專利名稱：一種微電鍍裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種電鍍實驗裝置，可用于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件和其他微小試片電鍍領域。
背景技術：
微電子機械系統(tǒng)(MEMS)，是20世紀80年代后期國際上興起的一項高新技術，在航空航天、電子產品、生物、醫(yī)療、汽車工業(yè)等多個領域有廣泛的應用。在MEMS實驗過程中，有許多重要的工藝都需要電鍍金屬，使之與電路集成，從而具備信息獲取和處理能力。
目前，市場上尚未出現在MEMS實驗室應用的微電鍍設備裝置，電鍍工藝幾乎都在臨時搭建起來的裝置上完成。這些臨時設備很不完善，存在著如下問題1、陰極電鍍試片和陽極材料無法固定，不能保證陰陽兩極平行，使兩極表面產生電流密度差，出現電鍍不均的現象，嚴重影響表面光潔度要求。目前大多數的實驗室采取陰極電鍍試片和陽極材料貼著燒杯放置，電鍍效果并不理想。
2、無法實現電鍍溶液攪拌。在電鍍過程中，電鍍試片表面會產生微小氣泡，嚴重影響鍍件的表面質量?，F在，一般采取每隔一段時間手動晃動陰極，對電鍍液進行攪拌的方法來消去表面的氫氣，這樣需要有專人來控制整個電鍍過程，在增大了實驗人員的工作量的同時，電鍍質量沒有得到明顯改善。如果有些特殊鍍件需要連續(xù)電鍍十幾個小時甚至更長時間，實驗人員勞動強度大大增加。
3、無法實現溫度控制，不能保證電鍍層的質量及內應力要求。目前普遍做法是放在恒溫箱里進行，操作十分不便，而且電鍍液的實際溫度難以控制。
4、一次只能電鍍一件試片，由于沉積速度的限制，每次需要數小時甚至十幾小時，嚴重影響工藝周期。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服微電鍍過程中出現的問題，設計了一種可實現多件電鍍試片同時進行電鍍，電鍍試片可以固定于一個卡盤上，陽極材料可以置于一個中心開槽的獨立的陽極支撐塊上，并且可以根據需要調整與卡盤的間距。工作過程中，電鍍溶液可以自動攪拌，并且實時采集電鍍溶液的溫度，判斷是否在設定的溫度下工作，還能通過顯示管將溫度和電機轉速實時顯示。
本實用新型的技術方案如圖1～圖6所示，除機械結構還可以包括一個電路控制部分。
機械結構部分主要包括卡片1、卡盤2、密封系統(tǒng)3、電刷4、電機5、傳動軸6、套杯7、陽極支撐塊8、電鍍池9。其中，套杯7與電鍍池9的側壁固定連接，一端伸入電鍍池9的內部，傳動軸6貫穿于套杯7內部，傳動軸6伸出套杯7并伸入電鍍池9的一端與卡盤2垂直連接，另一端由設置在套杯外部的電機5驅動其旋轉。多組用來固定陰極電鍍試片的卡片1安裝在絕緣卡盤2上，卡盤2上背向陰極電鍍試片的一面沿徑向開有多條用來固定導線的溝槽11，參見圖4，各溝槽將固定卡片1的卡片定位孔和卡盤中心連通，定位孔上設置有螺栓來固定，并通過溝槽將導線連接到傳動軸6，然后通過電刷4與電源陰極導通，此時將電鍍試片固定于卡片1上即可與電源陰極相導通，然后將溝槽用絕緣材料密封，防止導線被電鍍。最后傳動軸6的末端與電機5連接，在電機帶動下此傳動軸旋轉，陰極電鍍試片可實現預定轉速自動旋轉，攪拌電鍍溶液，以除去試片表面的微小氣泡。本實用新型在套杯7與電鍍池9之間采用密封系統(tǒng)3，密封系統(tǒng)3在內軸承蓋與傳動軸配合處，用液壓氣動密封圈3a保護，在套杯7和軸承配合處的前端，再先后用骨架油封3b和隔圈3c保護，防止腐蝕電鍍溶液滲透到傳動系統(tǒng)內部。另外，陽極支撐塊8放置在電鍍池9的底面，通過該獨立的陽極支撐塊8將陽極材料固定與其上，并可以根據實驗需要將陽極支撐塊8沿傳動軸6軸向移動，以調整與卡盤的間距。本實用新型的卡盤2、套杯7都是采用絕緣材料，裸露在電鍍池9內的傳動軸6上也鍍有絕緣保護材料，以避免被電鍍。
