Характеристики микромеханических реле на основе тонких слоистых исполнительных элементов
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?еформациям, обладать низким уровнем ползучести и усталости, быть износостойкими. К механическим свойствам защитных материалов предъявляются не менее жесткие требования. Это необходимо для того, чтобы в процессе изготовления микросистемы не произошла поломка ее внутренних структур. К наиболее распространенным защитным материалам относятся: диоксид кремния, полимеры (полиимид), металлы (в основном алюминий) и диэлектрики для изоляции структурных слоев микроустройства друг от друга [2]. Исполнительные подвижные элементы с требуемыми механическими свойствами можно получить, регулируя параметры гальванического осаждения. В работе исследовались режимы гальванического осаждения никеля по плотности тока, температуре и времени осаждения, обеспечивающих воспроизводимое формирование балочных подвижных элементов на основе гальванически осажденного никеля.
Проблема залипания стоит особенно остро для ключей с металлическими контактами [2]. Залипание - это нежелательный эффект при контакте верхнего и нижнего электродов, возникающий за счет действия микроскопических сил на поверхности электродов, имеющих плоскую форму. В значительной степени залипание контактов микрореле определяется морфологией поверхностей электродов. В работе исследовались механические свойства балочных подвижных элементов, такие как микрошероховатость и адгезия к подложке. При использовании биметаллических контактов помимо залипания необходимо также учитывать возникающие в цепи термоэлектрические эффекты [10].
Физико-химические и механические свойства электроосажденного никеля изменяются в широких пределах в зависимости от природы электролита, состава, условий осаждения. Так, твердость, HV может изменяться от 1,3 до 5,0 ГПа, а напряжения ? в осадке меняются в пределах 0,3..1,4 ГПа [17,18].
Методом гальванического осаждения формируются практически все конструктивные элементы исполнительного механизма: нижний электрод, контактные упоры, опоры для подвижного элемента и, непосредственно, сам подвижный элемент. В связи с этим, одной из задач при проектировании микромеханических реле является исследование режимов гальванического осаждения.
1.4 Общие сведения о методе получения гальванических покрытий. Состав электролитов никелирования, меднения и золочения
Исследуемые гальванические пленки металлов можно получать из сульфаминовокислого электролита никелирования, пирофосфатного электролита меднения и фосфатного электролита золочения.
Для получения гальванических покрытий выделяют металлы из растворов их солей под действием электрического тока. Принципиальная схема гальванической установки представлена на рисунке 2.1.
Анод (1) и катод (4 и 5) подключают к источнику постоянного тока к положительному и отрицательному выводам соответственно. При включении внешнего источника постоянного тока металл на аноде окисляется (становится катионом), приобретая положительный заряд [17].
Рис 2.1. Принципиальная схема гальванической установки
Катионы металла реагируют с анионами кислоты в водном растворе электролита (2), после чего металл осаждается на катоде. Для того, чтобы продукты окисления анионов не внедряли нежелательные примеси и для улучшения структуры гальванического покрытия в состав элетролита вводят поверхностно-активные вещества, например, при никелировании в сульфаминовокислом электролите применяют лаурилсульфат натрия, при золочении в фосфатном электролите - талий азотнокислый, а при меднении в пирофосфатном электролите - калий азотнокислый.
Отличительной чертой процессов осаждения никеля, меди и золота является их высокая чувствительность к pH.
. Никель. При высокой кислотности pH5.6 в прикатодном слое, особенно в случае повышенной плотности тока, выпадают основные соли никеля, которые сильно ухудшают свойства покрытий. Именно по этой причине электролиты никелирования обязательно содержат буферирующие добавки (например, борную кислоту), т.е. добавки таких веществ, которые не позволяют сильно измениться pH [9,17,18].
Таблица 2.1. Состав сульфаминовокислого электролита никелирования в объеме 1л. (кислотность pH = 2.0..4.0)
1. Деионизованная водадо 0.5 л2. Сульфаминовокислый никель, Ni (NH2 SO3)3до 350 г/л3. Никель двухлористый, NiCl2 6H20до 30 г/л4. Кислота борная, H3BO3до 40 г/л5. Лаурилсульфат натрия, CH3(CH2)11OSO3Naдо 0.1 г/л
Известно также, что показатель кислотности электролита pH влияет на физико-механические характеристики гальванических пленок. Твердость, пределы прочности и текучести возрастают с увеличением pH [9,18]. Кислотность pH сульфаминовокислого электролита никелирования можно варьировать в широком диапазоне от 1,0 до 6,0, получая при этом покрытия с различными механическими характеристиками. Таким образом, твердость гальванического никеля HV может изменяться от 1,3 до 5,0 ГПа, а напряжения ? в осадке меняются в пределах 0,3..1,4 ГПа [18]. Никель может применяться для обеспечения требуемой жесткости конструкции в широком диапазоне. Золото и медь значительно уступают никелю по твердости, но превосходят по электрофизическим характеристикам.
Гальваническая медь содержит повышенное число примесей и дефектов по сравнению с медью, находящейся в равновесном состоянии [9].
Таблица 2.2.<