CN116209161A - 一种玻璃基电路元器件及其制备方法和应用 - Google Patents

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CN116209161A CN202310243374.5A CN202310243374A CN116209161A CN 116209161 A CN116209161 A CN 116209161A CN 202310243374 A CN202310243374 A CN 202310243374A CN 116209161 A CN116209161 A CN 116209161A
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Abstract

本发明提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；对复合层进行沾污处理和腐蚀处理，得到带通孔的复合层；在复合层表面设置种子金属层，进行图形电镀掩膜，设置第一电路层，去除图形电镀掩膜以及部分种子金属层后，在其上下表面分别交叠绝缘介质层和第二电路层后，得到多层线路板，在多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件。本发明中采用激光处理和腐蚀处理，制备得到了性能优异、良率较高的玻璃基电路元器件。

Description

一种玻璃基电路元器件及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电路元器件制造技术领域，具体涉及一种玻璃基电路元器件及其制备方法和应用。
背景技术
随着微电子技术的飞速发展，电子器件在航空、能源、汽车、化学等工业领域的应用越来越广泛，电路元器件的种类更为多样，功能和结构也越来越复杂，对于电路元器件的研究也越来越深入。
CN103687333A公开了一种电路元器件内置基板的制造方法，所述制造方法包括如下工序：电路元器件安装工序，在第1绝缘基板的原材料的厚度方向上形成1个或多个贯通孔，以电路元器件的上下侧电极端子朝向厚度方向的方式将电路元器件插入整个贯通孔或贯通孔的一部分中；内部过孔形成工序，在第2绝缘基板的原材料的厚度方向上形成1个或多个第1过孔，并将第1导电性组成物填充至第1过孔中，形成第1内部过孔；以及层叠加压加热工序，将分别形成有第1内部过孔的第2绝缘基板的原材料配置于插入有电路元器件的第1绝缘基板的原材料的两个面上，并在第2绝缘基板的原材料的外侧面分别配置并层叠布线构件，然后进行加压及加热，所述第1绝缘基板是以环氧树脂为主要成分的预浸渍材料。该技术方案利用以热固化性的环氧树脂为主要成分的预浸渍材料等进一步提高了电连接可靠性。
CN217217000A公开了一种陶瓷高密度线路板。所述陶瓷高密度线路板包括陶瓷基板，陶瓷基板的上下两端均设有线路层，陶瓷基板的侧壁固定插接有多个纵向铝合金柱，陶瓷基板的内部位于相邻两个纵向铝合金柱之间的位置均固定设有一组横向铝合金柱，每个纵向铝合金柱的内部及每个横向铝合金柱的内部均为中空设置，每个横向铝合金柱的柱端均与相邻纵向铝合金柱的内部呈固定连通设置，陶瓷基板异侧的两端均固定连接有安装侧板。该技术方案提供的陶瓷高密度线路板可以根据实际安装孔洞位置进行微调，降低加工误差带来的影响。
由于不同应用领域的服务环境各不相同，这对电路元器件的稳定性和可靠性提出了更高的要求，电路元器件不同组分由于热膨胀系数的差异产生的应力会使器件界面处产生成微裂纹和翘曲，导致可靠性和稳定性难以得到保障；相对于传统的硅芯层材料，玻璃原料价格便宜，能够有效降低电路元器件产品成本，因此使用玻璃芯层取代硅芯层也是未来技术发展趋势，但是玻璃芯层存在加工困难，容易断裂的问题，导致应用受限制。
因此，如何有效使用玻璃芯层进行加工，减少加工过程中的损坏现象，得到玻璃基电路元器件，同时避免电路元器件因为不同材料热膨胀系数差异过大导致的形变翘曲，保证生产良率，已成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法和应用。本发明通过激光处理工艺处理绝缘介质层和玻璃基板，同时在玻璃基板上形成激光诱导区域，随后通过腐蚀处理形成通孔。本发明中只需进行单次激光处理，一步到位直接形成通孔，制备得到了性能优异、良率较高的玻璃基电路元器件。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种玻璃基电路元器件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层依次进行沾污处理和腐蚀处理，得到带通孔的复合层；
(3)在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面设置种子金属层后，进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域设置电路图形，并在通孔内填充金属，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)2～10次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件。
本发明采用玻璃基板替换传统的硅基板或陶瓷基板，玻璃基板的介电性能优异，能够有效减小了信号之间的串扰与损耗，对于高频信号的传输具有很大优势，同时玻璃的热膨胀系数小，热稳定性好，不容易发生翘曲，能够有效提高产品良率；另外玻璃原料价格便宜，能够有效降低电路元器件产品成本。
本发明通过激光处理工艺处理绝缘介质层和玻璃基板，同时在玻璃基板上形成激光诱导区域，随后通过腐蚀处理形成通孔。本发明中只需进行单次激光处理，一步到位直接形成通孔，制备得到了性能优异、良率较高的玻璃基电路元器件。
