Способ изготовления преимущественно дроссельных микроохладителей

 

Использование: в электронной, радиотехнической промышленности, в производстве детекторов ИК-излучения. Сущность изобретения: на пластину стекла наносят защитную маску из слоя хрома толщиной 0,4-0,45. мкм и слоя меди толщиной 2,8-3 мкм, формируют слой фоторезиста, создают фотолитографией рисунок каналов и травят при 25-30°С в растворе следующего состава в об. %: фтористоводородная кислота 20- 40, серная кислота 15-25, уксусная кислота 15-25, глицерин 20-30, сульфосалициловая кислота 1-3. 1 табл. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 03 С 15/00

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931198/33 (22) 25.04.91 (46) 15.02.93. Бюл, hh 6 (71) Научно-производственное объединение

"Исток" (72) З,И.Пономарева, В.А.Легенкина и

Л.А.Ипполитова (56) Литтл В,А. Микроминиатюрные рефрижераторы. — Приборы для научных исследований, 1984, М 5, с. 3-26.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1159905, кл. С 03 С 15/00, 1985.

Изобретение относится к способам изготовления планарных дроссельных микроохладителей из стекла и может быть использовано в электронной, радиотехнической промышленности, в производстве различных детекторов ИК-излучения.

Планарные дроссельные микроохладители работают в интервале температур

80 — 120 К.

Известно, что параметры многих микроэлектронных устройств существенно улучшаются при криогенных температурах (<120 К). Для охлаждения рабочих элементов схемы или прибора используют планарные дроссельные микроохладители.

Планарный дроссельный микроохладитель представляет собой противоточный теплообменник (размером 4х1,5х40 мм и меньше) с металлическими штуцерами для ввода и вывода рабочего газа.

БЫ 1794907 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДРОССЕЛЬНЫХ МИКРООХЛАДИТЕЛЕЙ (57) Использование: в электронной, радиотехнической промышленности, в производстве детекторов ИК-излучения. Сущность изобретения: на пластину стекла наносят защитную маску из слоя хрома толщиной

0,4 — 0,45 мкм и слоя меди толщиной 2,8-3 мкм, формируют слой фоторезиста, создают фотолитогрвфией рисунок каналов и травят при 25-30 С в растворе следующего состава в об. % фтористоводородная кислота 2040, серная кислота 15 — 25, уксусная кислота

15 — 25, глицерин 20 — 30, сульфосалициловая кислота 1-.3. 1 табл. 3 ил.

Теплообменник состоит из двух плат, соединенных между собой через покровное стекло пайкой или диффузионной сваркой, 1

На платах с помощью фотолитографии сформированы каналы прямого и обратного газовых потоков. О

Для получения температуры 80 — 100 К за ф, счет дросселирования аргона, поступающе- 440 го поддавлением 100-120 атм, канал прямого.потока имеет вид меандра с шагом не более 0,4 мм, ширину 0,18 — 0,2 мм и глубину

0,08 — 0,18 мм, в дроссельной части — глубину

0,01 — 0,020 мм, ширину 0,03 — 0,04 MM. Глуби- и2и на каналов обратного потока составляет а

0,12-0,20 мм, ширина не лимитируется. Голщина стенок прямого канала и ширина площадок между петлями канала должны иметь размер не менее 0,1 мм. Уменьшение этого размера приводит к разрушению стенок и спая платы с покровным стеклом под давлением газа при работе микроохладителя.

1794907

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий в себя очистку стеклянной пластины, формирование на стекле рисунка каналов в слое хрома, травление каналов, Способ дает возможность получить каналы в стекле глубиной 0,1 мм с минимальным подтравливанием.

Недостатками указанного способа являются невозможность получить каналы глубиной свыше 0,1 мм из-эа разрушения защитной маски; невозможность получить ширину каналов в дроссельной части менее

0,1 мм, Т/к минимальный размер рисунка при абразивном травлении не менее трех диаметров частиц абразива (размер частицы 0,027 мм) в результате снижается эффект дросселирования; изготовления специального фоторезиста и оборудования для абразивного травления стекла.

Целью изобретения является повышение выхода годных изделий, Перед нанесением фоторезиста на пластину иэ боросиликатного стекла напыляют защитную маску, состоящую.из слоев хрома толщиной 0,4-0,45 мкм и меди толщиной

2,8 — 3 мкм, в которой с помощью фотолитографии формируют рисунок каналов и через полученную маску проводят травление каналов в травителе, обеспечивающем минимальное боковое травление стенок каналов.

