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微细电铸Over-plating成型过程的数值模拟与实验研究

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现代制造工程 2012年第8期 21-25页

作者：翟中平王翔孙浩中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥230026

微细电铸的Over-plating过程对电铸成型金属器件的质量有直接影响。通过有限元方法对微细电铸过程的电场进行建模分析,利用迭代边界法对Over-plating动态过程的阴极电流密度分布进行数值模拟;通过对直径300μm、深100μm微孔结构的电... 详细信息

微细电铸的Over-plating过程对电铸成型金属器件的质量有直接影响。通过有限元方法对微细电铸过程的电场进行建模分析,利用迭代边界法对Over-plating动态过程的阴极电流密度分布进行数值模拟;通过对直径300μm、深100μm微孔结构的电铸实验,得到了不同时间下Over-plating过程的电铸层形貌;实验结果与数值模拟有着很好的一致性,表明基于有限元的迭代边界分析方法是合理的,也为后续对微细电铸Over-plating成型过程的定量分析提供了参考。

关键词：微细电铸 Over-plating成型过程电流密度分布有限元法数值模拟

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屏蔽阳极模板随动式微细电铸的定域性研究

南京航空航天大学学报 2014年第5期46卷 786-792页

作者：曾永彬胡洋洋曲宁松南京航空航天大学机电学院南京210016 中国电子科技集团公司第二十八研究所南京210007

屏蔽阳极模板随动式微细电铸技术是一种新颖的金属微结构加工方法,具有工艺简单、成本低以及高深宽比微结构加工能力的优点。电沉积定域性是影响其复制精度和分辨率的核心因素。对电沉积定域性进行了理论分析和实验研究,结果表明:极间... 详细信息

屏蔽阳极模板随动式微细电铸技术是一种新颖的金属微结构加工方法,具有工艺简单、成本低以及高深宽比微结构加工能力的优点。电沉积定域性是影响其复制精度和分辨率的核心因素。对电沉积定域性进行了理论分析和实验研究,结果表明:极间距对定域性的影响较大,杂散沉积宽度随着极间距线性增大;而在极间距一定时,极间电压(即电沉积电流密度)、屏蔽胶膜厚度及微槽特征宽度不影响电沉积的定域性。

关键词：微细电铸定域性微结构

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微细电铸过程磁致对流效应数值分析

微细电铸过程磁致对流效应数值分析

作者：李伟河南理工大学

学位级别：硕士

金属微细尺度（Meso/Micro）结构与零件（如微齿轮、微轴、微栅电极等）是微机械（MEMS）、电子产品、精密仪器仪表等高新技术产品的重要组成部分。微细电铸是制造上述产品的主要实现技术之一,但微细电铸过程常常存在严重的传质受限现象... 详细信息

金属微细尺度（Meso/Micro）结构与零件（如微齿轮、微轴、微栅电极等）是微机械（MEMS）、电子产品、精密仪器仪表等高新技术产品的重要组成部分。微细电铸是制造上述产品的主要实现技术之一,但微细电铸过程常常存在严重的传质受限现象,从而引发多种沉积缺陷。破解传质受限是微细电铸技术亟待解决的棘手难题之一。磁场力驱动对流效应在物质传输方面具有高效、非接触、易控、不受空间尺度限制等优点,利用磁流体力学（MHD）效应解决微细电铸尤其是高深宽比微结构（HARMS）电沉积过程中的传质受限问题是一个开创性的思路。本研究来源国家自然科学基金项目“基于磁场力驱动对流效应的微细电铸技术”（NO.50805077）,并得到河南理工大学研究生学位论文创新基金资助。针对高深宽比微盲孔电铸过程中的传质效应进行数值分析,专题研究了外加磁场条件下微盲孔内流场状态,以及微空间内磁致对流效应的产生、发展与演变规律。并研制出实验装置,通过实验验证和修正数值仿真结果。具体的研究内容与结果: （1）理论探讨了微细电铸过程液相传质受限的机理。（2）建立了高深径比微盲孔电沉积的数学模型,推导了描述液相传质过程的数学表达式,基于流体力学计算软件FLUENT数值分析了常规致动下微细电铸液相传质受限机制。分析表明对于深径比大于3直径小于2mm的微孔常规搅拌作用很难深入到微孔底部;随着孔径的变小,深径比的增大,搅拌作用越来越弱。（3）构建磁场条件下计算微孔内溶液对流运动的数学方程式,数值分析了对于不同孔结构特征（孔径、深径比）的微孔,磁场强度、电流密度、电导率因素对微孔内流场状态的影响。仿真结果表明外加磁场条件下,微孔内溶液产生一个以上的涡流;微孔内溶液的运动速度与电流密度的大小成正比;随磁场强度的增大而呈指数增加;当电导率大于6S/m时,微孔内溶液运动速度才随电导率的增大迅速增大。（4）开发出基于影像显微镜观测平台的,单分散聚苯乙烯微球示踪,M2D-IMG软件显示和测量的微流体演示技术;研制出宏微一体的,用于观察磁场条件下电沉积过程中微孔内流场状态的实验装置。实验结果验证和修正了数值仿真的结论:电铸液在电流和磁场作用下,微孔内外产生多个涡流;微孔内流场状态受磁场强度、电流密度、孔径、深径比等因素的影响。该实验装置的研制受国际最新研究磁流体力学效应实验装置的启发（见绪论1.3.2和第五章）。

