CN101337830B

CN101337830B - 薄膜电路产品基片处理方法

Info

Publication number: CN101337830B
Application number: CN2008103042566A
Authority: CN
Inventors: 杨传仁; 杨莉军; 陈宏伟; 张继华
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: CN101337830A

Abstract

本发明涉及薄膜电路产品制造方法，特别涉及其基片表面平坦化处理方法。本发明针对现有技术制备的薄膜基片成本高、表面粗糙度大的缺点，公开了一种采用表面被覆高温玻璃釉的工艺对基片表面进行平坦化处理的方法。本发明的薄膜电路产品基片处理方法，包括玻璃釉制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)配制含高温玻璃釉成分的溶胶；2)对陶瓷基片进行常规清洁处理；3)在所述基片上均匀被覆玻璃釉溶胶；4)溶胶的凝胶化和干燥；5)高温烧结。本发明用于薄膜电路基片表面的平坦化处理，可以避免工艺复杂的机械抛光，从而大幅度降低成本。并且处理后的基片表面粗糙度可达纳米级，无微米级缺陷，质量优于机械抛光基片。

Description

薄膜电路产品基片处理方法

技术领域

本发明涉及薄膜电路产品制造方法，特别涉及其基片表面平坦化处理方法。

背景技术

薄膜电路产品，包括薄膜集成电路、厚/薄膜混合集成电路及各种薄膜无源元器件(如薄膜电阻器、电容器、电感器、PTC电阻、NTC电阻、压敏电阻等)，是通过一定的工艺在基片衬底上沉积薄膜材料，形成各种元器件和/或电子电路(或网络)制造的。作为衬底的基片，除了需要根据使用环境，沉积的薄膜材料参数等，选择符合要求的理化指标和电性能指标外，基片的表面粗糙度(RMS)也是一项十分重要的指标。

薄膜电路产品制造过程中广泛使用的基片，可以分为单晶基片、微晶玻璃基片和陶瓷基片三种。单晶基片的特点是价格高，为普通陶瓷基片的数十倍甚至上千倍(例如单面抛光蓝宝石基片价格约35元/cm²、铝酸镧基片价格约60元/cm²、氧化镁基片价格约100元/cm²)，有较高的理化和电性能指标，抛光基片RMS指标好，可达原子级。微晶玻璃基片虽然具有较高的表面粗糙度指标，但因其热导率低、介电损耗大，因而其使用环境受到极大限制，不能用于高频、大功率、低损耗电路。陶瓷基片的最大特点是价格便宜(一般机械抛光的99％Al₂O₃陶瓷基片的价格约4～6元/cm²)。然而经过机械抛光的陶瓷基片，由于其晶粒粗大，表面仍然存在微米级孔洞，致使薄膜附着性差，薄膜容易出现孔洞、缺损及电极缺失、断线或短路，严重影响薄膜电路/元器件的可靠性和成品率，甚至无法正常工作。因此采用抛光陶瓷基片制作薄膜电路，其极限线宽只能到数十微米，限制了薄膜元器件和电路的进一步微小型化和大规模集成化。现有陶瓷基片的另一缺点是必须进行机械抛光，而且机械抛光的成本比较高，约占基片总成本的一半，致使其成本无法进一步降低，限制了薄膜电路在民用产品中的应用。因此，现有基片的制造工艺极大程度地限制了薄膜集成电路的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术制备的薄膜基片成本高、表面粗糙度大的缺点，提供一种采用表面被覆高温玻璃釉的工艺对基片表面进行平坦化处理的方法，制备高质量、低成本薄膜电路基片。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，薄膜电路产品基片处理方法，包括玻璃釉制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制含高温玻璃釉成分的溶胶；

2)对陶瓷基片进行常规清洁处理；

3)在所述基片上均匀被覆玻璃釉溶胶；

4)溶胶的凝胶化和干燥；

5)高温烧结。

本发明的有益效果是，采用本发明的方法对陶瓷基片进行处理，可以避免工艺复杂的机械抛光，从而大幅度降低成本。处理后的基片表面粗糙度可达纳米级，无微米级缺陷，质量优于机械抛光基片，从而使薄膜电路的线宽可减小到微米级，有利于产品的小型化和提高集成度。

附图说明

图1是制备玻璃釉实施例的流程图；

图2是玻璃釉的差热和热失重分析图；

图3是未经机械抛光的Al₂O₃基片的扫描电子显微镜图像；

图4是经过机械抛光的Al₂O₃基片的扫描电子显微镜图像；

图5是采用本发明技术方案处理后的Al₂O₃基片的扫描电子显微镜图像；

图6是采用本发明技术方案处理后的Al₂O₃基片的二维原子力显微镜图像；

图7是采用本发明技术方案处理后的Al₂O₃基片的三维原子力显微镜图像。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案。

本发明利用廉价的陶瓷基片，在基片表面制备一层高温玻璃釉，以减小陶瓷基片表面粗糙度，获得光滑、平整、无裂纹和孔洞的洁净表面，表面粗糙度可以到达纳米级。这种基片可广泛用于各种薄膜电路产品，替代单晶基片和机械抛光基片，显著提高薄膜电路可靠性，降低成本，创造巨大的经济效益。

本发明的薄膜电路产品基片处理方法，包括玻璃釉制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制含高温玻璃釉成分的溶胶；