本发明中，上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板采用如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
在玻璃基板上下表面分别压合绝缘介质层，得到上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板。
优选地，所述压合的方法为真空压膜。
优选地，所述压合的温度为150℃～200℃，例如可以是150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃等。
优选地，所述压合的压力为0.1MPa～10MPa，例如可以是0.1MPa、0.2MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa或10MPa等。
本发明中，对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，形成盲孔。
同时需要说明的是，本发明中通孔的尺寸为10μm～100μm，例如可以是10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。
以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。
作为本发明的优选技术方案，所述激光处理的方法包括：使用红外皮秒激光进行处理。
优选地，所述激光处理的激光能量为100μj～1000μj，例如可以是100μj、200μj、300μj、400μj、500μj、600μj、700μj、800μj、900μj或1000μj等。
本发明中，通过控制激光能量在特定的范围内，即可去除部分绝缘介质层，形成盲孔，又可在玻璃基板上形成激光诱导区域，便于后续腐蚀处理去除激光诱导区域的玻璃基板，形成通孔。若激光能量过小，则激光诱导区域无法有效形成，后续难以通过腐蚀处理获得通孔；若激光能量过大，则激光诱导区域可能蔓延到玻璃基板的临近区域，导致腐蚀处理后容易产生裂纹。
优选地，所述激光处理的激光重复频率为100KHz～300KHz，例如可以是100KHz、120KHz、140KHz、160KHz、180KHz、200KHz、220KHz、240KHz、260KHz、280KHz或300KHz等。
本发明中通过控制激光重复频率在特定的范围内，即可便于形成通孔，又不会使玻璃基板产生裂纹。若激光能量重复频率过低，则不能形成明显的激光诱导区域，导致后续通孔的制备收到阻碍；若激光重复频率过高，则容易在玻璃基板上产生裂纹，不利于后续加工使用。
作为本发明的优选技术方案，所述沾污处理包括蓬松处理、氧化处理和中和处理。
优选地，所述蓬松处理的方法为使用蓬松液进行浸渍处理。
优选地，所述蓬松处理的温度为30～90℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等。
优选地，所述蓬松处理的时间为1min～20min，例如可以是1min、2min、4min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min或20min等。
优选地，所述氧化处理的方法为使用氧化剂进行浸渍处理。
优选地，所述氧化处理的温度为60～100℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等。
优选地，所述蓬松处理的时间为10min～30min，例如可以是10min、12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min、28min或30min等。
优选地，所述中和处理方法为使用中和液进行浸渍处理。
优选地，所述中和处理的温度为30～80℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等。
优选地，所述中和处理的时间为5min～30min，例如可以是5min、7min、10min、12min、15min、18min、20min、24min、25min、27min或30min等。
需要说明的是，本发明中对于蓬松液、氧化剂和中和剂的选择没有任何特殊的限制，本领域常用的蓬松液、氧化剂和中和剂均适用，示例性地，所述膨松液可选用安美特公司(ATOTECH)制备的“Swelling Dip Securiganth P”、“Swelling Dip Securiganth SBU”等膨松液；氧化剂可选用安美特公司(ATOTECH)制备的“Concentrate Compact CP”、“Dosing Solution Securiganth P”等碱性高锰酸溶液；中和剂可选用安美特公司(ATOTECH)制备的“Reduction Solution Securiganth P”。
作为本发明的优选技术方案，所述腐蚀处理的方法为使用氢氟酸刻蚀液进行刻蚀。
优选地，所述氢氟酸刻蚀液中氢氟酸的质量百分含量为1％～40％，例如可以是1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％等。
优选地，所述刻蚀的时间为50min～200min，例如可以是5min、10min、20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min、180min或200min等。
本发明直接通过激光处理工艺处理绝缘介质层和玻璃基板，同时在玻璃基板上形成激光诱导区域，随后通过刻蚀液腐蚀工艺，只需进行单次激光处理，即可一步到位直接形成通孔，节省工序；同时刻蚀液中含有氢氟酸，不仅能刻蚀玻璃基板的激光诱导区域，形成通孔，还能够刻蚀部分绝缘介质层中的无机填料，增加与电路层的结合力，提高产品良率。
作为本发明的优选技术方案，所述种子金属层的厚度为0.3μm～1μm，例如可以是0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm等。
