CN106941760A - 一种基于感光材料的多层陶瓷电路及其制备方法 - Google Patents

一种基于感光材料的多层陶瓷电路及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于感光材料的多层陶瓷电路及其制备方法。本发明利用感光陶瓷复合材料曝光、显影以实现图形转移并且形成通孔，然后利用感光金属复合材料曝光、显影以实现图形转移并且通过填埋实现通孔金属化，然后将层层叠合结构的多层陶瓷电路共烧，制得了陶瓷层厚度及金属图形线宽可达到10微米以下的多层陶瓷电路。本发明有效提升多层陶瓷电路布线层数，实现器件的集成化和微型化，解决了现有多层陶瓷共烧技术通常只适用于制作0201(英制)尺寸以上的器件，进而满足未来电子器件制造中多层电路布线层数与密度越来越高的需求。

Description

一种基于感光材料的多层陶瓷电路及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料与工艺技术领域，具体涉及一种基于感光材料的多层陶瓷电路及其制备方法。
背景技术
多层陶瓷共烧技术是将电子陶瓷(含铁氧体粉料)采用流延的方式制成厚度均匀及可控的生瓷带，在生瓷带上通过导体印刷工艺制出所需要的电路图形，然后将若干张含有电路图形的生瓷片通过对位和热压的方式实现层与层之间的电气互联并叠压在一起后烧结，从而制成三维空间互不干扰的高密度电路。由于其独特的多层电路结构实现方式及优异的磁电性能，被广泛应用于电子器件及高性能模块的制作中。目前，多层陶瓷共烧技术实现多层电路结构主要是基于流延技术、印刷技术及叠层技术的基础上所完成的，由于受到以上三个技术的精度限制，目前多层陶瓷共烧技术通常只适用于制作英制0201(即0.6mm×0.3mm×0.3mm)尺寸以上的器件。故而，如何能够有效提高多层陶瓷电路的内电极线宽精度、线距精度，降低陶瓷层的厚度，进而实现器件的集成化与微型化，成为研究中所要解决的技术问题。
为了解决以上技术问题，亟需一种能够在更小的空间内完成更高密度布线的电路结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服上述技术问题，提供一种基于感光材料的多层陶瓷电路及其制备方法，从而有效提高多层陶瓷电路的内电极线宽精度、线距精度，降低陶瓷层的厚度，进而实现器件的集成化和微型化。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面公开一种基于感光材料的多层陶瓷电路，所述多层陶瓷电路是通过将多层超薄生瓷带和多层金属图形层进行叠层后经过共烧形成，其中，生瓷带的材料为感光陶瓷浆料，金属图形层的材料为感光金属浆料；所述多层陶瓷电路的顶层和底层均为陶瓷层，自所述多层陶瓷电路的一外侧表面朝向相对另一外侧表面方向依次层叠设置有相互间隔的陶瓷层和金属图形层，相互隔离的金属图形层通过其之间陶瓷层设有的金属通孔实现连通，其中，所述陶瓷层的厚度为5微米～20微米，所述金属图形层的线宽最小为4微米，所述金属图形层的线厚范围为4微米～10微米。
根据本发明具体实施例，还包括非感光陶瓷基板作为多层陶瓷电路的底层和顶层。
本发明另一方面公开一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：制备金属图形层；在暗室中，将感光导电金属浆料甩涂或者印刷于陶瓷基板表面，进行预烘干处理，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到金属图形层；
步骤B：制备设有通孔的感光陶瓷层；在暗室中，将所述感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述步骤A制得金属图形层表面，进行预烘干处理，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到预留出通孔的感光陶瓷层；
步骤C：制备金属图形层及金属化通孔；在暗室中，将感光导电金属浆料甩涂或者印刷于所述步骤B制得陶瓷层表面，同时将感光导电金属浆料填充于经步骤B处理所得通孔中，进行预烘干处理，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到金属图形层以及金属化通孔；
步骤D：制备感光陶瓷层；在暗室中，将感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述步骤C制得金属图形层表面，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到感光陶瓷层；
步骤E：重复步骤A至D数次以实现其余叠层的制作，得到具有叠层结构且顶层和底层为陶瓷层的多层陶瓷电路坯体；
步骤F：将步骤E制得的多层陶瓷电路坯体经过等静压、排胶，烧结处理，最终得到多层陶瓷电路。
根据本发明实施例，所需感光陶瓷层或金属图形层比一次甩涂或印刷的感光陶瓷浆料或感光金属浆料所得层的厚度更大，还包括在已固化的感光陶瓷层或金属图形层单独重复步骤A、步骤B、步骤C或步骤D以达到特定厚度。
具体地，本发明多层陶瓷电路可以选择感光陶瓷基板或非感光陶瓷基板作为电路的顶层和底层。
本发明中感光陶瓷浆料和感光金属浆料可以为任何合适的材料，具体不做限定。
具体地，所述步骤B中感光陶瓷浆料是通过将陶瓷粉料加入感光胶中分散均匀制备，作为优选实施方式，所述陶瓷粉料的质量占感光陶瓷浆料总质量的百分比含量为60％～80％。
