CN106601480B - 一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器及其制作工艺，包括陶瓷基板，依次制备在陶瓷基板上的底电极薄膜，电容功能薄膜和顶电极薄膜；所述电容功能薄膜是聚酰亚胺薄膜；所述底电极薄膜是钛钨‑金‑钛钨三层结构；所述顶电极薄膜是钛钨‑金双层薄膜。本发明的高温高频聚酰亚胺薄膜电容器具有耐高温，温度特性好，制造成本低廉，可重复性好等特点，由于聚酰亚胺薄膜具有耐高温，耐酸碱，高频特性好，可以在使用环境要求更为苛刻的航空航天，工业应用等领域使用，因此高温高频聚酰亚胺薄膜电容器可以带来具大的军事价值及商业价值。
Description
技术领域
本发明涉及电容器制造领域，具体涉及一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器及其制作工艺。
背景技术
薄膜电容器是电子设备的基础元件，在旁路、滤波、采样保持、振荡、定时延迟、耦合、隔直等电路中，有着非常广泛的应用，同时，电子设备的精度、可靠性在很大程度上取决于薄膜电容器的质量。随着工业电子，航空航天事业的进一步发展，对片式薄膜电容器的温度系数，环境适应性，使用温度，工艺成本等方面提出了更高的要求。聚酰亚胺薄膜因其性能优良而广泛使用在各种薄膜混合集成电路中；传统陶瓷电容器以陶瓷介质材料直接金属化制得，其温度特性较差，特别是高温时存储在严重的容值漂移。
聚酰亚胺薄膜是一种电介质薄膜，具有良好的电学性能和机械性能；热膨胀系数仅为8ppm/℃；温度系数小，Tcc＜±20×10-6/℃；高频性能好,介电损耗小于0.002；同时由于其性能稳定，耐氧化、耐水解、耐辐射，耐高温，聚酰亚胺薄膜也是常用的耐火材料。聚酰亚胺薄膜应用广泛，但将其作为电容器功能层的报道相对少见。
发明内容
发明目的：本发明提供一种具有温度系数小，耐高温，稳定性好等特点的高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器及其制作工艺。
技术方案：一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器，包括基板、粘附层、下电极层、下电极阻挡层、聚酰亚胺功能层、上电极阻挡层及上电极层，其中，所述基板一侧为抛光面，在该抛光面上设有粘附层，所述下电极层设置在粘附层上；所述下电极阻挡层设置在下电极层上；所述聚酰亚胺功能层设置在下电极阻挡层上；所述聚上电极阻挡层设置在聚酰亚胺功能层上；所述上电极层设置在上电极阻挡层上。
具体地，所述基板为单面抛光，粗糙度要求0.05～0.1，厚度为250～550μm。
具体地，所述基板材料为三氧化二铝陶瓷。
具体地，所述粘附层、下电极阻挡层和上电极阻挡层为钛钨合金，该钛钨合金采用溅射镀膜的方式实现，钛钨合金厚度150～200nm。
具体地，所述下电极层和上电极层的厚度为2-4μm。
一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器的制作工艺，包括以下步骤：
步骤1、选取单面抛光的陶瓷基板，依次用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板进行超声波清洗，各10±2分钟，然后在180～250℃的烘箱中烘干，时间120～150分钟；
步骤2、底电极溅射：采用磁控溅射的方法依次在陶瓷基板的抛光面上溅射钛钨打底层、金层和钛钨打底层；金层的溅射时间40～60分钟，厚度约2-4μm；钛钨厚度约150～200nm；
步骤3、用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板进行超声波清洗，然后在150±5℃的烘箱中烘干，时间60～90分钟；
步骤4、采用旋转涂覆的方式，在陶瓷基板上制备聚酰亚胺薄膜并光刻出下电极板，前烘温度95～110℃，前烘时间90±10秒；曝光时间10±3秒；经显影后烘；然后在250±5℃的烘箱中固化，固化时间240～300分钟；
步骤5、分别用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板进行超声波清洗，各10±2分钟，然后在180～250℃的烘箱烘干，时间120～150分钟；
步骤6、顶电极溅射：采用磁控溅射的方法在陶瓷基板上依次溅射钛钨打底层和金层，金层溅射时15～20分钟，厚度200～300nm；
步骤7、电镀：对陶瓷基板上的金层进行电镀加厚，金层厚度2～4μm；
步骤8、二次光刻：涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；曝光10±3秒；显影；刻蚀顶部金层和顶部钛钨打底层，即刻蚀出上电极板；去胶；最后在120±10℃的热板上烘干5～10分钟；
步骤9、划片切割：采用机械切割的方法，对陶瓷基板进行划片切割，制得尺寸符合要求的薄膜电容器。
更具体地，步骤1、3、5工序中的超声清洗顺序为丙酮清洗→酒精清洗→去离子水清洗，超声功率100W，清洗时间各10±2分钟。
更具体地，步骤2中，底电极采用钛钨-金-钛钨结构；金层的溅射时间40～60分钟，厚度约2-4μm。
更具体地，步骤4中，旋转涂覆好的聚酰亚胺薄膜既是光刻胶也是功能薄膜；聚酰亚胺薄膜在250±5℃的烘箱中固化，固化时间240～300分钟。