关键词：微细电铸磁流体力学效应传质受限数值仿真

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高深宽比微细结构电铸时传质过程数值分析

机械工程学报 2008年第8期44卷 195-201页

作者：明平美朱荻胡洋洋曾永彬河南理工大学机械与动力工程学院焦作454000 南京航空航天大学机电工程学院南京210016

针对高深宽比微细结构电铸时存在严重传质受限的问题,以微深槽特征为分析对象建立液相传质两种数学模型——维扩散模型和二维对流—扩散模型,并分别用Matlab专用工具箱和Fluent 6.2流体仿真软件进行数值求解,依次分析以扩散、强制对流-... 详细信息

针对高深宽比微细结构电铸时存在严重传质受限的问题,以微深槽特征为分析对象建立液相传质两种数学模型——维扩散模型和二维对流—扩散模型,并分别用Matlab专用工具箱和Fluent 6.2流体仿真软件进行数值求解,依次分析以扩散、强制对流-扩散、复合对流(强制对流和自然对流)-扩散等为主导传质模式作用下微细电铸时,流场和离子浓度场的空间变化规律及其对液相传质效果的影响,并进行试验验证。结果表明:微细结构电铸时,单一扩散作用仅能用于深宽比小于2且电流密度小于2A/dm^2的液相传质场合;槽外强制对流只能对深宽比小于2的微槽内电解液产生一定搅拌作用;强化槽内自然对流作用并与槽外强制对流协同配合时,槽(深宽比为5)内可形成独特的单个或多个占据整个槽空间的涡流循环胞,涡流流速约为强制对流流速的1/20～1/2,明显改善传质效果,试验结果与此相印证。

关键词：微细电铸对流-扩散传质高深宽比微细结构

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辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术

兵工学报 2008年第6期29卷 746-751页

作者：明平美朱荻胡洋洋曾永彬河南理工大学机械与动力工程学院南京航空航天大学机电学院

具有超深或高深宽(径)比(HAR)微结构特征的高质量电铸,是制造金属微机械器件和半导体通孔金属化的技术关键之一。开发了一种新的电铸技术:辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术,并介绍了该技术的基础理论,分析了其作用机理,研制了实施... 详细信息

具有超深或高深宽(径)比(HAR)微结构特征的高质量电铸,是制造金属微机械器件和半导体通孔金属化的技术关键之一。开发了一种新的电铸技术:辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术,并介绍了该技术的基础理论,分析了其作用机理,研制了实施该技术的专用装置,进行了微细电铸试验。分析了微细电铸镍元部件的形貌特征及其影响因素。研究结果表明,与常规电铸工艺相比,采用辅助交变低气压微细电铸工艺,能显著减少电铸件的气孔缺陷,增强电充填深铸能力,改善形貌质量。

