CN102259206A - 镀膜微钻针、其制备方法及使用其的钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种镀膜微钻针、其制备方法及使用其的钻孔方法，该镀膜微钻针包括：一未镀膜微钻针，其具有一柄部及一与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，该碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及一非晶质类钻碳膜，其厚度为0.1至2微米，形成于该未镀膜微钻针的该碳化钨刃部上。据此，本发明镀膜微钻针的使用寿命可获改善，且用于钻孔作业时，可展现优异的钻孔质量。

Description

镀膜微钻针、其制备方法及使用其的钻孔方法

技术领域

本发明是关于一种镀膜微钻针、其制备方法及使用其的钻孔方法，尤其指一种适用于微米尺度半导体装置的镀膜微钻针、其制备方法及使用其的钻孔方法。

背景技术

于半导体制备工艺中，多层电路板常需进行导电通孔或导电盲孔的钻孔作业，以使各层间的线路层得以相互导通，惟半导体装置的加工尺寸要求较为精密，故通常会选用微钻针来进行钻孔加工。一般使用微钻针进行钻孔作业达一定数量后，微钻针即会钝化变形，进而影响孔位精度及孔内表面粗糙度，尤其，为因应半导体装置的高积集度及微型化的发展趋势，尺寸更加微细的微钻针甚至容易发生断针状况。因此，于钻孔作业中，必须适时更换微钻针，以确保钻孔质量，而微钻针的使用寿命亦因此密切影响加工成本。

一般而言，微钻针是使用具有高硬度及高耐磨耗性的材质，如钻石、不锈钢、碳化钨等，其中，由于碳化钨具有硬度高、热硬性佳、热膨胀系数小、化学稳定性高等优点，故适作为微钻针的材料。一般市面常见的碳化钨微钻针主要是将碳化钨、钴及有机黏着剂按比例均匀混合后烧结而成，其中，碳化钨含量约有94％，而钴含量约为6％左右。然而，随着印刷电路板钻孔尺寸越来越小，此含有约6％钴含量的碳化钨微钻针容易因微钻针直径缩小而有断针的情况发生。

另一方面，为进一步提高微钻针的使用寿命及加工质量，微钻针表面亦可再镀覆一膜层，以达到低摩擦系数及高耐磨性等需求，但公知镀膜的高温制备工艺(＞400℃)却有导致微钻针大幅下降(＜50％原强度)及变形的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可延长使用寿命且提高钻孔质量的镀膜微钻针及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的镀膜微钻针的制备方法，包括：

(A)提供一未镀膜微钻针，其具有柄部及与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及(B)于350℃以下的温度，形成厚度为0.1至2微米的非晶质类钻碳膜于未镀膜微钻针的碳化钨刃部上。

据此，本发明所使用的未镀膜微钻针碳化钨刃部因具有0.2毫米以下的直径，故适用于微米尺度半导体装置的钻孔制备工艺；此外，由于本发明所使用的未镀膜微钻针碳化钨刃部含有超过6重量百分比(以碳化钨与钴金属的总重量为基准)的钴金属，故不仅可降低微钴针因微细尺寸而容易断针的状况，亦可避免后续的镀膜制备工艺对微钻针的强度造成损害；又，本发明于不影响钻孔性能前提下，由镀膜方式牺牲部分抗折强度，以形成非晶质类钻碳膜于碳化钨刃部上，故可利用非晶质类钻碳膜的低摩擦系数(小于0.1)，以增加本发明镀膜微钻针于加工过程的润滑性，减少磨屑与镀膜微钻针的交互作用，同时，非晶质类钻碳膜亦可避免微钻针中的钴金属与电路板中的铜反应，以减少钻孔时的阻力，进而使该镀膜微钻针的使用寿命延长约2倍以上；再者，本发明由低温制备工艺(350℃以下)形成该非晶质类钻碳膜，故可避免微钻针因高温制备工艺而变形的问题。

