CN107768257B - 一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，涉及一种采用交替式镀膜工艺制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，旨在针对现有技术的问题，提供一种高可生产性的薄膜电路金锡合金焊盘的制作方法，以改善现有方法存在的生产成本高，批量生产难度大，工艺可控性低，产品成品率较差等问题。本发明技术要点包括：采用交替式镀膜工艺制作三明治式结构的预制金锡焊盘、制作焊盘的阻焊结构和预制焊盘合金化。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，尤其涉及一种采用交替式镀膜工艺制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法。适用于射频、光通讯等领域内自动装配模块、高精度堆叠陶瓷薄膜电路的制作。
背景技术
传统集成工艺中，通常采用人工放置合金片的方式进行共晶，而随着产品需求提升，在射频、光通讯等尖端领域，薄膜电路金锡合金焊盘的预制技术逐步成为研究热点。这是因为：一方面，产品集成度要求的不断提高促使封装工艺向三维方向发展，在叠层焊接中必须应用预制焊盘以保障焊接精度；另一方面，大规模的产品应用要求薄膜电路能够进行自动装配，而其核心问题是以金锡焊盘批量预制技术代替合金片逐次放置工艺，提升装配效率。
业内常见的金锡合金焊盘预制方法主要有共蒸发和合金电镀两种，如中国专利CN103227161B中所描述的复合蒸发系统同时蒸发金和锡，沉积形成金锡合金；中国专利CN204257627U中所描述的直接电镀形成合金焊盘等。其中，前者成本极高，不适用于产品批量生产；后者参数控制要求高，工艺可控性低，生产难度大，产品成品率较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种高可生产性的薄膜电路金锡合金焊盘的制作方法，以改善现有产品存在的生产成本高，批量生产难度大，工艺可控性低，产品成品率较差等问题。
本发明采用的制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，包括：
步骤1，采用交替式镀膜工艺制作三明治式结构的预制金锡焊盘：在依次溅射过渡层、金属种子层的金属化陶瓷基片表面采用电镀方式沉积Au膜层作为焊盘底层；采用溅射方式在焊盘底层的基础上沉积Sn膜层作为焊盘中间层；采用溅射方式在焊盘中间层的基础上沉积Au膜层作为焊盘顶层；
步骤2，制作焊盘的阻焊结构：在预制焊盘合金化之前，腐蚀去除金属种子层在焊盘区域周围的部分，保留基片表面过渡层作为电路连接，形成阻焊结构；
步骤3，预制焊盘合金化：将预制了金锡焊盘的金属化陶瓷基片置入真空环境下加热至设定温度，使预制金锡焊盘进行合金化，形成金锡合金焊盘。
进一步，步骤1中，所述焊盘底层是局部加厚金属种子层上的焊盘区域形成。
进一步，所述溅射形成的过渡层是材质为TiW或Pt的膜层，所述溅射形成的金属种子层为Au膜层。
进一步，所述金属种子层上包含刻蚀有电路图形的部分，所述焊盘区域位于金属种子层没有刻蚀电路图形的部分上。
进一步，所述焊盘中间层的Sn膜层和焊盘顶层的Au膜层，是先用溅射方式依次在金属种子层表面整体沉积与金属种子层区域等面积的膜层，再根据焊盘区域的形状腐蚀去除Sn膜层和Au膜层上除焊盘区域外的部分。
进一步，所述Sn膜层和Au膜层的膜厚根据实际的金锡合金化比例进行溅射。
进一步，所述溅射方式是指溅射法和/或溅射法等效的干法镀膜工艺。
进一步，步骤2中，所述金属种子层在焊盘区域周围的部分，是指不包含刻蚀有电路图形的部分。
进一步，步骤2中，所述腐蚀的方位由焊盘区域的形状确定，腐蚀的宽度不影响电路的电性能。
