矽微通道板真空填蠟結構釋放方法
2023-12-02 13:44:06
專利名稱：矽微通道板真空填蠟結構釋放方法
技術領域：
本發明涉及一種矽微通道板真空填蠟結構釋放方法，用於宏孔矽微通道陣列的加工，屬於矽微細加工技術領域。
背景技術：
MCP (微通道板)是一種二維連續電子倍增電真空器件，由多個具有連續電子倍增能力的通道按某種幾何圖案排列構成，在微光夜視、航空航天探測、核探測及大型科學儀器領域有著廣泛的應用。現有鉛矽酸鹽玻璃MCP由於材料組成與工藝的限制，存在使用壽命短、動態範圍小、空間分辨能力有限、信噪比較低等難以克服的缺陷。為了提高MCP的性能，實現低噪聲、長壽命、超小孔徑、高輸出、大面積、無離子反饋膜，現有技術從不同方面改進MCP。20世紀90年代初，美國Galileo電子-光學公司J.R.Horton等人提出採用單晶矽材料，利用先進的半導體器件製造工藝和微米/納米加工技術製造矽微通道板。將基底材料與打拿極材料選擇分開，將微孔陣列與連續打拿極形成工藝分開，徹底解決了玻璃微通道板多纖維拉制和氫還原處理相互牽制的問題，也給採用高純材料和採用新工藝製作二次電子發射層提供了條件。分析表明，矽微通道板與玻璃微通道板比較具有通道孔徑小、工作面積大、動態範圍寬、幾何保真度高、光譜響應範圍寬、耐高溫等優點。公開現有娃微通道加工技術的代表文獻為Thurman Henderson et al, EtchingTechnologies in Support of the Development of a Coherent Porous Silicon Wickfor a Mems LHP, University of Cincinnat1.(2004)。其中的娃微通道結構釋放工藝流程為:清洗經電化學腐蝕後的矽片，以腐蝕的方式進行背部減薄，使陣列宏孔矽微通道通透，但是，減薄後的矽片背部表面比較粗糙，並且，由於這種粗糙導致一些微通道沒能徹底通透，另外，電化學腐蝕工序存在的丟孔現象也使得一些微通道在減薄工序中未能達到徹底通透。再次清洗矽片之後向微通道內填充石蠟，也就是將矽片正面朝下放置在融化的石蠟上面，石蠟藉助毛細現象浸潤微通道內壁，直到浸潤到微通道頂部後完成填蠟，填充石蠟的作用在於防止在之後的拋光工序中發生微通道堵塞現象，這種堵塞通常難以疏通，嚴重降低矽微通道版的質量和成品率。最後拋光矽片背部，在使背部表面光潔的同時實現矽微通道陣列的良好通透，之後清除拋光廢液和殘物，同時用去蠟清洗劑去除所填充的石蠟，完成矽微通道板結構釋放。不過，所述現有技術仍存在一些技術問題，如:1、工藝步驟較多，至少包括減薄、填蠟、拋光三個工序；2、背部減薄消耗大量藥品，且容易帶來二次汙染；3、石蠟填充效果差，這是因為除了由於減薄後矽片背部比較粗糙而使一些微通道沒能徹底通透夕卜，在電化學腐蝕工序會出現丟孔現象，也就是少數微通道未達到需要的深度，只是接近需要的深度，減薄後依然未能徹底通透，而微通道未能徹底通透直接導致石蠟很難徹底填充，表現為微通道的矽片背部一端往往未能有效填充石蠟，那麼，這一端就會在拋光工序中被拋光液以及拋光殘物堵塞，難以疏通，這些微通道成為盲孔，導致矽微通道板質量及成品率下降。
發明內容
本發明其目的在於，簡化矽微通道板結構釋放工藝，改善填蠟工序效果，提高矽微通道板質量及成品率，為此我們發明一種矽微通道板真空填蠟結構釋放方法。本發明之矽微通道板真空填蠟結構釋放方法在填蠟後拋光矽片背部，然後清洗並去蠟，其特徵在於，所述填蠟工序是將經電化學腐蝕並清洗後的矽片與凝固狀態的石蠟一同放入容器內，再將放置有所述矽片和石蠟的容器放入真空加熱爐，抽真空後加熱至所述石蠟熔化，熔化後的石蠟布滿矽片正面，再將爐腔恢復常壓，之後降溫至室溫。本發明之矽微通道板真空填蠟結構釋放方法其技術效果在於，在填蠟工序中，當真空加熱爐抽真空後，位於爐腔內的矽片上的陣列宏孔矽微通道內隨之也被抽真空，之後在真空加熱爐的加熱下，凝固狀態的石蠟融化，在容器內流淌，布滿矽片正面，並呈現向陣列宏孔矽微通道湧入的趨勢，當爐腔恢復常壓後，在陣列宏孔矽微通道內出現負壓，瞬間將融化狀態的石蠟吸入，石蠟完全充滿陣列宏孔矽微通道中的所有微通道。當真空加熱爐降溫至室溫後，對填蠟後的矽片背部進行一次性大尺度的拋光加工，直至所有陣列宏孔矽微通道中的微通道全部良好通透，然後清洗矽片和去蠟。由於填蠟充分，微通道內各處沒有任何遺漏，對於在電化學腐蝕工序出現的丟孔也是如此，所以，拋光廢液和殘物幾乎不會進入到微通道內，採用去蠟清洗劑去蠟後，矽片的盲孔率僅為3.82X10_4%，與現有技術相比，盲孔率降低了三個數 量級，矽微通道板質量及成品率大幅提高。另外，本發明之方法實際上只有兩個工序，與現有技術相比，去掉了矽片背部減薄工序，因此，不僅簡化了矽微通道板結構釋放工藝，而且，背部減薄工序存在的消耗大量藥品、容易帶來二次汙染的問題一併解決。
