ГАЛЬВАНОТЕХНИКА
И ОБРАБОТКА
ПОВЕРХНОСТИ
Содержание №2 за 2010 год
Разработка химико-гальванических процессов для литографического
производства трёхмерных микроструктур. Абрамский А.Ю.,
Гольденберг Б.Г., Зелинский А.Г., Кондратьев В.И., Корольков В.П.,
Коронкевич В.П., Маслий А.И., Медведев А.Ж.
Осаждение
металлов и
сплавов
Электроосаждение покрытий никель-бор из электролитов
никелирования с добавкой додека-клозо-додекабората калия.
Рогожин В.В., Братцев В.А., Исаев В.В., Наумов В.И.
Электроосаждение меди из отработанных щелочных растворов
химической металлизации. Плохов С.В., Велиева Ю.В., Корнев Р.А.
Расплавы
Методы
исследования
Экология
Ответы на
вопросы
читателей
Хроника
Получение диффузионных покрытий никель-самарий методом
бестокового переноса в расплаве Li-KCl-SmCl3. Елькин О.В.,
Ковалевский А.В., Чебыкин В.В.
Влияние наводороживания на пластичность поверхностного слоя
гальванического цинкового покрытия на стали 70. Криштал М.М.,
Еремичев А.А., Караванова А.А., Ибатуллин И.Д.
Регенерация меди из ванны улавливания после меднения из
сернокислого электролита. Виноградова А.В., Кладити С.Ю.,
Кудрявцев В.Н., Виноградов С.С.
О «новом» классе покрытий
Проблемы при оловянировании
О холодном фосфатировании
Отчёт о 7-й международной выставке и конференции «Покрытия и
обработка поверхности»
гальванотехника.рф
www.galvanotehnika.info
Стр.1
Гальванотехника
и обработка поверхности
УДК 621.357.6; 539.1044
Разработка химико-гальванических процессов для
литографического производства трёхмерных
микроструктур
Абрамский А.Ю. 2
Кондратьев В.И. 2
, Гольденберг Б.Г. 2
, Корольков В.П. 3
Маслий А.И. 1
, Зелинский А.Г. 1
, Коронкевич В.П. 3
, Медведев А.Ж. 1
Ключевые слова: ЛИГА технология; рентгеновские шаблоны; электроосаждение сплава Re-Ni;
электроосаждение Au; дифракционные элементы линз; гальваническое копирование
Рассмотрены особенности ЛИГА технологии изготовления трехмерных металлических
микроструктур различного назначения в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения.
Разработаны процессы электроосаждения сплава рений-никель и золота в качестве поглощающих слоев
для рентгеновских шаблонов, а также операции химического серебрения, меднения и никелирования для
гальванического копирования дифракционного элемента корригирующей офтальмологической линзы.
Development of Electroless- and Electroplating Processes for
Lithographic Production of 3D Microstructures
Abramskii A.Yu. 2
Kondratyev V.I. 2
, Goldenberg B.G. 2
, Korolkov V.P. 3
Masliy A.I. 1
elements of lenses; galvanic replication
The paper discusses lithographic and plating processes,
which are the major components of LIGA techniques.
Fabrication of X-ray masks (XRM) and copying
of diffractive optical lens are used as examples.
The fabrication of XRM is an essential initial
stage of LIGA-technology for production of any
microstructure with deep channels (up to 200 µm)
and a high aspect ratio (up to 100:1). An XRM is an
X-ray opaque pattern of the future microstructure
supported by an X-ray transparent wafer, for example,
a glassy carbon one (Fig. 1). Contrast ratios of
the XRM to different absorbents were calculated for
the radiation source (X-ray synchrotron radiation,
a VEPP-3 accelerator, Budker Institute of Nuclear
Physics SB RAS, Novosibirsk), and Re and Au were
demonstrated to be the best absorbents (Fig. 2).
The paper reports the results of the electrodeposition
of a Re–Ni alloy (90–95 wt % Re) from sulfate
and acetate electrolytes onto XRM blanks. In
the first case, if current density is 5–10 А/dm2
, the
Электроосаждение металлов и сплавов
, Zelinsky A.G. 1
, Medvedev A.Zh. 1
Keywords: LIGA process; X-ray masks; Re–Ni alloy electrodeposition; Au plating; diffractive
average deposition rate is about 8 µm/h, current efficiency
20–30%, and the final coating thickness 20
µm, the coatings are gray, undulating, very highstressed,
and with a continuous network of large
microcracks (Fig. 3a). Using an acetate electrolyte
allowed to stabilize solution pH during the electrodeposition
and to obtain light gray, lower stressed Re–
Ni alloy coatings. Nevertheless, microcracks cannot
be completely eliminated from a 20-µm-thick cathode
deposit even in this case (Fig. 3b).
Gold is a more promising absorbent for XRM.