进一步，步骤3中，所述设定温度大于金锡合金的熔点温度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，采用交替式镀膜工艺制作预制焊盘，焊盘底层仅用电镀方式局部加厚Au膜层，很好地解决了全版面镀金工艺的高成本问题，节约总成本50%以上；焊盘中间层的Sn层采用溅射方式镀膜，更便于精确控制焊盘厚度，膜厚精度优于3%，其工艺可控性高，改善了合金电镀工艺中成品率低的现象，较合金电镀工艺成品率提高10%以上；焊盘顶层的Au层起到了有效的保护作用，能防止Sn层的氧化；本发明提供的阻焊结构，可以使合金化的范围限制在设计的合金焊盘区域内，达到控制Au和Sn合金化比例的目的，解决了金锡比例失调的问题。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1所示为金锡合金焊盘制作流程图；
图2所示为交替式镀膜完成后的预制金锡焊盘；
图3所示为阻焊结构示意图。
图中标记：
1-1为金属化陶瓷基片；1-2为过渡层；1-3为金属种子层； 1-4为焊盘底层；1-5为焊盘中间层；1-6为焊盘顶层； A-A’为焊盘区域；B-B’为金属种子层区域。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明采用的制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法如图1所示，包括：
步骤1，采用交替式镀膜工艺制作三明治式结构的预制金锡焊盘如图2所示：在依次溅射过渡层1-2、金属种子层1-3的金属化陶瓷基片1-1表面采用电镀方式沉积Au膜层作为焊盘底层1-4。溅射方式镀膜和电镀方式镀膜均是常用的传统镀膜工艺，在此不再赘述其详细步骤。
所述焊盘底层1-4是局部加厚金属种子层1-3上的焊盘区域A-A’形成，由于采用电镀方式镀膜，可以实现焊盘底层Au膜层镀膜位置和面积的可控，从而保障了无多余成本的增加，回避了传统全版面镀Au工艺的高成本问题。
所述溅射形成的过渡层1-2是材质为TiW或Pt的膜层，所述溅射形成的金属种子层1-3为Au膜层。此处所述过渡层1-2的材质TiW或Pt是作为本发明的较优选择，其作用在于中和金属化陶瓷基片1-1与金属种子层1-3间性质上的差异，改善Au直接作用于金属化陶瓷基片1-1上牢固性较差的问题。
所述金属种子层1-3上包含刻蚀有电路图形的部分，所述焊盘区域A-A’位于金属种子层1-3没有刻蚀电路图形的部分上。此处所述的金属种子层1-3的厚度优选为电路层的标准膜厚。
采用溅射方式在焊盘底层1-4的基础上沉积Sn膜层作为焊盘中间层1-5；采用溅射方式在焊盘中间层1-5的基础上沉积Au膜层作为焊盘顶层1-6。具体的，所述焊盘中间层1-5的Sn膜层和焊盘顶层1-6的Au膜层，是先用溅射方式依次在金属种子层1-3表面整体沉积与金属种子层区域B-B’等面积的膜层，再根据焊盘区域A-A’的形状腐蚀去除Sn膜层和Au膜层上除焊盘区域A-A’外的部分；所述Sn膜层和Au膜层的膜厚根据实际的金锡合金化比例进行溅射。在一个较为具体的实施例中，金锡合金化比例采用Au：Sn为75%：25%的标准比例；溅射方式镀膜的工艺可控性好，可以很好的控制Sn膜层和Au膜层的膜厚，回避了传统合金电镀工艺的工艺可控性差、成品率低的问题；而焊盘顶层Au膜层1-6，膜厚极薄，其作用在于对焊盘中间层Sn膜层1-5的保护，以解决Sn层在空气中易氧化的问题，也同时起到调节金锡合金化比例的目的。
所述溅射方式是指溅射法和/或溅射法等效的干法镀膜工艺，此处所述的等效的干法镀膜工艺是指干法镀膜工艺中能如溅射法一样实现对膜厚高可控性的方法。区别于湿法镀膜工艺如电镀方式镀膜，干法镀膜工艺往往能更好的做到对膜厚的控制。
