一种氮化铝基薄膜电路制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路制作方法，包括以下步骤：步骤101：清洗氮化铝基片。步骤102：将氮化铝基片设置形成正面和反面具有金属种子层薄膜。步骤103：在正面的金属种子层薄膜上使用光刻刻蚀工艺制备形成含异形状特征的电路图形。步骤104：激光加工氮化铝基薄膜电路的内部矩形通孔、或内部矩形通孔与外形异常部分。步骤105：稀盐酸处理。步骤106：制备锡焊功能表面镀层。步骤107：使用砂轮划片机划切氮化铝基薄膜电路的外形常规部分。解决现有技术制作具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路过程中存在的可靠性低、金属导带镀层恶化的问题。
【专利说明】一种氮化铝基薄膜电路制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氮化铝基薄膜电路制作方法，具体是提供一种高可靠性地用于制作具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路制作方法。
【背景技术】
[0002]氮化铝陶瓷是一种新型的电子陶瓷材料，由于具有热导率高，线膨胀系数与硅匹配，机械性能好，电性能优良且无毒等综合优点，被认为是最理想的基板材料。
[0003]具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路，在大功率限幅器等大功率微波毫米波多功能组件中广泛应用。这类氮化铝基薄膜电路到各种同轴转接器的转接互连方式之所以采用直接锡焊方式互联，原因在于同轴转接器内导体与微带转换结构具有不连续性突变相对较小、阻抗变换小、反射小、接触电阻小等优点。因此，锡焊互连也对氮化铝基微带薄膜电路膜层结构及牢固度有了特殊要求，膜层结构通常为在溅射的金属种子层上再电镀Ni/Au或Cu/Ni/Au。
[0004]所谓异形状特征为，须内含一个至多个非金属化的矩形通孔，外形或为矩形，或为在矩形四个角上缺少一至多个等腰直角三角形。非金属化矩形通孔边缘离周围传输线距离小于等于30微米，矩形通孔内嵌入芯片与腔体粘接，矩形通孔内芯片焊盘和传输线用金丝、金带或金网键合互连。异形状加工通常使用激光机来实现，然而激光机加工氮化铝基片会导致纯铝的生成或者氮化铝绝缘强度的降低。如任丽等人于2006年在《超导技术》上发表的《激光打孔对氮化铝绝缘性能的影响》(2006年34卷6期451-455页)对此进行了相关报道，通过对激光打孔前后氮化铝基片孔周区域绝缘电阻的测量、金相结构和扫描电镜成分的比较，分析了激光打孔对氮化铝绝缘性能的影响。
[0005]高能武等人于1999年在《电子元件与材料》上发表的《A1N基片的薄膜金属化》(1999年18卷5期22-23页)，报道了 TiW-Au是AlN的优良金属化体系，AlN材料经激光划片后出现导电物质，经稀盐酸处理可去掉导电物质。因此，目前具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路制作工艺，也是在激光加工完内含非金属化矩形通孔和外形后使用稀盐酸进行浸泡处理导电相，采用此方法，在依次经过基片清洗、真空沉积种子层薄膜、光刻蚀制备电路图形、电镀锡焊涂层、激光加工矩形通孔和外形、稀盐酸处理等工序后，矩形通孔周围的金属导带和背部接地面膜层与氮化铝基片的牢固度明显减小，甚至发生局部起皮。这是由于激光加工异形状氮化铝基薄膜电路导致纯铝生成或氮化铝绝缘强度降低的同时，也导致了锡焊镀层中Ni或Cu/Ni的局部扩散和氧化。盐酸在溶解去除激光加工产生的导电相时，也将生成的氧化铜或氧化镍溶解去除，导致局部镀层不牢的现象发生，因此存在长期可靠性隐患。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种高可靠性地用于制作氮化铝基薄膜电路的制作方法，解决现有技术制作氮化铝基薄膜电路过程中存在的可靠性低、金属导带镀层恶化的问题。[0007]本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是:
[0008]一种氮化铝基薄膜电路制作方法，包括以下步骤:
[0009]步骤101:清洗氮化铝基片；
[0010]步骤102:将氮化铝基片设置形成正面和反面具有金属种子层薄膜；