优选地，所述种子金属层中的金属选自铜、铝、金、银、钨、钛或钴中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述种子金属层的制备方法包括：通过电镀和/或溅射在带通孔的复合层的表面制备种子金属层。
需要说明的是，种子金属层完全覆盖带通孔的复合层所有裸露的外表面。
优选地，所述电镀的温度为25～35℃，例如可以是25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃等。
优选地，所述电镀的时间为20min～30min，例如可以是20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min等。
优选地，所述溅射的电流为20A～30A，例如可以是20A、21A、22A、23A、24A、25A、26A、27A、28A、29A或30A等。
优选地，所述溅射使用的气体选自四氟化碳、氩气、三氟化氮或氮气中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述图形电镀掩膜的方法为经光刻处理形成图形电镀掩膜。
作为本发明的优选技术方案，所述电路图形的制备方法包括：采用电镀和/或溅射进行制备。
优选地，所述电镀的温度为30～35℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃等。
优选地，所述电镀的时间为60min～240min，例如可以是60min、80min、100min、120min、150min、180min、200min、220min或240min等。
优选地，所述电镀得到的电路图形的厚度为2μm～30μm，例如可以是2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、23μm、25μm、29μm或30μm等。
优选地，所述电镀得到的电路图形的布线间距为8μm～20μm，例如可以是8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等。
优选地，所述溅射的电流为30A～50A，例如可以是30A、32A、34A、36A、38A、40A、42A、44A、46A、48A或50A等。
优选地，所述溅射采用的气体选自四氟化碳、氩气、三氟化氮或氮气中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述溅射采用的金属选自铜、铝、金、银、钨、钛、钴中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述溅射得到的电路图形的厚度为10μm～30μm，例如可以是10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm或30μm等。
优选地，所述溅射得到的电路图形的布线间距为20μm～40μm，例如可以是20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm、或40μm等。
作为本发明的优选技术方案，所述保护层的材料选自NiAu、NiPdAu、OSP、Sn中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述保护层的厚度为10μm～50μm，例如可以是10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
作为本发明的优选技术方案，所述玻璃基板的热膨胀系数＜10ppm·K-1，例如可以是1ppm·K-1、2ppm·K-1、3ppm·K-1、4ppm·K-1、5ppm·K-1、6ppm·K-1、7ppm·K-1、8ppm·K-1或9ppm·K-1等。
优选地，所述玻璃基板的厚度为50μm～200μm，例如可以是50μm、70μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm或200μm等。
优选地，所述绝缘介质层的热膨胀系数＜15ppm·K-1，例如可以是1ppm·K-1、2ppm·K-1、5ppm·K-1、6ppm·K-1、8ppm·K-1、10ppm·K-1、12ppm·K-1或14ppm·K-1等。
优选地，所述绝缘介质层的厚度为10μm～100μm，例如可以是10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。
本发明通过选用热膨胀系数低且接近的玻璃基板和绝缘介质层，避免材料在环境温度变化过程中的热膨胀将导致巨大的尺寸变化以及部件失效，有效提升器件的精度和使用寿命。
需要说明的是，本发明中所述绝缘介质层可选自绝缘胶膜、绝缘介质胶膜、增层胶膜或ABF膜中的任意一种；本发明中对于上述高分子聚合物膜的具体组分和制备工艺不做任何特殊限定，示例性的，绝缘介质胶膜可根据CN110591591A制备得到，绝缘胶膜可根据CN113088039A、CN113831875A、CN114181652A或CN114231221A制备得到，ABF膜可由日本味之素购买得到，也可以使用与ABF膜具有类似特性的材料，如日本积水化学的胶膜产品、日本太阳油墨的胶膜产品、中国生产的NBF胶膜等。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)在温度为150℃～200℃、压力为0.1MPa～10MPa的条件下，在玻璃基板上下表面分别压合绝缘介质层，得到上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板；