进一步地，为避免本发明所采用的感光陶瓷浆料与感光金属浆料经多层曝光后产生交叉影响，陶瓷层制备过程中曝光采用的波长范围与金属图形层制备过程中曝光采用的波光范围不重叠。
进一步地，为避免本发明所采用的感光陶瓷浆料与感光金属浆料在图形转移过程中相互影响，陶瓷层制备过程中显影采用的显影液体系与金属图形层制备过程中显影采用的显影液体系不同。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用感光材料分别与陶瓷材料和金属材料进行复合，通过光刻工艺与甩胶工艺或者印刷工艺相结合，使得制备出的多层陶瓷电路陶瓷层厚度及金属图形线宽可达到10微米以下，可以有效提升多层陶瓷电路布线层数，满足未来电子器件制造中多层电路布线层数与密度越来越高的需求。
2、本发明制作方法中为实现层与层之间的电气互联，利用感光陶瓷复合材料曝光、显影以实现图形转移并且形成通孔，然后利用感光金属复合材料曝光、显影以实现图形转移与通孔金属化，多层电路叠合后共烧，即可完成三维空间互不干扰的高密度多层陶瓷电路结构。
附图说明
图1为本发明实施例制作一个叠层结构的工序示意图；其中图(a)为本发明实施例第一步工序示意图，图(b)为本发明实施例第二步工序示意图，图(c)为本发明实施例第三步工序示意图，图(d)为本发明实施例第四步工序示意图，图(e)为本发明实施例第五步工序示意图，图(f)为本发明实施例第六步工序示意图，图(g)为本发明实施例第七步工序示意图；
图2为本发明实施例所得产品的CT图；
其中，1为第一感光陶瓷层，2a为第一感光金属浆料层，2b为第一金属图形层，3a为第二感光陶瓷浆料层，3b为设有通孔的第二感光陶瓷层，4a为第二感光金属浆料层，4b为第二金属图形层，5为第三感光陶瓷层。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：
一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，包括以下步骤，如图1所示为本发明步骤A至步骤D中各工序所得产品示意图：
步骤A：制备金属图形层；
在暗室中，将陶瓷粉料加入负性感光胶中分散均匀制得固含量为60％的感光陶瓷浆料，经旋转粘度计测试其粘度为3000cP，然后经甩胶于平整垫板上，控制转速形成厚度为11μm的感光陶瓷浆料层，基于掩膜板在黄光下曝光后，在80℃温度下烘干15～20分钟，制得厚度为10μm的第一感光陶瓷层1，即为陶瓷基板；
在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者整版印刷于上述陶瓷基板表面，形成第一感光金属浆料层2a(如图(a)所示)，然后对其进行预烘干处理，基于掩膜板在紫外灯下曝光，采用质量百分比为0.3％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液显影15～20秒，再在130～150℃温度下固化20分钟，得到第一金属图形层2b(如图(b)所示)，所述第一金属图形层2b线宽为10μm，厚度为4μm；
步骤B：制备设有通孔的感光陶瓷层；
在暗室中，将步骤A所制得感光陶瓷浆料甩涂或者整版印刷于所述第一金属图形层2b表面，形成第二感光陶瓷浆料层3a(如图(c)所示)，然后对其进行预烘干处理，基于掩膜板在黄光下曝光，采用质量百分比为2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液显影5～10秒，再在125～145℃温度下固化20分钟，制得设有通孔的第二感光陶瓷层3b(如图(d)所示)，所述第二感光陶瓷层3b中通孔的孔径为10～15μm；
步骤C：制备金属图形层及金属化通孔；
在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者印刷于所述第二感光陶瓷层3b表面，同时将负性感光导电金属浆料填充于经步骤B处理所得通孔中，得到第二感光金属浆料层4a(如图(e)所示)，然后对其进行预烘干处理，基于掩膜板在紫外灯下曝光，采用质量百分比为0.3％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液显影15～20秒，再在130～150℃温度下固化20分钟，制得第二金属图形层4b以及金属化通孔(如图(f)所示)；
步骤D：制备感光陶瓷层；
在暗室中，将感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述第二金属图形层4b表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在黄光下曝光，采用质量百分比为2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液显影5～10秒，再在125～145℃温度下固化20分钟，得到第三感光陶瓷层5(如图(g)所示)；
步骤E：重复步骤A至D数次以实现其余叠层的制作，得到具有叠层结构且顶层和底层为陶瓷层的多层陶瓷电路坯体；
步骤F：将步骤E制得的多层陶瓷电路坯体经过等静压、排胶，烧结处理，最终得到多层陶瓷电路。
实施例2：
一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：制备金属图形层；
