CN103632926B - 一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法，将至少一个超薄石英基片待电镀金属薄膜表面朝上，使用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片背面与承载基片金属化抛光面粘接形成临时键合体，进而实现在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的制作。采用上述方案，可以在超薄石英基片上进行单面或双面薄膜电路图形的电镀，工艺简单易行，成本低廉，良品率高；超薄石英基片的取放使用真空笔吸附，避免人为损坏基片带来废品；发明中支撑基片还可以一次承载多片超薄石英基片操作，并可以重复利用，适合批量生产。

Description

一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法
技术领域
本发明属于毫米波、亚毫米波集成电路制造技术领域，尤其涉及的是一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法。
背景技术
石英基片作为太赫兹频段部件普遍采用的电路基材，材料选择高纯度的各向同性熔融石英，原因在于在数百GHz频带内石英的介电常数较为稳定，损耗低于目前微波毫米波频段基板材料，其热和机械性能也较为稳定。石英基片薄膜电路图形通常采用半导体集成电路工艺的大基片、多单元方式制备，制程包括：基片清洗、镀膜、光刻蚀、电镀厚金和划切等工序，加工精度可达微米级别，然而石英基片在高频应用的主要限制为基片厚度。
选择厚度≤50μm的石英作为THz频段部件的薄基板材料，平面外形可为方片或圆片。由于厚度≤50μm的石英基片具有超薄、易碎等特点，在其上制作具有精细线宽的薄膜电路就变得异常困难。由于真空镀膜的厚度太薄，为了减少导体的损耗，因此需将光刻好的导带电路图形和接地面种子层电镀加厚。电镀厚金工艺是加工超薄石英基片薄膜电路图形结构的关键技术之一，在通过光刻蚀完成电路图形制作后，电镀厚金时要依次经过除油、酸洗、电镀金、水洗、干燥等一系列复杂工序，再加上厚度≤50μm的石英基片材料和基片尺寸的特殊性，采用夹具夹持挂镀的操作方法电镀加厚薄膜电路图形时，制作的具有精细线宽的薄膜电路的成品率几乎为零。
目前超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法为采用电路衬底背面减薄技术来实现。典型的工艺流程包括：首先在一厚石英基片（称为器件衬底）上表面完成器件加工，形成薄膜电路图形，步骤包括基片清洗、真空沉积金属薄膜、光刻、刻蚀和电镀，接下来将承载衬底和/或器件衬底涂覆一层键合粘合剂，然后将两块衬底临时键合形成粘合体并转移至键合腔，小心地置于键合腔中央，提高温度后在真空中进行键合。临时键合后，对该衬底叠层进行背面加工，包括减薄至目标厚度、金属化和电镀等，再将形成薄膜电路图形的薄石英基片从承载衬底上剥离下来。
但是上述方法的最大缺点是在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形所用的临时键合机、抛光机和临时解键合机等必备辅助设备价格昂贵且工艺复杂，用到的临时键合材料选择面受限度较大。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101：将至少一个超薄石英基片双面抛光，并在其中一面上设置导通待电镀表面，导通待电镀表面由金属薄膜图形和键合区组成；将承载基片的一面进行抛光，并形成金属化抛光面；
步骤102：将超薄石英基片的导通待电镀表面朝上，并将另一面与承载基片金属化抛光面通过光刻胶粘接形成一临时键合体；
步骤103：通过掩膜光刻在临时键合体的承载基片金属化抛光面上形成键合区和电镀连通区，并进行后烘处理；
步骤104：将临时键合体的承载基片金属化抛光面的键合区与超薄石英基片导通待电镀表面的键合区通过金丝互连；
步骤105：将互连导通的临时键合体依次经过除油、酸洗、电镀处理；
步骤106：去除互连金丝，去除光刻胶，将超薄石英基片与承载基片分离，得到带有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片。
所述步骤101中，所述超薄石英基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，厚度为30μm-50μm，平面尺寸为10mm×10mm-76mm×76mm。
所述步骤101中，所述至少一个超薄石英基片的个数为两个及两个以上时，超薄石英基片的形状、厚度和平面尺寸设置为相同或不相同，超薄石英基片待电镀表面的金属薄膜材料、镀涂金属种类和厚度设置为相同。
所述步骤101中，所述超薄石英基片的另一面为无金属薄膜表面，或为由金属薄膜图形和键合区组成的导电通路表面，或为全板薄膜金属化接地面。
所述步骤101中，所述超薄石英基片的另一面的金属薄膜材料设置与所述导通待电镀表面金属薄膜材料相同或不同。
