CN103488049A

CN103488049A - 一种纳米银光阻剂复合材料及其制备银导线或电感器的方法

Info

Publication number: CN103488049A
Application number: CN201310411235.5A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Individual
Current assignee: Shenzhen Bangdeling Semiconductor Material Co ltd
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: CN103488049B

Abstract

本发明公开了一种纳米银光阻剂复合材料及其制备银导线或电感器的方法,其中，纳米银光阻剂复合材料，由如下重量份的原料制备而成：银60-80份、高分子助剂5-20份、光固化树脂5-20份、光引发剂0.25-2份、有机溶剂10-20份。本发明所述的纳米银光阻剂复合材料，在制备电感单片的银导线时，可以替代印刷银浆，制备一种线辐宽度达到20-30um精度；边缘精度达到2um的银导线。本发明通过UV光刻及显影工艺，在铁氧体/陶瓷体基片上制备出20-40um精度的单片。再经过：叠层-层压-切割-排胶-烧结-倒角-封端-电镀-测试-编带等工艺最终可制备出Q值高并体积小的新型高精微电感器产品。

Description

一种纳米银光阻剂复合材料及其制备银导线或电感器的方法

技术领域

本发明具体涉及一种纳米银光阻剂复合材料，属于光刻新材料；采用它在铁氧体/陶瓷体料片上制备30um线辐宽度的银导线的黄光制程工艺，属于精细加工方法；以及采用它制备叠层片式电感器的方法，属于电子元器件制造。

背景技术

电感器是能够把电能转化为磁能并存储起来的元件，与电容器、电阻器合称为三大基础元器件。它应用于电子电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用，属于抗干扰元件。

19世纪中期，用导线和磁铁芯绕成多匝的线圈电感器在电报、电话等装置中得到实际应用。20世纪出现的密封固定小型电感器可直接蚀刻在PCB板上，也可以制造在集成电路中。之后出现的密封固定小型可调电感器应用于半导体收音机用振荡线圈、电视机用行振荡线圈、音响用频率补偿线圈、阻波线圈等。

近年来，随着电子制造的发展，一些高端领域，如：GSM/DCS+W-CDMA智能手机，平板智能电脑，3D喷墨打印机，汽车电子中的复合发动机和驱动控制系统，OLED显示设备，航天航空飞行器等都对电感器有提高Q值并缩小体积的需求，电感器制造商开始设计新的高精微小型产品。

目前制造第三代电感器的导体材料是印刷银浆，制程工艺为丝网印刷，制备的银导线宽度不能小于70um；精度不能小于10um。然而市场对电感器的需求出现更高精微小的要求:需要制备一种银导线宽度达到20um；精度达到2um的制程。其中关键技术即是在制备好的介质膜片上制备出线条和线距为20-40um的电极图型，且CD LOSS在2um以内的精度。之后的流程工艺依次为：叠层-层压-切割-排胶-烧结-倒角-封端-电镀-测试-编带，均为现有第三代电感器制程之成熟工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种纳米银光阻剂复合材料，使其在制造叠片式电感器中替代印刷银浆，可以与黄光制程结合，从而能够有效控制线条和线距宽度的在20-40um范围，从而实现电感器的微型化要求。

本发明的第二个目的在于提供一种采用上述纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法，该方法所制备得到的银导线的线辐宽度达到20-30um精度；边缘精度达到2um。

本发明的第三个目的在于提供一种采用上述纳米银光阻剂复合材料制备的电感器的方法，该方法所制备得到的电感器具有Q值高并体积小的特点。

为实现上述目的，本发明的第一个目的采用如下技术方案：

一种纳米银光阻剂复合材料，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：银60-80份、高分子助剂5-20份、光固化树脂5-20份、光引发剂0.25-2份、有机溶剂10-20份。

所述银的质量百分含量占总重量的60-80%，根据制造叠片式电感器后续排胶和烧节工序时，为避免出现高分子材料裂化后留下空洞，银粉在复合材料的含量不宜低于60%；同时，考虑到制备单片电极时黄光制程工艺的实施，银粉在复合材料的质量百分含量不宜高于80%。优选65-75%。