在激光能量为100μj～1000μj、激光重复频率为100KHz～300KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，形成盲孔，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在30～90℃下，使用蓬松液进行浸渍处理1min～20min后，在60～100℃下，使用氧化剂进行浸渍处理10min～30min，在30～80℃下，使用中和液进行浸渍处理5min～30min后，使用氢氟酸质量百分含量为1％～40％的氢氟酸刻蚀液进行刻蚀50min～200min，去除激光诱导区域的玻璃基板，得到带通孔的复合层；
(3)在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面通过电镀和/或溅射在带通孔的复合层的表面制备种子金属层后，经光刻处理进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域采用电镀和/或溅射进行制备电路图形，并在通孔内填充金属，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)2～10次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件；
其中，所述玻璃基板的热膨胀系数＜10ppm·K-1，厚度为50μm～200μm；
所述绝缘介质层的热膨胀系数＜15ppm·K-1，厚度为10μm～100μm。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的制备方法制备得到的玻璃基电路元器件。
第三方面，本发明提供一种如第二方面所述的玻璃基电路元器件的应用，所述玻璃基电路元器件用于制备延展片、MiniLED、LED高清显示模组、无源器件，生物医疗器械电子器件。
相比于传统FR4材料制备得到的电路元器件，所述玻璃基电路元器件具有成本低，散热良好、产品合格率高的优势。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的玻璃基板介电性能优异，能够有效减小了信号之间的串扰与损耗，对于高频信号的传输具有很大优势，同时玻璃的热膨胀系数小，热稳定性好，不容易发生翘曲，其翘曲高度较低为0.1mm，能够有效提高产品良率，且玻璃原料价格便宜，能有效降低电路元器件产品成本。
(2)本发明选用热膨胀系数低且接近的玻璃基板和绝缘介质层，避免材料在环境温度变化过程中的热膨胀将导致巨大的尺寸变化以及部件失效，经绝缘可靠性测试，可知其绝缘可靠性较好，有效提升器件的精度和使用寿命。
(3)本发明直接通过激光处理工艺处理绝缘介质层和玻璃基板，在玻璃基板形成激光诱导区域，随后通过刻蚀液腐蚀工艺，只需进行单次激光处理，即可一步到位直接形成通孔，节省工序；同时刻蚀液中含有氢氟酸，能够刻蚀部分绝缘介质层中的无机填料，提高与电路层的结合力，设置有第一电路层的复合层的铜剥离强度为0.50～0.55N/cm，绝缘介质层剥离强度为8.0N/cm，降低产品报废率。
附图说明
图1是本发明实施例1步骤(1)提供的上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板的结构示意图；
图2是本发明实施例1步骤(1)提供的经激光处理的复合层的结构示意图；
图3是本发明实施例1步骤(2)提供的带通孔的复合层的结构示意图；
图4是本发明实施例1步骤(3)提供的在带通孔的复合层的表面制备种子金属层的结构示意图；
图5是本发明实施例1步骤(3)提供的在带通孔的复合层的表面进行图形电镀掩膜后的结构示意图；
图6是本发明实施例1步骤(4)提供的形成第一电路层后的结构示意图；
图7是本发明实施例1步骤(4)提供的设置有第一电路层的复合层去除图形电镀掩膜后的结构示意图；
图8是本发明实施例1步骤(4)提供的设置有第一电路层的复合层的结构示意图；
图9是本发明实施例1步骤(5)提供的在设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘层的结构示意图；
图10是本发明实施例1步骤(5)提供的在设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘层和第二电路层的结构示意图；
图11是本发明实施例1步骤(6)提供的多层线路板的结构示意图；
图12是本发明实施例1步骤(7)提供的玻璃基电路元器件的结构示意图；
图13是本发明实施例6提供的玻璃基电路元器件的结构示意图；
其中，1-玻璃基板，2-绝缘介质层，3-盲孔，4-激光诱导区域，5-通孔，6-种子金属层，7-图形电镀掩膜，8-第一电路层，81-电路图形，9-第二电路层，10-保护层，11-带电路层的玻璃基板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
下述实施例和对比例中部分组分来源如下所述：
玻璃基板：康宁公司(Corning)的产品“Eagle 2000”、“Eagle XG”；
绝缘介质层：日本味之素ABF膜“GL102”、绝缘胶膜Ⅰ根据CN113088039A制备得到；绝缘胶膜Ⅱ根据CN114231221A制备得到；
蓬松液：安美特公司(ATOTECH)的产品“Swelling Dip Securiganth P”、“Swelling Dip Securiganth SBU”；
氧化剂：安美特公司(ATOTECH)的产品“Concentrate Compact CP”、“DosingSolution Securiganth P”；
中和液：安美特公司(ATOTECH)的产品“Reduction Solution Securiganth P”。
实施例1
本实施例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，所述制备方法如下：
(1)在温度为180℃、压力为5MPa的条件下，在玻璃基板1(康宁公司的“Eagle2000”)上下表面分别压合绝缘介质层2(绝缘胶膜Ⅰ)，得到上下表面均设置有绝缘介质层2的玻璃基板1(其结构示意图如图1所示)；
