vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2026-71-2-149-157vestift-946Research ArticleРАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕRADIOELECTRONICS, INSTRUMENT-MAKINGСовершенствование процесса прецизионного изготовления микроструктур типа «квадрат» с использованием фотолитографии и электрохимииImprovement of the process of precision fabrication of “square”-type microstructures using photolithography and electrochemistryhttps://orcid.org/0000-0002-7062-042XВойтикО. Л.VoitikO. L.

Войтик Ольга Леонидовна – заведующий лабораторией процессов переноса в микроструктурах

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Olga L. Voitik – Head of the Laboratory of Transfer Processes in Microstructures 

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

voitik@itmo.byhttps://orcid.org/0000-0002-0023-3387ДелендикК. И.DelendikK. I.

Делендик Кирилл Иванович – старший научный сотрудник лаборатории процессов переноса в микроструктурах 

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Kirill I. Delendik – Senior Researcher of the Laboratory of Transfer Processes in Microstructures

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

kdelendik@yahoo.comhttps://orcid.org/0009-0005-9834-530XКолягоН. В.KolyagoN. V.

Коляго Наталья Владимировна – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории процессов переноса в микроструктурах 

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Natalia V. Kolyago – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Laboratory of Transfer Processes in Microstructures

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

kolyago@hmti.ac.byКовальчукЕ. В.KavalchukYa. V.

Ковальчук Евгений Викторович – стажер младшего научного сотрудника лаборатории процессов переноса в микроструктурах 

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Yauheni V. Kavalchuk – Intern of Junior Researcher of the Laboratory of Transfer Processes in Microstructures 

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

ykpocht@yandex.byhttps://orcid.org/0000-0001-9050-4007РощинЛ. Ю.RoshchynL. Yu.

Рощин Леонид Юрьевич – младший научный сотрудник лаборатории процессов переноса в микроструктурах 

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Leоnid Yu. Roshchyn – Junior Researcher of the Laboratory of Transfer Processes in Microstructures

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

leonid-13-99@mail.ruИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиБеларусьA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of BelarusBelarus202609072026712149157Copyright © Войтик О.Л., Делендик К.И., Коляго Н.В., Ковальчук Е.В., Рощин Л.Ю., 20262026Войтик О.Л., Делендик К.И., Коляго Н.В., Ковальчук Е.В., Рощин Л.Ю.Voitik O.L., Delendik K.I., Kolyago N.V., Kavalchuk Y.V., Roshchyn L.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/946

Для повышения интенсивности охлаждения мощных электронных компонент в системах теплоотвода активно применяются теплообменные конструкции с микроструктурами, кроме того, они перспективны в электромеханических датчиках, микрофлюидных чипах для лаборатории на кристалле (LOC). Исследование направлено на решение ключевых проблем изготовления микроструктур, связанных с сохранением характерных их размеров при высоком аспектном соотношении. Представлен комбинированный метод получения прецизионных металлических микроструктур, сочетающий ультрафиолетовую пленочную сухую фотолитографию с электрохимическим осаждением из медных и никелевых сульфатных электролитов. Проведен сравнительный анализ скорости осаждения частиц металла, особенностей краевого эффекта при изготовление никелевых и медных микроструктур, приводящих к слиянию элементов в плотные дендритные образования. Отмечено влияние формы токопроводящей рамки на качество, геометрию и равномерность роста слоев на подложке при горизонтальном осаждении в установке для электрохимической металлизации. Получены микроструктуры типа «квадрат» со следующими параметрами: высота 100 ± 5 мкм, характерный размер 180 ± 5 мкм и межэлементный шаг 90 ± 5 мкм при сохранении вертикальных боковых стенок, хорошей адгезии к подложке, минимизации дефектов при осаждении металлов и четкой воспроизводимости геометрии микроструктур. Разработанная технология обеспечивает формирование механически устойчивых микроструктур, способных выдерживать экстремальные гидродинамические нагрузки.