所述步骤101中，所述承载基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，平面尺寸大于或等于超薄石英基片尺寸，厚度为0.254mm-0.65mm；所述承载基片的材料为纯度99.6%-100%的氧化铝基片或纯度98%的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片。
所述步骤102中，所述形成一临时键合体的方法为：在承载基片金属化抛光面上涂覆一层光刻胶湿膜，将超薄石英基片待电镀表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在承载基片的光刻胶湿膜上，然后在80-90℃温度下干燥10分钟或在110℃温度下干燥5分钟。
所述步骤102中，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶；所述光刻胶的湿膜涂覆方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
所述步骤103中，所述后烘处理的方法为：将所述临时键合体放置在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。
所述步骤104中，所述通过金丝互连的方法为金丝楔焊或金丝球焊，金丝直径范围为18μm-30μm。。
所述步骤105中，所述电镀方法为采用挂镀方式，电镀液对应电镀的金属材料，并设置每一种电镀液仅电镀加厚对应金属。
所述步骤106中，所述去除光刻胶并将超薄石英基片与承载基片分离的方法为：先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，将粘结用光刻胶去除干净，并将承载基片与电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片分离，然后将超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥，完成制作。
采用上述方案，可以在超薄石英基片上完成单面或双面薄膜电路图形的电镀操作，工艺简单易行，成本低廉，良品率高；超薄石英基片的取放使用真空笔吸附，避免人为损坏基片带来废品；发明中支撑基片还可以一次承载多片超薄石英基片操作，并可以重复利用，适合批量生产。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法流程图；
图2为使用本发明的方法在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，图1为本发明提供的一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：将至少一个超薄石英基片双面抛光，并在其中一面上设置导通待电镀表面，导通待电镀表面由金属薄膜图形和键合区组成；将承载基片的一面进行抛光，并形成金属化抛光面；
步骤102：将超薄石英基片的导通待电镀表面朝上，并将另一面与承载基片金属化抛光面通过光刻胶粘接形成一临时键合体；
步骤103：通过掩膜光刻在临时键合体的承载基片金属化抛光面上形成键合区和电镀连通区，并进行后烘处理；
步骤104：将临时键合体的承载基片金属化抛光面的键合区与超薄石英基片导通待电镀表面的键合区通过金丝互连；
步骤105：将互连导通的临时键合体依次经过除油、酸洗、电镀处理；
步骤106：去除互连金丝，去除光刻胶，将超薄石英基片与承载基片分离，得到带有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片。
所述步骤101中，超薄石英基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，厚度为30μm-50μm，平面尺寸为10mm×10mm-76mm×76mm。至少一个超薄石英基片的个数为两个及两个以上时，超薄石英基片的形状、厚度和平面尺寸设置为相同或不相同，超薄石英基片待电镀表面的金属薄膜材料、镀涂金属种类和厚度设置为相同。超薄石英基片的另一面为无金属薄膜表面，或为由金属薄膜图形和键合区组成的导电通路表面，或为全板薄膜金属化接地面；超薄石英基片的另一面的金属薄膜材料设置与所述导通待电镀表面金属薄膜材料相同或不同。
所述步骤101中，承载基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，平面尺寸大于或等于超薄石英基片尺寸，厚度为0.254mm-0.65mm；承载基片的材料为纯度99.6%-100%的氧化铝基片或纯度98%的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片。
所述步骤102中，形成一临时键合体的方法为：在承载基片金属化抛光面上涂覆一层光刻胶湿膜，将超薄石英基片待电镀表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在承载基片的光刻胶湿膜上，然后在80-90℃温度下干燥10分钟或在110℃温度下干燥5分钟。光刻胶为紫外敏感正性光刻胶；光刻胶的湿膜涂覆方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
所述步骤103中，后烘处理的方法为：将临时键合体放置在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。
