基于数值模拟与实验的弯液面约束电化学沉积工艺研究

摘要

目的研究影响弯液面约束电沉积(MCED)的工艺参数(电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度),以确保制造出满足要求的高性能金属微结构。方法首先采用COMSOL有限元仿真研究了沉积过程中不同电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度对MCED沉积速率的影响,确定了MCED在上述参数影响下的变化规律。其次,进行了工艺试验,验证了仿真结果的正确性。结果仿真结果表明,MCED沉积速率与电压、电解液浓度呈正相关。喷嘴移动速度会影响金属微结构的初始沉积直径和沉积速率,喷嘴移动速度越慢,沉积结构初始直径越大,沉积速率相对越慢,而且还会影响沉积能否顺利进行。实验结果表明,在相同湿度下,在弯液桥边缘位置存在相对湿度梯度,易产生强对流,在边缘位置,加快扩散速度将会造成边缘优先生长。在不同湿度下,易出现空心结构和实心结构。结论通过将仿真与实验相结合,得到了沉积速率、沉积形状与电压、电解液浓度、喷嘴移动速度和湿度之间的关系,通过调控工艺参数(电压、浓度、湿度和喷嘴移动速度)得到最佳适用值,可获得沉积质量较好的金属微结构。