2)对陶瓷基片进行常规清洁处理；

3)在所述基片上均匀被覆玻璃釉溶胶；

4)溶胶的凝胶化和干燥；

5)高温烧结。

所述基片材料为Al₂O₃陶瓷，具有电性能优良、取材容易、价格低的优点。

进一步的，所述高温玻璃釉为不含碱金属离子的CaAlSi系或MgAlSi系高温玻璃釉。

进一步的，所述玻璃釉制备工艺为溶胶-凝胶法制备工艺。

更进一步的，步骤1中，采用正硅酸乙酯作为络合剂。

具体的，步骤3中，被覆玻璃釉溶胶的方法为旋涂或提拉或喷涂或浸渍。

更进一步的，所述高温玻璃釉的软化温度为1100～1500℃。

实施例

本例以Al₂O₃基片上制备CaAlSi系玻璃釉为例，描述本发明的技术方案。其中制备CaAlSi系玻璃釉的具体流程参见图1。

采用氯化铝、硝酸钙、正硅酸乙酯、冰醋酸和无水乙醇为溶剂制玻璃釉溶胶，经过水解、聚合成溶胶，然后涂覆于基片上，再经过水解、聚合、干燥和一定温度的釉料烧结得到需要的玻璃釉。在配制溶液的过程中要加入一定的去离子水，使氯化铝和硝酸钙溶解，但是在混合溶液完成后要加热除去水，否则可能引起正硅酸乙酯水解，导致溶液配制失败。而且在烧结的时候不宜过快，过快会造成膜层的龟裂。图2示出了本例高温玻璃釉的差热和热失重分析图，可以看出本例高温玻璃釉的软化温度在1340℃左右，在制备薄膜的后续工序中，基片可承受1000℃以上的高温处理而不会与薄膜材料发生反应。根据一般薄膜材料的制备工艺，高温玻璃釉软化温度在1000℃以上时，即可满足大多数薄膜材料的制备工艺要求。推荐的高温玻璃釉软化温度在1100～1500℃之间，既可以满足薄膜材料的制备工艺要求，也不会增加玻璃釉制作难度和成本。

本例高温玻璃釉制备的具体步骤如下：

1、取Al₂O₃陶瓷基片，进行常规清洁处理，烘干；

2、配制CaAlSi系玻璃釉溶胶：

2.1、配制1～10mol/L的AlCl₃溶液，1～10mol/L的Ca(NO₃)₂溶液，混合，磁力搅拌至溶解得到铝钙混合液；

2.2、配制1～10mol/L正硅酸乙酯的酒精溶液；

2.3、配制醋酸的酒精溶液，冰醋酸与无水乙醇的体积比为1～1/10；

2.4、将上述步骤2.2和2.3配制的溶液按1～1/10的体积比混合得到硅溶胶；

2.5、将步骤2.4得到的混合液与步骤2.1配制的溶液按1～1/10的体积比混合，磁力搅拌5～10h；

2.6、通过溶剂微孔过滤膜(有机系)抽滤，得到CaAlSi系玻璃釉溶胶；

3、将溶胶采用旋涂或提拉或喷涂或浸渍等方法均匀涂覆于热的基片上；

4、将上述基片涂覆层朝上，置于加热炉中，在60～100℃温度下烘烤10～60min，重复多次；

5、高温烧结，得到玻璃釉。

本例玻璃釉制备工艺采用的是溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备工艺，Sol-Gel法制备的玻璃釉，可以保证玻璃釉厚度在10μm左右，既可以保证基片表面的平坦化，也不会对基片电性能指标产生明显的不利影响。而且选择不含有害碱金属离子的高温玻璃釉，进一步保证了陶瓷基片的电性能指标。特别是采用软化温度在1100℃以上的高温玻璃釉，在薄膜制备过程中可以经受1000℃以上的高温处理，保证了基片与薄膜具有很好的工艺兼容性。本发明同样可以采用MgAlSi系玻璃釉，对基片进行平坦化处理，其工艺步骤可以参见上述实施例，此处不再赘述。

图3、图4和图5分别示出了未经机械抛光、机械抛光和本发明处理后的Al₂O₃基片的扫描电子显微镜图像，可以看出，经过本发明处理的基片(图5)RMS指标明显优于经过机械抛光处理的基片(图4)。

图6、图7分别为本发明处理后的Al₂O₃基片的二维、三维原子力显微镜图像，可以看出，采用本发明处理后，基片的表面平整，表面粗糙度(RMS)为0.55nm，高低起伏不超过5nm。

本领域技术人员完成明白，选择合适的玻璃釉配方及制备工艺，本发明的基片处理方法，同样可以用于其他材料基片的处理，而不仅仅仅局限于上述实施例的描述。本领域技术人员根据本发明技术方案的描述，进行的任何等同变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.薄膜电路产品基片处理方法，包括玻璃釉制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制CaAlSi系玻璃釉溶胶；

2)对陶瓷基片进行常规清洁处理；

3)在所述基片上均匀被覆CaAlSi系玻璃釉溶胶；

4)溶胶的凝胶化和干燥；

5)高温烧结；

配制CaAlSi系玻璃釉溶胶具体步骤如下：

A)配制1～10mol/L的AlCl₃溶液，1～10mol/L的Ca(NO₃)₂溶液，混合，磁力搅拌至溶解得到铝钙混合液；

B)配制1～10mol/L正硅酸乙酯的酒精溶液；

C)配制醋酸的酒精溶液，冰醋酸与无水乙醇的体积比为1～1/10；

D)将上述步骤B和C配制的溶液按1～1/10的体积比混合得到硅溶胶；

E)将步骤D得到的混合液与步骤A配制的溶液按1～1/10的体积比混合，磁力搅拌5～10h；

F)通过有机系溶剂微孔过滤膜抽滤，得到CaAlSi系玻璃釉溶胶。

2.根据权利要求1所述的薄膜电路产品基片处理方法，其特征在于，所述基片材料为Al₂O₃陶瓷。

3.根据权利要求1所述的薄膜电路产品基片处理方法，其特征在于，步骤3中，被覆CaAlSi系玻璃釉溶胶的方法为旋涂或提拉或喷涂或浸渍。