Currently microstructured heat exchangers are widely used in heat dissipation systems to increase the cooling intensity of high-power electronic components. They also hold promise for electromechanical sensors and microfluidic chips for laboratory-on-a-chip (LOC). This research aims to address key manufacturing challenges associated with maintaining the characteristic dimensions of microstructures at high aspect ratios. A combined method for fabricating precision metal microstructures is presented on the basis of ultraviolet dry film photolithography with electrochemical deposition from copper and nickel sulfate electrolytes. A comparative analysis of the metal particle deposition rate and the edge effect characteristics during the fabrication of nickel and copper microstructures leading to the fusion of elements into dense dendritic formations is carried out. The influence of the conductive frame shape on the quality, geometry, and uniformity of layer growth on the substrate during horizontal deposition in an electrochemical metallization system is noted. Square-type microstructures with height of 100 ± 5 μm, characteristic size of 180 ± 5 μm, and interelement pitch of 90 ± 5 μm is obtained, while maintaining vertical sidewalls, good adhesion to the substrate, minimization of defects during metal deposition and precise reproducibility of the microstructure geometry. The developed technology ensures the formation of mechanically stable microstructures capable of withstanding extreme hydrodynamic loads.

медные микроструктурыникелевые микроструктурыфотолитографияэлектрохимическое осаждениеэлектрохимиятеплообменная поверхностьcopper microstructuresnickel microstructuresphotolithographyelectrochemical depositionelectrochemistryheat exchange surfaceработа выполнена при поддержке Государственной программы научных исследований «Энергетические и ядерные процессы и технологии» на 2021–2025 годы, подпрограмма «Энергетические процессы и технологии», задание 2.14.1 «Разработка системы термостабилизации и процессов ее интегрирования в активную фазированную антенную решетку».the work was supported by the State Program of Scientific Research “Energy and Nuclear Processes and Technologies”, Subprogram “Energy Processes and Technologies” for 2021–2025, Task 2.14.1 “Development of thermal stabilization system and processes for its integration into an active phased antenna array”.ReferencesEnhancing liquid-vapor phase-change heat transfer with micro/nano-structured surfaces / Xiuliang Liu, Jianye Yang, Qifan Zou [et al.] // ACS Nano. – 2025. – Vol. 19, № 10. – P. 9513–9589. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15277Xiuliang Liu, Jianye Yang, Qifan Zou, Yongyan Hu, Pengkun Li, Li Tan, Nenad Miljkovic, Ronggui Yang. Enhancing liquid-vapor phase-change heat transfer with micro/nano-structured surfaces. ACS Nano, 2025, vol. 19, no. 10, pp. 9513–9589. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15277Микропрофилированные поверхности для сверхтонких испарительно-конденсационных устройств / О. Л. Войтик, К. И. Делендик, Н. В. Коляго [и др.] // Инженерно-физический журнал. – 2023. – Т. 96, № 7. – С. 1901–1908. https://doi.org/10.1007/s10891-023-02857-zVoitik O. L., Delendik K. I., Kolyago N. V., Penyazkov O. G., Roshchin L. Yu. Microprofiled surfaces for hyperfine evaporative-condensing units. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2023, vol. 96, no. 7, pp. 1867–1874. https://doi.org/10.1007/s10891-023-02857-zFlow boiling instability characteristics in microchannels with porous-wall / L. X. Zong, G. D. Xia, Y. T. Ji [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2020. – Vol. 146. – Art. ID 118863. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118863Zong L. X., Xia G. D., Ji Y. T., Liu L., Ma D. D., Wang J. Flow boiling instability characteristics in microchannels with porous-wall. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, vol. 146, art. ID 118863. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118863Володин, О. А. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях / О. А. Володин, Н. Печеркин, А. Павленко // Теплофизика высоких температур. – 2021. – Т. 59, № 2. – С. 280–312. https://doi.org/10.31857/S0040364421020149Volodin O. A., Pecherkin N. I., Pavlenko A. N. Heat transfer enhancement at boiling and evaporation of liquids on modified surfaces – A Review. High Temperature, 2021, vol. 59, iss. 2–6, pp. 405–432. https://doi.org/10.1134/S0018151X21020140Advances of materials science in MEMS applications: A review / N. Hossain, M. Z. Al Mahmud, A. Hossain [et al.] // Results in Engineering. – 2024. – Vol. 22. – Art. ID 102115. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102115Hossain N., Al Mahmud M. Z., Hossain A., Rahman Md Kh., Islam Md S., Tasnim R., Mobarak Md H. Advances of materials science in MEMS applications: A review. Results in Engineering, 2024, vol. 22, art. ID 102115. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102115Reliability of MEMS inertial devices in mechanical and thermal environments: A review / Yingyu Xua, Shuibin Liu, Chunhua He [et al.] // Heliyon. – 2024. – Vol. 10, iss. 5. – Art. ID e27481. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27481Yingyu Xua, Shuibin Liu, Chunhua He, Heng Wu, Lianglun Cheng, Guizhen Yan,∙Qinwen Huang. Reliability of MEMS inertial devices in mechanical and thermal environments: A review. Heliyon, 2024, vol. 10, iss. 5, art. ID e27481. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27481Mahammadrafeeq, M. Microelectronic materials, microfabrication processes, micromechanical structural configu ration based stiffness evaluation in MEMS: A review / M. Mahammadrafeeq, K. B. M. Swamy // Microelectronic Engineering. – 2022. – Vol. 263. – Art. ID 111854. https://doi.org/10.1016/j.mee.2022.111854Mahammadrafeeq M., Swamy K. B. M. Microelectronic materials, microfabrication processes, micromechanical structural configuration based stiffness evaluation in MEMS: A review. Microelectronic Engineering, 2022, vol. 263, art. ID 111854. https://doi.org/10.1016/j.mee.2022.111854Control of grain structure, phases, and defects in additive manufacturing of high-performance metallic components / T. Mukherjee, J. W. Elmer, H. L. Wei [et al.] // Progress in Materials Science. – 2023. – Vol. 138. – Art. ID 01153. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101153Mukherjee T., Elmer J. W., Wei H. L., Lienert T. J., Zhang W., Kou S., DebRoy T. Control of grain structure, phases, and defects in additive manufacturing of high-performance metallic components. Progress in Materials Science, 2023, vol. 138, art. ID 01153. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101153Балановский, А. Е. Технология роботизированного аддитивного производства изделий сложной геометрической формы из металла / А. Е. Балановский, В. Ю. Конюхов, Р. Р. Хакимов // Черная металлургия. Бюллетень научно- технической и экономической информации. – 2025. – Т. 81, № 1. – С. 54–60. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-1-54-60Balanovskii A. E., Konyukhov V. Yu., Khakimov R. R. Technology of robotic additive manufacturing of metal products with complex geometric shapes. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii = Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information, 2025, vol. 81, no. 1, pp. 54–60 (in Russian). https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-1-54-60Реализация терагерцовых фильтров высоких частот на основе цельнометаллических микроструктур с использованием глубокой рентгенолитографии / А. Н. Генцелев, С. А. Кузнецов, Ф. Н. Дульцев [и др.] // Автометрия. – 2019. – Т. 55, № 2. – С. 14–27. http://doi.org/10.15372/AUT20190202Gentselev A., Kuznetsov S., Dultsev F., Goldenberg B., Zelinsky A., Kondratyev V., Tanygina D. Implementation of terahertz high-pass filters based on all-metal microstructures using deep X-ray lithography. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2019, vol. 55, no. 2, pp. 115–125. https://doi.org/10.3103/S875669901902002XШелованова, Г. Н. Современные проблемы микро- и наноэлектроники: учеб. пособие / Г. Н. Шелованова; Сиб. федер. ун-т, Ин-т инж. физики и радиоэлектроники. – Красноярск: СФУ, 2017. – 126 с.Shelovanova G. N. Modern Problems of Micro- and Nanoelectronics: A tutorial. Krasnoyarsk, Siberian Federal University Publ., 2017. 126 p. (in Russian).Лазерные аддитивные технологии в машиностроении: учеб. пособие / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров, Р. С. Третьяков; под ред. А. Г. Григорьянца. – М.: Изд-тво МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. – 280 с.Grigor’yants A. G., Shiganov I. N., Misyurov A. I., Tret’yakov R. S. Laser Additive Technologies in Mechanical Engineering. Moscow, Bauman Moscow State Technical University Publ. House, 2018. 280 p. (in Russian).Анализ современного состояния исследований по управлению смачиваемостью наноструктурированных поверхностей / Л. Ю. Рощин, О. Л. Войтик, К. И. Делендик [и др.] // Тепло- и массоперенос – 2021: сб. науч. тр. / [редкол.: О. Г. Пенязьков (гл. ред.) и др.]. – Мн.: Ин-т тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2022. – С. 209–231.Roshchyn L. Yu., Voitik O. L., Delendik K. I., Kolyago N. V., Kovalchuk E. V., Bykova E. P., Bondarenko A. V. Analysis of the current state of research on wettability control of nanostructured surfaces. Teplo- i massoperenos – 2021: sbornik nauchnykh trudov [Heat and Mass Transfer – 2021: A Collection of Scientific Papers]. Minsk, A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus Publ., 2022, pp. 209–231 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.