所述步骤104中，通过金丝互连的方法为金丝楔焊或金丝球焊，金丝直径范围为18μm-30μm。
所述步骤105中，电镀方法为采用挂镀方式，电镀液对应电镀的金属材料，并设置每一种电镀液仅电镀加厚对应金属。
所述步骤106中，去除光刻胶并将超薄石英基片与承载基片分离的方法为：先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，将粘结用光刻胶去除干净，并将承载基片与电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片分离，然后将超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥，完成制作。
实施例2
在上述实施例的基础上，下列非限制性实施例进一步说明本发明的一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法，如图2所示，提供两个不同形状、不同尺寸且双面抛光的超薄石英基片，并在其中一面上设置导通待电镀表面，超薄石英基片的另一面设置为全板薄膜金属化种子层接地面，或为由阵列化金属薄膜图形和键合区组成的导电通路种子层表面。将这两个超薄石英基片待电镀金属薄膜表面朝上，采用旋转涂布RZJ-390PG型正性光刻胶（粘度50mPa.s）的方法将背面与承载基片金属化抛光面胶粘接形成一临时键合体，进而实现在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的制作。
首先提供两个导通待电镀表面由金属薄膜图形5和键合区6组成且双面抛光的超薄石英基片4和一具备金属化抛光面的承载基片7。一个超薄石英基片4形状为正方形，厚度为30μm，平面尺寸为20mm×20mm。另一个超薄石英基片4形状为圆形，厚度为50μm，直径为25.4mm。超薄石英基片4导通待电镀表面上金属薄膜图形5和键合区6材料为TiW/Au薄膜，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备。正方形超薄石英基片4非待电镀表面为全板薄膜金属化种子层接地面，材料为TiW/Au薄膜，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备。圆形超薄石英基片4非待电镀表面为由阵列化金属薄膜图形和键合区组成的导电通路种子层表面，材料为TiW/Au薄膜，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备。承载基片7单面抛光，材料为纯度99.6%的氧化铝陶瓷，平面尺寸为50.8mm×50.8mm，厚度为0.5mm。承载基片7的抛光面通过磁控溅射技术制备了TaN/TiW/Au薄膜，TaN、TiW、Au薄膜厚度分别为50nm、50nm和200nm。
将上述两个超薄石英基片4导通待电镀表面朝上，背面分别与承载基片7金属化抛光面通过光刻胶8粘接形成一临时键合体。具体方法为：在承载基片7金属化抛光面上旋转涂布一层RZJ-390PG型正性光刻胶湿膜，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后将上述两个超薄石英基片4导通待电镀表面朝上分别通过真空笔吸附迅速放置在该承载基片的光刻胶湿膜上，接下来在90℃下干燥10min。
在所述临时键合体的承载基片7金属化抛光面上通过掩膜光刻形成键合区9和电镀连通区10。光刻方法为采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm2，曝光时间16s，曝光完后使用显影液室温下显影40s，经过去离子水漂洗30s后，用氮气吹干，再放置在120℃恒温干燥箱中后烘20min。
将上述承载基片7金属化抛光面的键合区9与上述两个超薄石英基片待电镀表面的键合区6依次通过金丝11互连，金丝11互连的方法为采用18μm金丝楔焊。
将互连导通的临时键合体浸入25℃除油剂中处理60s，用去离子水快速冲洗30s，接着将该临时键合体放入盐酸中微蚀60s，用去离子水快速冲洗30s，然后将电流密度设置为6mA/cm2，预镀金10s，再将电流密度和电镀时间分别设置为4mA/cm2和15min，制备金镀层3μm。电镀结束后，先用去离子水对临时键合体冲洗60s，再用沸水煮5min，最后吹干即可。将互连导通的临时键合体依次经过除油、酸洗、挂镀方式电镀厚金一系列步骤，则在该临时键合体的两个超薄石英基片4由金属薄膜图形5和键合区6组成的导通待电镀表面上实现了电镀厚金3μm的制作。
去除互连金丝11，去除两个超薄石英基片4的另一面与承载基片7金属化抛光面之间的光刻胶8，并将两个超薄石英基片4与承载基片7分离，得到上述两个有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片4。具体方法为：先使用手术刀将互连金丝11去除干净，然后使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，顺利将承载基片7和上述两个有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片4分离，然后将上述两个超薄石英基片4用去离子水清洗干净，干燥，这就完成了在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的制作。
