Способ изготовления сверхтонких пленочных мембран

(5)5 Н 04 В 31/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свиМ 1387864, кл, Н 0Авторское свиМ 1524795, кл, Н 0 т народного хозяй Ф.Прядко, А,Г,Ра руш ковский н,детельство СССР4 В 31/00, 1986.детельство СССР4 В 31/00, 1988. ме- рах ления мемб. По которому Способ относится к электронной технике и может быть использован в технологии изготовления мембран, применяемых в высокочувствительных малогабаритных конденсаторных микрофонах.Известен способ изготовления полимерных мембран для конденсаторных микрофонов, по которому металлизированную с одной стороны пленку закрепляют на пальцах с определенной степенью натяжения, наклеивают на нее оправки (металлические кольца или прямоугольные рамки) и вырезают пленку вокруг оправок, Приклейку справок производят контактолом (проводящим клеем) со стороны металлизированной поверхности. Способ применяют для изготовления мембран, толщина которых равна или превышает 3-5 мкм. Выпуск мембран из пленки толщиной 1-2 мкм в промышленном производстве не производится из-за отсутствия простого, высокопроизводительного способа ее изготовления.Известен способ формирования мембран гальваническим осаждением металлической пленки на подложку с последующим(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХТОНКИХ ПЛЕНОЧНЫХ МЕМБРАН(57) Использование;технология изготовления мембран для малогабаритных высокочувствительных конденсаторных микрофонов. Сущность изобретения: подложку формируют нанесением покрытия из водорастворимого силикатного клея на поверхность листа из водопроницаемой чертежной кальки, пленку формируют нанесением на подложку химически стойкого лака ХСЛ или Х В, а пленку отделяют от подложки путем обработки их в воде. жестким соединением оправки с пленкой и отделением мембраны от подложки. Например, на электроды с шероховатостью поверхности по 12 классу электрохимическим методом осаждали никелсаую пленку. Далее подготавливали жесткую оправку из ди или ее сплавов травлением в раство азотной и серной кислот с добавкой хлористого натрия, припаивали оправку к никелевой пленке и отделяли мембрану от электрода приложением небольшого усилия к корпусу оправки. Этот способ, однако имеет существенные недостатки, а именно сложность и трудоемкость технологических процессов, необходимость применения химически вредных веществ и, главное, непригодность для формирования сверхтонких мембран в связи с тем, что силы сцепления (адгезии) между никелевой пленкой и электродом затрудняли их свободное разделение и приводили к растяжению, а также к повреждению пленки при снятии мембраны с электрода,Известен способ изготовран приборов с микрозазоромпоследовательно наносят на подложку прибора два электрода, изоляционный слой, контакты, буферный слой и мембрану, после чего удаляют буферный слой посредством селективного травления, промывают и сушат в электростатическом поле, силы притяжения которого превышают силы поверхностного натяжения в зазоре. Электростатические силы оттягивают мембрану от подложки в сторону электродов, расположенных над мембраной, препятствуя залипанию мембраны на подлокке в процессе удаления влаги из микрозазора. Как видно из описания этого способа, требуется селективный травитель для растворения буферного слоя, что усложняет выбор материала мембраны. Кроме того, для растворения буферного слоя, промывки и последующей сушки, мембрана должна иметь форму полосы или консоли, боковые участки которьх открыты для раствора. Поэтому данный способ технологически сложен и пригоден только для изготовления микрополосных реле, мембранных модуляторов света и др. Для изготовления мембран конденсаторных микрофонов, у которых пленка жестко закреплена на оправке по всему периметру, этот способ не пригоден.Известен способ изготовления мембран приборов с микрозазором, отличающийся от предыдущего способа тем, что мембране прй сушке сообщают колебания на собственной резонансной частоте. Этот способ имеет те же недостатки, что и предыдущий способ,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления капсюлей конденсаторных микрофонов(авт,св, М 1524795, кл. Н 04 й 31/00, 1988). Способ заключается в фиксации (с помощью специального устройства) кольца капсюля микрофона на поверхности кремниевой пластины, содеркащей слой пористого кремния; заполнении полости кольца гальваническим осаждением меди из сернокислого электролита в две стадии;30-60 мин - ток осаждения 10-20 мА/см;2, 60-120 мин - ток осаждения 50-100 мА/см 2; в отделении кольца с осажденной медью от кремниевой пластины; нанесении материала мембраны на сформированную подложку и удалении меди из полости капсюля селективным травлением. Пористый кремний получают анодной обработкой полированной кремниевой пластины. Величина адгезии сил сцепления) к анодно-обработанному кремнию мала, поэтому отделение кольца капсюля от поверхности кремниевой пластины происходит за счет приложения к кольцу небольшого усилия, Как видно из описания способа, процесс изготовления мембран оказывается сложным и трудоемким из-за необходимости применения гальваники, и селективного травления, Однако 5 основной недостаток этого способа заключается в том, что при снятии с кремниевой пластины кольцо капсюля часто отделяется от гальванического покрытия, которое, в свою очередь, содержит на поверхности неровности и острые выступы размером в несколько десятков микрон. В результате изготовленные подложки оказываются малопригодными для использования ввиду низкого качества формируемых