Совершенствование процесса прецизионного изготовления микроструктур типа «квадрат» с использованием фотолитографии и электрохимии

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.

1. Enhancing 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.4c15277

2. Микропрофилированные 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-z

3. Flow 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.2019.118863

4. Володин, 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/S0040364421020149

5. Advances 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.2024.102115

6. Reliability 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.e27481

7. Mahammadrafeeq, 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.2022.111854

8. Control 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.2023.101153

9. Балановский, 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/10.32339/0135-5910-2025-1-54-60

10. Реализация 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/AUT20190202

11. Шелованова, 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.

12. 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.

13. 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.