根据本领域公知常识可得，根据实际需要可采用非感光陶瓷基板作为电路底层，具体为：将非感光陶瓷浆料经旋转涂覆于平整垫板上，控制转速形成均匀、无缺陷的非感光陶瓷浆料层，经烘干处理得到非感光陶瓷层，即为底层陶瓷基板；
在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者整版印刷于上述非感光陶瓷基板表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在紫外灯下曝光，采用质量百分比为0.3％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液显影15秒，再在130℃温度下固化20分钟，得到金属图形层，根据实际需要可以在已固化的金属层上重复制备金属图形层的操作以制得所需厚度的金属图形层；
步骤B：制备设有通孔的感光陶瓷层；
在暗室中，在暗室中，将陶瓷粉料加入负性感光胶中分散均匀制得固含量为80％的感光陶瓷浆料，将所述感光陶瓷浆料甩涂或者整版印刷于所述步骤A制得的金属图形层表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在黄光下曝光，采用质量百分比为2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液显影5秒，再在125℃温度下固化20分钟，制得设有通孔的感光陶瓷层，根据实际需要可以在已固化的感光陶瓷层上重复制备感光陶瓷层的操作以制得所需厚度的设有通孔的感光陶瓷层；
步骤C：制备金属图形层及金属化通孔；
在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者印刷于所述步骤B制得的感光陶瓷层表面，同时将负性感光导电金属浆料填充于经步骤B制得通孔中，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在紫外灯下曝光，采用质量百分比为0.3％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液显影10秒，再在130℃温度下固化20分钟，制得金属图形层以及金属化通孔，根据实际需要可以在已固化的金属层上重复制备金属图形层的操作以制得所需厚度的金属图形层；
步骤D：制备感光陶瓷层；
在暗室中，将感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述步骤C制得金属图形层表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在黄光下曝光，采用质量百分比为2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液显影5秒，再在125℃温度下固化20分钟，得到感光陶瓷层，根据实际需要可以在已固化的感光陶瓷层上重复制备感光陶瓷层的操作以制得所需厚度的感光陶瓷层；
步骤E：重复步骤A至D数次以实现其余叠层的制作，将非感光陶瓷浆料经旋转涂覆于顶层表面，形成均匀、无缺陷的非感光陶瓷浆料层，经烘干处理得到非感光陶瓷层，即为顶层陶瓷基板，最终得到具有叠层结构且顶层和底层为陶瓷层的多层陶瓷电路坯体；
步骤F：将步骤E制得的多层陶瓷电路坯体经过等静压、排胶，烧结处理，最终得到多层陶瓷电路。
实施例3：
一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：制备金属图形层；
根据本领域公知常识可得，根据实际需要可采用非感光陶瓷基板作为电路底层，具体为：将非感光陶瓷浆料经旋转涂覆于平整垫板上，控制转速形成均匀、无缺陷的非感光陶瓷浆料层，经烘干处理得到非感光陶瓷层，即为底层陶瓷基板；
在暗室中，将陶瓷粉料加入负性感光胶中分散均匀制得固含量为80％的感光陶瓷浆料，然后甩胶于上述底层陶瓷基板，控制转速形成厚度为合适的感光陶瓷浆料层，基于掩膜板在黄光下曝光后，在80℃温度下烘干20分钟，制得感光陶瓷层；
在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者整版印刷于上述感光陶瓷层表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在紫外灯下曝光，采用质量百分比为0.3％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液显影15秒，再在150℃温度下固化20分钟，得到金属图形层，根据实际需要可以在已固化的金属层上重复制备金属图形层的操作以制得所需厚度的金属图形层；
步骤B：制备设有通孔的感光陶瓷层；
在暗室中，将步骤A所制得感光陶瓷浆料甩涂或者整版印刷于所述步骤A制得的金属图形层表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在黄光下曝光，采用质量百分比为2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液显影10秒，再在145℃温度下固化20分钟，制得设有通孔的感光陶瓷层，根据实际需要可以在已固化的感光陶瓷层上重复制备感光陶瓷层的操作以制得所需厚度的设有通孔的感光陶瓷层；
步骤C：制备金属图形层及金属化通孔；