于本发明的制备方法中，该非晶质类钻碳膜可镀覆于该碳化钨刃部的表面；或者，于步骤(A)及步骤(B)之间还可包括步骤(A1)：镀覆一缓冲层于碳化钨刃部的表面，而步骤(B)中的该非晶质类钻碳膜系镀覆于缓冲层的表面。在此，本发明的非晶质类钻碳膜及缓冲层可由任何公知镀膜制备工艺形成，举例而言，本发明的非晶质类钻碳膜及缓冲层可由等离子体辅助化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成；或者，缓冲层可由真空溅镀法形成。

于本发明的制备方法中，未镀膜微钻针较佳地是先进行清洗程序，以移除未镀膜微钻针表面的杂质，再进行后续的镀膜制备工艺，其中，可使用丙酮及异丙醇、酸碱溶液等公知清洗溶液进行清洗。

由此，本发明可提供一种镀膜微钻针，其包括：一未镀膜微钻针，其具有柄部及与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，该碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及一非晶质类钻碳膜，其厚度为0.1至2微米，形成于该未镀膜微钻针的碳化钨刃部上。

本发明的镀膜微钻针不仅具有较长的使用寿命，且可提升钻孔质量，如孔位精度、孔内表面粗糙度等，据此，本发明还提供一种钻孔方法，是使用镀膜微钻针于低于550℃的温度下进行钻孔，其中，该镀膜微钻针包括：一未镀膜微钻针，其具有柄部及与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，该碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及一非晶质类钻碳膜，其厚度为0.1至2微米，形成于该未镀膜微钻针的碳化钨刃部上。

于本发明的钻孔方法中，由于钻孔作业是于低于550℃的温度下进行，故可避免非晶质类钻碳膜因高温而发生石墨化，其中，可由控制连续钻孔数不超过约6000孔(hits)的方式，以使钻孔作业于低于550℃的温度下进行。

于本发明中，镀膜微钻针的抗折强度可大于未镀膜微钻针的60％，较佳为，镀膜微钻针的抗折强度是未镀膜微钻针的70％至100％。

于本发明中，该非晶质类钻碳膜可包含一掺杂物，以增加该非晶质类钻碳膜的热稳定性，避免石墨化，并可提高附着强度、降低内应力及摩擦系数，其中，该掺杂物举例包括硅、氟、氮等或其混合，其含量可为5至20％原子百分比。

于本发明的镀膜微钻针中，该非晶质类钻碳膜可直接镀覆于碳化钨刃部的表面；或者，本发明的镀膜微钻针还可包括一缓冲层，镀覆于碳化钨刃部的表面，而非晶质类钻碳膜则镀覆于缓冲层的表面。据此，由该缓冲层，可增加非晶质类钻碳膜与未镀膜微钻针间的附着力，避免非晶质类钻碳膜由未镀膜微钻针的表面剥落。在此，该缓冲层的材料可选自由硅碳氢化物、硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、钛及铜所组群组中的其中的一种或其组合。

于本发明中，碳化钨刃部还可包含一黏着剂。

于本发明中，碳化钨刃部中的钴金属含量较佳为7至15重量百分比，更佳为7至12重量百分比，最佳为9至12重量百分比。

于本发明中，非晶质类钻碳膜的厚度较佳为0.5至1.5微米。

此外，为维持钻孔质量，当钻孔数达一定数量时，如3000至6000孔(hits)，可对本发明的镀膜微钻针进行尖端重修(resharping)。

附图说明

图1A至1B是本发明一较佳实施例的镀膜微钻针制备工艺示意图。

图2是本发明另一较佳实施例的镀膜微钻针碳化钨刃部剖视图。

附图中主要组件符号说明：

11未镀膜微钻针，111柄部，112碳化钨刃部，12缓冲层，13非晶质类钻碳膜。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可由其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