[0011]步骤103:在正面的金属种子层薄膜上使用光刻刻蚀工艺制备形成含异形状特征的电路图形；
[0012]步骤104:激光加工氮化铝基薄膜电路的内部矩形通孔、或内部矩形通孔与外形异常部分；
[0013]步骤105:稀盐酸处理；
[0014]步骤106:制备锡焊功能表面镀层；
[0015]步骤107:使用砂轮划片机划切氮化铝基薄膜电路的外形常规部分。
[0016]优选地，所述步骤101中，所述清洗氮化铝基片的方法为依次经过铬酸洗液处理、去离子水清洗、酸洗、二次去离子水清洗、脱水干燥。
[0017]优选地，所述步骤102中，所述氮化铝基片正面和反面形成金属种子层薄膜的方式为溅射镀膜方式或电子束蒸发方式，正面和反面形成金属种子层薄膜采用相同的方式，或不同的方式。
[0018]优选地，所述步骤103中，使用光刻刻蚀工艺形成电路图形的方法为:经过匀胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀、去胶步骤后，在氮化铝基片的正面金属薄膜上形成电路图形。
[0019]优选地，所述步骤103中，所述异形状特征为内含一或多个非金属化矩形通孔；夕卜形或为矩形，或为在矩形四个角上缺少一至多个等腰直角三角形后形成的多边形。
[0020]优选地，所述步骤104中，所述外形异常部分为在矩形四个角上至少缺少一个等腰直角三角形后形成的边。
[0021]优选地，所述步骤105中，稀盐酸处理的方法为:将氮化铝基片放入稀盐酸中浸泡，当不再有气泡从稀盐酸中溢出时，将氮化铝基片迅速从稀盐酸中取出，然后用大量去离子水冲洗5分钟，再依次用丙酮超声波清洗2分钟进行脱水处理，最后用氮气吹干。
[0022]优选地，所述步骤106中，锡焊功能表面镀层制备时，若电路图形中形成导电通路的条件不具备，则电镀方法为:先采用细金丝键合导通，然后电镀锡焊镀层，再去除键合细金丝。
[0023]优选地，所述步骤107中，所述常规外形部分为矩形或为矩形四条边在矩形四个角上至少缺少一个等腰直角三角形后的剩余部分。
[0024]优选地，所述步骤101中，所述氮化铝基片材料为纯度98%的氮化铝，厚度为
0.1mm至0.5mm ;步骤104中，所述激光为Nd:YAG激光或CO2激光；步骤106中，锡焊功能表面镀层结构为:Ni/Au或Cu/Ni/Au。
[0025]优选地，所述步骤103中，非金属化矩形通孔边缘离周围传输线距离小于等于30微米。
[0026]优选地，所述步骤103中，等腰直角三角形的直角边小于矩形长宽较小者的一半长度。
[0027]本发明的有效益效果是:
[0028]具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路制作方法具备以下优点:制作的氮化铝基薄膜电路不但具有良好的金属导带镀层形貌，而且能够满足高可靠的多功能要求，尤其是非金属化矩形通孔周围的锡焊功能镀层导带与基片结合力牢固，电路整体可靠性大幅提高，适合批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是氮化铝基薄膜电路制作的方法流程图。
[0030]图2是一种具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路的结构示意图。
[0031]图3是步骤101产品的结构示意图。
[0032]图4是步骤102产品的结构示意图。
[0033]图5是步骤103产品的结构示意图。
[0034]图6是步骤104产品的结构示意图。
[0035]图7是步骤105产品的结构示意图。
[0036]图8是步骤106产品的结构示意图。
[0037]图9是步骤106过程中金丝互连导通的结构示意图。
[0038]图10是步骤106过程中实现电镀制作的结构示意图。
[0039]图11是步骤107产品的结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图1至图11对本发明进行详细说明:
[0041]一种氮化铝基薄膜电路制作方法，包括以下步骤:
[0042]步骤101:清洗氮化铝基片，清洗氮化铝基片的方法为依次经过铬酸洗液处理、去离子水清洗、酸洗、二次去离子水清洗、脱水干燥。
