力要求。目前普遍做法是放在恒温箱里进行，操作十分不便，而且电镀液的实际温度难以控制。
4、一次只能电镀一件试片，由于沉积速度的限制，每次需要数小时甚至十几小时，严重影响工艺周期。
发明内容
本实用新型的目的在于克服微电镀过程中出现的问题，设计了一种可实现多件电镀试片同时进行电镀，电镀试片可以固定于一个卡盘上，阳极材料可以置于一个中心开槽的独立的阳极支撑块上，并且可以根据需要调整与卡盘的间距。工作过程中，电镀溶液可以自动搅拌，并且实时采集电镀溶液的温度，判断是否在设定的温度下工作，还能通过显示管将温度和电机转速实时显示。
本实用新型的技术方案如图1～图6所示，除机械结构还可以包括一个电路控制部分。
机械结构部分主要包括卡片1、卡盘2、密封系统3、电刷4、电机5、传动轴6、套杯7、阳极支撑块8、电镀池9。其中，套杯7与电镀池9的侧壁固定连接，一端伸入电镀池9的内部，传动轴6贯穿于套杯7内部，传动轴6伸出套杯7并伸入电镀池9的一端与卡盘2垂直连接，另一端由设置在套杯外部的电机5驱动其旋转。多组用来固定阴极电镀试片的卡片1安装在绝缘卡盘2上，卡盘2上背向阴极电镀试片的一面沿径向开有多条用来固定导线的沟槽11，参见图4，各沟槽将固定卡片1的卡片定位孔和卡盘中心连通，定位孔上设置有螺栓来固定，并通过沟槽将导线连接到传动轴6，然后通过电刷4与电源阴极导通，此时将电镀试片固定于卡片1上即可与电源阴极相导通，然后将沟槽用绝缘材料密封，防止导线被电镀。最后传动轴6的末端与电机5连接，在电机带动下此传动轴旋转，阴极电镀试片可实现预定转速自动旋转，搅拌电镀溶液，以除去试片表面的微小气泡。本实用新型在套杯7与电镀池9之间采用密封系统3，密封系统3在内轴承盖与传动轴配合处，用液压气动密封圈3a保护，在套杯7和轴承配合处的前端，再先后用骨架油封3b和隔圈3c保护，防止腐蚀电镀溶液渗透到传动系统内部。另外，阳极支撑块8放置在电镀池9的底面，通过该独立的阳极支撑块8将阳极材料固定与其上，并可以根据实验需要将阳极支撑块8沿传动轴6轴向移动，以调整与卡盘的间距。本实用新型的卡盘2、套杯7都是采用绝缘材料，裸露在电镀池9内的传动轴6上也镀有绝缘保护材料，以避免被电镀。
本实用新型的电路控制部分主要包括CPU处理器、温度采集电路、加热管控制电路、电机驱动电路以及显示和键盘输入部分。CPU用于接收键盘输入部分送出的控制信号，CPU产生控制信号控制其它各电路；当电源开启，通过键盘设定工作状态所需的参数，CPU处理器驱动电机和加热管开始工作，温度采集电路将传感器采集的数据传到CPU处理器，经CPU处理器处理通过显示部分实时显示。单片机作为CPU处理器，其通过按键和与门组成键盘输入部分，分别实现设定电机转速、电镀溶液温度、开启或停止搅拌控制。温度采集部分主要使用温度传感器，直接通过程序控制该传感器进行测温。加热控制电路主要使用继电器来控制加热管。电机驱动电路与电机5相连，采用电机驱动芯片，控制部分可以直接通过CPU输出口来控制，可以实现电机的开启、停止、正反转、停止转动等动作，其中速度控制是通过CPU生成占空比可变的控制信号来实现的。显示部分主要有驱动电路、上拉电阻、数码管组成。
本装置可实现阴极电镀试片和阳极材料固定，保证阳极材料和电镀试片平行，并且可以根据实际需要调整两者间的距离。通过自动简单电路驱动并控制电镀溶液温度和电机旋转以搅拌电镀溶液，温度和电机转速可实时显示，非常直观，操作也简易方便。此外，每次电镀多件电镀试片，有效提高工作效率，缩短在MEMS实验过程的工艺周期。
图1本实用新型的微电镀装置机械部分主视剖面图；图2本实用新型的微电镀装置机械结构俯视图；图3本实用新型的密封装置3放大示意图；
图4本实用新型的微电镀装置中卡盘2的左视图；图5本实用新型的电路控制示意框图；图6本实用新型的主要电路原理图；其中，1、卡片，2、卡盘，3、密封系统，3a、液压气动密封圈，3b、骨架油封，3c、隔圈，4、电刷，5、电机，6、传动轴，7、套杯，8、阳极支撑块，9、电镀池，10、螺钉，11、沟槽。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
本实施例主要由机械结构和电路控制两部分组成，机械部分主要包括卡片1、卡盘2、密封系统3、电刷4、电机5、传动轴6、套杯7、阳极支撑块8、电镀池9。卡盘2和套杯7均采用有机玻璃制作，通过螺栓与螺母紧定，将四片卡片1安装于绝缘卡盘2上，此时可同时将电镀试片固定于卡盘2上。每个定位孔与绝缘卡盘1中心由一条沟道相连通，将与螺栓相连接的导线埋于此沟道中，然后将与四片卡片1相连的导线与螺钉10相互连通，最后通过传动轴6和电刷4与电源阴极导通。阳极材料置于独立的阳极支撑块8上，然后根据实验需要可沿轴向移动，以调整与卡盘间距。在电机5驱动下带动此传动轴旋转，阴极电镀试片可实现预定转速自动旋转，搅拌电镀溶液。
