CN105463536A - 低成本图形化厚银膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低成本图形化厚银膜的制备方法，所述方法的步骤包括：(1)先用碳酸钙清洗玻璃片表面，然后将玻璃片依次在碱性和酸性溶液中超声处理，并用去离子水超声清洗，进行烘干处理；(2)在经过步骤(1)清洗干净的玻璃片上溅射Cr/Cu种子层，依次进行甩光刻胶、烘胶、曝光、显影处理，实现光刻胶结构的图形化；(3)将经过步骤(2)处理后的玻璃片在酸性镀银镀液环境中进行电镀，然后再去除光刻胶和种子层最终实现图形化的银膜。本发明中的制备工艺可以与微加工工艺兼容，同时具有成本低，设备简单，易于控制等优点，有望在医疗器械和电子工业等领域得到应用。

Description

低成本图形化厚银膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种微加工技术领域的制造方法，具体地，涉及一种低成本图形化厚银膜的制备方法。
背景技术
银具有很高的热导率，电导率，具有很好的光泽性和焊接性能，因此广泛应用在医疗器械、电子工业、通讯配置和仪器仪表制造业和装饰等领域。对于银膜的制作目前常用的工艺有干法工艺和湿法工艺。干法工艺(比如溅射，蒸镀工艺等)成本高，成膜速率低，一般只适合制备纳米厚度的薄膜。同时干法工艺对材料的浪费严重，对设备投入成本也很高。与干法工艺比，湿法工艺具有成本低，设备简单等优点。19世纪30年代末，英国的Elkington兄弟申请了氰化镀银的首个专利，并投入工业生产。由于氰化镀银工艺具有镀液稳定性高、电流效率高、较好的覆盖能力以及较高的分散能力、电流密度范围广、所得镀层结晶细致且光亮等优点，在电镀银工艺中一直占主导地位。但是氰化物有剧毒，在生产、储存、运输以及使用过程中，对人的身体造成巨大的威胁，并且也严重污染环境。因此人们一直探索能取代氰化物的无氰镀银工艺。目前开发的比较成熟的无氰镀银工艺都是碱性镀银。但是在微加工工艺中，由于在加工过程中采用光刻胶，并且光刻胶在碱性溶液中易于溶解。所以，无论是氰化物镀银还是目前开发成熟的碱性无氰镀银工，在微加工工艺中都不实用。因此需要开发一种能与微加工工艺兼容的无氰镀银工艺。从技术角度讲，将镀银工艺应用于微加工工艺，其中最关键的技术就是实现银膜制备技术与微加工工艺相兼容，如首先运用微加工工艺制备图形化的光刻胶，然后选择合适的工艺条件以得到图形化的银膜。
现有的图形化银膜制备方法中，是先采用蒸镀的方法得到银膜，然后利用反应离子刻蚀技术刻蚀多余银膜，得到图形化的银膜。这种图形化银膜的方法要用到蒸镀技术和反应离子刻蚀技术，不但薄膜沉积速率低，通常只能得到纳米厚度的银膜，而且成本很高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低成本图形化厚银膜的制备方法，使其能够与微加工工艺兼容，利用光刻图形化技术、银电沉积技术以及去光刻胶技术获得图形化的银膜，该工艺方法成本低，能够与微加工工艺兼容。
为实现以上目的，本发明提供一种低成本图形化厚银膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)先用碳酸钙清洗玻璃片表面，将玻璃片依次在碱性、酸性溶液中进行超声处理，并在去离子水中超声清洗，烘干处理后得到干净的玻璃片；
(2)在清洗干净的玻璃片上溅射Cr/Cu种子层，依次进行甩正光刻胶、烘胶、曝光、显影处理，根据设计的掩膜版形状，实现光刻胶结构的图形化；
(3)将已经图形化的种子层放入酸性或中性银电镀液中，采用直流电镀，然后除去光刻胶和种子层，即可得到图形化的厚度能达到微米量级的厚银膜
优选地，步骤(2)中，所述的Cr/Cu种子层中Cr的厚度为20～30nm，Cu的厚度为80～100nm。
优选地，步骤(3)中，所述除去光刻胶，具体为：采用浓度为10～50g/L的NaOH溶液，正胶的厚度为5～10μm，去除时间为1～3min。
优选地，步骤(3)中，所述的图形化的厚银膜结构和尺寸，均由掩膜版上图形的形状和尺寸决定，根据需要进行图案设计。所述的厚银膜的形状，可以是简单的三角形、正方形，也可以是由简单图形组合而成的复杂图形。
