陽極導引微電鍍之機構及控制研究

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李棟樑(Dong-liang Lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

陽極導引微電鍍之機構及控制研究
(The Research on Mechanism and Control System for Micro-Anode Guided Electroplating)

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摘要(中)

本研究的目的在於建立陽極導引微電鍍系統所需之電鍍電壓/電流監測方式、電鍍電源控制方法及陽極移動機構位移方式，並嘗試找出使微電鍍析鍍物直徑與陽極相近、結構緻密的最佳電鍍參數及流程控制方法。使用間歇電鍍的方式，可析鍍高深寬比的結構，但陰陽兩極的間距在間歇電鍍過程中持續變小，電場分佈差異大，因此期望透過微電鍍系統，找出與兩極間距相關參數，使電鍍過程電場分佈差異性減少，以獲得組織均勻的析鍍物。本文探討自製微電鍍系統之機構、電控架構及其優缺點，包含二極式微電鍍系統、四極式微電鍍系統、多陽極式微電鍍系統及恆電位/恆電流微電鍍系統，並由實驗及析鍍物之外觀，嘗試找出各項影響微電鍍析鍍之參數及其影響程度。
由實驗結果發現，電鍍電壓愈大或間歇電鍍每次上升距離愈小，析鍍速率愈快，但析鍍物的結構也變得愈差，此外，陽極與析鍍物之間距，因電雙層電容效應，不太容易由量測的電壓或電流值計算獲得。

摘要(英)

The purpose of the research is building the voltage and current measuring system, electrodeposition power source control system and the anode moving mechanism for the micro-anode guided electroplating, also name as MAGE. We tried to find the electroplating parameters and the proper control procedures to refine the material structure of the deposition and let its diameter to be near to the diameter of the anode. By intermittent MAGE, we can easily obtain high aspect ratio deposits, but the distance between the anode and the deposit is getting small, and the electric field strength also become higher, continuously. The target is the find the electroplating parameters that highly correlate with the distance between the anode and the deposit, and by controlling those parameters to have an uniform distribution of the electric field during electroplating and to make the deposition have a fine material structure. In this article, we disclosed the development of the MAGE control system in the last decade, including, Two-Electrode MAGE control system, Four-Electrode MAGE control system, Multi-Anode MAGE control system and Potentiostat/Galvanostat MAGE control system, and by experiments and the deposits, trying to find the parameters that affect the deposits and their influences.
We found if the applied voltage is higher or the intermittent MAGE gape between electrodes is smaller, the deposition rate will be higher, but the material structure will also worse, and due to the double layer effect, the distance between the anode and the deposit is hardly obtained by only measuring the voltage and the current of the electroplating.

關鍵字(中)

★ 控制系統
★ 陽極導引
★ 微電鍍

關鍵字(英)

★ MAGE
★ Localized Electrochemical Deposition

論文目次

論文摘要 I
ABSTRACT II
謝誌 III
目錄 IV
圖目 VII
表目 XII
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 歷史回顧 3
1.3 研究動機 4
第二章微電鍍模型 6
2.1 電鍍模型 6
2.1.1 一般電鍍 6
2.1.2 微陽極導引微電鍍法 9
2.1.3 影響微電鍍的因素 11
2.1.4 電雙層效應 11
2.1.5 微陽極的影響 12
2.2 微電鍍等效電路 14
2.3 微電鍍電場模擬 15
2.3.1 連續微陽極導引電鍍模型 15
2.3.2 間歇微陽極導引電鍍模型 17
第三章微電鍍控制系統 20
3.1 系統架構 20
3.2 控制流程 - 接觸短路式間歇微電鍍控制 21
3.3 二極式固定電壓控制模式 24
3.3.1 電鍍脈波模式0 –不產生脈波 26
3.3.2 電鍍脈波模式1 –反向脈波期間不電鍍 26
3.3.3 電鍍脈波模式2 –反向脈波期間反向電鍍(蝕刻) 27
3.3.4 電鍍脈波模式3 – 反向脈波期間馬達振動 28
3.3.5 電鍍脈波模式4 – OFF-TIME 期間反向電鍍(蝕刻) 29
3.4 恆電位/恆電流電壓控制模式 30
3.5 CCD監測 31
第四章二極式固定電壓微電鍍系統 32
4.1 二極式微電鍍系統 32
4.1.1 電流感測器 33
4.1.2 A/D 轉換器 34
4.1.3 微處理器 35
4.1.4 D/A 轉換器及驅動器 36
4.1.5 單軸微動機構 37
4.1.6 電鍍電源 38
4.1.7 優點與缺點 39
4.2 四極式微電鍍系統 39
4.2.1 UDS—微電鍍電控系統 40
4.2.2 優點與缺點 41
4.3 多陽極式微電鍍系統 42
4.3.1 多陽極切換控制模組 44
4.3.2 電鍍電源模組 45
4.3.3 優點與缺點 46
第五章恆電位、恆電流微電鍍系統 48
5.1 系統架構 48
5.2 恆電位/電流控制器 51
5.2.1 恆電位控制 52
5.2.2 恆電流控制 53
5.3 影像擷取模組 54
5.4 微電鍍控制配方 56
5.5 優點與缺點 58
第六章實驗數據與討論 59
6.1 實驗準備 59
6.1.1 配製鍍液 59
6.1.2 陰極製作及準備 60
6.1.3 陽極製作及準備 60
6.2 二極式微電鍍 61
6.3 四極式微電鍍 66
6.3.1 脈波模式0：不產生脈波 67
6.3.2 脈波模式1：反向脈波期間不電鍍 72
6.3.3 脈波模式2：反向脈波期間反向電鍍 76
6.3.4 脈衝模式3：反向脈波期間馬達振動 78
6.3.5 微電鍍四極式量測結論 80
6.4 多陽極式微電鍍 81
6.5 恆電位微電鍍 85
6.6 恆電流微電鍍 89
6.7 2D 微電鍍 95
6.8 3D 微電鍍 100
6.9 CCD 影像擷取 104
第七章結論 106
7.1 第一代微電鍍系統成果 106
7.2 第二代微電鍍系統成果 107
7.3 第三代微電鍍系統成果 108
7.4 第四代微電鍍系統成果 109
7.5 第五代微電鍍系統成果 110
7.6 第六代微電鍍系統成果 111
第八章未來展望 112
參考文獻 114
附錄：學經歷及著作列表 119

參考文獻

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指導教授

林景崎、江士標
(Jing-chie Lin、Shyh-biau Jiang)

審核日期

2007-7-23

推文