[0043]步骤102:将氮化铝基片设置形成正面和反面具有金属种子层薄膜。所述氮化铝基片正面和反面形成金属种子层薄膜的方式为溅射镀膜方式或电子束蒸发方式，正面和反面形成金属种子层薄膜采用相同的方式，或不同的方式。
[0044]步骤103:在正面的金属种子层薄膜上使用光刻刻蚀工艺制备形成含异形状特征的电路图形。使用光刻刻蚀工艺形成电路图形的方法为:经过匀胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀、去胶步骤后，在氮化铝基片的正面金属薄膜上形成电路图形。所述异形状特征为内含一或多个非金属化矩形通孔；外形或为矩形，或为在矩形四个角上缺少一至多个等腰直角三角形后形成的多边形。
[0045]步骤104:激光加工氮化铝基薄膜电路的内部矩形通孔、或内部矩形通孔与外形异常部分。所述外形异常部分为在矩形四个角上至少缺少一个等腰直角三角形后形成的边。
[0046]步骤105:稀盐酸处理。稀盐酸处理的方法为:将氮化铝基片放入稀盐酸中浸泡，当不再有气泡从稀盐酸中溢出时，将氮化铝基片迅速从稀盐酸中取出，然后用大量去离子水冲洗5分钟，再依次用丙酮超声波清洗2分钟进行脱水处理，最后用氮气吹干。
[0047]步骤106:制备锡焊功能表面镀层。锡焊功能表面镀层制备时，若电路图形中形成导电通路的条件不具备，则电镀方法为:先采用细金丝键合导通，然后电镀锡焊镀层，再去除键合细金丝。
[0048]步骤107:使用砂轮划片机划切氮化铝基薄膜电路的外形常规部分。所述常规外形部分为矩形或为矩形四条边在矩形四个角上至少缺少一个等腰直角三角形后的剩余部分。
[0049]优选地，所述步骤101中，所述氮化铝基片材料为纯度98%的氮化铝，厚度为
0.1mm至0.5mm ;步骤103中，非金属化矩形通孔边缘离周围传输线距离小于等于30微米，等腰直角三角形的直角边小于矩形长宽较小者的一半长度；步骤104中，所述激光为NdiYAG激光或CO2激光；步骤106中，锡焊功能表面镀层结构为:Ni/Au或Cu/Ni/Au。
[0050]如图2所示的一种具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路300的示意图，氮化铝基薄膜电路300厚度为0.254mm，外形由外形异常部分301和外形常规部分302组成，外形异常部分301为在长L1、宽Wl的矩形四个角上缺少4个直角边均为L的等腰直角三角形后形成的四条边，外形常规部分302为在长L1、宽Wl的矩形四条边在矩形四个角上缺少四个等腰直角三角形后的剩余部分，矩形长LI〉宽Wl，L = Wl/4。氮化铝基薄膜电路300内含两个非金属化矩形通孔303。两个非金属化矩形通孔303将传输线304隔开，非金属化矩形通孔303边缘离周围传输线304距离均为30微米。
[0051]图3至图11进一步说明本发明的详细制作方法和步骤。
[0052]步骤101，清洗氮化铝基片309。清洗氮化铝基片309的方法为依次经过铬酸洗液处理、去离子水洗、酸洗、二次去离子水清洗、脱水干燥。具体步骤为:①把氮化铝基片309放置于铬酸洗液中浸泡12个小时，氧化而除净基片表面的油脂等大分子有机类污迹，然后将氮化铝基片309取出用大量去离子水冲洗干净。②将氮化铝基片309用去离子水超声清洗5分钟，然后使用夹具夹持着氮化铝基片309依次经过两个分别盛有丙酮的容器中进行超声清洗3分钟，再用氮气吹拂进行干燥处理。③将氮化铝基片309在40?45°C温度的盐酸内浸泡3小时，然后用去离子水冲洗干净。④将氮化铝基片309进行第二次用去离子水超声波清洗5分钟。⑤使用夹具夹持着氮化铝基片309依次经过两个分别盛有丙酮的烧杯超声清洗3分钟，然后用氮气吹拂干燥处理，最后将清洗干净的氮化铝基片309进行镜检。清洗好的氮化铝基片309如图3所示。
[0053]步骤102，将氮化铝基片309设置形成正面、反面金属种子层薄膜311，如图4所示。在清洗干净后的氮化铝基片309正面、反面分别真空沉积金属种子层薄膜，金属薄膜311材料为TiW/Au薄膜，通过磁控溅射方法制备，Tiff, Au薄膜厚度分别为50nm和200nm。
