CN114206026B - 一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统，其中通孔填充剂应用于制备薄膜电路，通孔填充剂包括：第一金属、粘合剂、有机溶剂和第二金属；第二金属经氧化后体积增大，且第二金属被完全氧化后增大的体积等于粘合剂和有机溶剂的体积之和。本发明提供的通孔填充剂经烧结处理后，粘合剂、有机溶剂挥发，第二金属被完全氧化后增大的体积等于挥发前粘合剂和有机溶剂的体积之和，进而将薄膜电路中基板上的通孔填充饱满，同时无需对基板表面进行研磨、抛光，在保证薄膜电路工作性能的同时，简化了薄膜电路的制备步骤。

Description

一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统

技术领域

本发明涉及薄膜电路制备技术领域，特别是涉及一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统。

背景技术

随着微波通信技术不断向高频方向发展、通讯设备不断向小型化及轻量化方向发展，基于薄膜集成的薄膜电路(即微波集成电路，Microwave Integrated Circuit，MIC)的应用逐渐广泛。薄膜电路是通过在氧化铝、氮化铝、石英、微晶玻璃等材料的基板上，采用薄膜集成元件技术将薄膜电容、薄膜电感、薄膜电阻和分布参数电路元件等加工在电路基板上制备得到的。而通孔互连(在基板的通孔中填充金属)技术是薄膜电路的重要工艺。通孔金属填充有两种，一为空心孔(仅在孔壁沉积金属)；二为实心孔(在孔壁沉积金属，同时将整个孔内填满金属)。实心孔比空心孔具有更高的导电性、导热性和可靠性，因此，实心孔薄膜电路的应用前景更广阔。

常用的实心孔填充方法有“溅射+电镀”法、注浆法，以及二者结合的方法。其中，“溅射+电镀”法通过真空镀膜工艺在孔内及基板表面沉积金属薄膜，在长时间电镀的作用下孔内金属不断沉积直至孔被填满。但是，电镀过程中通孔被填满的同时，基片表面也沉积了一层金属，且孔内电镀药水离子交换速率低于基片表面电镀药水离子的交换率，孔内金属增厚的速率小于表面金属增厚的速率，当孔填满时，表面金属层非常厚，需要对基板表面金属层进行研磨，且研磨难度大、工艺时间长。

而注浆法在孔内注入通孔填充剂(包括导电金属(金、银、铜中的一种)粘合剂和溶剂)，高温烧结通孔填充剂，通孔填充剂中的粘合剂和溶剂挥发，导电金属在孔内固化形成金属填充通孔。但是该方法的通孔填充剂在高温烧结后粘合剂和溶剂挥发，体积收缩，导致孔内填充不饱满，降低了产品的可靠性。

而结合了溅射+电镀”法和注浆法的实心孔填充方法先使用注浆法对通孔进行填充，然后使用“溅射+电镀”法对不饱满的通孔进一步填充孔，不但增加了制备步骤，而且仍需在填充后对基板表面进行研磨、抛光。

发明内容

本发明的目的是提供一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统，能够将薄膜电路中基板上的通孔填充饱满，同时无需对基板表面进行研磨、抛光，在保证薄膜电路工作性能的同时，简化了薄膜电路的制备步骤。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种通孔填充剂，所述通孔填充剂应用于制备薄膜电路，所述通孔填充剂包括：

第一金属、粘合剂、有机溶剂和第二金属；

所述第二金属经氧化后体积增大，且第二金属被完全氧化后增大的体积等于所述粘合剂和所述有机溶剂的体积之和。

可选的，所述第一金属为金、银或铜中的一种。

可选的，所述粘合剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛酯或聚氯乙烯中的一种。

可选的，所述有机溶剂为无水乙醇。

可选的，所述第二金属为铁、锌、铋、钼、钴、镍或铌中的一种或多种。

一种薄膜电路的制备方法，包括：

获取待制备薄膜电路的电路图；

按照所述电路图中通孔的位置和数量在电路基板上设置通孔；

向所述通孔中注入上述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板；

根据所述通孔填充剂中的第一金属确定烧结时长范围和烧结温度范围；

在有氧条件下，对所述一次填充后的电路基板进行烧结处理，使所述通孔填充剂中的粘合剂和有机溶剂挥发，使所述通孔填充剂中的第一金属固化在所述通孔中，使所述通孔填充剂中的第二金属被氧化后固化在所述通孔中，得到二次填充后的电路基板；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；

