CN103325675A - 一种窄线宽电极的电子元件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种窄线宽电极的电子元件制作方法，电极是线宽小于50μm、线宽极差在±1.5μm以内、线厚极差±1μm以内的光刻电极，电极制作步骤如下：1)制作薄膜基片；2)在薄膜基片表面涂布感光性金属浆料层制作感光基片；3)采用设计有电极图案的掩膜板对感光基片进行光刻制作光刻电极。本发明方法基于光刻技术，掩膜板的电极图案根据所需光刻电极形状设计制作。采用电极图案的线宽为20μm的掩膜板，可以制作线宽为18.5μm～21.5μm的光刻电极；针对20μm线宽电极设计，可以实现±1μm光刻电极的线宽公差，以满足电极线宽小于50μm、线宽极差在±1.5μm以内、线厚极差±1μm以内的小尺寸高精度电子元器件制作要求。

Description

一种窄线宽电极的电子元件制造方法

技术领域

本发明涉及电极，特别是涉及一种窄线宽电极的电子元件制作方法。 

背景技术

由于陶瓷基材的表面状况的差异、印刷浆料的流变特性的差异、丝网节点与网孔位置下膜量的差异、环境温湿度的差异，以及印刷速度、网版间隙Gap值、印刷压力等印刷参数的差异，导致采用传统丝网印刷工艺制作贴片元件的电极存在线宽极差大，工艺可控性差等问题。例如现有公制1005封装的100nH贴片电感，外形尺寸为1.0×0.5×0.5mm，其内部线圈的电极线宽可设计最大线宽为50μm，线宽极差高达±5μm，即制作的电极线宽为45μm～55μm，直接导致产品电感量分散。以目前终端行业常用的±3％电感量精度进行估算，对应批次电感量合格率仅50％左右，不仅成品率低，且产量不稳定，无法满足客户大规模使用要求。至于公制0603封装的100nH贴片电感，外形尺寸为0.6×0.3×0.3mm，其内部线圈电极的线宽可设计最大线宽仅为45μm，已超出传统丝网印刷工艺所能达到的工艺极限。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种电子元件的窄线宽电极制作方法。 

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。 

这种窄线宽电极的电子元件制作方法，包括以下步骤：对制作出的电极进行叠层，形成陶瓷生坯，再对所述陶瓷生坯依次完成切割、排胶、烧结、倒角、制作端电极和电镀，完成电子元件制作。 

这种窄线宽电极的电子元件制作方法的特点是： 

所述电极是线宽小于50μm、线宽极差在±1.5μm以内、线厚极差±1μm以内的电极，是采用光刻技术制作的光刻电极，其制作步骤如下： 

1)制作薄膜基片； 

2)涂布并制作感光基片，所述涂布是丝网印刷涂布和喷涂布中的一种，在薄膜基片表面涂布感光性金属浆料层； 

3)制作光刻电极，所述光刻是采用设计有电极图案的掩膜板对感光基片进行光刻。 

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。 

所述步骤1)制作薄膜基片有以下子步骤： 

1·1)制备混合物粉末状材料 

将重量百分比为35％～45％粉末状的Al₂O₃和重量百分比为65％～55％的硼硅玻璃的混合制备混合物粉末状材料； 

1·2)将制备的粉末状材料与异丁醇的酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂，采用球磨机搅拌，持续9h～11h形成陶瓷浆料； 

1·3)通过涂布工艺制作薄膜基片。 

所述步骤2)涂布并制作感光基片有以下子步骤： 

2·1)配备感光性金属浆料 

所述感光性金属浆料是日本Nirotake公司出品的型号为NP4940B1的光敏银浆； 

2·2)将所述感光性金属浆料涂布在薄膜基片表面制作感光基片，感光基片的感光性金属浆料层的厚度为10μm～20μm。在能够充分满足电极厚度要求的前提下，感光性金属浆料层的厚度是越薄越好，感光性金属浆料层的厚度超过20μm，极有可能在曝光工序中出现感光性金属浆料层底部无法固化，或在显影工序中出现固化电极脱落的问题。 

所述步骤3)制作光刻电极有以下子步骤： 

3·1)对表面涂布的感光性金属浆料层曝光 

所述曝光是接触式曝光和投影式曝光中的一种，采用紫外光或高能射线照射覆盖有电极图案的掩膜板的感光性金属浆料层表面制作曝光基片，感光性金属浆料层中被照射部分的感光树脂单体发生聚合交联反应而固化，完成曝光，感光性金属浆料层中被遮蔽部分保持不变； 