Способ, отличающийся тем, что травление каналов на плате из боросиликатного стекла проводят в травителе состава, об. :

Фтористоводородная кислота 20-40

Серная кислота 15 — 25

Уксусная кислота 15-25

Глицерин 20-30

Сульфосалициловая кислота 1-3

Температура травителя, С 25-35 C

Скорость травления, мкм/мин 3 — 3,5

Фактор травления (t), характеризующий отношения глубины травления к величине бокового стравливания 1,2-1,3.

Предложенный состав травителя за счет минимального бокового травления обеспечивает толщину стенок каналов не менее

0,1, что повышает надежность работы микроохладителей с газами высокого давления и позволяет получить температуру в холодной зоне микроохладителя менее 120 К.

В таблице приведены результаты экспериментов, полученных при температуре травителя от 20 до 50 С.

Снижение температуры травителя ниже

25 С уменьшает скорость травления, что приводит к увеличению бокового подтрав25

55 ливание, поз. 3 — напыленные слои хроммедь (толщина 0,003 мм), поз. 4 — стекло.

Пример. Изготовление планарного дроссельного микроохладителя. На подложку из боросиликатного стекла диаметром 60 мм и толщиной 0,5 мм ионнотермическим методом напыляли с двух сторон пленку.

Затем на металлизацию с двух сторон наносили слой фоторезиста и методом фотолитографии с одной стороны подложки формировали рисунок шести плат прямого потока, Слои фотореэиста и хром-меди с обратной стороны пластины служат защитной маской йоверхности стекла в процессе травления каналов. Травление рисунка каналов в напыленном слое меди проводилось в растворе состава: хромовый ангидрид 400 г; серная кислота 50 г; вода до

1000 мм; температура раствора 24 С.

Травление подслоя хрома проводили при температуре 55 С в растворе состава: желеэосинеродистый калий 250 г; гидрат окиси калия 30 г; вода до 1000 мм.

После формирования защитной маски из напыленной металлизации медь-хром проводили вытравливание каналов прямого потока в стекле до глубины 0,015-0,02 мм в травителе состава: фтористоводородная кислота 30 ; серная кислота 207 .; уксусная кислота 20$; глицерин 28 ; сульфосалициловая кислота

2 ; температура травления 30 С; время травления 6 мин; скорость травления 3 мкм/мин.

После травления проводили контроль размеров каналов на микроскопе МИИ-4 и разбраковку годных плат. Затем на годных платах резервуар и дроссельную часть прямого потока (см. фиг. 1, поз. 1, 2) защищали слоем лака марки ХСЛ и сушили на воздухе в течение одного часа. После сушки пластиливания и снижению фактора травления до единицы. Увеличение температуры травителя свыше 35 С снижает адгезию защитной маски, что приводит тагже к увеличению бокового подтрава и, как следствие, перетравливанию каналов, На фиг. 1 изображен рисунок платы прямого потока; на фиг, 2 — плата обратного потока; на фиг, 3 — схема сечения платы.

10 Плата прямого потока имеет виде меандра с шагом не более 0,4 мм, ширину 0,18 — 0,2 мм и глубину 0,08-0,12 мм, Глубина резервуара или холодной зоны (поз. 1) и дроссельной части (поз, 3), имеющей ширину

15 0,03-0,04 мм, составляет 0,01 —.0,02 мм, К плате крепятся металлические штуцеры для ввода(поз. 3) и вывода(поз. 4) рабочего газа.

На фиг, 3 схематично представлен профиль канала платы, полученного химиче20 ским фрезерованием стекла, где .поз, 1— глубина травления, поэ. 2 — боковое страв1794907 ну с платами прямого потока травили при указанных режимах в течение 40 минут до глубины 0,11 мм. Далее с помощью иглы удаляли слой лака ХСЛ, стравливали с двух сторон защитную маску из напыленных ме- 5 ди и хрома в соответствующих травителях, контролировали и отбраковывали годные платы прямого потока, Разделение пластины на отдельные платы проводили скрайбированием или реэ- 10 кой лазерным лучом. Таким образом, эа один цикл получали шесть плат прямого потока из боросиликатного стекла (см, фиг. 1).

