CN115846885A - 激光刻蚀制作图形的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光刻蚀制作图形的方法及系统，包括：在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底；对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理，得到初步工件；通过激光刻蚀，在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形，直到露出所述衬底，得到中间工件；对所述中间工件进行平坦化处理，并在清洗后，得到最终工件。本发明所述的方法节省了传统工序流程中压膜，曝光显影的时间的同时，不再使用各种强碱有机物，杜绝了各种脏污，残胶，显影不足等问题；而且，仅仅采用激光刻蚀对工件进行处理，不会产生污染物，具有节能环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷电路领域，尤其涉及一种激光刻蚀制作图形的方法及系统。
背景技术
随着电子技术在各应用领域的逐步加深，线路板高度集成化成为必然趋势，高度的集成化封装模块要求良好的散热承载系统，而传统线路板FR-4和CEM-3在TC(导热系数）上的劣势已经成为制约电子技术发展的一个瓶颈。近些年来发展迅猛的LED产业，也对其承载线路板的TC指标提出了更高的要求。在大功率LED照明领域，往往采用金属和陶瓷等具备良好散热性能的材料制备线路基板，高导热铝基板的导热系数一般为1-4W/M. K，而陶瓷基板的导热系数根据其制备方式和材料配方的不同，可达220W/M. K左右。
不同于传统的FR-4（波纤维），陶瓷类材料具有良好的高频性能和电学性能，且具有热导率高、化学稳定性和热稳定性优良等有机基板不具备的性能，是新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料。
当前陶瓷电路行业，主要采用的为厚铜技术路线的图形电镀方案，包括：通过压膜、曝光、显影、电镀、去胶的工序完成图形电镀；以上工艺涉及到的工艺步骤很长，而且涉及多个湿法制程工序，如显影，去胶等，使用了多种强碱性药水，不利于环保；
一种环保的、工艺流程较短的激光刻蚀制作图形的方法亟待研发。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种激光刻蚀制作图形的方法及系统，用于解决前述技术问题中的至少一个。
具体地，其技术方案如下：
一种激光刻蚀制作图形的方法，包括：
在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底；
对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理，得到初步工件；
通过激光刻蚀，在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形，直到露出所述衬底，得到中间工件；
对所述中间工件进行平坦化处理，并在清洗后，得到最终工件。
所述“在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底”，包括：
通过在靠近所述衬底的一侧附着第一种子层，提升所述衬底与所述第一种子层之间的附着力；
在所述第一种子层的表面附着第二种子层；
所述第一种子层、所述第二种子层作为导电层。
通过PVD覆膜方法将所述第一种子层附着在所述衬底上，且通过PVD覆膜方法将所述第二种子层附着在所述第一种子层上；
所述第一种子层与所述第二种子层之间存在相互扩散的关系。
所述“对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理”，包括：
通过电镀方式在所述带有导电层的衬底中靠近导电层的一侧镀铜，得到加厚的工件；
对所述加厚的工件进行研磨减薄，达到预设厚度，得到减薄后工件，并将减薄后工件的平面进行平整处理，得到所述初步工件。
所述“将减薄后工件的平面进行平整处理”，包括：
将所述减薄后工件设置在适当的位置；
将所述减薄后工件待平整表面进行区域划分，形成中部区域和围绕所述中部区域的外围区域；
测量所述中部区域与所述外围区域分别对应的膜厚；
根据所述中部区域与所述外围区域的膜厚之差，在进行CMP研磨抛光时，调整研磨压力。
所述“在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形”，包括：
通过加热设备将所述初步工件加热到设定温度，并保持设定时间；
在保持所述设定温度的前提下，通过激光器对所述初步工件进行预设图样的激光刻蚀。
所述“对所述中间工件进行平坦化处理”，包括：
将所述中间工件设置在适当的位置；
对所述中间工件的待平整表面开始进行CMP研磨抛光；
在进行CMP研磨抛光时，研磨压力由小变大再变小。
一种基于上述方法的激光刻蚀制作图形的系统，包括：
控制模块；
激光模块，与所述控制模块电性连接，用于提供可使用激光束；
加热模块，与所述控制模块电性连接，用于对所述初步工件进行加热至所述设定温度，并保持所述设定时间。
所述初步工件，包括：
衬底；