按照所述电路图，在所述二次填充后的电路基板的表面沉积薄膜层，得到制备完成的所述待制备薄膜电路。

可选的，在所述向所述通孔中注入上述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板之后，还包括：

清洗所述电路基板，并在所述电路基板的下表面对所述通孔进行封堵处理。

可选的，所述根据所述通孔填充剂中的第一金属的物理性质确定烧结时长范围和烧结温度范围，具体包括：

在所述第一金属为金时，确定所述烧结时长范围未120分钟-240分钟，并确定烧结温度范围900℃-1000℃；

在所述第一金属为银时，确定所述烧结时长范围未60分钟-180分钟，并确定烧结温度范围700℃-800℃。

一种薄膜电路的制备系统，包括：

电路图获取模块，用于获取待制备薄膜电路的电路图；

通孔设置模块，用于按照所述电路图中通孔的位置和数量在电路基板上设置通孔；

通孔填充剂注入模块，用于向所述通孔中注入上述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板；

烧结处理参数确定模块，用于根据所述通孔填充剂中的第一金属确定烧结时长范围和烧结温度范围；

烧结处理模块，用于在有氧条件下，对所述一次填充后的电路基板进行烧结处理，使所述通孔填充剂中的粘合剂和有机溶剂挥发，使所述通孔填充剂中的第一金属固化在所述通孔中，使所述通孔填充剂中的第二金属被氧化后固化在所述通孔中，得到二次填充后的电路基板；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；

薄膜电路确定模块，用于按照所述电路图，在所述二次填充后的电路基板的表面沉积薄膜层，得到制备完成的所述待制备薄膜电路。

可选的，所述系统，还包括：

清洗模块，用于清洗所述电路基板，并在所述电路基板的下表面对所述通孔进行封堵处理。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统，其中通孔填充剂应用于制备薄膜电路，通孔填充剂包括：第一金属、粘合剂、有机溶剂和第二金属；第二金属经氧化后体积增大，且第二金属被完全氧化后增大的体积等于粘合剂和有机溶剂的体积之和。本发明提供的通孔填充剂经烧结处理后，粘合剂、有机溶剂挥发，第二金属被完全氧化后增大的体积等于挥发前粘合剂和有机溶剂的体积之和，进而将薄膜电路中基板上的通孔填充饱满，同时无需对基板表面进行研磨、抛光，在保证薄膜电路工作性能的同时，简化了薄膜电路的制备步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例二中薄膜电路的制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种通孔填充剂、薄膜电路的制备方法及系统，能够将薄膜电路中基板上的通孔填充饱满，同时无需对基板表面进行研磨、抛光，在保证薄膜电路工作性能的同时，简化了薄膜电路的制备步骤。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明提供了一种通孔填充剂，通孔填充剂应用于制备薄膜电路，通孔填充剂包括：

第一金属、粘合剂、有机溶剂和第二金属；

第二金属经氧化后体积增大，且第二金属被完全氧化后增大的体积等于粘合剂和有机溶剂的体积之和。

具体的，第一金属为金、银或铜中的一种。

具体的，粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)或聚氯乙烯(PVC)中的一种。

具体的，有机溶剂为无水乙醇。

具体的，第二金属为铁、锌、铋、钼、钴、镍或铌中的一种或多种。

实施例二

本发明提供了一种薄膜电路的制备方法，包括：

步骤101:获取待制备薄膜电路的电路图；

步骤102:按照电路图中通孔的位置和数量在电路基板上设置通孔；

步骤103:向通孔中注入如实施例一所述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板；

步骤104:根据通孔填充剂中的第一金属确定烧结时长范围和烧结温度范围；

步骤105:在有氧条件下，对一次填充后的电路基板进行烧结处理，使通孔填充剂中的粘合剂和有机溶剂挥发，使通孔填充剂中的第一金属固化在通孔中，使通孔填充剂中的第二金属被氧化后固化在通孔中，得到二次填充后的电路基板；烧结处理的烧结时长处于烧结时长范围内；烧结处理的烧结时长处于烧结时长范围内；