本實用新型的電路控制部分主要包括CPU處理器、溫度采集電路、加熱管控制電路、電機驅動電路以及顯示和鍵盤輸入部分。CPU用于接收鍵盤輸入部分送出的控制信號，CPU產生控制信號控制其它各電路；當電源開啟，通過鍵盤設定工作狀態(tài)所需的參數，CPU處理器驅動電機和加熱管開始工作，溫度采集電路將傳感器采集的數據傳到CPU處理器，經CPU處理器處理通過顯示部分實時顯示。單片機作為CPU處理器，其通過按鍵和與門組成鍵盤輸入部分，分別實現設定電機轉速、電鍍溶液溫度、開啟或停止攪拌控制。溫度采集部分主要使用溫度傳感器，直接通過程序控制該傳感器進行測溫。加熱控制電路主要使用繼電器來控制加熱管。電機驅動電路與電機5相連，采用電機驅動芯片，控制部分可以直接通過CPU輸出口來控制，可以實現電機的開啟、停止、正反轉、停止轉動等動作，其中速度控制是通過CPU生成占空比可變的控制信號來實現的。顯示部分主要有驅動電路、上拉電阻、數碼管組成。
本裝置可實現陰極電鍍試片和陽極材料固定，保證陽極材料和電鍍試片平行，并且可以根據實際需要調整兩者間的距離。通過自動簡單電路驅動并控制電鍍溶液溫度和電機旋轉以攪拌電鍍溶液，溫度和電機轉速可實時顯示，非常直觀，操作也簡易方便。此外，每次電鍍多件電鍍試片，有效提高工作效率，縮短在MEMS實驗過程的工藝周期。


圖1本實用新型的微電鍍裝置機械部分主視剖面圖；圖2本實用新型的微電鍍裝置機械結構俯視圖；圖3本實用新型的密封裝置3放大示意圖；
圖4本實用新型的微電鍍裝置中卡盤2的左視圖；圖5本實用新型的電路控制示意框圖；圖6本實用新型的主要電路原理圖；其中，1、卡片，2、卡盤，3、密封系統(tǒng)，3a、液壓氣動密封圈，3b、骨架油封，3c、隔圈，4、電刷，5、電機，6、傳動軸，7、套杯，8、陽極支撐塊，9、電鍍池，10、螺釘，11、溝槽。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實施例。
本實施例主要由機械結構和電路控制兩部分組成，機械部分主要包括卡片1、卡盤2、密封系統(tǒng)3、電刷4、電機5、傳動軸6、套杯7、陽極支撐塊8、電鍍池9?？ūP2和套杯7均采用有機玻璃制作，通過螺栓與螺母緊定，將四片卡片1安裝于絕緣卡盤2上，此時可同時將電鍍試片固定于卡盤2上。每個定位孔與絕緣卡盤1中心由一條溝道相連通，將與螺栓相連接的導線埋于此溝道中，然后將與四片卡片1相連的導線與螺釘10相互連通，最后通過傳動軸6和電刷4與電源陰極導通。陽極材料置于獨立的陽極支撐塊8上，然后根據實驗需要可沿軸向移動，以調整與卡盤間距。在電機5驅動下帶動此傳動軸旋轉，陰極電鍍試片可實現預定轉速自動旋轉，攪拌電鍍溶液。
電路控制部分參見圖5、圖6，包括電路控制部分主要包括CPU處理器、溫度采集電路、加熱管控制電路、電機驅動電路以及顯示和鍵盤輸入部分。CPU處理器選擇型號為AT89C51的普通系列單片機，處理器P1口四個引腳與鍵盤相連，并通過與門74LS11與處理器的外部中斷0連接。其中處理器P0口作為數碼管顯示的段輸出，通過7407和上拉電阻與數碼管段引腳相連，并且處理器P2口有三個引腳通過7406接到數碼管的三個位引腳上。再選處理器P1口一個引腳連接到一線傳感器DS18b20的第2引腳，可以實現對溫度采集。然后選處理器P1口一個引腳連接到固體繼電器控制端中一個引腳，固體繼電器另一引腳接+5V電源，同時在該管腳上連接一個發(fā)光二極管，可判斷是否正在加熱。處理器P2口有兩個引腳連接到電機驅動芯片TA7267的第1、2引腳對電機進行控制，同時，在處理器P2口選擇一個引腳連接發(fā)光二極管，可判斷是否正在對電機進行控制。