第一种子层，设置在所述衬底的任一侧；
第二种子层，设置在所述第一种子层远离所述衬底的一侧；
加厚层，设置在所述第二种子层远离所述第一种子层的一侧；
所述第一种子层与所述第二种子层之间存在相互扩散的关系。
所述第一种子层为钛、钨中的一种；
所述第二种子层为镍。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明所述的方法，通过在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底；对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理，得到初步工件；再通过激光刻蚀，在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形，直到露出所述衬底，得到中间工件；最后，对所述中间工件进行平坦化处理，并在清洗后，得到最终工件；本发明所述的方法节省了传统工序流程中压膜，曝光显影的时间的同时，不再使用各种强碱有机物，杜绝了各种脏污，残胶，显影不足等问题；而且，仅仅采用激光刻蚀对工件进行处理，不会产生污染物，具有节能环保的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明所述方法的流程图；
图2为带有导电层的衬底的示意图；
图3为初步工件的示意图；
图4为本发明所述方法的具体实施示意图；
图5为本发明所述系统的系统框图；
在图1-5中：
100.控制模块；200.激光模块；300.加热模块；1.衬底；2.第一种子层；3.第二种子层；4.加厚层。
具体实施方式
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
相关技术解释：
PVD覆膜方法：PVD物理气相沉积是一种物理气相反应生长法。沉积过程是在真空或低气压气体放电条件下，即在低温等离子体中进行的。涂层的物质源是固态物质，经过“蒸发或溅射”后，在零件表面生成与基材性能完全不同的新的固体物质涂层；其基本的过程包括：从原料中发射粒子（经过蒸发、升华、溅射和分解等过程）；粒子输运到基片（粒子之间发生碰撞，产生离化、复合、反应，能量的交换和运动方向的变化）；粒子在基片上凝结、成核、长大和成膜；
金属间的相互扩散：金属原子无时无刻不再做无规则的运动，而且，金属材料的原子与原子之间的空隙非常大，所以位于两金属的边沿的原子可以相互渗透；外部作用力不干涉原子间的扩散运动。
硫酸铜电镀工艺：全板电镀铜相关工艺参数，包括：电镀槽液主要成分有硫酸铜和硫酸，采用高酸低铜配方，保证电镀时板面厚度分布的均匀性和对深孔小孔的深镀能力；硫酸含量多在180克/升，多者达到240克/升；硫酸铜含量一般在75克/升左右，另槽液中添加有微量的氯离子，作为辅助光泽剂和铜光剂共同发挥光泽效果；铜光剂的添加量或开缸量一般在3-5ml/L，铜光剂的添加一般按照千安小时的方法来补充或者根据实际生产板效果；全板电镀的电流计算一般按2安/平方分米乘以板上可电镀面积，对全板电来说，以即板长dm×板宽dm×2×2A/DM2；铜缸温度维持在室温状态，一般温度不超过32度，多控制在22度；每日根据千安小时来及时补充铜光剂，按100-150ml/KAH补充添加；检查过滤泵是否工作正常，有无漏气现象；每隔2-3小时应用干净的湿抹布将阴极导电杆擦洗干净；
双面研磨研磨工艺：上、下研磨盘作相反方向转动，工件在载体内作既公转又自转的游星运动；磨削阻力小不损伤工件，而且两面均匀磨削生产效率高；双面研磨机的装置包括两个研磨盘，游轮，四个电机，太阳轮，修面机等；
CMP研磨抛光：又称为化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键技术。与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同，CMP 工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶元表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应，使下一步的光刻工艺得以进行；
具体实施例I：
本发明提供一种实施例：
如图1，一种激光刻蚀制作图形的方法，包括：在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底；对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理，得到初步工件；通过激光刻蚀，在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形，直到露出所述衬底，得到中间工件；对所述中间工件进行平坦化处理，并在清洗后，得到最终工件。
其中，所述“在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底”，可以采用以下步骤：
如图2，通过在靠近所述衬底，如氮化铝陶瓷衬底，的一侧附着第一种子层，提升所述衬底与所述第一种子层之间的附着力；在所述第一种子层的表面附着第二种子层，所述第二种子层作为导电层；