实施例3
如图2所示，提供两个不同形状、不同尺寸且双面抛光的超薄石英基片，并在其中一面上设置导通待电镀表面，超薄石英基片的另一面设置为由阵列化金属薄膜图形和键合区组成的导电通路电镀层表面，或为全板薄膜金属化电镀层接地面。将这两个超薄石英基片待电镀金属薄膜表面朝上，采用旋转涂布BP-218型正性光刻胶（粘度150mPa.s）的方法将背面与承载基片金属化抛光面胶粘接形成一临时键合体，进而实现在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的制作。
首先提供两个导通待电镀表面由金属薄膜图形5和键合区6组成且双面抛光的超薄石英基片4和一具备金属化抛光面的承载基片7。一个超薄石英基片4形状为正方形，厚度为50μm，平面尺寸为20mm×20mm。另一个超薄石英基片4形状为圆形，厚度为30μm，直径为25.4mm。超薄石英基片4导通待电镀表面上金属薄膜图形5和键合区6材料为TiW/Au薄膜，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备。正方形超薄石英基片4非待电镀表面为由阵列化金属薄膜图形和键合区组成的导电通路电镀层表面，种子层材料为TiW/Au薄膜，厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备，然后电镀加厚金3μm。圆形超薄石英基片4非待电镀表面为全板薄膜金属化电镀层接地面，种子层材料为TiW/Au薄膜，厚度分别为50nm和200nm，采用磁控溅射技术制备，然后电镀加厚金3μm。承载基片7单面抛光，材料为蓝宝石，平面尺寸为50.8mm×50.8mm，厚度为0.5mm。承载基片7的抛光面通过磁控溅射技术制备了TiW/Au薄膜，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm。
将上述两个超薄石英基片4导通待电镀表面朝上，背面分别与承载基片7金属化抛光面通过光刻胶8粘接形成一临时键合体。具体方法为：在承载基片7金属化抛光面上旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶湿膜，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后将上述两个超薄石英基片4导通待电镀表面朝上分别通过真空笔吸附迅速放置在该承载基片的光刻胶湿膜上，接下来使用热板在110℃下干燥5分钟。
在所述临时键合体的承载基片7金属化抛光面上通过掩膜光刻形成键合区9和电镀连通区10。光刻方法为采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm2，曝光时间45s，曝光完后使用显影液室温下显影60s，经过去离子水漂洗30s后，用氮气吹干，再放置在120℃恒温干燥箱中后烘20min。
将上述承载基片7金属化抛光面的键合区9与上述两个超薄石英基片待电镀表面的键合区6依次通过金丝11互连，金丝11互连的方法为采用18μm金丝球焊。
将互连导通的临时键合体浸入25℃除油剂中处理60s，用去离子水快速冲洗30s，接着将该临时键合体放入盐酸中微蚀60s，用去离子水快速冲洗30s，然后将电流密度设置为6mA/cm2，预镀金10s，再将电流密度和电镀时间分别设置为4mA/cm2和15min，制备金镀层3μm。电镀结束后，先用去离子水对临时键合体冲洗60s，再用沸水煮5min，最后吹干即可。将互连导通的临时键合体依次经过除油、酸洗、挂镀方式电镀厚金一系列步骤，则在该临时键合体的两个超薄石英基片4由金属薄膜图形5和键合区6组成的导通待电镀表面上实现了电镀厚金3μm的制作。
去除互连金丝11，去除两个超薄石英基片4的另一面与承载基片7金属化抛光面之间的光刻胶8，并将两个超薄石英基片4与承载基片7分离，得到上述两个有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片4。具体方法为：先使用手术刀将互连金丝11去除干净，然后使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，顺利将承载基片7和上述两个有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片4分离，然后将上述两个超薄石英基片4用去离子水清洗干净，干燥，这就完成了在超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的制作。