本實用新型在實際操作過程中，需要先設定電鍍溶液溫度、電機轉速，再把電鍍試片和陽極材料固定后，導通電路控制電源，按開始按鍵，電機自動按設定轉速帶動卡盤和電鍍試片轉動，以達到攪拌電鍍溶液的目的。同時，溫度傳感器每2秒采集一次電鍍液溫度，并在數碼管上實時顯示。若當前溫度低于設定的電鍍液溫度，則開啟加熱管對電鍍液進行加熱，當電鍍液溫度達到設定值時關掉加熱管。電鍍液充滿電鍍池，每次電鍍完成時，將電鍍溶液通過電鍍池下方預留的排液口放掉，取出卡盤，拿出陰極試片即可。電鍍裝置在MEMS實驗室應用，以這種方式可以實現多片電鍍試片同時進行電鍍，有效提高工作效率和電鍍質量，減少了實驗員的工作量，而且操作簡易方便，實用性強。
權利要求1.一種微電鍍裝置，包括電鍍池(9)，其特征在于還包括套杯(7)、卡片(1)、卡盤(2)、傳動軸(6)、密封系統(tǒng)(3)、電刷(4)、電機(5)及陽極支撐塊(8)；其中，套杯(7)與電鍍池(9)的側壁固定連接，一端伸入電鍍池(9)的內部，傳動軸(6)貫穿于套杯(7)內部，傳動軸(6)伸出套杯(7)并伸入電鍍池(9)的一端與卡盤(2)垂直連接，另一端由設置在套杯外部的電機(5)驅動其旋轉，卡盤(2)上設置有多組用來固定陰極電鍍試片的卡片(1)，通過連接在卡片(1)上的導線、與導線連接的傳動軸(6)、與傳動軸(6)接觸的并與電源連接的電刷(4)，將陰極電鍍試片和電源陰極導通，用來支撐陽極材料的陽極支撐塊(8)放置在電鍍池(9)的底面，支撐陽極材料與陰極電鍍試片平行放置；套杯(7)與電鍍池(9)之間采用密封系統(tǒng)(3)來防止電鍍溶液進入傳動系統(tǒng)內部。
2.根據權利要求1所述的一種微電鍍裝置，其特征在于所述的密封系統(tǒng)(3)由液壓氣動密封圈(3a)、骨架油封(3b)、隔圈(3c)組成；其中，液壓氣動密封圈(3a)設置在傳動軸(6)與內軸承蓋(12)配合處，骨架油封(3b)和隔圈(3c)依次設置在套杯(7)和軸承配合處的前端。
3.根據權利要求1所述的一種微電鍍裝置，其特征在于卡盤(2)上沿周向設置多組卡片定位孔，卡盤(2)上背向陰極電鍍試片的一面沿徑向開有多條用來固定導線的溝槽(11)，各溝槽將固定卡片(1)的卡片定位孔和卡盤中心連通，通過各導線實現卡片定位孔上固定卡片(2)的螺栓與傳動軸(6)相連。
4.根據權利要求1所述的一種微電鍍裝置，其特征在于傳動軸(6)與卡盤(2)連接處設置有用來將各導線與傳動軸固定連接的螺釘(10)。
5.根據權利要求1所述的一種微電鍍裝置，其特征在于還設置有電路控制部分，包括CPU處理器、溫度采集電路、加熱管控制電路、電機驅動電路以及顯示和鍵盤輸入部分；CPU用于接收鍵盤輸入部分送出的電機轉速、電鍍溶液溫度、電機開啟或停止控制的信號，并產生控制信號控制其它各電路；電機驅動電路與電機(5)相連，采用電機驅動芯片，實現電機的開啟、停止、轉向和轉速的控制；加熱控制部分主要使用繼電器控制加熱管實現控制電鍍溶液的溫度；溫度采集電路中的溫度傳感器與電鍍溶液相連，將采集的溫度數據傳到CPU處理器，經CPU處理器處理通過顯示部分實時顯示；顯示部分主要由驅動電路、上拉電阻、數碼管組成。
專利摘要一種微電鍍裝置，主要應用于MEMS器件和其他微小試片的電鍍，由機械和電路控制部分組成。機械部分主要包括卡片(1)、卡盤(2)、密封系統(tǒng)(3)、電刷(4)、電機(5)、傳動軸(6)、套杯(7)、陽極支撐塊(8)、電鍍池(9)；卡片可在卡盤上同時固定多件電鍍試片，陽極材料可在陽極支撐塊上固定；與電機轉軸相連的傳動軸帶動卡盤以預定轉速旋轉，攪拌電鍍溶液。密封系統(tǒng)保證了傳動系統(tǒng)的密封性；電路控制部分主要包括CPU、溫度采集電路、加熱管控制電路、電機驅動電路以及顯示和鍵盤輸入部分。本實用新型可實現多件電鍍試片同時電鍍；自動攪拌電鍍溶液以削弱電鍍試片表面析氫對鍍層影響；并且陽極材料與卡盤的間距調整靈活。
文檔編號C25D19/00GK2866524SQ20052013261
公開日2007年2月7日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權日2005年11月11日
發(fā)明者周煜, 李德勝, 楊宇, 李翔, 閆通, 楊建坤 申請人:北京工業(yè)大學