步骤2，制作焊盘的阻焊结构如图3所示：在预制焊盘合金化之前，腐蚀去除金属种子层1-3在焊盘区域A-A’周围的部分，保留基片1-1表面过渡层1-2作为电路连接，形成阻焊结构。具体的，所述金属种子层1-3在焊盘区域A-A’周围的部分，是指不包含刻蚀有电路图形的部分；所述腐蚀的方位由焊盘区域A-A’的形状确定，腐蚀的宽度不影响电路的电性能。此处所述金属种子层1-3腐蚀的宽度太宽可能产生电阻，影响电性能，太窄又不便于实施，在一个较为具体的实施例中，腐蚀的宽度优选为50um。现有技术中，阻焊结构通常只是用以限定焊接区域，在焊接前进行制作即可，而本发明中则需要在预制焊盘合金化前就进行制作，其目的在于将合金化时的合金流动限制在焊盘区域A-A’内，保障焊盘的形状及合金化比例，解决金锡比例失调的问题。本发明中的腐蚀法作为现有技术在此也不再赘述其详细步骤。
步骤3，预制焊盘合金化：将预制了金锡焊盘的金属化陶瓷基片1-1置入真空环境下加热至设定温度，使预制金锡焊盘进行合金化，形成金锡合金焊盘。具体的，所述设定温度大于金锡合金的熔点温度。金锡合金的熔点温度为280℃左右，在一个较为具体的实施例中，设定温度优选设置为320℃，以保证预制金锡焊盘的充分合金化，从而得到所需薄膜电路金锡合金焊盘。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，包括：
步骤1，采用交替式镀膜工艺制作三明治式结构的预制金锡焊盘：在依次溅射过渡层(1-2)、金属种子层(1-3)的金属化陶瓷基片(1-1)表面采用电镀方式沉积Au膜层作为焊盘底层(1-4)，焊盘底层(1-4)是由局部加厚金属种子层(1-3)上的焊盘区域(A-A’)形成；然后先用溅射方式依次在金属种子层(1-3)和焊盘底层(1-4)的表面整体沉积与金属种子层区域(B-B’)等面积的Sn膜层和Au膜层，Sn膜层作为焊盘中间层(1-5)，Au膜层作为焊盘顶层(1-6)；再根据焊盘区域(A-A’)的形状腐蚀去除Sn膜层和Au膜层上除焊盘区域(A-A’)外的部分；
步骤2，制作焊盘的阻焊结构：在预制焊盘合金化之前，腐蚀去除金属种子层(1-3)在焊盘区域(A-A’)周围的部分，保留基片(1-1)表面过渡层(1-2)作为电路连接，形成阻焊结构；
步骤3，预制焊盘合金化：将预制了金锡焊盘的金属化陶瓷基片(1-1)置入真空环境下加热至设定温度，使预制金锡焊盘进行合金化，形成金锡合金焊盘。
2.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，所述溅射形成的过渡层(1-2)是材质为TiW或Pt的膜层，所述溅射形成的金属种子层(1-3)为Au膜层。
3.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，所述金属种子层(1-3)上包含刻蚀有电路图形的部分，所述焊盘区域(A-A’)位于金属种子层(1-3)没有刻蚀电路图形的部分上。
4.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，所述Sn膜层和Au膜层的膜厚根据实际的金锡合金化比例进行溅射。
5.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，所述溅射方式是指溅射法和/或溅射法等效的干法镀膜工艺。
6.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，步骤2中，所述金属种子层(1-3)在焊盘区域(A-A’)周围的部分，是指不包含刻蚀有电路图形的部分。
7.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，步骤2中，所述腐蚀的方位由焊盘区域(A-A’)的形状确定，腐蚀的宽度不影响电路的电性能。
8.根据权利要求1所述的一种制作薄膜电路金锡合金焊盘的方法，其特征在于，步骤3中，所述设定温度大于金锡合金的熔点温度。
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