在激光能量为500μj、激光重复频率为200KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层2的玻璃基板1进行激光处理，去除部分绝缘介质层2，形成盲孔3，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区4，得到经激光处理的复合层(其结构示意图如图2所示)；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在70℃下，使用蓬松液进行浸渍处理10min后，在80℃下，使用氧化剂进行浸渍处理20min，在50℃下，使用中和液进行浸渍处理20min后，使用氢氟酸质量百分含量为20％的氢氟酸刻蚀液进行刻蚀100min，去除激光诱导区域4的玻璃基板，得到带通孔5的复合层(其结构示意图如图3所示)；
(3)在30℃下，在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面，电镀25min,得到厚度为0.5μm种子金属层6(其结构示意图如图4所示)，经光刻处理进行图形电镀掩膜7，所述图形电镀掩膜7覆盖部分种子金属层6，且未覆盖所述通孔5(其结构示意图如图5所示)；
(4)在电流为40A，气体为四氟化碳的条件下，在未被图形电镀掩膜7覆盖的种子金属层6的区域溅射金属铜，得到厚度为20μm、布线间距为30μm的电路图形81，并在通孔内填充铜，通孔内的金属与电路图形81连接，形成第一电路层8(其结构示意图如图6所示)，去除图形电镀掩膜7(其结构示意图如图7所示)以及被图形电镀掩7膜覆盖的种子金属层6，得到设置有第一电路层的复合层(其结构示意图如图8所示)；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层2(其结构示意图如图9所示)，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层9(其结构示意图如图10所示)；
(6)重复步骤(5)2次，得到多层线路板(其结构示意图如图11所示)；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层10，得到所述玻璃基电路元器件(其结构示意图如图12所示)，保护层10的材料为NiAu，厚度为30μm；
其中，所述玻璃基板1的热膨胀系数为9ppm·K-1，厚度为100μm；
所述绝缘介质层2的热膨胀系数为14ppm·K-1，厚度为40μm。
实施例2
本实施例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，所述制备方法如下：
(1)在温度为150℃、压力为10MPa的条件下，在玻璃基板(康宁公司的产品“EagleXG”)上下表面分别压合绝缘介质层(绝缘胶膜Ⅱ)，得到上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板；
在激光能量为100μj、激光重复频率为100KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在90℃下，使用蓬松液进行浸渍处理5min后，在100℃下，使用氧化剂进行浸渍处理10min，在80℃下，使用中和液进行浸渍处理5min后，使用氢氟酸质量分数为20％的氢氟酸刻蚀液进行刻蚀100min，去除激光诱导区域的玻璃基板，得到带通孔的复合层；
(3)在溅射的电流为25A、气体为四氟化碳的条件下，在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面溅射金属铜，在带通孔的复合层的表面得到厚度为0.3μm的种子金属层后，经光刻处理进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在温度为35℃条件下，在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域，电镀180min制备得到厚度为20μm、布线间距为15μm的电路图形，并在通孔内填充铜，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)5次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件；
其中，所述玻璃基板的热膨胀系数为8ppm·K-1，厚度为50μm；
所述绝缘介质层的热膨胀系数为10ppm·K-1，厚度为10μm。
实施例3
本实施例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，所述制备方法如下：
(1)在温度为200℃、压力为1MPa的条件下，在玻璃基板康宁公司的“Eagle2000”上下表面分别压合绝缘介质层(日本味之素的ABF膜“GL102”)，得到上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板；
在激光能量为1000μj、激光重复频率为300KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在30℃下，使用蓬松液进行浸渍处理20min后，在60℃下，使用氧化剂进行浸渍处理30min，在30℃下，使用中和液进行浸渍处理30min后，使用氢氟酸质量分数为20％的氢氟酸刻蚀液进行刻蚀120min，去除激光诱导区域的玻璃基板，得到带通孔的复合层；
