[发明专利]一种采用无掩模定域性电沉积方法制备微柱状结构的工艺

说明书

一种采用无掩模定域性电沉积方法制备微柱状结构的工艺，属于增材制造领域。本发明解决技术问题首先配置电镀液和制备阴阳极，然后设置沉积工艺参数，最后对沉积物进行检测。本发明中无掩膜定域性电沉积工艺方法无需昂贵设备，工艺过程简单，生产成本低，生产效率高，适用于多种导电金属及合金，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种采用无掩模定域性电沉积方法制备微柱状结构的工艺。

背景技术

集微传感器/执行器及其电控系统和辅助器件于一体且兼具自响应、自处理和自感知等功能的微机械(电子)系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)自20世纪80年代中后期诞生后在航空航天、生物医疗、精密仪器、机器人以及军事等领域发挥着重要作用。对于开发和改善MEMS产品的加工方式，以期满足日趋复杂的产品结构，提高产品功能，一直是国内外各研究机构与学者关注的焦点。

目前，MEMS产品的加工方法主要为精密/超精密机械加工、硅微细加工、高能束刻蚀、激光微加工和微细特种加工等，其中微细特种加工领域的电化学沉积技术以原子量级堆积实现金属三维微结构制备，具有区别于其它加工方法无法比拟的优势(适用材料广、无表面应力、无裂纹缺陷等)成为制备多种不同结构及尺寸金属三维微结构的重要增材制造加工方法。实现金属三维微结构成型的电化学沉积增材制造方法分为有掩膜定域性电化学沉积和无掩膜定域性电化学沉积，相对于有掩膜定域性电化学沉积方法，无掩膜定域性电化学沉积无需掩膜制作，工艺过程简单，无需昂贵设备，成本较低，但存在一些尚未解决的难题。如LECD技术点(阳极面积极小)-面(阴极基板面积较大)型开放式阴阳极配置方式导致电流分布不均，沉积定域性差，且沉浸式(阴阳极均浸入电解液中)沉积易产生微区域反应耗尽区及反应时产生气泡影响沉积物质量；月牙型电解液约束技术沉积时阳极移动速率需时刻匹配沉积速率，对电极间隙要求严苛，且沉积速率慢；喷射电沉积技术及电化学打印技术在制备薄层微图案方面有一定优势，但在形成高深宽比三维复杂结构方面尚未见有突破性进展的报道；扫描探针显微镜技术虽然沉积精度高，但设备昂贵，不适于工业生产。

因此，有必要研究一种新的无掩膜定域性电沉积三维金属微结构加工工艺方法来解决或减轻现有工艺存在的问题。

发明内容

为解决现有电沉积三维微结构成型技术存在的不足，本发明提供一种微柱状结构的制备工艺，该工艺过程简单，生产成本低，生产效率高，适用于多种导电金属及合金，具有良好的工业应用前景。

本发明解决技术问题采用的工艺步骤如下，该工艺以沉积微镍柱为例，具体步骤如下：

A、电镀液配置

以沉积微镍柱为例，采用瓦特型镀液，各组分及质量浓度如下：

将氨基磺酸镍、氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠和吡啶嗡羟丙磺基内盐先后放置于同一烧杯中，加入去离子水至1L，放入45～50℃水浴加热的超声清洗槽中进行搅拌1h，搅拌速率为300rpm，加入HCL调整镀液PH为3.8～4.25。

B、阴阳极制备

无掩膜定域性电沉积时采用特制的微阳极结构，微型阳极采用直径500μm的铂丝外加导流管组成，铂丝尖端打磨成圆角半径为7μm的锥状结构，铂丝与导流管内壁形成10μm左右的同心环形缝隙保证镀液通过；阴极采用30mm*10mm*2mm的铜片，将铜片用800#、1500#和2000#的砂纸先后打磨后进行抛光和除油处理，降低铜片表面粗糙度并去除铜片表面油污。

C、沉积工艺参数设置