нэ ней 15 сверхтонких мембран,Целью изобретения является упрощение технологии и улучшение качества изготовления сверхтонких мембран,Поставленная цель достигается тем, что 20 в способе изготовления пленочных мембран, включающем формирование растворимой подложки, нанесение на ее поверхность пленки, жесткое закрепление оправки мембраны на пленке, отделение мембраны от подложки путем обработки их в растворителе, подложку формируют нанесением покрытия из водорастворимого силикатного клея на поверхность листа из водопроницаемой чертежной кальки, плен ку формируют нанесением на подложку химически стойкого лака ХСЛ или ХВ, а мембрану отделяют от подложки путем обработки их в воде,Сущность изобретения заключается в 35 том, что в отличие от прототипа, в которомподложку формируют гальваническим осаждением медного покрытия на полированную кремниевую пластину с последующим его механическим отсоединением от пластины, 40 причем покрытие обрабатывают затем всложных химических растворах с целью отделения мембраны от подложки, в нашем способе подложку формируют из водопроницаемого материала с водорастворимым 45 покрытием на нем, соответственно отделение мембраны от подложки осуществляют обработкой в воде. В результате значительно упрощается технология изготовления сверхтонких мембран, так как исключают ся трудоемкие .процессы подготовкикремниевых пластин, длительного гальванического осаждения медного покрытия и последующего его растворения в химически вредных травителях, Кроме того, ис ключается операция механическогоотделения медного покрытия от кремниевой пластины, из-за которой происходит нарушение поверхности подложек и соответственно ухудшается качество изготовленных мембран.1794283 5 10 15 20 25 электроды,5Выбор лакаХСЛ или ХВ для формирования сверхтонких мембран обусловлен следующими его свойствами - он легко наносится на поверхность подложки методом центрифугирования, быстро высыхает при комнатной температуре. Пленка получается эластичной, по прочности не уступает. фторопластовой пленке, обладает слабой адгезией к силикатному покрытию, не растворяется в воде, химически устойчивая к щелочам и кислотам, не разрушается со временем.Использование центрифугирования обусловлено высокой производительностью этого метода и возможностью получения пленок толщиной 1 мкм и меньше. Толщину пленок можно регулировать подбором вязкости лака и числа оборотов центрифуги, Вязкость регулируют разбавлением лака в растворителе М 649, Измерение толщины осуществляют стандартным способом на микроскопе МИИ.Процесс изготовления сверхтонких мембран заключался в следующем.На металлические пяльцы 853 мм натягивали водопроницаемую чертежную кальку, имеющую ровную, гладкую поверхность без вмятин и повреждений. Пальцы закрепляли на оси центрифуги от дисковода ЕСи со скоростью вращения 3000 об/мин наносили водорастворимое покрытие в виде тонкого (10-20 мкм) слоя конторского силикатного клея (ТУ 6-15-433-75) в течение 15-20 с, За это время клей успевал высохнуть и дальше наносили центрифугированием в течение 15-20 с пленку толщиной 1-2 мкм химически стойкого лака, ХСЛ или ХВ(ГОСТ 7313-75), После сушки лака при комнатной температуре в течение 10-15 мин (или на центрифуге в течение 3-5 мин) пяльцы снимали с дисковода и на полимерную пленку наклеивали тем же лаком ХВ или ХСЛ металлическую оправку, вокруг которой затем лезвием вырезали полученную многослойную структуру. Вырезанную мембрану помещали в сосуд с водой выдерживали 15-20 мин. За это время вода проникала через кальку и растворяла силикатный клей, после чего однослойную полимерную мембрану свободно отделяли от кальки, промывали в чистой воде и сушили бумажными фильтрами,В дальнейшем процесс изготовления мембран требуемых размеров для микрофонов ничем не отличался от известного способа их изготовления путем нанесения на сверхтонкую пленку электропроаодящего покрытия толщиной 0,2-0,3 мкм методом вакуумно-термического напыления алюминия, приклейки колец или рамок проводящим клеем (контактолом) и последующей вырезки готовых мембран. Были изготовлены таким способом мембраны следующих размеров;Й 11 мм для электретных микрофонов МКЭ;О 19 мм для электретных микрофонов МКЭА и МКЭ;7 х 5 мм для малогабаритных микрофонов М 4 и М 7.Применение сверхтонких мембран позволило увеличить пороговую чувствительность конденсаторных, в том числе электретных30 микрофонов в 2-3 раза. Значительно уменьшена трудоемкость их изготовления и соответственно себестоимость. Технологический процесс обеспечивает 100 О -ный вь 1 ход годных мембран и высокое их качество,Применение изобретения в производстве обеспечит достижение значительного экономического эффекта. Этот способ может быть рекомендован преимущественно для изготовления высокочувствительных 40 малогабаритных конденсаторных микрофонов, у которых используются электреты, например из оксида кремния или фторопласта Ф 4 МБ, нанесенные на перфорированныеФормула изобретения Способ изготовления сверхтонких пленочных мембран, заключающийся в формировании растворимой подложки, нанесении пленки на ее поверхность, жестком закреплении оправки мембраны на пленке и отделении пленки от подложки обработкой их в растворителе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что подложку формируют нанесением покрытия из водорастворимого силикатного клея на поверхность листа иэ водопроницаемойчертежной кальки, пленку формируют нанесением на подложку химически стойкого лака ХСЛ или ХВ, а пленку отделяют отподложки обработкой их в воде,