MEMS 微器件电沉积层均匀性的研究进展.PDF

第40 卷 第12 期 稀有金属材料与工程 Vol.40, No.12 2011 年 12 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING December 2011 MEMS 微器件电沉积层均匀性的研究进展 1,2 1 1 1,2 2 王星星 ，雷卫宁 ，刘维桥 ，姜 博 ，邹 旻 (1. 江苏技术师范学院，江苏 常州 213001) (2. 常州大学，江苏 常州 213016) 摘 要：有效地改善沉积层厚度均匀性是电化学沉积技术应用的关键，简述了微电铸原理，综述了国内外微器件沉积 层均匀性的必威体育精装版研究进展，包括优化工艺参数、脉冲电流与换向脉冲电流、改善传质条件、辅助阴极、阴极屏蔽、阳 极特性及数值模拟仿真技术改善沉积层均匀性的研究报道，详细介绍了超临界 CO2 电化学沉积新方法及其优点，并展 望了今后的研究重点及发展方向。 关键词：微器件；电铸；沉积层；均匀性；超临界CO2 中图法分类号：TQ153 ；TG249.9 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2011)12-2245-07 微机电系统(MEMS ）的快速发展，使得具有独特 究进展，希望对相关领域的研究提供有价值的信息。 优势的微电铸技术被广泛用于微传感器、微执行器以 1 微电铸原理 及微型模具等微器件制造领域。然而，电铸复杂微器 件表面往往会出现沉积厚度不均和针孔、麻点等缺陷， 微电铸主要是针对微纳米尺度结构的加工技术， 直接影响成型微器件的表面质量、复制精度和力学性 是在微细加工模具基础上的电铸成型技术。微电铸技 能，并限制了其应用范围[1] 。因此，改善沉积层厚度 术原理与传统电铸技术相同，是一种特殊的电镀技术。 均匀性，是电铸微器件亟需解决的一项重要研究课题。 微电铸技术基本原理如图 1 所示。在电铸过程中，阳 对MEMS 微器件而言，微器件沉积层厚度不均匀 极金属在电流作用下“溶解”（被氧化）失去电子成为 性主要表现在两方面：边缘高中间低的马鞍型结构[2] 阳离子，进入溶液。溶解的金属离子通过电解液传送 [3] 到达阴极发生还原反应生成金属原子，在阴极表面完 和中间高两边低的帽型结构 。对于马鞍型结构， Mehdizadeh 等提出了有效面积区域密度模型 成沉积。 (Active-area density model)来解释其产生的原因[4] ；对 于帽型结构，Luo 等提出了流体摩擦及电泳现象模型 (Fluidic friction and electrophoresis effect model)来解 释其产生的原因[5] 。如何获得通用的解决沉积层厚度 不均的方法，是研究人员关注的难题之一。近20 年来， 针对微器件沉积层的不均匀性，国内外研究人员对其 开展了广泛而深入的研究，采用不同的方法和思路改 善沉积层均匀性，研究方法大致分为以下几类[6-7] ：(1) 选择和控制电解液成分；(2) 采用脉冲电流或换向电 流；(3) 优化电流密度；(4) 借助辅助阴极或阳极；(5) 阴极屏蔽；(6) 控制阳极特性；(7) 合理的电解槽的结 构和形状；(8) 有效的搅拌。但是，目前仍未找到解 决沉积层厚度不均的通用方法，有待进一步研究。本 图1 微电铸原理示意图 文主要综述了国内外微器件电沉积层均匀性的必威体育精装版研 Fig.1 Schematic diagram of micro-electroforming 收稿日期：2010-12-14 基金项目：国家自然科学基金项目（