在具体实施时，第一种子层的材质可以是钛；第二种子层的材质为钨或铜，优选为铜；钛能够与基板良好附着，但是，钛本身的导电性很差，影响整个导电层的导电率；为了解决该问题，本实施例中采用在钛的表面增加一层铜层，通过铜与钛之间的扩散效果，形成TiCu合金，提升导电率。
具体的，可以通过PVD覆膜方法将所述第一种子层附着在所述衬底上，且通过PVD覆膜方法将所述第二种子层附着在所述第一种子层上；所述第一种子层与所述第二种子层的膜层厚度为0.2-10um；所述第一种子层与所述第二种子层之间存在相互扩散的关系。
所述的清洗，包括如下步骤：刷洗，喷洗以及超声波等方式，清洗掉研磨过程引入的脏污；
所述“对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理”，包括：通过电镀方式在所述带有导电层的衬底中靠近导电层的一侧镀铜，得到加厚的工件；电镀厚度为50-150um；采用酸铜电镀工艺，电镀电流密度为1-15ASD；整板极差10-60um；然后，通过双面研磨研磨工艺对所述加厚的工件进行减薄，达到预设厚度，如减薄后的铜层厚度50-100um，极差小于10um，并将减薄后的平面进行平整处理，得到如图3所示的初步工件；在对所述加厚的工件进行减薄时，可采用采用双面或单面研磨机进行，研磨时的磨盘可采用铸铁盘或者树脂铜盘。
由于在研磨减薄的过程中，工件的表面并非平整表面，所以，需要进行平整处理；而在所述“将减薄后工件平面进行平整处理”过程中，需先将所述减薄后工件设置在适当的位置；再将所述减薄后工件待平整表面进行区域划分，形成中部区域和围绕所述中部区域的外围区域；测量所述中部区域与所述外围区域分别对应的膜厚；最后，根据所述中部区域与所述外围区域的膜厚之差，在进行CMP研磨抛光时，调整研磨压力。
具体的，通过所述中部区域与所述外围区域的膜厚，能够判断减薄后工件平面为内凹或内凸；如果为内凹，所述中部区域与所述外围区域的膜厚之差为负值，则在一开始进行CMP研磨抛光时，外围区域与磨砂垫接触面积较大，此时，在进行CMP时，首先所述减薄后工件受到的压力为32.5kpa，转速40rpm；经过抛光1-3min后，四周区域膜层被打磨掉，所述减薄后工件平面趋于平整，而后，减薄后工件平面与所述磨砂垫接触面积完全接触，此时，调节CMP压力为27.5kpa，转速50rpm，进行低压高速抛光1-3min后，利用反射计测量所述中部区域与所述外围区域的膜厚，如果膜厚差为0-300埃，认为打磨完毕；如果超过该范围，则重复上述操作，直至膜厚差为0-300埃为止；如果为内凸，即所述中部区域与所述外围区域的膜厚之差为正值，则在一开始进行CMP研磨抛光时，中部区域与磨砂垫接触面积较小，此时，在进行CMP时，首先所述减薄后工件受到的压力22.5kpa，转速40rpm；经过抛光1-3min后，中部区域膜层被打磨掉，所述减薄后工件平面趋于平整，而后，减薄后工件平面与所述磨砂垫接触面积完全接触，此时，调节CMP压力为27.5kpa，转速50rpm，进行低压高速抛光1-3min后，利用反射计测量所述中部区域与所述外围区域的膜厚，如果膜厚差为0-300埃，则认为打磨完毕；如果超过该范围，则重复上述操作，直至膜厚差为0-300埃为止；本实施例的中心区域的直径可根据实际情况自行确定；
所述“在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形”，如图4，包括：通过加热设备将所述初步工件加热到600摄氏度，并保持20h时间；在保持所述设定温度的前提下，通过激光器对所述初步工件进行预设图样的激光刻蚀；
在本实施例中，由于使用的第一种子层与第二种子层之间存在相互扩散，通过升温及保温的过程，铜和钛进行了扩散，在铜和钛接触的边界形成了Cu4Ti、或Cu3Ti或Cu2Ti或CuTi等合金；在提升了第一种子层，如钛，的导电率的同时，能够在激光器加工时，更容易将导电层中的分子破坏，刻蚀更加容易，从而提升刻蚀效率；
在激光烧灼过程中产生的热影响区，以及火山口效应，所以，在本发明中，增加了“对所述中间工件进行平坦化处理”的步骤，以去除其烧蚀突出表面火山口效应部分，以保证平坦化；具体的，所述“对所述中间工件进行平坦化处理”，包括：将所述中间工件设置在适当的位置；对所述中间工件的待平整表面开始进行CMP研磨抛光；在进行CMP研磨抛光时，研磨压力由小变大再变小；
具体的，由于热影响区的存在，在开始加工时，火山口部分与CMP研磨抛光时的磨砂垫接触面积很小，此时不宜使用较大压力；具体的，中间工件受到的压力为19.5kpa，转速30rpm；经过抛光1-3min后，火山口部分被打磨掉，中间工件的平面趋于平整，而后，中间工件与所述磨砂垫接触面积变大，此时，调节CMP压力为32.5kpa，转速40rpm，进行抛光1-3min后，将火山口根部以及中间工件的表面进行进一步的清除；最后，调节CMP压力为27.5kpa，转速50rpm，进行低压高速抛光1-3min后，得到平坦后的中间工件；需要明确的是，本实施例中的抛光液可根据实际情况自行选择，本实施例并不做任何限定；
具体实施例II：
本发明还提供一种实施例：