[0054]步骤103，在正面金属种子层薄膜311上使用光刻刻蚀工艺制备形成含异形状特征的电路图形308，如图5所示。将制作氮化铝基薄膜电路图形的掩膜版设计如下:形成含异形状特征的电路图形308由4X2阵列形式的单元电路图形310和电镀连通区317组成，电镀连通区317位于4X2阵列形式的单元电路图形310有效图形之外。单元电路图形310由导带图形316、外形异常部分图形312、矩形外形图形313、矩形通孔图形314和导通线315组成，外形异常部分图形312、矩形外形图形313、矩形通孔图形314和导通线315的线宽均为80微米。光刻蚀电路图形时，保护反面金属种子层薄膜311，在氮化铝基片309的正面金属薄膜311表面上旋转涂布一层RZJ-390PG型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30秒，然后在90°C恒温干燥箱中前烘10分钟，采用紫外线接触式曝光，曝光时光强
6.5mff/cm2,曝光时间13秒，曝光完后使用RZX-3038型显影液显影,室温下显影20秒,经过去离子水漂洗30秒后，用氮气吹干。再放置在120°C恒温干燥箱中后烘20分钟。经过匀胶、前烘、曝光、显影和后烘一系列步骤，就在该氮化铝基片309的正面金属薄膜311上表面得到抗蚀剂图形。然后用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀Au薄膜20秒，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜200秒，则在该氮化铝基片309的正面金属薄膜311上表面重现与光刻胶相同的电路图形。去除反面金属种子层薄膜311上的保护层，再去除光刻胶，得到一单面形成有电路图形的氮化铝基片309。去胶的具体方法为:先使用丙酮在室温下超声波处理I分钟，将光刻胶去除干净，然后将上表面形成电路图形的氮化铝基片309用去离子水清洗干净，干燥，即在氮化铝基片309上完成光刻刻蚀形成含异形状特征的电路图形308的制作。
[0055]步骤104，激光加工异形状氮化铝基电路的内部矩形通孔与外形异常部分的综合体，如图6所示。接下来，设定电压为500V，频率为5Hz，优化速度和氮气气流等参数，使用一台Nd:YAG激光机对在氮化铝基片309上光刻蚀形成含异形状特征的电路图形308中4X2阵列形式的外形异常部分图形312和矩形通孔图形314所在的区域依次进行串行加工操作。激光束不断通过将氮化铝材料熔化及气化，即完成了 4X2阵列形式的氮化铝基薄膜电路300中外形异常部分301和两个非金属化矩形通孔303的加工。
[0056]步骤105，稀盐酸处理，如图7所示。将氮化铝基片309放入稀盐酸中浸泡，4X2阵列形式的氮化铝基薄膜电路300中外形异常部分301和两个非金属化矩形通孔303处会有大量气泡从稀盐酸中溢出。当不再有气泡从稀盐酸中溢出时，将氮化铝基片309迅速从稀盐酸中取出，然后用大量去离子水冲洗5分钟，再依次用丙酮超声波清洗2分钟进行脱水处理，最后用氮气吹干。
[0057]步骤106，制备锡焊功能表面镀层，如图8所示。先将氮化铝基片309上非金属化矩形通孔303隔开的金属导带图形316通过金丝318互连,金丝318互连的方法为采用18 μ m金丝球焊，导带图形316、矩形外形图形313、导通线315和金丝318形成导电通路，如图9所示。接着，将氮化铝基片309浸入25°C除油剂中处理60秒，用去离子水快速冲洗30秒，然后将氮化铝基片309放入盐酸中微蚀60秒，用去离子水快速冲洗30秒，连通电源并将电流密度和电镀时间分别设置为lOmA/cm2和10分钟，正面导电通路图形和背部接地面制备镍镀层2 μ m。电镀镍结束后，立即用去离子水对氮化铝基片309冲洗60秒，继续进行电镀金操作。将电流密度和电镀时间分别设置为4mA/cm2和15分钟，正面导电通路图形和背部接地面再制备金镀层3μηι。电镀结束后,先用去离子水对氮化铝基片309冲洗60秒，再用氮气吹干即可。依次经过除油、酸洗、挂镀方式电镀镍、挂镀方式电镀金一系列步骤后，则在该氮化铝英基片309的正面导电通路图形和背部接地面上实现了电镀Ni/Au的制作，如图10所示。最后，使用手术刀将互连金丝318去除干净，这就完成了在氮化铝基片309上锡焊功能表面镀层的制作。