综上所述，本发明的一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法，通过使用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片与承载基片抛光面粘接形成临时键合体，在超薄石英基片上进行单面或双面薄膜电路图形的电镀，工艺简单易行，成本低廉，良品率高；超薄石英基片通过粘结剂与承载基片形成临时键合体后，使用常规微波薄膜混合集成电路基片所用工装夹具除油、酸洗、电镀即可实现，无需定做专用电镀夹具，可有效地降低成本；粘结用光刻胶是软材料，均匀涂布于支撑基片表面，可根据粒子变形，最终靠热固化，这就使得与承载基片抛光面键合牢固，有较少的空位问题，而且临时粘接并固化光刻胶的温度低，在100℃左右，可以容忍一些粒子的污染，电镀完成后使用丙酮浸泡很容易将两者分离；工艺实现过程中超薄石英基片的取放使用真空笔吸附，避免人为损坏基片带来废品；该支撑基片还可以一次承载多片超薄石英基片操作，并可以重复利用，适合批量生产。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于超薄石英基片上电镀薄膜电路图形的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101：将至少一个超薄石英基片双面抛光，并在其中一面上设置导通待电镀表面，导通待电镀表面由金属薄膜图形和键合区组成；将承载基片的一面进行抛光，并形成金属化抛光面；
步骤102：将超薄石英基片的导通待电镀表面朝上，并将另一面与承载基片金属化抛光面通过光刻胶粘接形成一临时键合体；
步骤103：通过掩膜光刻在临时键合体的承载基片金属化抛光面上形成键合区和电镀连通区，并进行后烘处理；
步骤104：将临时键合体的承载基片金属化抛光面的键合区与超薄石英基片导通待电镀表面的键合区通过金丝互连；
步骤105：将互连导通的临时键合体依次经过除油、酸洗、电镀处理；
步骤106：去除互连金丝，去除光刻胶，将超薄石英基片与承载基片分离，得到带有电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述超薄石英基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，厚度为30μm-50μm，平面尺寸为10mm×10mm-76mm×76mm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述至少一个超薄石英基片的个数为两个以上时，超薄石英基片的形状、厚度和平面尺寸设置为相同或不相同，超薄石英基片待电镀表面的金属薄膜材料、镀涂金属种类和厚度设置为相同。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述超薄石英基片的另一面为无金属薄膜表面，或为由金属薄膜图形和键合区组成的导电通路表面，或为全板薄膜金属化接地面。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超薄石英基片的另一面的金属薄膜材料设置与所述导通待电镀表面金属薄膜材料相同或不同。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述承载基片的形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，平面尺寸大于或等于超薄石英基片尺寸，厚度为0.254mm-0.65mm；所述承载基片的材料为纯度99.6％-100％的氧化铝基片或纯度98％的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤102中，所述形成一临时键合体的方法为：在承载基片金属化抛光面上涂覆一层光刻胶湿膜，将超薄石英基片待电镀表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在承载基片的光刻胶湿膜上，然后在80-90℃温度下干燥10分钟或在110℃温度下干燥5分钟。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶；所述光刻胶的湿膜涂覆方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤103中，所述后烘处理的方法为：将所述临时键合体放置在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤104中，所述通过金丝互连的方法为金丝楔焊或金丝球焊，金丝直径范围为18μm-30μm。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤105中，所述电镀方法为采用挂镀方式，电镀液对应电镀的金属材料，并设置每一种电镀液仅电镀加厚对应金属。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤106中，所述去除光刻胶并将超薄石英基片与承载基片分离的方法为：先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，将粘结用光刻胶去除干净，并将承载基片与电镀加厚薄膜电路图形的超薄石英基片分离，然后将超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥，完成制作。
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