专利名称：调节微电铸电流密度提高铸层界面结合强度的方法
技术领域：
本发明属于微制造技术领域，特别涉及到提高微电铸铸层界面结合强度的方法。
背景技术：
微电铸工艺是在传统电铸工艺基础上发展起来的，具有微小结构成型、复杂结构成型、精度高和批量生产等突出优点。作为一种精密加工技术，微电铸工艺主要用于制作各种精密、异型、复杂、微细等难以用传统方法获得的或加工成本很高的结构。然而，在用微电铸工艺制作多层金属微器件的过程中，存在铸层间界面结合强度低等缺陷，这使得微电铸所得器件的寿命大大缩短，严重制约着其应用与发展。为了提高铸层的界面结合强度，通常采用基底处理和铸件铸后热处理等方法杂志Corrosion Science And ProtectionTechnology 2004年第4期第207 210页中通过铸件基底表面铸前处理的方法，即进行了适当表面粗糙度处理以及除油、除锈、酸洗活化等措施改善了基底与镀层之间的结合力。但这种方法增加了工艺步骤、延长了加工时间，提高了工艺生产的成本。杂志MaterialsReview 2006年第2期第79 81页中采用铸件铸后热处理的方法改善了铸层与基底界面的结合强度。其原理是热处理的方法能够加速金属原子的扩散，在界面处易形成固溶体或形成金属间的化合物，从而使铸层与基底界面的结合强度提高。但该方法只能在电铸结束后进行，不能解决电铸过程当中因结合强度低而出现的铸层从基底脱落的问题。目前，在微电铸器件制造领域，建立一种简单、有效的提高微电铸铸层界面结合强度的方法具有重要的实用意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服基底铸前处理和铸件铸后热处理等现有方法的不足和应用的局限性，提出一种通过改变微电铸电流密度，以提高铸层界面结合强度的新方法即通过在微电铸过程中，先后采用不同的电流密度，以改变铸层与基底界面间的结合能。该方法能够显著地提高微器件和微模具制造的成品率并延长其使用寿命。本发明的技术方案是通过控制微电铸过程中的电流密度及其电铸时间，获得提高铸层界面结合强度的方法。其特征是在微电铸过程中，先施加小电流密度预铸一定时间，再采用常规电流密度进行微电铸来提高铸层界面结合强度。区别于传统的微电铸工艺流程“基底预处理——微电铸型模制作——常规电流密度电铸”，该方法采用“基底预处理——微电铸型模制作——小电流密度预铸——常规电流密度电铸”。制作微电铸铸层的步骤如下a.基底研磨、抛光和清洗对金属铜或镍基底进行研磨抛光，使表面粗糙度Ra小于0. 04 y m ;用丙酮擦洗基底并将其置于丙酮中超声清洗20 25min，再置于乙醇中超声清洗20 25min，再经去离子水冲洗和氮气吹干，然后烘干。b.制作微电铸胶模型
将烘干后的基底冷却至室温，在其表面旋转涂覆SU-8光刻胶；然后将其置于85°C的烘箱中前烘35 40min，并冷却至室温；胶膜曝光时间为2 4min，曝光剂量为350 400mJ/cm2 ;85°C后烘I 2min后冷却至室温,显影3 5min后得到微电铸胶模型。c.微电铸
将微电铸胶模型置于电铸液中进行微电铸，电铸液中各组成成分的质量比为氨基磺酸镍氯化镍硼酸=60 I 10 ;微电铸液PH值为3. 8 4. 0 ;微电铸水浴温度为50°C 55°C。先用0. 2 0. Wdm2的电流密度预铸40 50min，再用I. 0 I. 5A/dm2的电流密度进行电铸12min。当电铸完成后，将微电铸铸件取出用去尚子水冲洗干净，再用氮气吹干，用SU-8胶去胶液去除样片上的胶层，获得了微电铸铸层。本发明的效果和益处是克服了铸前基底处理和铸件铸后热处理等提高铸层界面结合强度方法的不足和应用的局限性，通过在微电铸过程中施加常规电流密度电铸之前，先采用小电流密度预铸一定时间，使铸层界面结合强度获得了很大提高，具有简单、高效、经济的特点，能够提高微器件和微模具制造的成品率并延长其使用寿命。
图I是微电铸工艺流程图。图2是微电铸模型示意图。图中1_铜基底；2-镍铸层。图3是微电铸工艺流程示意图。图中-IxWJ铜基底SU-8光刻胶0. 4A/dm2 镍铸层I. OA/dm2 镍铸层