3·2)对曝光基片显影，又称进行蚀刻反应 

所述曝光基片显影是喷淋式显影和浸泡式显影中的一种，曝光基片中的被照射部分发生聚合交联反应而固化，不溶于显影液得以保留，曝光基片中的被遮蔽部分会发生溶解反应，溶解于显影液中被除去，制作有电极掩膜图案的感光基片； 

3·3)感光基片清洗 

采用自来水清洗感光基片，以除去残留在感光基片表面的显影液和残余的感光性金属颗粒，制得光刻电极； 

3·4)烘干处理 

将制得的光刻电极置入烘干设备中，在温度42℃～48℃下烘干25min～30min，制成电极料片备用。 

本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。 

所述薄膜基片是氧化铝基片、铁氧体基片、玻璃膜片、PET膜片中的一种。 

所述氧化铝基片是粉末状的Al₂O₃和粉末状的硼硅玻璃的混合物制作的氧化铝基片。 

优选的是，所述氧化铝基片是重量百分比为40％的Al₂O₃和重量百分比为60％的硼硅玻璃的混合物。 

所述粉末状的Al₂O₃的优选粒径是，D50为1.5μm，D95为3μm。 

所述粉末状的硼硅玻璃的优选粒径是，D50为1.5μm，D95为3μm。 

所述丝网印刷涂布是采用丝网印刷设备将感光性金属浆料涂布在薄膜基片的表面。 

所述喷涂布是采用喷枪将感光性金属浆料喷涂布在薄膜基片的表面。 

所述紫外光是波长为365nm的G线紫外光、波长为405nm的H线紫外光和波长为420nm的I线紫外光中的一种，根据感光树脂对应的光感区间选择，所述紫外光的平行度是在光程范围1.5m内的离散角度至多为2°，并用吸光树脂对除主峰波外的其它一些衍生波进行滤除； 

所述高能射线是电子束、离子束和X射线等中的一种。 

所述掩膜板是苏打材质铬板、树脂菲林和石英材质铬板中的一种。 

所述掩膜板的电极图案设计线宽为19～21μm，用于制作线宽为18μm～22μm的光刻电极，且掩膜板的电极图案中设有定位孔，用于后续叠层对位。 

所述接触式曝光是将紫外光透过与感光性金属浆料层无间隙的掩膜曝光，不存在紫外光透过掩膜时出现散射问题，以确保电极图案分辨率，缺点是掩膜板的电极图案直接接触感光性金属浆料易被污染。 

所述投影式曝光是在掩膜板与感光性金属浆料之间使用透镜聚焦实现曝光，优点是成本低，且对掩膜板的损伤小，缺点是曝光的质量取决于光学成像系统的性能参数。 

所述显影液是重量百分比为0.3％～0.5％的碳酸钠去离子水溶液，置于恒温28℃～32℃环境水浴中保温。 

所述喷淋显影是将显影液喷洒到曝光基片的感光性金属浆料层表面，显影过程持续15s～25s，待观察到曝光基片中的被遮蔽部分基本溶解于显影液中被除去，继续喷淋显影2s～4s，确保曝光基片中的被遮蔽部分完全溶解于显影液中被除去。 

所述浸泡显影是将曝光基片浸入显影液中，搅动显影液使曝光基片显影均匀进行，确保曝光基片中的被遮蔽部分完全溶解于显影液中被除去。 

本发明与现有技术相比的有益效果是： 

本发明方法基于光刻技术，掩膜板的电极图案根据所需光刻电极形状设计制作。一方面，掩膜板的电极图案的线宽越窄，光刻电极的线宽越窄，采用电极图案的线宽为20μm的掩膜板，可以制作线宽为18.5μm～21.5μm的光刻电极；另一方面，掩膜板的电极图案的边缘平直度越高，光刻电极的线条越平直，针对20μm线宽电极设计，可以实现±1μm光刻电极的线宽公差，以满足电极线宽小于50μm、线宽极差在±1.5μm以内、线厚极差±1μm以内的小尺寸高精度电子元器件制作要求。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行说明。 

具体实施方式一 

一种小尺寸的公制0402封装的窄线宽电极的贴片电感制造方法，包括以下步骤：对制作出的电极进行叠层，形成陶瓷生坯，再对所述陶瓷生坯依次完成切割、排胶、烧结、倒角、制作端电极和电镀，完成电子元件制作。 

