基于微电铸工艺的金属微通道底板铸层均匀性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:hzpjhuang
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随着微电子技术的发展,电子线路中电子元器件的集成度越来越高,导致集成器件周围的热流密度也在增加,如何对其进行有效散热成为电子领域的研究热点。微通道热沉是为了顺应微电子技术发展而被设计出来的一种高效散热设备,其加工方式受到人们的广泛关注。本文利用SU-8胶光刻工艺和微电铸工艺,制作了一款沟道线宽为100μm、铸层高度大于500μm的金属微通道热沉底板结构。并针对制作过程中出现的铸层厚度不均匀性问题进行了研究,提出了相应的解决措施。本文的主要工作内容如下:针对微通道结构电铸过程中由电流边缘效应引起的铸层厚度不均匀性问题,提出了在阴极表面添加片外辅助阴极的方法。首先利用COMSOL有限元仿真软件建立仿真模型,并利用L9(34)正交试验考查片外辅助阴极与阴极的水平距离A(mm)、片外辅助阴极的宽度B(mm)以及施加在片外辅助阴极上的电流密度C(A·dm-2)并优选出最佳实验参数。然后根据仿真结果加工出了最优片外辅助阴极并进行了一组对照实验。实验结果表明,经过10h的微电铸,添加最优片外辅助阴极后的微通道结构铸层厚度均匀性提高了54.2%。针对微通道结构电铸过程中由反应离子不均匀分布导致的铸层厚度不均匀性问题,提出了在电铸过程中引入兆声波的方法,并进行了对比实验。实验结果表明,微通道结构铸层厚度均匀性随着兆声功率的增加而提高。相比于未添加兆声,添加30W、60W和90W兆声后的铸层厚度均匀性分别提高了17.9%、50.9%和67.6%。为了研究兆声辅助电铸过程中兆声改善微结构铸层厚度均匀性的机理,分析了兆声对于阴极表面扩散层厚度的影响。扩散层厚度通过测量铜阴极极化曲线来获得。测量结果表明,铜阴极表面扩散层厚度随着兆声功率的增加而减小。兆声在电铸液中产生的声流和共振气泡会对溶液进行搅拌,加快电铸液的对流,减小阴极表面的扩散层厚度,促进阴极表面反应离子的传质,改善阴极表面反应离子的分布,从而提高了微结构铸层厚度均匀性。基于上述研究结果,利用基于SU-8胶光刻工艺和微电铸工艺的UV-LIGA技术来进行金属微通道热沉底板结构的制作,制作流程为在铜基底上进行两次匀胶前烘、一次曝光显影和一次电铸成型。采用添加片外辅助阴极和施加双向交替兆声振动的方法来解决电铸时产生的铸层厚度不均匀性问题。最终制作出了尺寸精度满足设计要求的微通道热沉底板。
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