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。实例如附图2，在尺寸为30mmX50mmX3mm的铜基底I上微电铸18mmX36mmX10iim的镍铸层2，在微电铸过程中，电流密度先选用0. 4A/dm2，再调为I. OA/dm2。制作微电铸铸层的工艺过程如附图3，具体步骤如下I、基底研磨、抛光和清洗对铜基底进行研磨抛光，使表面粗糙度Ra小于0. 04 y m ;用丙酮擦洗基底然后将其先后置于丙酮和乙醇中各超声清洗20分钟，再经去离子水冲洗，用氮气吹干，然后置于120°C的烘箱内烘2h。2、制作微电铸胶模型采用掩膜曝光技术制作矩形胶膜型腔作为微电铸填充的自由空间。首先在铜基底表面旋转涂覆SU-8光刻胶，用台式匀胶机对其进行匀胶，转速为4000r/min，得到的胶膜厚度约为10 y m ;然后将其置于85°C的烘箱中前烘30min，并冷却至室温；最后对胶膜曝光2min,曝光剂量为400mJ/cm2 ;85°C后烘Imin后冷却至室温,显影3min后得到微电铸胶模型。3、微电铸
微电铸是在通风的条件下进行的，阴极的往复移动对电铸液起搅拌作用。电铸液的主要成分包括360 380g/L的氨基磺酸镍，5 10g/L的氯化镍和50 60g/L的硼酸。微电铸液PH值为3. 8 4. 0 ;微电铸水浴温度为50°C 55°C。设置起始电流密度为0. 4A/dm2,在铜基底上预铸40min，获得镍薄膜；然后将电流密度从0. 4A/dm2调为1. OA/dm2，再继续电铸12min获得镍铸层。当电铸完成后，将其取出用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。用SU-8胶去胶液去除铸件上的胶层，便获得了微电铸铸层。采用本发明提出的通过先施加小电流密度预铸一定时间，再采用常规电流密度进行微电铸的方法，与直接采用常规电流密度进行微电铸相比，铸层界面结合强度提高了80. 8%。本方法在一定的微电铸电流密度条件下能够提高微器件和微模具制造的成品率并延长其使用寿命，具有简单、高效、经济的特点。
权利要求
1.一种调节微电铸电流密度提高铸层界面结合强度的方法，在微电铸过程中，先施加小电流密度预铸一定时间，再采用常规电流密度进行微电铸以提高铸层界面结合强度；制作微电铸铸层的具体步骤如下 a.基底研磨、抛光和清洗 对金属铜或镍基底进行研磨抛光，使表面粗糙度Ra小于0. 04 y m ;用丙酮擦洗基底并将其置于丙酮中超声清洗20 25min，再置于乙醇中超声清洗20 25min，经去离子水冲洗和氮气吹干后烘干； b.制作微电铸胶模型 将烘干后的基底冷却至室温，在其表面旋转涂覆SU-8光刻胶；然后将其置于85°C的烘箱中前烘35 40min，并冷却至室温；胶膜曝光时间为2 4min，曝光剂量为350 4 00mJ/cm2 ;85°C后烘I 2min后冷却至室温,显影3 5min后得到微电铸胶模型； c.微电铸 将微电铸胶模型置于电铸液中进行微电铸，电铸液中各组成成份的质量比为氨基磺酸镍氯化镍硼酸=60 I 10 ;微电铸液PH值为3. 8 4. 0 ;微电铸水浴温度为50°C 550C。先用0. 2 0. Wdm2的电流密度预铸40 50min，再用I. 0 I. 5A/dm2电流密度电铸12min。当电铸完成后，将微电铸铸件取出用去尚子水冲洗干净，再用氮气吹干，用SU-8胶去胶液去除样片上的胶层，获得了微电铸铸层。
全文摘要
本发明公开了一种调节微电铸电流密度提高铸层界面结合强度的方法，属于微制造技术领域，特别涉及到提高微电铸铸层界面结合强度的方法。其特征是，在微电铸过程中，在采用常规电流密度电铸前先施加小电流密度预铸一定时间，采用基底预处理、微电铸型模制作、小电流密度预铸、常规电流密度电铸等步骤，区别于传统的微电铸工艺流程。本发明的效果和益处是克服了基底处理和热处理等提高铸层界面结合强度方法的不足和应用的局限性，通过改变微电铸过程中的电流密度使铸层界面结合强度提高了80.8％，具有简单、高效、经济的特点，能够提高微器件和微模具制造的成品率并延长其使用寿命。
文档编号C25D1/00GK102618893SQ20121011935
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者刘军山, 刘冲, 张晓蕾, 徐征, 李永辉, 杜立群 申请人:大连理工大学