其中，除数量的要求外，所述银粉优选为纳米银，其平均粒径D₅₀在150-300nm范围，松散密度为1.2-1.5g/cm³，比表面积为1.6-3.0m²/g，在500℃温度灼烧后含银量为99.95%的片状微晶银粉。纳米银的制备方法不限于化学法或物理法制备加工，例如：硝酸银催化剂还原法制备的纳米银颗粒，或三辊机加分散剂物理研磨银粉法制备的银颗粒。但是对Ag的粒径和晶型做上述严格要求。

所述高分子助剂包括金属配合高分子化合物、分散树脂、碱溶性树脂、稳定流平和抗表面张力的助剂类高分子（流平剂、偶联剂）。所述高分子助剂除种类搭配要求均衡外，在含量上也有互相制约的要求。但是其质量百分含量不得低于5%，否则会影响到光刻工艺精度。所述高分子助剂的质量百分含量优选10-15%。其中，所述金属配合高分子化合物0.1-2质量份，分散树脂2-5质量份，碱溶性树脂7-10质量份，助剂类高分子0.2-2质量份。

其中，金属配合高分子化合物具有下述通式（1）表示的结构单元的化合物：

所述通式（1）中，M表示Pt、Al、Mg、B、Pd中的一种金属原子，它作为配位中心，与高分子有机物进行表面化学结合，形成类似皮质膜的性质；R¹表示含有甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基、环氧丙氧烷基中的一种或几种的直链或接枝共聚物基团,其重均分子量Mw：500-4000；n=0,1或2，与中心金属原子种类有关；R²表示OCH(C₂H₅)₂或OCH(CH₃)₂中的一种；R³表示甲基或乙基。

其中，分散树脂为甲基丙烯酸与苯乙烯共聚物、聚酯共聚物、聚氨酯共聚物、环氧树脂共聚物中的一种或几种，可举例的市售商品：EFKA-4060、EFKA-4080、EFKA-4043、EFKA-4047、Disperbyk-2000、Disperbyk-2001、Disperbyk-161-167、Disperbyk-2050、Disperbyk-2100、Disperbyk-2020、Disperbyk-333、Solsperse28000、Solsperse24000、Solsperse5000、Solsperse22000、Solsperse32500、Solsperse38500。

其中，碱溶性树脂为甲基丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸环己酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸环氧丙氧酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸-2-羟基乙酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸环己酯以及苯乙烯和甲基丙烯酸-2-羟基乙酯共聚物；平均酸值为60KOH/g-200KOH/g。优选90KOH/g-150KOH/g。

其中，稳定流平和抗表面张力的助剂类高分子，流平剂的种类选自以下：聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液、聚醚改性聚硅氧烷溶液、聚酯改性聚甲基烷基硅氧烷溶液、聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液、聚丙烯酸酯溶液、氟碳共聚物溶液中的一种或几种；偶联剂的种类选自以下：Ｎ′-β′-氨乙基-Ｎ-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、Ｎ′-β′-氨乙基-Ｎ-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、Ｎ′-β′-氨乙基-Ｎ-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、Ｎ′-β′-氨乙基-Ｎ-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、Ｎ′-β′-氨乙基-Ｎ-β-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷和Ｎ′-β′-氨乙基-Ｎ-β-氨乙基-α-氨甲基三乙氧基硅、γ-环己胺丙基三乙氧基硅烷和甲基、γ-环已胺丙基二甲氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷(γ2)、硅烷偶联剂KH570中的一种或几种。

所述光固化树脂的质量百分含量为5-20%，包含的种类为乙烯基双键为特征的光固化树脂，优选自以下结构中的一种：环氧大豆油丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、活性胺、HDDA、TMPTA、DPGDA、PETA、IOBA、EB114、EB145、EB160、ODA、TCDA、OTA480以及

所述光引发剂的质量百分含量为0.25-2%，包含的种类以电不对称活性的光引发剂为主，优选自以下结构中的一种：TPO、Irg184、Irg369、Irg907、Irg1173、ITX、EPD、EHA、MOBB、MBP、IPBE、CTX、DETX、DEAB以及

所述有机溶剂的质量百分含量为10-20%。所述的中等极性有机溶剂为甲乙酮、乙基溶纤剂、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、2-乙氧基丙醇、2-甲氧基丙醇、3-甲氧基丁醇、环己酮、环戊酮、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇乙醚乙酸酯、乙酸丁酯中的一种或几种。