(3)在30℃下，在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面，电镀25min,在带通孔的复合层的表面制备厚度为0.5μm种子金属层，经光刻处理进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在温度为30℃条件下，在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域，电镀200min制备得到厚度为24μm、布线间距为10μm的电路图形，并在通孔内填充金属铜和钛，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)10次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件；
其中，所述玻璃基板的热膨胀系数为9ppm·K-1，厚度为200μm；
所述绝缘介质层的热膨胀系数为14ppm·K-1，厚度为100μm。
实施例4
本实施例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述激光能量为0.5μj，其他条件与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述激光能量为1100μj，其他条件与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，所述玻璃基板电路元器件的结构示意图如图13所示，所述制备方法如下：
(1)针对玻璃基板(康宁公司的产品“Eagle XG”)使用超快激光技术，得到深宽比为50:1的TGV玻璃通孔，再采用Sputter工艺形成线路层，得到带线路层的玻璃基板11，并在带线路层的玻璃基板11上下表面分别压合绝缘介质层2(绝缘胶膜Ⅱ)；
在激光能量为100μj、激光重复频率为100KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层2的带线路层的玻璃基板11进行激光处理，去除部分绝缘介质层2，同时在所述带线路层的玻璃基板11上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在90℃下，使用蓬松液进行浸渍处理5min后，在100℃下，使用氧化剂进行浸渍处理10min，在80℃下，使用中和液进行浸渍处理5min后，使用氢氟酸质量分数为20％的氢氟酸刻蚀液进行刻蚀100min，去除激光诱导区域的玻璃基板，得到带通孔的复合层；
(3)在溅射的电流为25A、气体为四氟化碳的条件下，在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面溅射金属铜，在带通孔的复合层的表面得到厚度为0.3μm的种子金属层后，经光刻处理进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在温度为35℃条件下，在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域，电镀180min制备得到厚度为20μm、布线间距为15μm的电路图形，并在通孔内填充铜，通孔内的金属与电路图形81连接，形成第一电路层8，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层8的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层8的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层2，通过半加成法在绝缘介质层2远离复合层的一侧设置第二电路层9；
(6)重复步骤(5)3次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层10，得到所述玻璃基电路元器件；
其中，所述玻璃基板的热膨胀系数为8ppm·K-1，厚度为50μm；
所述绝缘介质层2的热膨胀系数为10ppm·K-1，厚度为10μm。
对比例1
本对比例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，所述制备方法如下：
(1)在温度为180℃、压力为5MPa的条件下，在玻璃基板(康宁公司的“Eagle2000”)上下表面分别压合绝缘介质层(绝缘胶膜Ⅰ)，得到上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板；
在激光能量为500μj、激光重复频率为200KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，形成盲孔，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在激光能量为5000μj、激光重复频率为1000KHz的条件下，使用红外皮秒激光对激光诱导区进行加工，去除激光诱导区域的玻璃基板，得到带通孔的复合层；
(3)在30℃下，在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面，电镀25min,得到厚度为0.5μm种子金属层，经光刻处理进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在电流为40A，气体为四氟化碳的条件下，在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域溅射金属铜，得到厚度为20μm、布线间距为30μm的电路图形，并在通孔内填充铜，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)2次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件；
其中，所述玻璃基板1的热膨胀系数为9ppm·K-1，厚度为100μm；
所述绝缘介质层2的热膨胀系数为14ppm·K-1，厚度为40μm。
对比例2
本对比例提供一种玻璃基电路元器件及其制备方法，所述制备方法如下：