圖1是本發明之方法將放置有矽片和石蠟的容器放入真空加熱爐環節立體示意圖。圖2是本發明之方法放置在容器中的矽片和石蠟放入真空加熱爐、在真空加熱爐抽真空後的情形主視剖視示意圖。圖3是本發明之方法放置在容器中的矽片和石蠟放入真空加熱爐、在真空加熱爐抽真空並加熱後的情形主視剖視示意圖。圖4是本發明之方法放置在容器中的矽片和石蠟放入真空加熱爐、在真空加熱爐抽真空並加熱後又恢復常壓後的情形主視剖視示意圖，該圖同時作為摘要附圖。
具體實施例方式清洗經電化學腐蝕後的矽片，如η型矽片，將清洗後的矽片I與凝固狀態的石蠟2一同放入容器3內，矽片I正面朝上，再將放置有所述矽片I和石蠟2的容器3放入真空加熱爐4爐腔5，如圖1所示，將爐腔5抽真空至真空度為0.080 0.IOOPa,如0.094Pa,如圖2所示，位於爐腔5內的矽片I上的陣列宏孔矽微通道6內隨之也被抽真空；之後加熱至5(Γ135° C，如130° C，高於135° C會引起石蠟揮發，所述石蠟2熔化成為石蠟熔體7，如圖3所示，石蠟熔體7在容器3內流淌，布滿矽片I正面，並呈現向陣列宏孔矽微通道6湧入的趨勢；打開真空乾燥爐4通氣閥門向爐腔5內通入空氣，將爐腔5恢復常壓，如標準大氣壓lOOKPa，如圖4所示，在陣列宏孔矽微通道6內出現負壓，瞬間吸入石蠟熔體7，陣列宏孔矽微通道6中的所有微通道被完全填蠟；之後降溫至室溫，如20° C，取出矽片I。對填蠟後的矽片I背部進行一次性大尺度的拋光加工，直至所有陣列宏孔矽微通道6中的微通道全部良好通透，然後清洗矽片，清除拋光廢液和殘物；再去蠟，採用專用去蠟清洗劑去蠟，或者採用汽油、柴油、丙酮、氯仿、石油醚等有機溶劑之一種去蠟。完成矽微通道板結構釋放工序。在本發明之方法中，由於填蠟充分，微通道內各處沒有任何遺漏，對於在電化學腐蝕工序出現的丟孔也是如此，所以，拋光廢液和殘物幾乎不會進入到微通道內，採用去蠟清洗劑去蠟後，矽片的盲孔率僅為3.82X10_4%，與現有技術相比，盲孔率降低了三個數量級，所獲得的矽微通道板質量及成品率大幅提高。
權利要求
1.一種矽微通道板真空填蠟結構釋放方法，在填蠟後拋光矽片背部，然後清洗並去蠟，其特徵在於，所述填蠟工序是將經電化學腐蝕並清洗後的矽片與凝固狀態的石蠟一同放入容器內，再將放置有所述矽片和石蠟的容器放入真空加熱爐，抽真空後加熱至所述石蠟熔化，熔化後的石蠟布滿矽片正面，再將爐腔恢復常壓，之後降溫至室溫。
2.根據權利要求所述的矽微通道板真空填蠟結構釋放方法，其特徵在於，將清洗後的矽片(I)與凝固狀態的石蠟(2)—同放入容器(3)內時，矽片(I)正面朝上。
3.根據權利要求所述的矽微通道板真空填蠟結構釋放方法，其特徵在於，將爐腔(5)抽真空至真空度為0.080 0.1OOPa0
4.根據權利要求所述的矽微通道板真空填蠟結構釋放方法，其特徵在於，爐腔(5)加熱至50 135° C。
5.根據權利要求所述的矽微通道板真空填蠟結構釋放方法，其特徵在於，打開真空乾燥爐(4)通氣閥門向爐腔(5 )內通入空氣，將爐腔(5 )恢復常壓。
全文摘要
矽微通道板真空填蠟結構釋放方法屬於矽微細加工技術領域。現有技術工藝步驟較多，背部減薄消耗大量藥品，且容易帶來二次汙染，石蠟填充效果差，盲孔率高，矽微通道板質量及成品率低。本發明在填蠟後拋光矽片背部，然後清洗並去蠟，其特徵在於，所述填蠟工序是將經電化學腐蝕並清洗後的矽片與凝固狀態的石蠟一同放入容器內，再將放置有所述矽片和石蠟的容器放入真空加熱爐，抽真空後加熱至所述石蠟熔化，熔化後的石蠟布滿矽片正面，再將爐腔恢復常壓，之後降溫至室溫。本發明填蠟充分，最後矽片的盲孔率僅為3.82×10-4%，矽微通道板質量及成品率大幅提高。另外，本發明不含矽片背部減薄工序，這也避免了藥品的大量消耗和帶來的二次汙染。
文檔編號B81C1/00GK103165362SQ201310092179
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者梁永照, 柴進, 楊繼凱, 王國政, 端木慶鐸 申請人:長春理工大學