实现本发明的第二个目的还可以通过采取如下技术方案达到：

一种采用上述纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）基片处理：由于铁氧体基材或陶瓷基材制成的基片本身柔软质脆，除需要敷在PCT薄膜上；为了能够在其上涂布光阻材料，还需要将基片在玻璃基板上真空附着固定。

2）制备光阻材料层：在上述陶瓷或铁氧体基片上，使用旋涂工艺涂布光阻剂，再依次经过真空和前烘烤，形成第一层薄膜，其厚度为1-2um；所述光阻剂含有以下组分：甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基或环氧丙氧烷基中的一种或几种高分子树脂，其重量份为5-20份；乙烯基双键为特征的光固化树脂，其重量份为5-20份；电不对称活性的光引发剂，其重量份为0.25-2份；中等极性有机溶剂，其重量份为10-20份。

因为要保证基片上的各导线之间的绝缘，这一层材料可以保证光刻显影之后金属银无残留。但是需要注意此步奏和下一步工艺之间不宜停留时间过长（10min），以保证工艺的延续性。

3）制备银导线层：在经过步骤2)处理后的基片的第一层薄膜上上旋转涂布本发明第一目的所述的纳米银光阻剂复合材料，再依次经过90-110℃/2min前烘烤、掩膜掩蔽、300-1000mj/cm²能量曝光、TMHA显影液显影50-90s、120-200℃/60min硬化步骤，最终形成双层银导线层(即电极层),其线辐宽度20-40um。

实现本发明的第三个目的还可以通过采取如下技术方案达到：

一种叠层式片式电感器的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：1)流延制备介质基片;2)根据本发明的第二个目的所述的方法制备电极层;3）叠层1000片对位制成巴块;4)水下层压致密;5)切割成单个器件;6)200℃高温排掉本发明的第二个目的所述方法的步骤2）中光阻材料层;7)500℃烧结;8)倒角;9)封端制备外电极;10)电镀端头电极;11)测试;12)编带,最终得到叠层式片式电感器。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所述的纳米银光阻剂复合材料，在制备电感单片的银导线时，可以替代印刷银浆，制备一种线辐宽度达到20-30um精度；边缘精度达到2um的银导线。传统叠层片式电感器使用丝网印刷法制备银导线，此法缺点是制造精度不高，不能制造70um宽度以下线条，以及CD LOSS低于10um范围。本发明通过UV光刻及显影工艺，在铁氧体/陶瓷体基片上制备出20-40um精度的单片。再经过：叠层-层压-切割-排胶-烧结-倒角-封端-电镀-测试-编带等工艺最终可制备出Q值高并体积小的新型高精微电感器产品。

2.本发明制备的20um精度的银导线，边缘精度CD Loss达到2um，替代现有印刷银浆最小临界精度10um。

3.本发明制备的电极基片叠层，在获得与现有技术制备的电感器相同的电感量时，叠层的数目大大减少。

4.本发明及其制备方法制备的电感器，在保证高Q值的要求下，体积能同时实现微型化。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1表示在料片上制造20-40um线辐宽度的银导线的方法的工艺流程示意图，图中：1、基片；2、玻璃基板；3、光阻材料层；4、纳米银光阻剂复合材料；5、Masker；6、纳米银光阻剂复合材料层线条；7、光阻材料层线条；

图2表示在陶瓷基片上制备的20um线辐的银导线显微镜照片；

图3表示在铁氧体基片上制备的30um线辐的银导线显微镜照片；

图4表示在显微镜下银导线放大500倍时临界精度在2um范围的照片。

具体实施方式

实施例1-7：

本发明所述的纳米银光阻剂复合材料,由如下重量份的原料制备而成：

所述银粉优选为纳米银，其平均粒径D₅₀在150-300nm范围，松散密度为1.2-1.5g/cm³，比表面积为1.6-3.0m²/g，在500℃温度灼烧后含银量为99.95%的片状微晶银粉。

所述的纳米银光阻剂复合材料的制备方法为：先将微晶银粉与通式(1)化合物和分散树脂混合；再在一定温度下将光固化树脂溶解在有机溶剂当中，通常使用50-80℃条件；最后加入上述配方当中的其他组分，充分混合后净化灌装,0-5℃保存。