实施例1

请参见图1A至1B，为本实施例镀膜微钻针的制备工艺示意图。

首先，如图1A所示，提供一未镀膜微钻针11，其具有柄部111及与该柄部111连接的碳化钨刃部112，其中，该碳化钨刃部112的直径约为0.2毫米以下，且含有约7重量百分比的钴金属；随后，使用丙酮及异丙醇清洗未镀膜微钻针11，并将清洗后的未镀膜微钻针11置入烘箱中干燥；接着，将未镀膜微钻针11置入真空镀膜机台，并通入氢气及氩气于真空镀膜机台的真空环境中，以形成等离子体状的氢离子及氩离子，由此清洗未镀膜微钻针11表面的有机物质。

如图1B所示，为图1A中未镀膜微钻针11的碳化钨刃部112剖视图，将氢气、乙炔通入真空镀膜机台的真空环境中达稳定饱和后，再通入含硅的气体，于约250℃的温度下，形成厚度约为0.5微米且掺杂有约5原子百分比硅掺杂物的非晶质类钻碳膜13于该碳化钨刃部112的表面。

原未镀微钻针(直径约为0.2mm)的抗折强度平均为87.75g，本实施例制得的镀膜微钻针抗折强度平均约为74.5g，抗折强度约为未镀膜微钻针的84.9％。据此，本实施例制得的镀膜微钻针抗折强度大于未镀膜微钻针的60％。

据此，本实施例提供一种镀膜微钻针，请参见图1A及1B，其包括：一未镀膜微钻针11，其具有柄部111及与该柄部111连接的碳化钨刃部112，其中，该碳化钨刃部112的直径约为0.2毫米以下，且含有约7重量百分比的钴金属；以及一非晶质类钻碳膜13，镀覆于该碳化钨刃部112的表面，其厚度约为0.5微米且包含约5原子百分比的掺杂物。

实施例2

本实施例的镀膜微钻针制备工艺步骤大致与实施例1所述相同，惟不同处在于，请参见图2，本实施例的微钻针碳化钨刃部112中的钴含量约为12重量百分比，且于形成非晶质类钻碳膜13之前，本实施例是先由等离子体辅助化学气相沉积法，镀覆硅碳氢化物(SiCH)层于该碳化钨刃部112的表面，以作为增加后续非晶质类钻碳膜13与碳化钨刃部间附着力的缓冲层12，接着，将氢气、甲烷通入真空镀膜机台的真空环境中达稳定饱和后，再通入含硅的气体，于约250℃的温度下，镀覆厚度约为1.5微米且掺杂有约20原子百分比硅掺杂物的非晶质类钻碳膜13于该缓冲层12的表面。

测得本实施例制得的镀膜微钻针抗折强度平均约为72.43g，抗折强度约为未镀膜微钻针的82.5％。

据此，本实施例提供一种镀膜微钻针，请参见图1A及2，其包括：一未镀膜微钻针11，其具有柄部111及与该柄部111连接的碳化钨刃部112，其中，该碳化钨刃部112的直径约为0.2毫米以下，且含有约12重量百分比的钴金属；一缓冲层12，镀覆于该碳化钨刃部112的表面；以及一非晶质类钻碳膜13，镀覆该缓冲层12的表面，其厚度约为1.5微米且包含约20原子百分比的掺杂物。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (27)

1.一种镀膜微钻针的制备方法，包括：

(A)提供一未镀膜微钻针，其具有一柄部及一与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，该碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及

(B)于350℃以下的温度，形成一厚度为0.1至2微米的非晶质类钻碳膜于该未镀膜微钻针的该碳化钨刃部上。

2.如权利要求1所述的制备方法，其中，该镀膜微钻针的抗折强度大于该未镀膜微钻针的60％。

3.如权利要求2所述的制备方法，其中，该镀膜微钻针的抗折强度为该未镀膜微钻针的70％至100％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其中，该碳化钨刃部含有7至12重量百分比的钴金属。