电极是线宽为20μm、线宽极差在±1.5μm以内、线厚极差±1μm以内的光刻电极，其制作步骤如下： 

1)制作氧化铝薄膜基片； 

1·1)制备混合物粉末状材料 

将重量百分比为40％粉末状的Al₂O₃和重量百分比为60％的硼硅玻璃的混合制备混合物粉末状材料，粉末状的Al₂O₃的优选粒径是，D50为1.5μm，D95为3μm，硼硅玻璃的优选粒径是，D50为1.5μm，D95为3μm； 

1·2)将制备的粉末状材料与异丁醇的酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂，采用球磨机搅拌，持续9h～11h形成陶瓷浆料； 

1·3)通过涂布工艺制作氧化铝薄膜基片； 

2)涂布并制作感光基片； 

2·1)配备感光性金属浆料：日本Nirotake公司出品的型号为NP4940B1的光敏银浆； 

2·2)采用丝网印刷设备将感光性金属浆料涂布在薄膜基片表面制作表面有感光性金属浆料层的感光基片，感光基片的感光性金属浆料层的厚度为10μm～20μm； 

3)制作光刻电极 

3·1)对表面涂布的感光性金属浆料层曝光 

采用设计有电极图案的掩膜板对感光基片进行光刻，将紫外光透过与感光性金属浆料层无间隙的有电极图案的掩膜板制作曝光基片，感光性金属浆料层中被照射部分即有电极图案位置的部分的感光树脂单体发生聚合交联反应而固化，完成曝光，感光性金属浆料层中被遮蔽部分保持不变； 

紫外光是波长为365nm的G线紫外光，根据感光树脂对应的光感区间选择，紫外光的平行度是在光程范围1.5m内的离散角度至多为2°，并用吸光树脂对除主峰波外的波长为420nm以上的衍生波进行滤除； 

掩膜板是苏打材质铬板，电极图案设计线宽为20μm，用于制作线宽为20μm的光刻电极，且掩膜板的电极图案中设有定位孔，用于后续叠层对位； 

3·2)对曝光基片显影 

通过显影清洗去除未固化的感光性金属浆料，将显影液喷洒到曝光基片的感光性金属浆料层表面，显影过程持续15s～25s，曝光基片中的被照射部分发生聚合交联反应而固化，不溶于显影液得以保留，待观察到曝光基片中的被遮蔽部分基本溶解于显影液中被除去，继续喷淋显影2s～4s，确保曝光基片中的被遮蔽部分完全溶解于显影液中被除去，制作出电极掩膜图案的感光基片； 

显影液是重量百分比为0.4％的碳酸钠去离子水溶液，置于恒温30℃环境水浴中保温； 

3·3)感光基片清洗 

采用自来水清洗感光基片，以除去残留在感光基片表面的显影液和残余的感光性金属颗粒，制得光刻电极； 

3·4)烘干处理 

将制得的光刻电极置入烘干设备中，在温度42℃～48℃下烘干25min～30min，制成电极料片备用。 

采用本发明实施方式一制备的光刻电极的公制0402封装的贴片电感，长、宽面留边量L均按30μm设计，其采用美国Ansoft公司推出的高频结构仿真器(High Frequency Structure Simulator，缩略词为HFSS)计算的单圈极限电感量为0.903nH。 

而采用现有丝网印刷方法制备的线宽为50μm的电极的公制0402封装的贴片电感，长、宽面留边量L均按30μm设计，其采用HFSS计算的单圈极限电感量只有0.558nH，与本发明实施方式一制作的相差62.00％，表明本发明方法在小尺寸、大感量贴片电感线圈的设计方面优势非常明显。 

具体实施方式二 

一种小尺寸的公制0603封装的窄线宽电极的贴片电感制造方法，同具体实施方式一。区别在于：其采用HFSS计算的单圈极限电感量为1.820nH。而采用现有丝网印刷方法制备的线宽为50μm的电极的公制0402封装的贴片电感，长、宽面留边量L均按30μm设计，其采用HFSS计算的单圈极限电感量只有1.347nH，与本发明实施方式二制作的相差35.10％。 

具体实施方式三 

一种小尺寸的公制1005封装的窄线宽电极的贴片电感制造方法，同具体实施方式一。区别在于：其采用HFSS计算的单圈极限电感量为3.620nH。而采用现有丝网印刷方法制备的线宽为50μm的电极的公制0402封装的贴片电感，长、宽面留边量L均按30μm设计，其采用HFSS计算的单圈极限电感量只有2.850nH，与本发明实施方式三制作的相差27.02％。 

