Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки микропроводов со стеклянной оболочкой для электрического соединения

Изобретение относится к области обработки материалов для микроэлектроники и может быть использована для изготовления качественных электрических контактов на микропроводах диаметром до 40 мкм со стеклянной оболочкой до 15 мкм, в том числе переменного сечения, использующихся для изготовления ГМИ, стресс-чувствительных датчиков и магнитных меток.

Известен способ соединения микропроводов [US 8348137 В1]. Способ, заключается в: 1) размещении удлиненной цилиндрической пружины, имеющей первый и второй концы, и изготовленной из паяемого материала на проксимальном конце микропровода, так что проксимальный конец микропровода соединен с первым концом цилиндрической пружины; 2) подаче расплавленного припоя к проксимальному концу микропровода и к первому концу пружины, при этом материал припоя должен эффективно связываться с пружиной, оболочкой и металлическим проводником микропровода после охлаждения без влияния на оболочку микропровода. В результате остывания припоя, проводник микропровода соединяется с первым концом пружины через колпачок припоя, проходящим вдоль части длины первого конца пружины, в то время как микропровод выходит из второго конца пружины. Недостатками способа являются: недостаточная адгезия свинцово-оловянных припоев к жилам микропроводов; малая площадь контакта припоя к жиле микропровода, фактически ограничена площадью сечения микропровода, что при наличии тонкой окисной пленки увеличивает омическую составляющую в спае; существенное увеличение длины микропровода для датчиков и магнитных меток из-за необходимости размещения на концевых частях микропровода контактных пружин, а также ограничения на использование микропроводов для чувствительных датчиков из-за влияния контактных пружин на магнитные свойства системы «микропровод-катушка» использующихся в датчиках, например в ГМИ-сканерах.

Также известен способ соединения микропроводов [US 20150194236 А1]. Способ, заключается в применении специальных подкладных шайб различной конструкции, в зависимости от типоразмеров присоединяемых электрических контактов. Недостатками способа являются: 1) компрессионная фиксация микропровода в канале подкладной шайбы, что может привести к преждевременному разрушению стеклянной оболочки микропровода и как следствие выходу из строя датчика на его основе; 2) увеличение массогабаритных характеристик датчиков и магнитных меток на основе микропроводов в связи со значительными размерами подкладных шайб, что ограничивает их применение.

Создание надежных и прочных электрических соединений с тонкими проволоками, проводниками и микропроводами из аморфных материалов, представляет собой серьезную техническую проблему. Технический результат при использовании способа заключается в подготовке к качественному электрическому соединению микропровода с проводником методом пайки, для следующих типов соединений: а - стыковое; б - нахлесточное; в - телескопическое, с использованием припоев, содержащих свинец (39-50%), олово (50-61%) и обладающих температурой плавления не выше 183°С.

Технический результат достигается после полного локального удаления стеклянной оболочки в местах создания электрического контакта без повреждения жилы микропровода путем травления стеклянной оболочки микропроводов с помощью геля для травления, последующей промывки водой и электрохимического осаждения медного подслоя на протравленные контактные участки с использованием пирофосфатного электролита.

Изобретение поясняется чертежом, где: на фиг. 1 показаны типы электрических соединений: а - стыковое; б - нахлесточное; в - телескопическое, на фиг. 2 показано полное локальное травление стеклянной оболочки; на фиг. 3 показан результат электрохимического осаждения медного подслоя на оголенный участок жилы микропровода после полного локального травления стеклянной оболочки.

Результат достигается путем выполнения последовательных стадий: 1) полное локальное удаление стеклянной оболочки в местах создания электрического контакта без повреждения жилы микропровода путем травления стеклянной оболочки микропроводов с помощью геля для травления; 2) промывка в проточной воде; 3) электрохимическое осаждение медного подслоя на протравленные контактные участки с использованием пирофосфатного электролита.

Для достижения результата необходимо выполнение следующих условий:

- используемый состав геля для травления должен обеспечивать полное снятие стеклянной оболочки без образования язв и неравномерного травления жилы микропровода;

- состав электролита для нанесения медного подслоя CuSO₄⋅5H₂0 - 1,0-2,5 г/л, K₄Р₂О₇ - 80-100 г/л;

- режим нанесения медного подслоя - температура (Т) - 15-30°С, плотность тока катодная 1-2 А/дм², время (t) 0,5-2 мин.

Изобретение предназначено для обработки поверхности аморфных магнитомягких микропроводов диаметром до 40 мкм со стеклянной оболочкой до 15 мкм, в том числе переменного сечения, использующихся для изготовления ГМИ, стресс - чувствительных датчиков и магнитных меток, в частности к созданию надежных электрических контактов.

Принцип работы способа заключается в деликатном локальном удалении стеклянной оболочки микропровода при использовании геля для травления и последующего нанесения медного подслоя толщиной 0,3-1 мкм.

Предлагаемым способом провели подготовку электрических контактов путем локального удаления стеклянных оболочек с поверхности микропроводов и электрохимического нанесения медного подслоя в местах последующей пайки:

Пример 1. Микропровод Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 с диаметром жилы 16,04 мкм и толщиной стеклянной оболочки 8,56 мкм. Проводили последовательные операции по полному локальному травлению стеклянной оболочки до жилы микропровода в геле для травления в течение 15 часов 51 минуты, промывку в воде и сушку на воздухе. После сушки осуществляли электрохимическое осаждение медного подслоя из электролита CuSO₄⋅5H₂O - 1,75 г/л, K₄Р₂О₇ - 90 г/л по следующему режиму: температура (Т) - 22,5°С, плотность тока катодная 1,5 А/дм², время (t) 1 мин 15 сек. В результате осаждения получен медный подслой толщиной от 370 до 810 нм.

Пример 2. Микропровод Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 с диаметром жилы 11,62 мкм и толщиной стеклянной оболочки 10,03 мкм. Проводили последовательные операции по полному локальному травлению стеклянной оболочки до жилы микропровода в геле для травления в течение 18 часов 34 минут, промывку в воде и сушку на воздухе. После сушки осуществляли электрохимическое осаждение медного подслоя из электролита CuSO₄⋅5H₂O - 1 г/л, K₄Р₂О₇ - 80 г/л по следующему режиму: температура (Т) - 15°С, плотность тока катодная 1 А/дм², время (t) 2 мин. В результате осаждения получен медный подслой толщиной от 430 до 580 нм.

Пример 2. Микропровод Co67Fe4Ni2Mo2B11Si14 с диаметром жилы 16,61 мкм и толщиной стеклянной оболочки 11,65 мкм. Проводили последовательные операции по полному локальному травлению стеклянной оболочки до жилы микропровода в геле для травления в течение 21 часа 34 минут, промывку в воде и сушку на воздухе. После сушки осуществляли электрохимическое осаждение медного подслоя из электролита CuSO₄⋅5H₂O - 2,5 г/л, K₄Р₂О₇ - 100 г/л по следующему режиму: температура (Т) - 30°С, плотность тока катодная 2 А/дм², время (t) 0,5 мин. В результате осаждения получен медный подслой толщиной от 290 до 950 нм.

Поверхности жил микропроводов после полного локального травления стеклянной оболочки и осаждения медного подслоя с последующей пайкой при температуре 190±5°С припоем ПОС61, содержащим свинец 39% и олово 61% обладают высокой смачиваемостью к расплавленному припою, адгезией и обеспечивают надежный электрический контакт стыковыми, нахлесточными и телескопическими соединениями.