基于微电铸工艺的大面积金属微细网板制作

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金属微细网板具有结构统一、比表面积大以及可设计性强等优点,在诸多工业领域得到了广泛的应用。微电铸工艺凭借其加工精度高、可批量生产等优点已成为金属微细网板的主要加工方法之一,然而铸层厚度不均匀以及铸层残余应力大等问题限制了其在制作大面积、高深宽比以及高开孔率的网板方面的应用。本文针对一款整体尺寸为57.8mm×57.8mm×0.3mm、网丝宽度为50μm、深宽比为6以及开孔率为93%的镍网板,围绕低应力网板边框结构设计和改善网板铸层厚度均匀性等问题展开研究,具体研究内容如下:(1)为减小网板边框处铸层残余应力,采用预置应力释放结构的方法对边框结构进行设计。使用ANSYS软件对预置圆形、方形以及椭圆形应力释放结构的边框进行了应力仿真。仿真结果表明,该方法能够有效降低边框处残余应力平均值、减小边框变形量。其中预置椭圆形应力释放结构的改善效果最好,相较于无应力释放结构,边框处残余应力平均值下降了42.2%、最大变形量降低了56.4%。(2)为解决大面积金属微细网板铸层厚度均匀性差的问题,提出添加片内辅助阴极的方法。以网板为研究对象,使用Comsol仿真软件分别研究了仅添加方形阵列式辅助阴极、添加方形和边框式复合辅助阴极对网板铸层厚度均匀性的影响,并优选出改善效果较好的尺寸参数。根据仿真结果开展了网板的微电铸实验,实验结果与仿真趋势具有较好的一致性。其中,相较于不添加辅助阴极的网板,添加较优参数辅助阴极的方法使网板铸层厚度均匀性提高了90.7%。(3)基于以上研究结果,采用光刻工艺和微电铸工艺进行了大面积金属微细网板的制作。采用超声辅助显影、氧等离子体轰击等方法解决了高深宽比网丝显影难的问题;采用超声辅助微电铸的方法解决了微细网丝结构在电铸过程中析氢严重的问题。在制作过程中未出现因电铸层内应力大而导致的胶膜起胶、铸层翘曲变形以及因铸层厚度均匀性差导致的制作失败等问题。最终制作出了平均网丝宽度为48.4μm、平均高度为304.4μm的金属微细网板模具,结构尺寸均符合制作要求。
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