电路控制部分参见图5、图6，包括电路控制部分主要包括CPU处理器、温度采集电路、加热管控制电路、电机驱动电路以及显示和键盘输入部分。CPU处理器选择型号为AT89C51的普通系列单片机，处理器P1口四个引脚与键盘相连，并通过与门74LS11与处理器的外部中断0连接。其中处理器P0口作为数码管显示的段输出，通过7407和上拉电阻与数码管段引脚相连，并且处理器P2口有三个引脚通过7406接到数码管的三个位引脚上。再选处理器P1口一个引脚连接到一线传感器DS18b20的第2引脚，可以实现对温度采集。然后选处理器P1口一个引脚连接到固体继电器控制端中一个引脚，固体继电器另一引脚接+5V电源，同时在该管脚上连接一个发光二极管，可判断是否正在加热。处理器P2口有两个引脚连接到电机驱动芯片TA7267的第1、2引脚对电机进行控制，同时，在处理器P2口选择一个引脚连接发光二极管，可判断是否正在对电机进行控制。
本实用新型在实际操作过程中，需要先设定电镀溶液温度、电机转速，再把电镀试片和阳极材料固定后，导通电路控制电源，按开始按键，电机自动按设定转速带动卡盘和电镀试片转动，以达到搅拌电镀溶液的目的。同时，温度传感器每2秒采集一次电镀液温度，并在数码管上实时显示。若当前温度低于设定的电镀液温度，则开启加热管对电镀液进行加热，当电镀液温度达到设定值时关掉加热管。电镀液充满电镀池，每次电镀完成时，将电镀溶液通过电镀池下方预留的排液口放掉，取出卡盘，拿出阴极试片即可。电镀装置在MEMS实验室应用，以这种方式可以实现多片电镀试片同时进行电镀，有效提高工作效率和电镀质量，减少了实验员的工作量，而且操作简易方便，实用性强。
权利要求1.一种微电镀装置，包括电镀池(9)，其特征在于还包括套杯(7)、卡片(1)、卡盘(2)、传动轴(6)、密封系统(3)、电刷(4)、电机(5)及阳极支撑块(8)；其中，套杯(7)与电镀池(9)的侧壁固定连接，一端伸入电镀池(9)的内部，传动轴(6)贯穿于套杯(7)内部，传动轴(6)伸出套杯(7)并伸入电镀池(9)的一端与卡盘(2)垂直连接，另一端由设置在套杯外部的电机(5)驱动其旋转，卡盘(2)上设置有多组用来固定阴极电镀试片的卡片(1)，通过连接在卡片(1)上的导线、与导线连接的传动轴(6)、与传动轴(6)接触的并与电源连接的电刷(4)，将阴极电镀试片和电源阴极导通，用来支撑阳极材料的阳极支撑块(8)放置在电镀池(9)的底面，支撑阳极材料与阴极电镀试片平行放置；套杯(7)与电镀池(9)之间采用密封系统(3)来防止电镀溶液进入传动系统内部。
2.根据权利要求1所述的一种微电镀装置，其特征在于所述的密封系统(3)由液压气动密封圈(3a)、骨架油封(3b)、隔圈(3c)组成；其中，液压气动密封圈(3a)设置在传动轴(6)与内轴承盖(12)配合处，骨架油封(3b)和隔圈(3c)依次设置在套杯(7)和轴承配合处的前端。
3.根据权利要求1所述的一种微电镀装置，其特征在于卡盘(2)上沿周向设置多组卡片定位孔，卡盘(2)上背向阴极电镀试片的一面沿径向开有多条用来固定导线的沟槽(11)，各沟槽将固定卡片(1)的卡片定位孔和卡盘中心连通，通过各导线实现卡片定位孔上固定卡片(2)的螺栓与传动轴(6)相连。
4.根据权利要求1所述的一种微电镀装置，其特征在于传动轴(6)与卡盘(2)连接处设置有用来将各导线与传动轴固定连接的螺钉(10)。
5.根据权利要求1所述的一种微电镀装置，其特征在于还设置有电路控制部分，包括CPU处理器、温度采集电路、加热管控制电路、电机驱动电路以及显示和键盘输入部分；CPU用于接收键盘输入部分送出的电机转速、电镀溶液温度、电机开启或停止控制的信号，并产生控制信号控制其它各电路；电机驱动电路与电机(5)相连，采用电机驱动芯片，实现电机的开启、停止、转向和转速的控制；加热控制部分主要使用继电器控制加热管实现控制电镀溶液的温度；温度采集电路中的温度传感器与电镀溶液相连，将采集的温度数据传到CPU处理器，经CPU处理器处理通过显示部分实时显示；显示部分主要由驱动电路、上拉电阻、数码管组成。
专利摘要一种微电镀装置，主要应用于MEMS器件和其他微小试片的电镀，由机械和电路控制部分组成。机械部分主要包括卡片(1)、卡盘(2)、密封系统(3)、电刷(4)、电机(5)、传动轴(6)、套杯(7)、阳极支撑块(8)、电镀池(9)；卡片可在卡盘上同时固定多件电镀试片，阳极材料可在阳极支撑块上固定；与电机转轴相连的传动轴带动卡盘以预定转速旋转，搅拌电镀溶液。密封系统保证了传动系统的密封性；电路控制部分主要包括CPU、温度采集电路、加热管控制电路、电机驱动电路以及显示和键盘输入部分。本实用新型可实现多件电镀试片同时电镀；自动搅拌电镀溶液以削弱电镀试片表面析氢对镀层影响；并且阳极材料与卡盘的间距调整灵活。
文档编号C25D19/00GK2866524SQ20052013261
公开日2007年2月7日 申请日期2005年11月11日 优先权日2005年11月11日
发明者周煜, 李德胜, 杨宇, 李翔, 闫通, 杨建坤 申请人:北京工业大学