参见表1,本发明实施例1-7所述纳米银光阻剂复合材料的配方表。

表1实施例1至7的配方表

应用例1：

参照图1和图2，采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法，包括以下步骤：

1）基片处理：由于陶瓷基材制成的基片本身柔软质脆，除需要敷在PCT薄膜上；为了能够在其上涂布光阻材料，还需要将基片1在玻璃基板2上真空附着固定。

2）制备光阻材料层：在上述陶瓷基片1上，使用旋涂工艺涂布光阻剂，再依次经过真空和前烘烤，形成第一层薄膜,即光阻材料层3，其厚度为1-2um；所述光阻剂含有以下组分：甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基或环氧丙氧烷基中的一种或几种高分子树脂，其重量份为5-20份；乙烯基双键为特征的光固化树脂，其重量份为5-20份；电不对称活性的光引发剂，其重量份为0.25-2份；中等极性有机溶剂，其重量份为10-20份。

3）制备银导线层：在经过步骤2)处理后的基片1的光阻材料层3上旋转涂布如实施例1所述的纳米银光阻剂复合材料4，再依次经过90-110℃/2min前烘烤、掩膜掩蔽、300-1000mj/cm²能量曝光(Masker5)、TMHA显影液显影50-90s、120-200℃/60min硬化步骤，最终形成双层银导线层(即电极层，包括光阻材料层线条7和纳米银光阻剂复合材料层线条6),其线辐宽度20um。参照图2，在陶瓷基片上制备的20um线辐的银导线显微镜照片。参照图4,在显微镜下银导线放大500倍时临界精度在2um范围的照片。

应用例2：

参照图1，采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法，包括以下步骤：

1）基片处理：由于铁氧体基片制成的基片本身柔软质脆，除需要敷在PCT薄膜上；为了能够在其上涂布光阻材料，还需要将铁氧体基片在玻璃基板上真空附着固定。

2）制备光阻材料层：在上述铁氧体基片上，使用旋涂工艺涂布光阻剂，再依次经过真空和前烘烤，形成第一层薄膜，其厚度为1-2um；所述光阻剂含有以下组分：甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基或环氧丙氧烷基中的一种或几种高分子树脂，其重量份为5-20份；乙烯基双键为特征的光固化树脂，其重量份为5-20份；电不对称活性的光引发剂，其重量份为0.25-2份；中等极性有机溶剂，其重量份为10-20份。

3）制备银导线层：在经过步骤2)处理后的基片上旋转涂布如实施例1所述的纳米银光阻剂复合材料，再依次经过90-110℃/2min前烘烤、掩膜掩蔽、300-1000mj/cm²能量曝光、TMHA显影液显影50-90s、120-200℃/60min硬化步骤，最终形成双层银导线层(即电极层),其线辐宽度30um。参照图3，在铁氧体基片上制备的30um线辐的银导线显微镜照片；

应用例3：

本应用例所述采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法除了：在经过步骤2)处理后的基片上旋转涂布如实施例3所述的纳米银光阻剂复合材料,其他步骤与应用例1相同。

应用例4：

本应用例所述采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法除了：在经过步骤2)处理后的基片上旋转涂布如实施例4所述的纳米银光阻剂复合材料,其他步骤与应用例1相同。

应用例5：

本应用例所述采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法除了：在经过步骤2)处理后的基片上旋转涂布如实施例5所述的纳米银光阻剂复合材料,其他步骤与应用例1相同。

应用例6：

本应用例所述采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法除了：在经过步骤2)处理后的基片上旋转涂布如实施例6所述的纳米银光阻剂复合材料,其他步骤与应用例1相同。

应用例7：

本应用例所述采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法除了：在经过步骤2)处理后的基片上旋转涂布如实施例7所述的纳米银光阻剂复合材料,其他步骤与应用例1相同。

对应用例1-7所得到的银导线层上的导线性能参数进行检测，见表2:

表2应用例1-7所得到的银导线层上的导线性能参数表

注：在表2中，△表示线条未脱落，但Marker有脱落；○表示线条和Marker均未脱落。

应用例8：

一种叠层式片式电感器的制备方法:依次包括以下步骤：1)流延制备介质基片;2)根据应用例1所述的方法制备电极层;3）叠层1000片对位制成巴块;4)水下层压致密;5)切割成单个器件;6)200℃高温排掉本发明的应用例1所述方法的步骤2）中光阻材料层;7)500℃烧结;8)倒角;9)封端制备外电极;10)电镀端头电极;11)测试;12)编带,最终得到叠层式片式电感器。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种纳米银光阻剂复合材料，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：银60-80份、高分子助剂5-20份、光固化树脂5-20份、光引发剂0.25-2份、有机溶剂10-20份。