It was deposited onto XRM blanks from sulfite–thiosulfate
and citrate–cyanide electrolytes. As is not the
case with Re, both electrolytes yield continuous and
dense Au deposits, which ensure the required high
contrast (100–150) if they are 20–30 µm thick. A citrate
electrolyte produces higher quality and more
fine-crystalline Au coatings (Fig. 4).
The central problem in copying the flat diffractive
element of an optical lens (Fig. 5) was high
11
,
, Koronkevich V.P. 3
,
,
,
Стр.2
Гальванотехника
и обработка поверхности
internal stress inside the electrodeposits (especially
Ni ones). It results in local separation of the conducting
strike layer (chemical silvering) and distortion
of the copy microtopography. A flat copy can be obtained
with the required accuracy (Fig. 6) in the following
way. First, a thick (40–50 µm), low-stressed
copper layer is deposited onto a silver under layer.
1. Введение
Одним из актуальных и интенсивно развивающихся
направлений современной гальванотехники
является использование процесса электроосаждения
металлов при производстве широкого
круга трехмерных металлических структур. Примерами
таких структур являются микро- и наноэлектромеханические
устройства [1], большие
интегральные схемы и многослойные печатные
платы [2], фильтры и управляющие элементы для
лазерной техники [3], микрофлюидные тестсистемы
для медицины [4] и др. Как правило, подобные
микроструктуры создаются с помощью так называемой
ЛИГА технологии [5], являющейся совокупностью
литографических и гальванических
операций. С помощью литографии в фоторезисте
формируется трехмерная заготовка будущей
микроструктуры, а с помощью гальванотехники в
определенные ее места локально осаждается требуемое
функциональное покрытие. В зависимости
от конкретной задачи (глубины и аспектного
отношения заполняемых покрытием каналов, их
минимальных размеров, заданной точности изготовления
и т.д.) используются различные виды
литографии с применением излучения в широком
спектральном диапазоне. В частности, для
создания микроструктур с высоким аспектным
отношением и высоким разрешением необходима
рентгеновская литография. Дополнительные
преимущества (высокую интенсивность и малую
расходимость пучка) можно получить при использовании
для литографии рентгеновского диапазона
синхротронного излучения (СИ) ускорителей.
Именно поэтому исследования по разработке
ЛИГА процессов и производству 3D-микроструктур
различного назначения ведутся в созданном
на базе ИЯФ СО РАН Сибирском центре синхротронного
и терагерцового излучения (СЦСТИ) [6].
Информация о результатах работ в этом направлении
и примерах решения некоторых задач является
целью данной статьи.
2. Изготовление рентгеновских
шаблонов
Получение рентгеновских шаблонов (РШ)
является обязательной стадией изготовления лю12
After
that, the flat copper copy is separated from the
original (together with the under layer), and a thin
(1–2 µm) functional Ni layer is deposited onto its face
from a sulfamate electrolyte.
The study was conducted under integration
project No. 55 of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Sciences “X-ray LIGA Techniques for
Synthesis of 3D Diffraction Structures.”
бой достаточно толстой и высоко аспектной микроструктуры.
РШ представляет собой непрозрачный
рисунок из поглощающего рентгеновское излучение
материала на прозрачной для используемого
излучения подложке [7]. Как правило, для создания
РШ высокого разрешения и изготовления
микроструктур с большим аспектным отношением
используется сложная многостадийная технология
с получением промежуточного шаблона методами
ультрафиолетовой или лазерной литографии. В
последующем с использованием промежуточного
шаблона и рентгеновской литографии в «мягком»
спектре СИ (λ~12 А) получают рабочий РШ.
При изготовлении многих практически важо
ных
микроструктур (фильтров для терагерцового
излучения, микрофлюидных систем, микроструктурированных
оптических элементов и т.д.) характерны
критические размеры более 10 мкм. В этом
случае РШ высокого разрешения не требуются. Поэтому
для изготовления подобных микроструктур
в СЦСТИ разработан более простой одностадийный
процесс изготовления РШ с использованием
глубокой рентгеновской литографии и высокочувствительного
фоторезиста SU-8 [8].
2.1.Формирование 3D-микростуктуp в
фоторезисте
В качестве основного материала подложек
при изготовлении РШ в СЦСТИ используется
стеклоуглерод. Он практически прозрачен для
применяемого диапазона излучения (λ=0,3-3 А),
имеет хорошую электропроводность и высокие
физико-механические характеристики, стоек к
термическим, радиационным и химическим воздействиям.
Для улучшения сцепления стеклоуглерода
с резистом, а впоследствии и с осаждаемым
в вытравленные каналы поглощающим
слоем металла, поверхность углеродных пластин
предварительно механически шлифовали и с целью
последующего формирования резистивных
структур на нее методом центрифугирования наносили
равномерный слой негативного фоторезиста
SU-8 заданной толщины (30-100 мкм) с последующим
его отжигом.
Экспонирование фоторезиста проводилось
фотолитогафическим способом, а также с
о
Электроосаждение металлов и сплавов
Стр.3