关键词：机械制造工艺与设备微细电铸交变低气压温度梯度高深宽比

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高性能微细电铸的实验研究

材料工程 2008年第10期36卷 25-28页

作者：雷卫宁朱荻李冬林刘浏李仁兴江苏技术师范学院机械工程学院江苏常州213001 南京航空航天大学机电学院南京210016

将纳米稀土La2O3作为添加剂,研究其在微细电铸镍工艺过程中的影响。采用SEM等现代分析手段对微细铸层微观结构和性能进行了测试。结果表明:纳米La2O3能够在阴极沉积表面发生特性吸附,具有增大阴极极化,细化微细电铸层晶粒,获得的微细铸... 详细信息

将纳米稀土La2O3作为添加剂,研究其在微细电铸镍工艺过程中的影响。采用SEM等现代分析手段对微细铸层微观结构和性能进行了测试。结果表明:纳米La2O3能够在阴极沉积表面发生特性吸附,具有增大阴极极化,细化微细电铸层晶粒,获得的微细铸层的显微硬度和耐磨性等力学性能比普通电铸层有大幅度的提高。

关键词：微细电铸纳米La2O3 极化曲线性能

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超声微细电铸试验研究

中国机械工程 2008年第6期19卷 644-647页

作者：明平美朱荻胡洋洋曾永彬河南理工大学焦作454000 南京航空航天大学南京210016

试验研究和分析了电解液施加超声搅拌作用时不同声强对试样形貌质量的影响，优选了工艺参数，在此基础上，进行了超声微结构电铸试验，并制备出多种金属微器件。试验结果表明：超声搅拌声强为12～14W／cm^2时，电铸出的镍微器件积瘤、... 详细信息

试验研究和分析了电解液施加超声搅拌作用时不同声强对试样形貌质量的影响，优选了工艺参数，在此基础上，进行了超声微结构电铸试验，并制备出多种金属微器件。试验结果表明：超声搅拌声强为12～14W／cm^2时，电铸出的镍微器件积瘤、针孔等缺陷少，塌角、圆边现象明显减少，表面平整。微细电铸时，电解液施加适量大小声强的超声搅拌，能显著改善微细电铸器件形貌质量，提高金属充填能力。

关键词：超声搅拌微细电铸微器件微观形貌

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面向微机电系统的微细电铸制造技术

电镀与环保 2013年第2期33卷 4-6页

作者：葛鲁波邹锋浙江工商职业技术学院浙江宁波315012

鉴于微机电系统(MEMS)承载的特殊功能,其制造技术成为当前研究的热点。微细电铸以其固有的诸多技术优势,成为制造复杂结构MEMS零部件的主流技术。概述了超声微细电铸技术、超临界微细电铸技术、屏蔽模板随动式微细电铸技术、辅助交变低... 详细信息

鉴于微机电系统(MEMS)承载的特殊功能,其制造技术成为当前研究的热点。微细电铸以其固有的诸多技术优势,成为制造复杂结构MEMS零部件的主流技术。概述了超声微细电铸技术、超临界微细电铸技术、屏蔽模板随动式微细电铸技术、辅助交变低气压-温度梯度微细电铸技术和高压微细电铸技术五项面向微机电系统的新型微细电铸制造工艺及其研究进展,并指出了今后的研究重点。

关键词：微机电系统微细电铸微结构高深宽比

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微细电铸法制造高开孔率精细网片

电加工与模具 2011年第4期 43-45,47页

作者：明平美李英杰王艳丽王书卿姜无疾河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 中山职业技术学院广东中山528404

依托微细电铸技术为主要工艺平台,以制造90%左右开孔率的高质量精细网片为目标,重点探讨了芯模制备中电沉积等关键工艺环节的技术要点和难点,并对其操作条件和主要工艺参数进行优选和优化。研究结果表明,基于微细电铸法能制造出缺陷极... 详细信息

依托微细电铸技术为主要工艺平台,以制造90%左右开孔率的高质量精细网片为目标,重点探讨了芯模制备中电沉积等关键工艺环节的技术要点和难点,并对其操作条件和主要工艺参数进行优选和优化。研究结果表明,基于微细电铸法能制造出缺陷极少、形貌质量好、孔廓形精度高的超高开孔率精细金属网片。

关键词：微细电铸高开孔率精细网片过滤筛分