Способ изготовления преимущественно дроссельных микроохладителей

)5 С 03 С 15/О ТВЕН.ОЕ ПАТЕНТНОЕ О СССРТ СССР) ГОСУДАР ВЕДОМС (ГОСПАТ ЗОБР Т ПИСАНИ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ л, Ь 6изводственноеобъединени икроминиатюрные реф боры для научных иссле с, 3 - 26.идетельство СССР 03 С 15/00, 1985. Изобретение относитготовления планарных дрохладителей из стеклаиспользовано в электроннской промышленности, в иличных детекторов ИК-излПланарные 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 4 х 1,5 х 40 мм и меньше) с металлическими штуцерами для ввода и вывода рабочего газа,ся к способам изоссельных микрои может быть ой,радиотехничероизводстве раз- . учения.(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, создаю фотолитогрвфией 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. Теплообменник состоит из двух плат, соединенных между собой через покровное ,стекло пайкой или диффузионной сваркой,На платах с помощью фотолитографии сформированы каналы прямого и обратного газовых потоков.Для получения температуры 80 - 100 К за счет дросселирования аргона, поступающего 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 мм, Глубина каналов обратного потока составляет 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,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. :Фтористоводо роднаякислота 20-40 Серная кислота 15 - 25 Уксусная кислота 15-25 Глицерин 20-30 Сульфосалициловаякислота 1-3Температура травителя, С 25-35 ОС Скорость травления,мкм/мин 3 - 3,5 Фактор травления (т), 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 подтрав 25 30 35 40 45 50 55 ливание, поз. 3 - напыленные слои хром- медь (толщина 0,003 мм), поз, 4 - стекло.П р и м е р. 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 ОС.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 20; 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 МИИи 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 бо кового 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 меандрас 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, Кплате крепятся металлические штуцеры для ввода(поз. 3) и вывода(поз. 4) рабочего газа.На фиг, 3 схематично представленпрофиль канала платы, полученного химиче 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 ди и хрома в соответствующих травителях, контролировали и отбраковывали годные платы прямого потока,Разделение пластины на отдельные платы проводили скрайбированием или реэ 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 мого потока 0,11 мм и глубину каналов обратного потока 0,18 мм, толщина стенок 30 хрома толщиной 0,40 - 0,45 мкм дополнительно нэносят слой меди толщиной 2,8-3,0мкм, э травление ведут при 25 - 35 ЯС в растворе следующего состава, об. %;Фтористоводородная35 кислота 20-40Серная кислота 15-25Уксусная кислота 15 - 25Глицерин 20-30Сульфосалициловая40. кислота 1 - 3 Состав травителя, об. о Материал и толщиназащитной маски, мкм Качество микроохла- дителя Толщина стенок канала при глубине травления 0,1мм Темпера- Скоро- тура тра- сть траввителя, ления,ОС мкм/мин Выход годных, . о При- мер Фактор травле- ния НР 30 Н 2304 20 СНЗСООН 20 Глицерин 28 Сульфосалициловая кислота 2 Температура холодной эонымикроохла дителя 87- соответствует заданнымпа аметрам 0,150,17 хром 0,4 медь 2,8 30 1,3-1,32 3-3,2 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 щ и й с я 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 микроохладьтелей. Экономический эффект от использования изобретения выражается как в повышении процента выхода годных микроохладителей, так и в улучшении параметров электроннцх устройств, для работы которых необходимых криогенные температуры или параметры которых существенно улучшаются при температурах 80 - 120 К - это сверхпроводящие электронные устройства, детекторы ИК-излучения, растровые микроскопы и т,д,0,14- 0,15 1,28-1,3 60 2,8-3,0 30 1,25-1,3 3,2-3,5 0,15- 0,16 25 58 Хром 0,45Медь 3,0 3,4-3,6 36 59 Хром 0,4 Медь 3,0 0,12- 0,13 1,2-1,25 2,8-3,0 Хром 0,4Медь 2,8-3,0 При- Состав трамер вителя, об,НГ 20 Н 2504 15 СНЗСООН 25 Глицерин 30 Сульфосалициловая ки -слота 1 НР 40 НгЯ 04 25 СНЗСООН 15 Глицерин 20 Сульфосалициловдя кислота 3 НР 30 Н 2504 20 СНэСООН 20 Глицерин 28 Сульфосалициловая кислота 1 НР 30 Н 2504 20 СНЗСООН 20 Глицерин 28 Сульфосалициловая кислота 1 Толщина стенок канала при глубине травле ния 0,1мм 1,15-1,2 0,1-0,11 Продолжение таблицы Температура холодной зоны микроохладителя 87-90 К, соответствует заданным параметрам Температура холодной эоны и другие параметры соответствуюттех, требованиям Температура холодной эо ны и другие параметры соответствуюттех, тре- бованиям1794907 Составитель О.Самохина Техред М.Моргентал Корректор О.Густи а НТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 405 Ти ВНИИПИ Государственного 113035, митета сква, Ж Подписноеизобретениям и открытиям