(1)在温度为200℃、压力为1MPa的条件下，在玻璃基板康宁公司的“Eagle2000”上下表面分别压合绝缘介质层(日本味之素的ABF膜“GX92”)，得到上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板；
在激光能量为1000μj、激光重复频率为300KHz的条件下，使用红外皮秒激光对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层，在30℃下，使用蓬松液进行浸渍处理20min后，在60℃下，使用氧化剂进行浸渍处理30min，在30℃下，使用中和液进行浸渍处理30min后，使用氢氟酸质量分数为20％的氢氟酸刻蚀液进行刻蚀120min，去除激光诱导区域的玻璃基板，得到带通孔的复合层；
(3)在30℃下，在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面，电镀25min,在带通孔的复合层的表面制备厚度为0.5μm种子金属层，经光刻处理进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在温度为30℃条件下，在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域，电镀200min制备得到厚度为24μm、布线间距为10μm的电路图形，并在通孔内填充金属铜和钛，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)10次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件；
其中，所述玻璃基板的热膨胀系数为9ppm·K-1，厚度为200μm；
所述绝缘介质层的热膨胀系数为35ppm·K-1，厚度为100μm。
对上述实施例和对比例提供的玻璃基电路元器件的性能进行测试，测试方法如下：
剥离强度：将设置有第一电路层的复合层在150℃的条件下烘烤120min，得到评价用基板；评价方法为：(Ⅰ)使用抗剥离强度测试仪(广东鼎麓“RAY-BL01”)测试评价用基板的金属剥离强度，在铜层上切出宽度10mm、长度100mm的矩形切痕，将该矩形金属层一端剥离并用抗剥离强度测试仪的夹具夹持，以500mm/min的速率沿垂直方向剥下前述矩形部分，记录对应负荷(N/cm)；(Ⅱ)使用抗剥离强度测试仪(广东鼎麓“RAY-BL01”)测试评价用基板的绝缘介质层剥离强度，在绝缘介质层连同铜层上切出宽度10mm、长度100mm的矩形切痕，将该矩形一端剥离并用抗剥离强度测试仪的夹具夹持，以500mm/min的速率沿垂直方向剥下前述矩形部分，记录对应负荷(N/cm)。
翘曲高度评价：将玻璃基电路元器件制备成300×300mm的样品，在平整的大理石台面水平放置，观察翘曲的最高值，单位为mm。
绝缘可靠性：将玻璃基电路元器件进行HAST实验，评估绝缘可靠性评估基板使用寿命，具体如下：将基板制备成直径为10mm的圆形，利用电化学迁移测试仪(electrochemical migration tester)(J-RAS公司制“ECM-100”)，测定在130℃、85％相对湿度、3.3V直流电压施加的条件下、经过200小时的绝缘电阻值。进行6次该测定，将6个试片的绝缘电阻值全部为107Ω以上的情况评价为“○”，将有1个以上低于107Ω的情况评价为“×”。
上述实施例和对比例提供的玻璃基电路元器件的性能测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0004125146130000221
由上表可知，本发明采用玻璃基板作为芯板，并采用激光处理工艺处理绝缘介质层和玻璃基板，在玻璃基板上形成激光诱导区域，随后通过刻蚀液腐蚀工艺，只需进行单次激光处理，即可一步到位直接形成通孔，节省工序，同时通过控制激光能量在特定的范围内，选用热膨胀系数低且接近的玻璃基板和绝缘介质层，制备得到的玻璃基电路元器件不良率较低，其翘曲高度较低为0.1mm，设置有第一电路层的复合层的金属剥离强度为0.50～0.55N/cm，绝缘介质层剥离强度为8.0N/cm，经绝缘可靠性测试，可知其绝缘可靠性较好。
与实施例1相比，若激光能量过低(实施例4)，则制备得到的玻璃基电路元器件无法形成通孔；若激光能量过高(实施例5)，则制备得到的玻璃基电路元器件的翘曲高度较高，铜剥离强度较低，绝缘可靠性较差。
与实施例1相比，若采用激光打孔的方法对玻璃基板进行打孔且未使用氢氟酸刻蚀液对与玻璃基板相贴合的绝缘介质层进行刻蚀(对比例1)，则制备得到的玻璃基电路元器件的翘曲高度较高，铜剥离强度较低，绝缘可靠性较差；若用激光打孔的方法对玻璃基板进行打孔且使用氢氟酸刻蚀液对与玻璃基板相贴合的绝缘介质层进行刻蚀(对比例2)，则制备得到的玻璃基电路元器件翘曲高度较高，绝缘可靠性较差。
综上所述，本发明采用玻璃基板作为芯板，并采用激光处理工艺处理绝缘介质层和玻璃基板，在玻璃基板上形成激光诱导区域，随后通过刻蚀液腐蚀工艺，只需进行单次激光处理，即可一步到位直接形成通孔，节省工序，同时通过控制激光能量在特定的范围内，选用热膨胀系数低且接近的玻璃基板和绝缘介质层，提高了玻璃基电路元器件的绝缘可靠性，降低了不良率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程和详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细工艺流程和详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程和详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃基电路元器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)对上下表面均设置有绝缘介质层的玻璃基板进行激光处理，去除部分绝缘介质层，同时在所述玻璃基板上形成激光诱导区域，得到经激光处理的复合层；