更优选地，步骤(3)中，电镀得到的镀银层，厚度为几微米到几十微米。
优选地，步骤(3)中，所述酸性或中性银电镀液，包括：硫代硫酸钠175～300g/L，硝酸银25～50g/L，焦亚硫酸钾35～50g/L，醋酸铵20～30g/L，硫代氨基脲0.7g/L，pH值为5～6.5。在该电镀液中光刻胶能够稳定的存在，从而保证图案的完整性。
优选地，步骤(3)中，所述的直流电镀，条件是：平均电流密度为1～10mA/cm2，温度为20～35℃，搅拌速度50～250r/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明方法可以根据需求设计成不同形状的厚银膜图案；
(2)与溅射银相比，本发明方法采用电镀的方式获得厚银膜，具有成本低，设备简单等优点；
(3)由于本发明方法采用的酸性或者中性银电镀液，因此能够很好与微加工工艺结合；
(4)本发明方法主要使用图形化技术、电镀技术以及去光刻胶技术，工艺简单，成本低。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的流程图；
图2为本发明一实施例制备的图形化的厚银膜形状示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种低成本图形化厚银膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)取3英寸的玻璃片，首先用碳酸钙清洗玻璃片表面，将玻璃片依次进行清水超声、弱碱超声、清水超声、铬酸超声、清水超声、烘干处理，得到清洗后的玻璃片；在清洗后的玻璃片上溅射Cr-Cu种子层，依次进行甩正光刻胶(型号AZ4620)、烘胶、曝光、显影处理，根据设计的掩膜版形状，可以实现光刻胶结构的图形化；图形化的光刻胶的形状为正方形阵列单元，间距为300μm、边长为100μm；
(2)将已经图形化的种子层放入酸性镀银液中，可以采用直流电镀，然后再除去光刻胶，即可得到正方形阵列的厚银膜；其中：酸性镀银液组分为：硫代硫酸钠300g/L,硝酸银50g/L，焦亚硫酸钾50g/L，醋酸铵30g/L，硫代氨基脲0.7g/L，pH值为5.8；电镀的条件是：电流密度为2mA/cm2，时间为50min，温度室温，搅拌速度100r/min，得到厚度为5μm的银膜；
由于图形化光刻胶结构的存在，电镀得到的厚银膜图形化得以实现；
(3)将上述图形化的厚银膜在氢氧化钠溶液中进行去光刻胶处理，再去种子层，用去离子水进行清洗、烘干，最终得到单元为正方形的厚度为5um厚银膜阵列，并且单元大小基本一致。其中：去光刻胶处理采用浓度为10～50g/L的NaOH溶液，正胶的厚度为5～10μm，去除时间为1～3min。
实施例二
如图1所示，本实施例提供一种低成本图形化厚银膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)取3英寸的玻璃片，首先用碳酸钙清洗玻璃片表面，将玻璃片依次进行清水超声、弱碱超声、清水超声、铬酸超声、清水超声、烘干处理，得到清洗后的玻璃片；在清洗后的玻璃片上溅射Cr-Cu种子层，依次进行甩正光刻胶(型号AZ4620)、烘胶、曝光、显影处理，根据设计的掩膜版形状，可以实现光刻胶结构的图形化；图形化的光刻胶的形状为长方形阵列，长方形阵列单元的间距为100μm，长、宽分别为231μm和115μm；
(2)将已经图形化的种子层放入酸性镀银液中，可以采用直流电镀，然后再除去光刻胶，即可得到长方形阵列的厚银膜；其中：酸性镀银液组分为：硫代硫酸钠200g/L,硝酸银40g/L，焦亚硫酸钾40g/L，醋酸铵25g/L，硫代氨基脲0.7g/L，pH值为5.3；电镀条件是：电流密度为1mA/cm2、时间为15min、温度室温、搅拌速度50r/min，得到厚度为7μm的厚银膜膜；
由于图形化光刻胶结构的存在，电镀得到的厚银膜图形化得以实现。
(3)将上述图形化的银膜在氢氧化钠溶液中进行去光刻胶处理，然后再去除种子层，用去离子水进行清洗、烘干，最终得到单元为长方形的厚度为7um的厚银膜阵列，并且单元大小基本一致。
