Спосіб виготовлення тонких гальванопластичних виробів, переважно, перфорованої металевої фольги

Реферат: Винахід належить до технології гальванопластики і може бути використаний при одержанні тонких гальванопластичних виробів, в тому числі, для мікролітографії, рельєфних друкованих плат, високопрофільних друкованих структурних елементів мікроелектромеханічних систем. В основу винаходу поставлено задачу виготовлення матриці багаторазового використання шляхом додаткової обробки поверхні металевої основи, що дозволить удосконалити процес одержання тонких перфорованих гальванопластичних виробів. Задача вирішується способом, який полягає в формуванні на металевій основі рельєфної маски і електроосадженні в її вікнах металевого шару з подальшим його відокремленням, і відрізняється тим, що металеву основу з нанесеною попередньо негативною фоторезистивною маскою селективно видаляють на товщину металевого шару, розпилюють іонно-плазмову плівку нітриду перехідного металу, наприклад, TiN, далі видаляють фоторезистивну маску і, перед осадженням металевого шару здійснюють пасивуючу обробку ділянок поверхні, на яких відсутня нітридна плівка. Переваги означеного способу дозволять удосконалити технологію одержання тонких гальванопластичних виробів радіотехнічного призначення. UA 99102 C2 (12) UA 99102 C2 UA 99102 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технології гальванопластики і може бути використаний при одержанні тонких гальванопластичних виробів, в тому числі, для мікролітографії, рельєфних друкованих плат, високопрофільних друкованих структурних елементів мікроелектромеханічних систем. Відомі способи виготовлення тонких перфорованих гальванопластичних виробів, наприклад, прецизійних шаблонів для мікролітографії, де на підготовленій поверхні матриці з нанесеною негативною фоторезистивною маскою електроосаджують металевий шар у вигляді перфорованої фольги, яку видаляють з поверхні матриці разом з фоторезистивною маскою [12]. Однак, відомі способи потребують відновлення на поверхні матриці фоторезистивної маски перед електроосадженням металевого шару, що ускладнює технологію одержання гальванопластичних виробів у серійному виробництві. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб одержання перфорованої металевої фольги, відповідно до якого на поверхні металевої основи із нержавіючої сталі формують рельєфну негативну фоторезистивну маску, де висота її рельєфу дорівнює товщині електролітичного металевого шару, після осадження якого на незахищених ділянках видаляють фоторезист і відокремлюють металевий шар у вигляді перфорованої фольги [3] - прототип. До недоліків відомого способу слід віднести складність фотоліграфічного відтворення рельєфної маски перед осадженням металевого шару, яке потребує жорстко регламентованого послідовного здійснення операцій нанесення, сушіння, експонування, проявлення та термічного дублення фоторезисту. В основу винаходу поставлено задачу виготовлення матриці багаторазового використання шляхом додаткової обробки поверхні металевої основи, що дозволить удосконалити процес одержання тонких перфорованих гальванопластичних виробів. Задача вирішується тим, що у способі, який полягає в формуванні на металевій основі рельєфної маски і електроосадженні в її вікнах металевого шару з подальшим його відокремленням, металеву основу з нанесеною попередньо негативною фоторезистивною маскою селективно видаляють на товщину металевого шару, розпилюють іонно-плазмову плівку нітриду перехідного металу, наприклад, TiN, далі видаляють фоторезистивну маску і, перед осадженням металевого шару здійснюють пасивуючу обробку ділянок поверхні, на яких відсутня нітридна плівка. Суттєвою відмінною ознакою запропонованого способу є створення постійного топологічного рельєфу матриці з локальним розподілом електропровідної нітридної і малопровідної пасивної плівок, що забезпечує селективне електроосадження металевого шару відповідного профілю, в тому числі, у вигляді перфорованої фольги і не потребує відновлення фоторезистивної маски при багаторазовому використанні матричної поверхні. На фіг. 1-4 розглянуто процес формування рельєфної поверхні матриці багаторазового використання запропонованим способом і електроосадження за її допомогою перфорованої фольги, де зображено в поперечному перерізі: 1 - металева основа; 2 - фоторезист; 3 - плівка TiN; 4 - ділянка рельєфу з пасивною плівкою; 5 - електроосаджений металевий шар; 6 відокремлена перфорована фольга. Топологія рельєфної матриці, яка відображена на фіг. 1-4, пов'язана з селективним видаленням поверхневого шару металевої основи 1 на незахищених фоторезистом 2 ділянках. Струмопровідні ділянки поверхні відповідають розташуванню отриманої шляхом локального іонно-плазмового розпилення нітридної плівки 3, яка характеризується електропровідністю і підвищеною хімічною стійкістю. Малопровідна плівка, яка утворюється за рахунок хімічної обробки в пасивуючому розчині, перешкоджає електроосадженню металевого шару на пробільних ділянках рельєфної поверхні 4. Процес електроосадження, таким чином, відбувається виключно на ділянках з нітридною плівкою 3, що призводить до заповнення об'єму видаленого шару металевої основи 1. Низька адгезія осадженого металевого шару 5 