步骤106:按照电路图，在二次填充后的电路基板的表面沉积薄膜层，得到制备完成的待制备薄膜电路。

本实施例提供的的薄膜电路的制备方法，在步骤103之后，还包括：

清洗电路基板，并在电路基板的下表面对通孔进行封堵处理。

具体的，针对现有的实心孔填充的薄膜电路制备的不同工艺的缺点，本专利提出一种改良的“注浆法”实心孔填充的薄膜电路的制备工艺，该方法的主要技术要为浆料的配方，主要工艺步骤如下：

第一步，在电路基板上打孔，形成贯通电路基板上、下的孔；

第二步，将电路基板清洗，在孔内注入金属浆料，该金属浆料由金属粉末、粘合剂、溶剂混合而成，金属粉末的主要成分为金粉或银粉，并掺入一种或数种易于生成金属氧化物的金属粉末，易于生成金属氧化物的金属为铁、锌、铋、钼、钴、镍、铌等。

第三步，在空气或氧气气氛下，高温烧结，金属浆料在孔内固化形成金属填充孔。

第四步，在基片表面沉积薄膜电路所需要的薄膜层；

第五步，对第四步的基片进行光刻、蚀刻形成薄膜电路。

本发明的技术关键为孔内注入的金属浆料的组成，该金属浆料中不但含有金或银、粘合剂、溶剂，还含有铁、锌、铋、钼、钴、镍、铌等易于氧化的金属粉末。高温烧结时，有机物挥发，浆料体积减小；同时由于浆料内含有铁、锌、铋、钼、钴、镍、铌等易于氧化的金属粉末中的一种或数种，在高温烧结过程这些易于氧化的金属粉末与氧气发生化学反应，生成氧化物，体积膨胀，从而抵消了粘合剂、溶剂挥发导致体积收缩的影响。当控制好浆料中粘合剂、溶剂与铁、锌、铋、钼、钴、镍、铌等易于氧化的金属粉末的种类、比例，可以得到接近零收缩的金属填充的实心孔，不但可以将孔填充饱满，而且还可避免由于电镀填充而导致的表面金属沉积而需要对表面金属进行研磨的问题。

实施例三

本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例中步骤104，具体包括：

在第一金属为金时，确定烧结时长范围未120分钟-240分钟，并确定烧结温度范围900℃-1000℃；具体的：

第一步，在厚度为0.254mm的氧化铝电路基板上以激光的方式加工出直径为0.10mm、形成贯通电路基板上、下的孔；

第二步，将电路基板清洗，在孔内注入金属浆料，该金属浆料的组成及重量配比为：50％的Au粉、12％的PVB、6％无水乙醇、14％的锌粉、10％的铋粉、8％的钼粉。

第三步，在空气中900℃烧结3小时，金属浆料在孔内固化形成金属填充孔，孔的填充率达到98.6％。

第四步，在基片表面沉积薄膜电路所需要的薄膜层；

第五步，对第四步的基片进行光刻、蚀刻形成薄膜电路。

实施例四

本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例中步骤104，具体包括：在第一金属为银时，确定烧结时长范围未60分钟-180分钟，并确定烧结温度范围700℃-800℃。

第一步，在厚度为0.254mm的氧化铝电路基板上以激光的方式加工出直径为0.10mm、形成贯通电路基板上、下的孔；

第二步，将电路基板清洗，在孔内注入金属浆料，该金属浆料的组成及重量配比为：60％的Ag粉、8％的PVB、5％无水乙醇、15％的铁粉、12％的铋粉。

第三步，在空气中750℃烧结2小时，金属浆料在孔内固化形成金属填充孔，孔的填充率达到98.2％。

第四步，在基片表面沉积薄膜电路所需要的薄膜层；

第五步，对第四步的基片进行光刻、蚀刻形成薄膜电路。

实施例五

本实施例提供了一种薄膜电路的制备系统，包括：

电路图获取模块，用于获取待制备薄膜电路的电路图；

通孔设置模块，用于按照电路图中通孔的位置和数量在电路基板上设置通孔；

通孔填充剂注入模块，用于向通孔中注入如实施例1所述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板；

烧结处理参数确定模块，用于根据通孔填充剂中的第一金属确定烧结时长范围和烧结温度范围；

烧结处理模块，用于在有氧条件下，对一次填充后的电路基板进行烧结处理，使通孔填充剂中的粘合剂和有机溶剂挥发，使通孔填充剂中的第一金属固化在通孔中，使通孔填充剂中的第二金属被氧化后固化在通孔中，得到二次填充后的电路基板；烧结处理的烧结时长处于烧结时长范围内；烧结处理的烧结时长处于烧结时长范围内；