[0058]步骤107，使用砂轮划片机划切异形状氮化铝基电路的外形常规部分，如图11所示。将完成电镀锡焊功能表面镀层的氮化铝基片309背贴蓝膜，然后工件盘采用真空吸附方式固定氮化招基片309,将主轴转速设置为30000rpm,进给速度设置为5mm/s,配置的摄像单元识别找到切割位置，将氮化铝基片309上4X 2阵列形式的矩形外形图形313所在的区域分别进行划切，即实现了 4X2阵列形式的氮化铝基薄膜电路300中外形常规部分302的划切，最后依次从蓝膜上取下8个氮化铝基薄膜电路300。[0059]综上所述，本发明的一种具备锡焊功能表面镀层结构和异形状特征的氮化铝基薄膜电路制作方法，制作的氮化铝基薄膜电路不但具有良好的金属导带镀层形貌，而且能够满足高可靠的多功能要求，尤其是非金属化矩形通孔周围的锡焊功能镀层导带与基片结合力牢固，电路整体可靠性大幅提高，适合批量生产。
[0060]当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本【技术领域】的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤101:清洗氮化铝基片； 步骤102:将氮化铝基片设置形成正面和反面具有金属种子层薄膜； 步骤103:在正面的金属种子层薄膜上使用光刻刻蚀工艺制备形成含异形状特征的电路图形； 步骤104:激光加工氮化铝基薄膜电路的内部矩形通孔、或内部矩形通孔与外形异常部分； 步骤105:稀盐酸处理； 步骤106:制备锡焊功能表面镀层； 步骤107:使用砂轮划片机划切氮化铝基薄膜电路的外形常规部分。
2.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤101中，所述清洗氮化铝基片的方法为依次经过铬酸洗液处理、去离子水清洗、酸洗、二次去离子水清洗、脱水干燥。
3.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤102中，所述氮化铝基片正面和反面形成金属种子层薄膜的方式为溅射镀膜方式或电子束蒸发方式，正面和反面形成金属种子层薄膜采用相同的方式，或不同的方式。
4.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤103中，使用光刻刻蚀工艺形成电路图形的方法为:经过匀胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀、去胶步骤后，在氮化铝基片的正面金属薄膜上形成电路图形。
5.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤103中，所述异形状特征为内含一或多个非金属化矩形通孔；外形或为矩形，或为在矩形四个角上缺少一至多个等腰直角三角形后形成的多边形。
6.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤104中，所述外形异常部分为在矩形四个角上至少缺少一个等腰直角三角形后形成的边。
7.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤105中，稀盐酸处理的方法为:将氮化铝基片放入稀盐酸中浸泡，当不再有气泡从稀盐酸中溢出时，将氮化铝基片迅速从稀盐酸中取出，然后用大量去离子水冲洗5分钟，再依次用丙酮超声波清洗2分钟进行脱水处理，最后用氮气吹干。
8.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤106中，锡焊功能表面镀层制备时，若电路图形中形成导电通路的条件不具备，则电镀方法为:先采用细金丝键合导通，然后电镀锡焊镀层，再去除键合细金丝。
9.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤107中，所述常规外形部分为矩形或为矩形四条边在矩形四个角上至少缺少一个等腰直角三角形后的剩余部分。
10.根据权利要求1所述的氮化铝基薄膜电路制作方法，其特征在于，所述步骤101中，所述氮化铝基片材料为纯度98%的氮化铝，厚度为0.1mm至0.5mm ;步骤104中，所述激光为Nd = YAG激光或CO2激光；步骤106中，锡焊功能表面镀层结构为:Ni/Au或Cu/Ni/Au。
【文档编号】H01L21/70GK104037115SQ201410259304
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】曹乾涛, 李红伟, 龙江华, 宋志明 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所