Аналогично изготавливали платы обратного газового потока (см. фиг, 2). Полученные 15 платы прямого и обратного потоков соединяли между собой через покровную стеклянную пластину диффузионной сваркой.

Завершали изготовление микроохладителя сверлением с помощью лазерного луча 20 входного и выходного газовых отверстий, к которым напаивали соединительные штуцера из молибдена. Полученный микроохладитель имел глубину каналов в дроссельной части 0,015 — 0,02 мм, глубину каналов пря- 25 мого потока 0 11 мм и глубину каналов обратного потока 0,18 мм, толщина стенок

30 хрома тол щин ой 0,40 — 0,45 м км до пол н ительно наносят слой меди толщиной 2,8-3,0 мкм, э травление ведут при 25 — 35 -С в растворе следующего состава, об. ;

Фтористоводородная

35 кислота 20-40

Серная кислота 15-25

Уксусная кислота 15 — 25

Глицерин 20-30

Сульфосалициловая

40. кислота

1 — 3

Состав травителя, об. ь

Материал и толщина защитной маски, мкм

Качество микроохладителя

Толщина стенок канала при глубине травления 0,1 мм

Скорость травления, мкм/мин

Выход годных, . о

Пример

Фактор травления

Температура травителя, ОС

HF 30

Н2$04 20

СНЗСООН 20

Глицерин 28

Сульфосалициловая кислота 2

Температура холодной зоны микроохла дителя 8790 К, соответствует заданным па аметрам

0,150,17 хром 0,4 медь 2,8

3-3 2 1 3-1 32

Формула изобретения

Способ изготовления преимущественно дроссельных микраохладителей путем нанесения на пластину стекла защитной маски иэ слоя хрома, формирования слоя фотореэиста, создания фотолитографией рисунка каналов и травления в растворе на основе фтористоводородной и серной кислот, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода годных изделий, на слой каналов была не менее 0,15 мм. В качестве хладагента в микроохладителе был использован аргон под давлением 120 атм, При работе микроохладителя была получена температура охлаждаемой эоны 87 — 90 К.

Предложенный способ изготовления планарных дроссельных микроохладителей позволяет создавать качественные микроохлэдители на платах из боросиликатного стекла, работающие в интервале температур 80-120 К. Способ упрощает технологическую схему изготовления микроохладителей за счет использование типовых технологических процессов и оборудования, используемых для изготовления обычных ИС, позволяет без дополнительных затрат изменять форму и размеры микроохладь телей. Экономический эффект от использования изобретения выражается как в повышении процента выхода годных микроохладителей, так и в улучшении параметров электронных устройств, для работы которых необходимых криогенные температуры или параметры которых существенно улучшаются при температурах

80 — 120 К вЂ” это сверхпроводящие электронные устройства, детекторы ИК-излучения, растровые микроскопы и т,д.

1794907

Качество микроохладителя

Материал и толщина защитнойй маски, мкм

Фактор травления

Выход годных, Скорость травления, мкм/мин

Температура травителя, OC

Хром 0,4

Медь

3,0

0,140,15

1,28-1,3

2,8-3,0

1,25-1,3

3,2-3,5

0,150,16

58

Хром 0,45

Медь 3,0

3,4-3,6

59

Хром 0,4

Медь 3,0

0,120,13

1,2-1,25

2,8-3,0

Хром 0,4

Медь 2,8-3,0

При- Состав трамер вителя, об. $

HF 20

Нг504 15

СНзСООН 25

Глицерин 30

Сульфосалициловая ки— слота 1

HF 40

НгЯ04 25

СНзСООН 15

Глицерин 20

Сульфосалициловая ки слота 3

HF 30

НгЯ04 20

СН3СООН 20

Глицерин 28

Сульфосалициловая кислота 1

HF 30

HzSOp 20

СНзСООН 20

Глицерин 28

Сульфосалициловая кислота 1

Толщина стенок канала при глубине

TP88lleния 0,1 мм

1,15-1,2 0,1-0,11

Продолжение таблицы

Темпе ратура холодной зоны микроохладителя

87-90 К, соответствует заданным параметрам

Темпе ратура холодной эоны и другие параметры соответствуют тех. требованиям

Температура холодной эоны и другие параметры соответствуют тех, требованиям

Составитель О.Самохина

Техред М.Моргентал Корректор Q,Густи

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 405 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5