薄膜电路确定模块，用于按照电路图，在二次填充后的电路基板的表面沉积薄膜层，得到制备完成的待制备薄膜电路。

此外，本发明提供的的薄膜电路的制备系统，还包括：

清洗模块，用于清洗电路基板，并在电路基板的下表面对通孔进行封堵处理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种通孔填充剂，其特征在于，所述通孔填充剂应用于制备薄膜电路，所述通孔填充剂包括：

第一金属、粘合剂、有机溶剂和第二金属；

所述第二金属经氧化后体积增大，且第二金属被完全氧化后增大的体积等于所述粘合剂和所述有机溶剂的体积之和。

2.根据权利要求1所述的通孔填充剂，其特征在于，所述第一金属为金、银或铜中的一种。

3.根据权利要求1所述的通孔填充剂，其特征在于，所述粘合剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛酯或聚氯乙烯中的一种。

4.根据权利要求1所述的通孔填充剂，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇。

5.根据权利要求1所述的通孔填充剂，其特征在于，所述第二金属为铁、锌、铋、钼、钴、镍或铌中的一种或多种。

6.一种薄膜电路的制备方法，其特征在于，所述方法，包括：

获取待制备薄膜电路的电路图；

按照所述电路图中通孔的位置和数量在电路基板上设置通孔；

向所述通孔中注入如权利要求1-5中任一项所述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板；

根据所述通孔填充剂中的第一金属确定烧结时长范围和烧结温度范围；

在有氧条件下，对所述一次填充后的电路基板进行烧结处理，使所述通孔填充剂中的粘合剂和有机溶剂挥发，使所述通孔填充剂中的第一金属固化在所述通孔中，使所述通孔填充剂中的第二金属被氧化后固化在所述通孔中，得到二次填充后的电路基板；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；

按照所述电路图，在所述二次填充后的电路基板的表面沉积薄膜层，得到制备完成的所述待制备薄膜电路。

7.根据权利要求6所述的薄膜电路的制备方法，其特征在于，在所述向所述通孔中注入如权利要求1-5中任一项所述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板之后，还包括：

清洗所述电路基板，并在所述电路基板的下表面对所述通孔进行封堵处理。

8.根据权利要求6所述的薄膜电路的制备方法，其特征在于，所述根据所述通孔填充剂中的第一金属的物理性质确定烧结时长范围和烧结温度范围，具体包括：

在所述第一金属为金时，确定所述烧结时长范围未120分钟-240分钟，并确定烧结温度范围900℃-1000℃；

在所述第一金属为银时，确定所述烧结时长范围未60分钟-180分钟，并确定烧结温度范围700℃-800℃。

9.一种薄膜电路的制备系统，其特征在于，所述系统，包括：

电路图获取模块，用于获取待制备薄膜电路的电路图；

通孔设置模块，用于按照所述电路图中通孔的位置和数量在电路基板上设置通孔；

通孔填充剂注入模块，用于向所述通孔中注入如权利要求1-5中任一项所述的通孔填充剂，得到一次填充的电路基板；

烧结处理参数确定模块，用于根据所述通孔填充剂中的第一金属确定烧结时长范围和烧结温度范围；

烧结处理模块，用于在有氧条件下，对所述一次填充后的电路基板进行烧结处理，使所述通孔填充剂中的粘合剂和有机溶剂挥发，使所述通孔填充剂中的第一金属固化在所述通孔中，使所述通孔填充剂中的第二金属被氧化后固化在所述通孔中，得到二次填充后的电路基板；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；所述烧结处理的烧结时长处于所述烧结时长范围内；

薄膜电路确定模块，用于按照所述电路图，在所述二次填充后的电路基板的表面沉积薄膜层，得到制备完成的所述待制备薄膜电路。

10.根据权利要求9所述的薄膜电路的制备系统，其特征在于，所述系统，还包括：

清洗模块，用于清洗所述电路基板，并在所述电路基板的下表面对所述通孔进行封堵处理。