обумовлює можливість його відокремлення у вигляді перфорованої фольги 6, а висока стійкість отриманої рельєфної поверхні матриці до дії електролітів забезпечує її багаторазове використання при виготовленні гальванопластичних виробів. Більш детально запропонований спосіб розглянутий на прикладі. Приклад. На металеву основу із хромонікелевої сталі наносили негативну маску фоторезисту типу СПФ і селективно видаляли матеріал основи на глибину 5 мкм в розчині 400 г/л FeCl3 при 50 °C. Далі розпиляли плівку TiN товщиною 0,1 мкм в азотно-аргоновій плазмі, видаляли фоторезист в розчині 30 г/л NaOH і здійснювали обробку поверхні в розчині 100 г/л NaNO2 при 50 °C протягом 60 с. На підготовлену рельєфну поверхню матриці осаджували шар міді в сірчаному електроліті до товщини 5 мкм. 1 UA 99102 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 При механічному відокремленні електроосадженого шару міді під кутом 90° показник адгезії 2 не перевищував 0,2 Н/см , що цілком виключає можливість деформації перфорованої фольги. Адгезія шару міді залишається незмінною при повторному та подальших електроосадженнях, що свідчить про стабільність стану поверхні матриці в умовах її багаторазового використання. Механічному відокремленню тонкої перфорованої фольги в разі її підвищеної пластичності сприяє форма профілю, яка відповідно до фіг. 1-4 є близькою до трапеції в поперечному перерізі, що обумовлено ізотропним характером селективного хімічного видалення матеріалу основи. Запропонований спосіб передбачає можливість оптимізації форми профілю рельєфної матриці в процесі її формування. Так, при анізотропному електрохімічному анодному видаленні матеріалу металевої основи на незахищених фоторезистом ділянках форма профілю буде більш близькою до вертикальної, що може бути використано при одержанні високопрофільних гальванопластичних виробів, наприклад, при виробництві рельєфних комутаційних друкованих плат [4, 5], тримірних структурних елементів мікроелектромеханічних систем [6, 7]. Використання запропонованого способу задовольняє умови виготовлення гальванопластичних виробів із кольорових та дорогоцінних металів, сплавів на їх основі, в тому числі, Сu, Аu, Ni, Co, Ni-Mo та інших. Матеріалом основи для рельєфної матриці може бути, крім нержавіючої сталі: Ті, Mo, Ni, Cr, Al, Сu, їх сплави, на поверхні яких в результаті хімічної обробки, наприклад, в розчинах нітратів, хроматів, перехідних та інших сполук, утворюється стійка малопровідна пасивна плівка. Вибір нітридної плівки при виготовленні гальванопластичних виробів запропонованим способом визначається такими її властивостями: електропровідністю, хімічною стійкістю і стабільністю складу, низькою адгезією до електроосадженого металевого шару. З числа нітридів перехідних металів перевагу слід віддати мононітриду титану, який є виключно хімічно стійкою сполукою, за електропровідністю не поступається металевому титану, а умови іонноплазмового розпилення TiN забезпечують стабільність його складу. Таким чином, запропоноване технічне рішення в порівнянні з відомими способами, забезпечує такі переваги: - одержання рельєфної металевої поверхні з можливістю селективного електроосадження металевого шару при відсутності фоторезисту; - багаторазове використання підготовленої поверхні матриці, яке не потребує постійного відтворення фоторезистивної маски; - можливість отримання оптимальної форми профілю рельєфної поверхні матриці. Означені переваги дозволять удосконалити технологію одержання тонких гальванопластичних виробів радіотехнічного призначення. Джерела інформації: 1. Пат. № 2992645 В2 4183892А Японія, МКВ 6 С25D 1/08. Спосіб виготовлення перфорованого виробу методом гальванопластики /Шимазу Хироші, Накагава Хироші/. Опубл. 20.12.99. 2. Пат. № 2992647 В2 4218690А Японія, МКВ 6С25D 1/08. Спосіб виготовлення перфорованого виробу методом гальванопластики /Шимазу Хироші, Накагава Хироші/. Опубл. 20.12.99. 3. Пат. № 2184045 Великобританія, МКВ С25D 1/08. Спосіб одержання перфорованої металевої фольги. Опубл. 17.06.87. 4. Галецький Ф.П. Технологія виготовлення двадцятишарових друкованих плат з провідниками 100 мкм. Економіка і виробництво. № 12.2000. 5. Пат. №2047275, МКВ Н05K 3/04. Спосіб виготовлення друкованих плат /Булавицький А.І. та ін. Опубл. 10.27.95. 6. Пат. № 6551485ВА США, МКВ 7 С25D 5/18. Спосіб гальванічного осадження металів при формуванні тримірних мікроструктур / Тейлор Е./ Опубл. 22.04.03. 7. Борзенько А. Технологія MEMS. № 1. - 2006. http://www.bytemag.ru. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Спосіб виготовлення тонких гальванопластичних виробів, переважно, перфорованої металевої фольги, який полягає в формуванні на металевій основі рельєфної маски фоторезисту і електроосадженні в її вікнах металевого шару з подальшим його відокремленням, який відрізняється тим, що металеву основу з нанесеною попередньо негативною фоторезистивною маскою селективно видаляють на товщину металевого шару, розпилюють іонно-плазмову плівку нітриду перехідного металу, наприклад, TiN, далі видаляють 2 UA 99102 C2 фоторезистивну маску і перед осадженням металевого шару здійснюють пасивуючу обробку ділянок поверхні, на яких відсутня нітридна плівка. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3