一种基于上述方法的激光刻蚀制作图形的系统，如图5，包括：控制模块100、激光模块200、加热模块300；其中，激光模块200，与所述控制模块100电性连接，用于提供可使用激光束；加热模块300，与所述控制模块100电性连接，用于对所述初步工件进行加热至所述设定温度，并保持所述设定时间；控制模块100可以为控制单元，如PC，其控制激光模块200的频率、移动速度等，按照预设的图形移动，形成预设图形；加热模块300与控制模块100连接，受到控制模块100的控制，可在设定的时间段内，如20h，对中间工件进行加热，如600摄氏度；优选的，激光模块200为皮秒、纳秒激光器；
其中，所述初步工件，包括：衬底1、第一种子层2、第二种子层3以及加厚层4；第一种子层2设置在所述衬底1的任一侧；第二种子层3设置在所述第一种子层2远离所述衬底1的一侧；加厚层4设置在所述第二种子层3远离所述第一种子层2的一侧；所述第一种子层与所述第二种子层之间存在相互扩散的关系；优选的，所述第一种子层2为钛中的一种；第二种子层3为铜；加厚层为铜。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
Claims (10)
1.一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于，包括：
在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底；
对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理，得到初步工件；
通过激光刻蚀，在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形，直到露出所述衬底，得到中间工件；
对所述中间工件进行平坦化处理，并在清洗后，得到最终工件。
2.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于，所述在衬底的一侧上进行整版电镀，得到带有导电层的衬底，包括：
通过在靠近所述衬底的一侧附着第一种子层，提升所述衬底与所述第一种子层之间的附着力；
在所述第一种子层的表面附着第二种子层；
所述第一种子层、所述第二种子层作为导电层。
3.根据权利要求2所述的一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于：
通过PVD覆膜方法将所述第一种子层附着在所述衬底上，且通过PVD覆膜方法将所述第二种子层附着在所述第一种子层上；
所述第一种子层与所述第二种子层之间存在相互扩散的关系。
4.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于，所述对所述带有导电层的衬底中的导电层的厚度进行处理，包括：
通过电镀方式在所述带有导电层的衬底中靠近导电层的一侧镀铜，得到加厚的工件；
对所述加厚的工件进行研磨减薄，达到预设厚度，得到减薄后工件，并将减薄后工件的平面进行平整处理，得到所述初步工件。
5.根据权利要求4所述的一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于，所述将减薄后工件的平面进行平整处理，包括：
将所述减薄后工件设置在适当的位置；
将所述减薄后工件待平整表面进行区域划分，形成中部区域和围绕所述中部区域的外围区域；
测量所述中部区域与所述外围区域分别对应的膜厚；
根据所述中部区域与所述外围区域的膜厚之差，在进行CMP研磨抛光时，调整研磨压力。
6.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于，所述在所述初步工件的加工面上刻蚀预设图形，包括：
通过加热设备将所述初步工件加热到设定温度，并保持设定时间；
在保持所述设定温度的前提下，通过激光器对所述初步工件进行预设图样的激光刻蚀。
7.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀制作图形的方法，其特征在于，所述对所述中间工件进行平坦化处理，包括：
将所述中间工件设置在适当的位置；
对所述中间工件的待平整表面开始进行CMP研磨抛光；
在进行CMP研磨抛光时，研磨压力由小变大再变小。
8.一种基于权利要求6所述方法的激光刻蚀制作图形的系统，其特征在于，包括：
控制模块；
激光模块，与所述控制模块电性连接，用于提供可使用激光束；
加热模块，与所述控制模块电性连接，用于对所述初步工件进行加热至所述设定温度，并保持所述设定时间。
9.根据权利要求8所述的激光刻蚀制作图形的系统，其特征在于，所述初步工件，包括：
衬底；
第一种子层，设置在所述衬底的任一侧；
第二种子层，设置在所述第一种子层远离所述衬底的一侧；
加厚层，设置在所述第二种子层远离所述第一种子层的一侧；
所述第一种子层与所述第二种子层之间存在相互扩散的关系。
10.根据权利要求9所述的激光刻蚀制作图形的系统，其特征在于：
所述第一种子层为钛；
所述第二种子层为铜。
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2023
- 2023-01-31 CN CN202310047324.XA patent/CN115846885A/zh active Pending
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