2.根据权利要求1所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于：所述银为纳米银，是一种在500℃温度灼烧后含银的质量百分含量为99.95%的片状微晶银粉；其平均粒径D₅₀在150-300nm范围，松散密度为1.2-1.5g/cm³，比表面积为1.6-3.0m²/g。

3.根据权利要求1或2所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于：所述高分子助剂包括含有甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基、环氧丙氧烷基中的一种或几种的金属配合高分子化合物；所述光固化树脂为以乙烯基双键为特征的光固化树脂；所述光引发剂为电不对称活性的光引发剂；所述有机溶剂为中等极性有机溶剂。

4.根据权利要求3所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于,所述金属配合高分子化合物为具有下述通式（1）表示的结构单元的化合物：

所述通式（1）中，M表示Pt、Al、Mg、B、Pd中的一种金属原子；R¹表示含有甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基、环氧丙氧烷基中的一种或几种的直链或接枝共聚物基团,其重均分子量Mw：500-4000,n=0,1或2；R²表示OCH(C₂H₅)₂或OCH(CH₃)₂中的一种；R³表示甲基或乙基。

5.根据权利要求3所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于：所述高分子助剂还包括碱溶性树脂；所述碱溶性树脂为甲基丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸环己酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸环氧丙氧酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸-2-羟基乙酯共聚物、甲基丙烯酸与甲基丙烯酸环己酯以及苯乙烯和甲基丙烯酸-2-羟基乙酯共聚物；平均酸值为60KOH/g-200KOH/g。

6.根据权利要求3所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于：所述的以乙烯基双键为特征的光固化树脂为环氧大豆油丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、活性胺、HDDA、TMPTA、DPGDA、PETA中的一种。

7.根据权利要求3所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于：所述的电不对称活性的光引发剂为TPO、Irg184、Irg369、Irg907、Irg1173、ITX、EPD、EHA、MOBB、MBP中的一种或几种。

8.根据权利要求3所述的纳米银光阻剂复合材料，其特征在于：所述的中等极性有机溶剂为甲乙酮、乙基溶纤剂、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、2-乙氧基丙醇、2-甲氧基丙醇、3-甲氧基丁醇、环己酮、环戊酮、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇乙醚乙酸酯、乙酸丁酯中的一种或几种。

9.一种采用纳米银光阻剂复合材料制备银导线的方法,其特征在于，包括以下步骤：

1）基片处理：选取铁氧体基材或陶瓷基材制成的基片,将基片在玻璃基板上真空附着固定；

2）制备光阻材料层：在上述陶瓷或铁氧体基片上，使用旋涂工艺涂布光阻剂，再依次经过真空和前烘烤，形成第一层薄膜，其厚度为1-2um；所述光阻剂含有以下组分：甲基丙烯酸烷基、氨基芳基、丙烯酰基或环氧丙氧烷基中的一种或几种高分子树脂，其重量份为5-20份；乙烯基双键为特征的光固化树脂，其重量份为5-20份；电不对称活性的光引发剂，其重量份为0.25-2份；中等极性有机溶剂，其重量份为10-20份;

3）制备银导线层：在经过步骤2)处理后的基片的第一层薄膜上旋转涂布如权利要求1-8中任意一项所述的纳米银光阻剂复合材料，再依次经过90-110℃/2min前烘烤、掩膜掩蔽、300-1000mj/cm²能量曝光、TMHA显影液显影50-90s、120-200℃/60min的硬化步骤，最终形成双层银导线层,即电极层;其线辐宽度20-40um。

10.一种叠层式片式电感器的制备方法，依次按以下步骤进行：1)流延制备介质基片;2)制备电极层;3)叠层;4)层压;5)切割;6)排胶7)烧结;8)倒角;9)封端;10)电镀;11)测试;12)编带,得到叠层式片式电感器;其特征在于：在步骤2）中，采用如权利要求9的所述的方法制备电极层。