(2)对步骤(1)得到的经激光处理的复合层依次进行沾污处理和腐蚀处理，得到带通孔的复合层；
(3)在步骤(2)得到的带通孔的复合层的表面设置种子金属层后，进行图形电镀掩膜，所述图形电镀掩膜覆盖部分种子金属层，且未覆盖所述通孔；
(4)在未被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层的区域设置电路图形，并在通孔内填充金属，通孔内的金属与电路图形连接，形成第一电路层，去除图形电镀掩膜以及被图形电镀掩膜覆盖的种子金属层，得到设置有第一电路层的复合层；
(5)在步骤(4)得到的设置有第一电路层的复合层的上下表面分别设置绝缘介质层，通过半加成法在绝缘介质层远离复合层的一侧设置第二电路层；
(6)重复步骤(5)2～10次，得到多层线路板；
(7)在步骤(6)得到的多层线路板的上下表面分别设置保护层，得到所述玻璃基电路元器件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光处理的方法包括：使用红外皮秒激光进行处理；
优选地，所述激光处理的激光能量为100μj～1000μj；
优选地，所述激光处理的激光重复频率为100KHz～300KHz。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述沾污处理包括蓬松处理、氧化处理和中和处理；
优选地，所述蓬松处理的方法为使用蓬松液进行浸渍处理；
优选地，所述蓬松处理的温度为30～90℃；
优选地，所述蓬松处理的时间为1min～20min；
优选地，所述氧化处理的方法为使用氧化剂进行浸渍处理；
优选地，所述蓬松处理的温度为60～100℃；
优选地，所述蓬松处理的时间为10min～30min；
优选地，所述中和处理方法为使用中和液进行浸渍处理；
优选地，所述中和处理的温度为30～80℃；
优选地，所述中和处理的时间为5min～30min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀处理的方法为使用氢氟酸刻蚀液进行刻蚀；
优选地，所述氢氟酸刻蚀液中氢氟酸的质量百分含量为1％～40％；
优选地，所述刻蚀的时间为50min～200min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述种子金属层的厚度为0.3μm～1μm；
优选地，所述种子金属层中的金属选自铜、铝、金、银、钨、钛或钴中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述种子金属层的制备方法包括：通过电镀和/或溅射在带通孔的复合层的表面制备种子金属层；
优选地，所述电镀的温度为25～35℃；
优选地，所述电镀的时间为20min～30min；
优选地，所述溅射的电流为20A～30A；
优选地，所述溅射使用的气体选自四氟化碳、氩气、三氟化氮或氮气中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述图形电镀掩膜的方法为经光刻处理形成图形电镀掩膜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电路图形的制备方法包括：采用电镀和/或溅射进行制备；
优选地，所述电镀的温度为30～35℃；
优选地，所述电镀的时间为60min～240min；
优选地，所述电镀得到的电路图形的厚度为2μm～30μm；
优选地，所述电镀得到的电路图形的布线间距为8μm～20μm；
优选地，所述溅射的电流为30A～50A；
优选地，所述溅射采用的气体选自四氟化碳、氩气、三氟化氮或氮气中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溅射采用的金属选自铜、铝、金、银、钨、钛、钴中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溅射得到的电路图形的厚度为10μm～30μm；
优选地，所述溅射得到的电路图形的布线间距为20μm～40μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保护层的材料选自NiAu、NiPdAu、OSP、Sn中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述保护层的厚度为10μm～50μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃基板的热膨胀系数＜10ppm·K-1；
优选地，所述玻璃基板的厚度为50μm～200μm；
优选地，所述绝缘介质层的热膨胀系数＜15ppm·K-1；
优选地，所述绝缘介质层的厚度为10μm～100μm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的玻璃基电路元器件。
10.一种如权利要求9所述的玻璃基电路元器件的应用，其特征在于，所述玻璃基电路元器件用于制备延展片、MiniLED、LED高清显示模组、无源器件生物医疗器械电子器件。
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CN118380329A (zh) * 2024-04-10 2024-07-23 通芯微半导体(南通)有限公司 一种改善型玻璃基载板的加工方法

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CN118366867A (zh) * 2024-03-28 2024-07-19 通芯微半导体(南通)有限公司 一种成孔效果好的玻璃基载板的加工方法
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