实施例三
本实施例提供一种低成本图形化厚银膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)取3英寸的玻璃片，首先用碳酸钙清洗玻璃片表面，将玻璃片依次进行清水超声、弱碱超声、清水超声、铬酸超声、清水超声、烘干处理，得到清洗后的玻璃片；在清洗后的玻璃片上溅射Cr-Cu种子层，依次进行甩正光刻胶(型号AZ4620)、烘胶、曝光、显影处理，根据设计的掩膜版形状，可以实现光刻胶结构的图形化；
(2)将已经图形化的种子层放入酸性镀银液中，可以采用直流电镀，然后再除去光刻胶，即可得到圆形阵列的银薄膜；其中：酸性镀银液组分为：硫代硫酸钠250g/L、硝酸银35g/L、焦亚硫酸钾40g/L、醋酸铵25g/L、硫代氨基脲0.7g/L，pH值为6.3；电镀的条件是：电流密度为4mA/cm2、时间为20min、温度室温、搅拌速度50r/min，得到厚度为10μm的银膜；由于图形化光刻胶结构的存在，电沉积得到的银层图形化得以实现；
(3)将上述图形化的银膜在氢氧化钠溶液中进行去光刻胶处理，再去种子层，用去离子水进行清洗、烘干，最终得到单元为正方形的厚度为10um厚银膜阵列，并且单元大小基本一致。
应当指出的是，上述实施例只是本发明的部分实例，本发明还可以有很多其它实例，比如通过改变掩膜版上的图形的大小和形状，以及变换电镀参数和电镀液成分的改变等。上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域的人阅读后，对本发明内容进行修改和替代都是显而易见。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种低成本图形化厚银膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)先用碳酸钙清洗玻璃片表面，将玻璃片依次在碱性、酸性溶液中进行超声处理，并在去离子水中超声清洗，烘干处理后得到干净的玻璃片；
(2)在清洗干净的玻璃片上溅射Cr/Cu种子层，依次进行甩正光刻胶、烘胶、曝光、显影处理，根据设计的掩膜版形状，实现光刻胶结构的图形化；
(3)将已经图形化的种子层放入酸性或中性银电镀液中，采用直流电镀，然后除去光刻胶和种子层，即得到图形化的厚度达到微米量级的厚银膜。
2.根据权利要求1所述的低成本图形化厚银膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的Cr/Cu种子层中：Cr的厚度为20～30nm，Cu的厚度为80～100nm。
3.根据权利要求1所述的低成本图形化厚银膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述除去光刻胶，具体为：采用浓度为10～50g/L的NaOH溶液，正胶的厚度为5～10μm，去除时间为1～3min。
4.根据权利要求1所述的低成本图形化厚银膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，电镀得到的镀银层，厚度为几微米到几十微米。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低成本图形化厚银膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述酸性或中性银电镀液，包括：硫代硫酸钠175～300g/L，硝酸银25～50g/L，焦亚硫酸钾35～50g/L，醋酸铵20～30g/L，硫代氨基脲0.7g/L，pH值为5～6.5。
6.根据权利要求1-4任一项所述的低成本图形化厚银膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的直流电镀，条件是：平均电流密度为1～10mA/cm2，温度为20～35℃，搅拌速度50～250r/min。
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