在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者印刷于所述步骤B制得的感光陶瓷层表面，同时将负性感光导电金属浆料填充于经步骤B制得通孔中，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在紫外灯下曝光，采用质量百分比为0.3％的碳酸钠(Na2CO3)水溶液显影20秒，再在150℃温度下固化20分钟，制得金属图形层以及金属化通孔，根据实际需要可以在已固化的金属层上重复制备金属图形层的操作以制得所需厚度的金属图形层；
步骤D：制备感光陶瓷层；
在暗室中，将感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述步骤C制得金属图形层表面，然后进行预烘干处理，基于掩膜板在黄光下曝光，采用质量百分比为2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液显影10秒，再在145℃温度下固化20分钟，得到感光陶瓷层，根据实际需要可以在已固化的感光陶瓷层上重复制备感光陶瓷层的操作以制得所需厚度的感光陶瓷层；
步骤E：重复步骤A至D数次以实现其余叠层的制作，将非感光陶瓷浆料经旋转涂覆于顶层表面，形成均匀、无缺陷的非感光陶瓷浆料层，经烘干处理得到非感光陶瓷层，即为顶层陶瓷基板，最终得到具有叠层结构且顶层和底层为陶瓷层的多层陶瓷电路坯体；
步骤F：将步骤E制得的多层陶瓷电路坯体经过等静压、排胶，烧结处理，最终得到多层陶瓷电路。
图2为根据本发明实施例所述工艺制得产品的CT图，其尺寸为0.2mm×0.1mm×0.1mm，线宽为8um，从图中可以清楚的看出，多层陶瓷电路结构能够更好地在更小三维空间内实现电气连接。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于感光材料的多层陶瓷电路，其特征在于，所述多层陶瓷电路是通过将多层超薄生瓷带和多层金属图形层形成叠层后经过共烧形成，其中，生瓷带的材料为感光陶瓷浆料，金属图形层的材料为感光金属浆料；所述多层陶瓷电路的顶层和底层均为陶瓷层，自所述多层陶瓷电路的一外侧表面朝向相对另一外侧表面方向依次层叠设置有相互间隔的陶瓷层和金属图形层，相互隔离的金属图形层通过其之间陶瓷层设有的金属通孔实现连通，其中，所述陶瓷层的厚度为5微米～20微米，所述金属图形层的线宽最小为4微米，所述金属图形层的线厚范围为4微米～10微米。
2.根据权利要求1所述的一种基于感光材料的多层陶瓷电路，其特征在于，还包括非感光陶瓷基板作为所述多层陶瓷电路的底层和顶层。
3.一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：制备金属图形层；在暗室中，将感光导电金属浆料甩涂或者印刷于陶瓷基板表面，进行预烘干处理，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到金属图形层；
步骤B：制备设有通孔的感光陶瓷层；在暗室中，将所述感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述步骤A制得金属图形层表面，进行预烘干处理，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到预留出通孔的感光陶瓷层；
步骤C：制备金属图形层及金属化通孔；在暗室中，将负性感光导电金属浆料甩涂或者印刷于所述步骤B制得陶瓷层表面，同时将负性感光导电金属浆料填充于经步骤B处理所得通孔中，进行预烘干处理，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到金属图形层以及金属化通孔；
步骤D：制备感光陶瓷层；在暗室中，将感光陶瓷浆料甩涂或者印刷于所述步骤C制得金属图形层表面，然后基于掩膜板对位曝光、显影和固化处理得到感光陶瓷层；
步骤E：重复步骤A至D数次以实现其余叠层的制作，得到具有叠层结构且顶层和底层为陶瓷层的多层陶瓷电路坯体；
步骤F：将步骤E制得的多层陶瓷电路坯体经过等静压、排胶，烧结处理，最终得到多层陶瓷电路。
4.根据权利要求3所述的一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，其特征在于，所述步骤B中感光陶瓷浆料是通过将陶瓷粉料加入感光胶中分散均匀制备，所述陶瓷粉料的质量占感光陶瓷浆料总质量的百分比含量为60％～80％。
5.根据权利要求3所述的一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，其特征在于，陶瓷层制备过程中曝光采用的波长范围与金属图形层制备过程中曝光采用的波光范围不重叠。
6.根据权利要求3所述的一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，其特征在于，陶瓷层制备过程中显影采用的显影液体系与金属图形层制备过程中显影采用的显影液体系不同。
7.根据权利要求3至6任一项所述的一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基板为感光陶瓷层或非感光陶瓷层。
8.根据权利要求7所述的一种基于感光材料的多层陶瓷电路的制备方法，其特征在于，还包括在固化的感光陶瓷层或金属图形层上单独重复步骤A、步骤B、步骤C或步骤D以达到特定厚度。
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