基于掩膜刻蚀的微小结构阵列加工方法研究

发布时间：2017-09-27 03:27

  本文关键词：基于掩膜刻蚀的微小结构阵列加工方法研究

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【摘要】：鲨鱼、荷叶等动植物体表经自然进化所形成的非光滑表面具有良好的减摩减阻性能,以此为原型的微沟槽阵列除了具有优越的减阻性能外,在反应堆、冷却器等热交换器件及生物医学等领域都具有良好的应用前景。由于掩膜微细化学加工技术及掩膜电解加工技术具有加工材料不受力学性能限制、加工效率较高等优点,在微沟槽阵列加工方面具有较大优势。选用BN308-300CP紫外负性光刻胶,研究其制备参数以获得图案精度高、与基片紧密结合的绝缘图案层。采用掩膜化学加工技术进行铝表面微沟槽阵列加工试验,研究反应温度、加工时间对微沟槽成型的影响规律。较优试验参数如下：反应温度T=30℃,加工时间t=30 min、图案宽度L0=130 μm。以此参数在1.5mol/LFeCl3溶液中加工得到平均宽度L=276.8μm、平均深度h=168.7μm、表面粗糙度为Ra1.82μm的微沟槽阵列。为提高微沟槽阵列的规整度,进行掩膜微细电解加工试验。利用有限元分析加工间隙、光刻胶膜厚度对加工表面电场强度分布的影响,并解释加工初期微沟槽底部的微凸起现象。设计侧流式夹具,搭建电解加工试验装置,进行铝基片表面微沟槽阵列加工试验,分析电流密度、加工时间对微沟槽成型的影响规律并进行参数优化。以加工时间t=60 s、电流密度/=8A/cm2、图案宽度L0=130μm、15wt%NaNO3电解液为优化参数加工得到的微沟槽阵列平均尺寸如下：宽度L=272.3μm深度h=104 μm,表面粗糙度为Ra1.62μm采用掩膜微细电解加工技术进行304不锈钢表面微沟槽阵列加工试验,研究电解液组成发现15 wt%NaNO3+0.1 mol/L H2SO4的混合电解液能解决304不锈钢在钝性电解液中电解加工出现的钝化问题。从提高电解加工的集中刻蚀能力出发,研究电流密度、加工时间对微沟槽成型的影响规律。试验得出电流密度i=8 A/cm2、加工时间t=60 s时加工得到的微沟槽结构较优,平均尺寸如下：宽度L=223.6 μm,深度h=72.66μm,底面粗糙度为Ra0.16 μm,计算得其集中刻蚀能力参数EF=1.97。相较于直流电源,脉冲电源具有更高的集中刻蚀能力,因此采用脉冲电源进行掩膜微细电解加工正交试验,分析电流密度、脉冲频率及占空比等脉冲参数对微沟槽成型精度的影响。试验得出以脉冲频率f=30 kHz、占空比q=30%、电流密度i=8 A/cm2为试验参数加工得到的微沟槽阵列平均尺寸为：宽度L=213.8μm深度h=97.7 μm、底面粗糙度为Ra0.14 μm、圆角半径r=32.1 μm,计算得集中刻蚀能力参数EF=2.33,与直流电源相比,提高了304不锈钢电解加工微沟槽阵列试验的集中刻蚀能力。
【关键词】：微细沟槽阵列 光刻胶 化学刻蚀 微细电解
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG662
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 微小结构阵列加工方法研究现状10-19
• 1.2.1 微细激光加工10-12
• 1.2.2 微细切削加工12-13
• 1.2.3 微细超声加工13-14
• 1.2.4 微细电火花加工14-16
• 1.2.5 微细化学加工16-17
• 1.2.6 微细电化学加工17-19
• 1.3 掩膜微细电解加工19-23
• 1.4 本论文研究思路23-24
• 2 电解加工基本理论24-32
• 2.1 电解加工相关理论24-28
• 2.1.1 电解加工基本原理24
• 2.1.2 法拉第定律24-25
• 2.1.3 电极电位的形成25-26
• 2.1.4 阳极极化26-28
• 2.2 电解加工参数28-29
• 2.2.1 电流密度28
• 2.2.2 加工电压28-29
• 2.2.3 电解液流场参数29
• 2.2.4 电解液组成29
• 2.3 脉冲电解加工29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 铝表面微沟槽阵列加工32-50
• 3.1 光刻胶绝缘层制备32-33
• 3.2 掩膜微细化学加工技术加工微沟槽阵列33-40
• 3.2.1 试验准备34-35
• 3.2.2 掩膜微细化学加工试验35-40
• 3.3 掩膜微细电解加工技术加工微沟槽阵列40-49
• 3.3.1 试验准备40-42
• 3.3.2 电场分析42-46
• 3.3.3 掩膜微细电解加工试验46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 304不锈钢表面微沟槽阵列加工50-65
• 4.1 试验准备50
• 4.2 掩膜微细电解加工不锈钢微沟槽阵列的问题50-52
• 4.3 采用复合电解液加工不锈钢微沟槽阵列52-57
• 4.3.1 电流密度对微沟槽成型的影响53-55
• 4.3.2 加工时间对微沟槽成型的影响55-57
• 4.3.3 较优参数加工微沟槽阵列57
• 4.4 采用脉冲电源加工不锈钢微沟槽阵列57-64
• 4.4.1 试验准备58-59
• 4.4.2 脉冲参数对微沟槽宽度的影响59
• 4.4.3 脉冲参数对微沟槽深度的影响59-60
• 4.4.4 脉冲参数对集中刻蚀能力的影响60-61
• 4.4.5 脉冲参数对沟槽端部圆角半径的影响61-62
• 4.4.6 较优参数加工微沟槽阵列62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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1 杜海涛;曲宁松;李寒松;钱双庆;;电解转印法加工凹坑阵列结构试验研究[J];机械工程学报;2010年03期

2 刘柱方,蒋利民,汤儆,刘品宽,孙立宁,田中群,田昭武;金属铜表面的三维齿状图形的化学微加工[J];应用化学;2004年03期

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本文编号：927360