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微透镜阵列镍模芯微电铸工艺及表面质量研究

作　者: 李代兵
导　师: 蒋炳炎
学　校: 中南大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 微透镜阵列镍模芯微电铸内应力表面粗糙度
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚合物微透镜阵列在光学连接、探测器阵列、平板显示器、投影仪、扫描仪、数码相机等方面已取得广泛的应用。微注射成型技术以低成本高效率、高自动化程度等优势成为聚合物微透镜阵列的主要制造方法之一。高质量模芯是优质微透镜阵列微注射成型的先决条件。本文采用微电铸技术制作镍模芯,以内应力和表面粗糙度作为指标,研究矩形脉冲电源参数(频率、占空比和平均电流密度)对内应力和表面粗糙度的影响,获得矩形脉冲电源最佳参数组合,参数影响次序和参数影响规律。分析脉冲电铸工作原理,脉冲电铸过程中金属离子能够及时传输至阴极,降低阴极扩散层厚度,得到晶粒细致、机械性能优异的镍模芯。分析微电铸电化学理论,主要包括法拉第定律、电极电势与电极极化、液相传质和金属电结晶。以理论作为指导,搭建微电铸实验平台,并对各组成部分作详细介绍。以PS材料微透镜阵列作为母模,表面蒸镀一层厚度为500nm的铜薄膜作为导电层,在特定的电解液配方和一定工艺参数条件下微电铸得到镍模芯。以镍模芯内应力作为指标进行微电铸实验,采用X射线衍射仪测量内应力。设计正交实验,利用极差法对测量结果进行分析,得到矩形脉冲电源最佳参数组合和参数影响次序；设计单因素实验,分析测量结果,得到矩形脉冲电源参数对内应力的影响规律。以镍模芯表面粗糙度作为指标进行微电铸实验,采用原子力显微镜测量表面粗糙度和观测表面微观形貌。设计正交实验,利用极差法对测量结果进行分析,得到矩形脉冲电源最佳参数组合和参数影响次序；设计单因素实验,分析测量结果,得到矩形脉冲电源参数对表面粗糙度的影响规律。综合考虑矩形脉冲电源参数对内应力和表面粗糙度的影响,以表面粗糙度作为第一指标,内应力作为第二指标,得到最佳参数组合。在频率为1000Hz,占空比为24%,平均电流密度为1A/dm2的条件下,得到的镍模芯表面粗糙度值为3.53nm,内应力值为79.25MPa。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-19
  1.1 微透镜阵列的应用  8-9
  1.2 微电铸技术及其研究现状  9-16
    1.2.1 微电铸技术的特点及应用  10-12
    1.2.2 镍模芯表面质量指标  12-13
    1.2.3 电铸层内应力的研究现状  13-15
    1.2.4 电铸层表面粗糙度的研究现状  15-16
  1.3 课题来源及论文主要研究内容  16-19
    1.3.1 课题来源  16
    1.3.2 论文主要研究内容  16-19
第二章微电铸技术理论基础及实验平台搭建  19-31
  2.1 脉冲电铸原理  19-21
  2.2 电化学理论  21-25
    2.2.1 法拉第定律  21
    2.2.2 电极电势与电极极化  21-22
    2.2.3 液相传质  22-24
    2.2.4 金属电结晶  24-25
  2.3 微电铸实验平台搭建  25-30
    2.3.1 功能分析  25
    2.3.2 总体设计  25-26
    2.3.3 微电铸设备选型  26-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章微透镜阵列镍模芯的制备  31-44
  3.1 镍模芯制备工艺流程  31-34
  3.2 母模制备  34-39
    3.2.1 热熔回流工艺制备母模  34-37
    3.2.2 聚合物微注射成型制备母模  37-39
  3.3 电解液配制  39-41
  3.4 微电铸工艺参数  41-43
    3.4.1 矩形脉冲电源参数  41
    3.4.2 其它参数  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章镍模芯内应力的实验研究  44-54
  4.1 内应力理论  44-46
    4.1.1 内应力产生机理  44-45
    4.1.2 内应力影响因素  45
    4.1.3 内应力减小措施  45-46
  4.2 镍模芯内应力正交实验及结果分析  46-50
    4.2.1 内应力正交实验  46-47
    4.2.2 内应力测量  47-49
    4.2.3 正交实验结果分析  49-50
  4.3 镍模芯内应力单因素实验及结果分析  50-52
    4.3.1 内应力单因素实验  50-51
    4.3.2 单因素实验结果分析  51-52
  4.4 本章小结  52-54
第五章镍模芯表面粗糙度的实验研究  54-64
  5.1 表面粗糙度理论  54-55
    5.1.1 表面粗糙度产生机理  54
    5.1.2 表面粗糙度影响因素  54-55
    5.1.3 表面粗糙度减小措施  55
  5.2 镍模芯表面粗糙度正交实验及结果分析  55-58
    5.2.1 表面粗糙度正交实验  55
    5.2.2 表面粗糙度测量  55-57
    5.2.3 正交实验结果分析  57-58
  5.3 镍模芯表面粗糙度单因素实验及结果分析  58-62
    5.3.1 表面粗糙度单因素实验  58-59
    5.3.2 单因素实验结果分析  59-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章总结与展望  64-67
  6.1 全文总结  64-65
  6.2 未来展望  65-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  73

微透镜阵列镍模芯微电铸工艺及表面质量研究

内容摘要

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