具体实施方式四 

一种大尺寸的公制1608封装的窄线宽电极的贴片电感制造方法，同具 体实施方式一。区别在于：其采用HFSS计算的单圈极限电感量为7.600nH。而采用现有丝网印刷方法制备的线宽为50μm的电极的公制0402封装的贴片电感，长、宽面留边量L均按30μm设计，其采用HFSS计算的单圈极限电感量只有6.420nH，与本发明实施方式四制作的相差仅18.30％，现有丝网印刷方法和本发明方法均可满足制作要求，在大尺寸、大感量贴片电感线圈的设计方面差异不明显。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。 

Claims (10)

1.一种窄线宽电极的电子元件制作方法，包括以下步骤：对制作出的电极进行叠层，形成陶瓷生坯，再对所述陶瓷生坯依次完成切割、排胶、烧结、倒角、制作端电极和电镀，完成电子元件制作，其特征在于：

所述电极是线宽小于50μm、线宽极差在±1.5μm以内、线厚极差±1μm以内的电极，是采用光刻技术制作的光刻电极，其制作步骤如下：

1)制作薄膜基片；

2)涂布并制作感光基片，所述涂布是丝网印刷涂布和喷涂布中的一种，在薄膜基片表面涂布感光性金属浆料层；

3)制作光刻电极，所述光刻是采用设计有电极图案的掩膜板对感光基片进行光刻。

2.如权利要求1所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述步骤1)制作薄膜基片有以下子步骤：

1·1)制备混合物粉末状材料

将重量百分比为35％～45％粉末状的Al₂O₃和重量百分比为65％～55％的硼硅玻璃的混合制备混合物粉末状材料；

1·2)将制备的粉末状材料与异丁醇的酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂，采用球磨机搅拌，持续9h～11h形成陶瓷浆料；

1·3)通过涂布工艺制作薄膜基片。

3.如权利要求1或2所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述步骤2)涂布并制作感光基片有以下子步骤：

2·1)配备感光性金属浆料

所述感光性金属浆料是日本Nirotake公司出品的型号为NP4940B1的光敏银浆；

2·2)将所述感光性金属浆料涂布在薄膜基片表面制作感光基片，感光基片的感光性金属浆料层的厚度为10μm～20μm。

4.如权利要求3所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述步骤3)制作光刻电极有以下子步骤：

3·1)对表面涂布的感光性金属浆料层曝光

所述曝光是接触式曝光和投影式曝光中的一种，采用紫外光或高能射线照射覆盖有电极图案的掩膜板的感光性金属浆料层表面制作曝光基片，感光性金属浆料层中被照射部分的感光树脂单体发生聚合交联反应而固化，完成曝光，感光性金属浆料层中被遮蔽部分保持不变；

3·2)对曝光基片显影

所述曝光基片显影是喷淋式显影和浸泡式显影中的一种，曝光基片中的被照射部分发生聚合交联反应而固化，不溶于显影液得以保留，曝光基片中的被遮蔽部分会发生溶解反应，溶解于显影液中被除去，制作有电极掩膜图案的感光基片；

3·3)感光基片清洗

采用自来水清洗感光基片，以除去残留在感光基片表面的显影液和残余的感光性金属颗粒，制得光刻电极；

3·4)烘干处理

将制得的光刻电极置入烘干设备中，在温度42℃～48℃下烘干25min～30min，制成电极料片备用。

5.如权利要求4所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述薄膜基片是氧化铝基片、铁氧体基片、玻璃膜片、PET膜片中的一种。

6.如权利要求5所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述氧化铝基片是粉末状的Al₂O₃和粉末状的硼硅玻璃的混合物制作的氧化铝基片。

7.如权利要求6所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述紫外光是波长为365nm的G线紫外光、波长为405nm的H线紫外光和波长为420nm的I线紫外光中的一种，根据感光树脂对应光感区间选择。

8.如权利要求7所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述高能射线是电子束、离子束和X射线等中的一种。

9.如权利要求8所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述掩膜板是苏打材质铬板、树脂菲林和石英材质铬板中的一种；

所述掩膜板的电极图案设计线宽为19～21μm，且掩膜板的电极图案中设有定位孔，用于后续叠层对位。

10.如权利要求9所述的窄线宽电极的电子元件制作方法，其特征在于：

所述显影液是重量百分比为0.3％～0.5％的碳酸钠去离子水溶液，置于恒温28℃～32℃环境水浴中保温。