更具体地，步骤2、6中，溅射功率400W，基片温度200～400℃，氩气流量100±1sccm，本底真空度7×10-4Pa；钛钨溅射时间6～10分钟。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的工艺技术充分利用了陶瓷基底的低损耗和聚酰亚胺薄膜的可塑性、高温高频特性的优势所生产的电容器具有耐高温，高频特性好，温度系数小、制造成本低廉，可重复性好，适于批量生产；由于聚酰亚胺薄膜电容器与其他常规薄膜电容器相比具有更高的稳定性和可靠性、更低的温度系数，耐高温可达200℃、可以在更严酷的环境条件下应用等优点，所以聚酰亚胺片式薄膜电容器可以带来很高的军用价值和商用价值。聚酰亚胺片式薄膜电容器主要面向复杂环境工控机，工业传感元件，航空航天，电子雷达等领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1-2所示，一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器，包括基板1、粘附层2、下电极层3、下电极阻挡层4、聚酰亚胺功能层5、上电极阻挡层6和上电极层7，所述基板1的抛光面上设置粘附层2；所述下电极层3设置在粘附层2上；所述下电极阻挡层4设置在下电极层3上；所述聚酰亚胺功能层5设置在阻挡层上；所述聚上电极阻挡层设置在聚酰亚胺功能层5上；所述上电极层7设置在上电极阻挡层6上，粘附层2、下电极阻挡层4和上电极阻挡层6为钛钨合金，该钛钨合金采用溅射镀膜的方式实现，钛钨合金厚度150～200nm，下电极层3和上电极层7的材料为金，下电极层3和上电极层7的厚度为2-4μm。
上述基板1为单面抛光，粗糙度要求0.05～0.1，厚度为250～550μm，基板1材料包括但不限于三氧化二铝陶瓷。
上述聚酰亚胺功能层5即是电容器的功能层，也是光刻的光敏材料。
上述电容器的制作工艺如下：
a、选取单面抛光的陶瓷基板1，依次用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板1进行超声波清洗，各10±2分钟，然后在180～250℃的烘箱中烘干，时间120～150分钟。
b、底电极溅射：采用磁控溅射的方法依次在陶瓷基板1的抛光面上溅射钛钨打底层2-金层3-钛钨打底层4；金层的溅射时间40～60分钟，厚度约2-4μm；钛钨厚度约150～200nm。
c、用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板1进行超声波清洗，然后在150±5℃的烘箱烘干，时间60～90分钟。
d、采用旋转涂覆的方式(转速与时间由所制备电容的电容量决定)，在陶瓷基板1上制备聚酰亚胺薄膜5并光刻出下电极板(刻蚀光刻胶和钛钨4，露出金电极)，前烘温度95～110℃，前烘时间90±10秒；曝光时间10±3秒；经显影后烘；然后在250±5℃的烘箱中固化，固化时间240～300分钟。
e、分别用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板1进行超声波清洗，各10±2分钟，然后在180～250℃的烘箱中烘干，时间120～150分钟。
f、顶电极溅射：采用磁控溅射的方法在陶瓷基板1上依次溅射钛钨打底层6和金层7，金层溅射时15～20分钟，厚度200～300nm。
g、电镀：对陶瓷基板1上的金层7进行电镀加厚，金层厚度2～4μm。
j、二次光刻：涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；曝光时间10±3秒；显影；刻蚀顶部金层7和顶部钛钨打底层6，即刻蚀出上电极板；去胶；最后在120±10℃的热板上烘干5～10分钟。
h、划片切割：采用机械切割的方法，对陶瓷基板1进行划片切割，制得尺寸符合要求的薄膜电容器。
Claims (5)
1.一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选取单面抛光的陶瓷基板，依次用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板进行超声波清洗，各10±2分钟，然后在180～250℃的烘箱中烘干，时间120～150分钟；
步骤2、底电极溅射：采用磁控溅射的方法依次在陶瓷基板的抛光面上溅射钛钨粘附层、下电极层和下电极阻挡层；下电极层的溅射时间40～60分钟，厚度2-4μm；钛钨厚度约150～200nm；
步骤3、用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板进行超声波清洗，然后在150±5℃的烘箱中烘干，时间60～90分钟；
步骤4、采用旋转涂覆的方式，在陶瓷基板上制备聚酰亚胺薄膜并光刻出下电极板，前烘温度95～110℃，前烘时间90±10秒；曝光时间10±3秒；经显影后烘；然后在250±5℃的烘箱中固化，固化时间240～300分钟；
步骤5、分别用丙酮、酒精，去离子水对陶瓷基板进行超声波清洗，各10±2分钟，然后在180～250℃的烘箱烘干，时间120～150分钟；
步骤6、顶电极溅射：采用磁控溅射的方法在陶瓷基板上依次溅射上电极阻挡层和上电极层，上电极层溅射时间15～20分钟，厚度200～300nm；
步骤7、电镀：对陶瓷基板上的上电极层进行电镀加厚，金层厚度2～4μm；
步骤8、二次光刻：涂胶；在95～110℃的热板上烘烤90±10秒；曝光10±3秒；显影；刻蚀顶部上电极层和顶部上电极阻挡层，即刻蚀出上电极板；去胶；最后在120±10℃的热板上烘干5～10分钟；
步骤9、划片切割：采用机械切割的方法，对陶瓷基板进行划片切割，制得尺寸符合要求的薄膜电容器。
2.根据权利要求1所述的一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器的制作工艺，其特征在于：步骤1、3、5工序中的超声波清洗顺序为丙酮清洗→酒精清洗→去离子水清洗，超声功率100W，清洗时间各10±2分钟。
3.根据权利要求1所述的一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器的制作工艺，其特征在于：步骤2中，底电极采用钛钨-金-钛钨结构。
4.根据权利要求1所述的一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器的制作工艺，其特征在于：步骤4中，旋转涂覆好的聚酰亚胺薄膜即是光刻胶也是功能薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种高温高频聚酰亚胺片式薄膜电容器的制作工艺，其特征在于：步骤2、6中，溅射功率400W，基片温度200～400℃，氩气流量100±1sccm，本底真空度7×10-4Pa；上电极阻挡层溅射时间6～10分钟。
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