5.如权利要求1所述的制备方法，其中，该非晶质类钻碳膜是镀覆于该碳化钨刃部的表面。

6.如权利要求1所述的制备方法，于该步骤(A)及该步骤(B)之间包括一步骤(A1)：镀覆一缓冲层于该碳化钨刃部的表面，而该步骤(B)中的该非晶质类钻碳膜镀覆于该缓冲层的表面。

7.如权利要求6所述的制备方法，其中，该缓冲层的材料是选自由硅碳氢化物、硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、钛及铜所组群组中的其中之一或其组合。

8.如权利要求1所述的制备方法，其中，该非晶质类钻碳膜包含一掺杂物，其含量为5至20％原子百分比。

9.如权利要求8所述的制备方法，其中，该掺杂物为硅、氟、氮或其混合。

10.一种镀膜微钻针，包括：

一未镀膜微钻针，其具有一柄部及一与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，该碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及

一非晶质类钻碳膜，其厚度为0.1至2微米，形成于该未镀膜微钻针的该碳化钨刃部上。

11.如权利要求10所述的镀膜微钻针，其中，该镀膜微钻针的抗折强度大于该未镀膜微钻针的60％。

12.如权利要求11所述的镀膜微钻针，其中，该镀膜微钻针的抗折强度为该未镀膜微钻针的70％至100％。

13.如权利要求10所述的镀膜微钻针，其中，该碳化钨刃部含有7至12重量百分比的钴金属。

14.如权利要求10所述的镀膜微钻针，其中，该非晶质类钻碳膜镀覆于该碳化钨刃部的表面。

15.如权利要求10项所述的镀膜微钻针，包括一缓冲层，镀覆于该碳化钨刃部的表面，且该非晶质类钻碳膜镀覆于该缓冲层的表面。

16.如权利要求15所述的镀膜微钻针，其中，该缓冲层的材料是选自由硅碳氢化物、硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、钛及铜所组群组中的其中之一或其组合。

17.如权利要求10所述的镀膜微钻针，其中，该非晶质类钻碳膜包含一掺杂物，其含量为5至20原子百分比。

18.如权利要求17所述的镀膜微钻针，其中，该掺杂物为硅、氟、氮或其混合。

19.一种钻孔方法，其使用一镀膜微钻针于低于550℃的温度下进行钻孔，其中，该镀膜微钻针包括：一未镀膜微钻针，其具有一柄部及一与该柄部连接的碳化钨刃部，其中，该碳化钨刃部的直径为0.2毫米以下，且含有超过6重量百分比的钴金属；以及一非晶质类钻碳膜，其厚度为0.1至2微米，形成于该未镀膜微钻针的该碳化钨刃部上。

20.如权利要求19所述的钻孔方法，其中，该镀膜微钻针的抗折强度大于该未镀膜微钻针的60％。

21.如权利要求20所述的钻孔方法，其中，该镀膜微钻针的抗折强度为该未镀膜微钻针的70％至100％。

22.如权利要求19所述的钻孔方法，其中，该碳化钨刃部含有7至12重量百分比的钴金属。

23.如权利要求19所述的钻孔方法，其中，该非晶质类钻碳膜镀覆于该碳化钨刃部的表面。

24.如权利要求19所述的钻孔方法，其中，该镀膜微钻针包括一缓冲层，镀覆于该碳化钨刃部的表面，且该非晶质类钻碳膜镀覆于该缓冲层的表面。

25.如权利要求24所述的钻孔方法，其中，该缓冲层的材料是选自由硅碳氢化物、硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、钛及铜所组群组中的其中之一或其组合。

26.如权利要求19所述的钻孔方法，其中，该非晶质类钻碳膜包含一掺杂物，其含量为5至20原子百分比。

27.如权利要求26所述的钻孔方法，其中，该掺杂物为硅、氟、氮或其混合。

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