СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБКОЙ МИКРОПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ Российский патент 2014 года по МПК H05K3/10 H05K3/22 

Изобретение относится к области приборостроения и радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких печатных плат, применяемых при изготовлении вторичных преобразователей микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления и других изделий.

Известен способ изготовления, заключающийся в изготовлении металлического рисунка на диэлектрической подложке путем избирательного вытравливания отдельных участков медной фольги, приклеенной на основу диэлектрика. Участки фольги, которые не должны вытравливаться и которые образуют нужный электропроводящий рисунок электронной схемы, защищаются от воздействия травильного раствора стойким к нему фоторезистом. После вытравливания и удаления слоя фоторезиста с проводящих дорожек получают рисунок электронной схемы [1].

Недостатком такого способа является то, что печатные платы на стеклотекстолите не обладают гибкостью и ломаются при изгибе.

Известен способ изготовления гибких плат на фторопластовых подложках. По этому способу металлическое покрытие на фторопластовой подложке получают методом плазмохимического осаждения β-кетоиминных комплексов меди и никеля, а затем гальванически наносят слой металлизации [2].

Недостатками данного способа является низкая адгезия покрытий, длительный процесс нанесения покрытий, состоящий из двух этапов нанесения тонкого проводящего слоя и последующее гальваническое наращиваниее проводящего слоя. Другим недостатком является низкая температура плавления фторопласта. Это ограничивает перечень металлоорганических соединений, применяемых для нанесения электропроводящих покрытий. Еще одним недостатком является наличие пор на гальванических покрытиях, заполненных водой, солями, воздухом.

Известен также способ получения плат на металлической основе, заключающийся из последовательного нанесения на металлическую пластину диэлектрического оксидохромового и электропроводящего металлического никелевого покрытия [3].

Недостатком этого способа является то, что сама основа является гибкой, однако при ее сгибании наблюдается отслоение и разрушение металлического никелевого, кобальтового покрытия, образующего электронную схему. Электропроводящие дорожки на плате, полученные таким способом покрыты защитным слоем металлорезиста только сверху, а боковые стороны оказываются незащищенными.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ, состоящий из последовательного нанесения на металлическую пластину термораспадом алюминиевого покрытия, металлорезистивного толщиной 4-5 мкм и электропроводящего медного или молибденового толщиной 20-30 мкм. Затем путем фотолитографии получают рисунок электронной схемы и покрывают его слоем полимера толщиной 80-100 мкм, после чего отделяют полимерную пленку с электронной схемой и металлорезистивным покрытием путем растворения алюминиевого слоя [4].

Недостатком этого способа является боковое подтравливание, а также невозможность получения электронной схемы с шириной дорожек менее 100 мкм.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение высокоплотного монтажа при ширине электропроводящих дорожек менее 50 мкм, сокращение технологического цикла.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления гибких микропечатных плат, состоящем из последовательного нанесения на пластину методом термораспада металлорезестивных никелевого или кобальтового покрытия и электропроводящего медного или молибденового, получения путем фотолитографии рисунка электропроводящей схемы, последующим покрытием полимерной пленкой и отделением полученной гибкой микропечатной платы от пластины, согласно изобретению, в качестве пластины используется тонкая 20-100 мкм пластина монокристаллического кремния диаметром 200-300 мм, <100> ориентации, предварительно окисленная с толщиной окисла 1-2 мкм, с последующим снятием окисла с одной стороны, затем после нанесения покрытий и проведения фотолитографии проводят вытравление кремниевой пластины с двуокисью кремния, и последующим отделением полимерной пленки с электропроводящей схемой и метеллорезестивным покрытием. Вместо металлической пластины используется монокристаллическая кремниевая пластина диаметром от 200 до 300 мм и толщиной 20-100 мкм ориентации <100>. Пластину предварительно окисляют до 1-2 мкм толщины окисла. Перед проведением операций нанесения покрытий с одной стороны пластины пленку окисла стравливают. Далее проводят операции нанесения покрытий и формирование рисунка микропечатной платы. Причем часть операций возможно проводить через маски, что увеличивает точность воспроизведения элементов электронной схемы, так как при этом отсутствуют операции нанесения фоторезиста, его проявления с последующим травлением через маску фоторезиста. В этом случае исключаются подтравы. Завершающим этапом является вытраливание кремниевой пластины и удаление двуокиси кремния с последующим отделением гибкой микропечатной платы с электронной схемой на полимерной пленке. В настоящее время ряд фирм, а это WaferWorld и Twin Creeks Technologies, выпускают тонкие кремниевые пластины от 20 мкм. Использование монокристаллических пластин кремния обусловлено тем, что исходя из требований создания микропечатных плат высокой плотности и прецизионности элементов топологии, целесообразно применять микроэлектронную технологию, которая включает: использование жидких фоторезистов, обладающих высокой чувствительностью, использование широкого арсенала способов нанесения фоторезиста на пластину (центрифуга, погружение, пульверизация), сочетание позитивных и негативных фоторезистов, экспонирование (возможно на зазоре) с применением колимированного пучка УФ излучения, применение стеклянных (в сочетании с пленочными) фотошаблонов, обеспечивающих высокую точность передачи изображения, плазмохимическая и ионно-плазменная избирательная обработка материалов. При нанесении фоторезиста на пластину методом свободного погружения и вытягивания с малой скоростью формируется пленка фоторезиста толщиной 1-3 мкм с минимальными напряжениями и дефектами. При сушке таких пленок не возникает заметных искажений плоскостности пластин. Возможна групповая обработка. Возможность сочетания в техпроцессе позитивного и негативного фоторезистов обеспечивает технологическую гибкость: при изготовлении фотошаблонов, при совмещении слоев, при применении кислотных или щелочных травителей. Процесс экспонирования тонких пленок фоторезиста выполняется на установках типа ЭМ-576 или ЭМ-565 с односторонним и двухсторонним экспонированием. Такие установки оборудованы оптической системой, обеспечивающей в зоне экспонирования строго параллельный пучок холодного УФ излучения. Диаметр светового пятна в зоне экспонирования - 0100-110 мм.

Применение стеклянных фотошаблонов, определяющих уровень прецизионности элементов микропечатных гибких плат позволяет воспроизводить элементы топологии с минимальными размерами - 25÷30 мкм. При этом используется позтивный фоторезист.

Создание межслойных переходов является наиболее трудоемким по числу и характеру технологических операций. Этап включает двухстороннюю фотопечать с локализацией переходов, травление меди в переходах с минимальным диаметром - 0 0,05 мм, травление сквозных отверстий в полиимиде (толщиной - 0,025 мм) и селективное гальваническое наращивание меди в межслойных переходах. Таким образом, в способе исключаются операции механической обработки, а это сокращает технологический цикл и даже снижает трудоемкость изделия. Так как все перечисленные операции выполняются с применением агрессивных кислотных и щелочных сред, был использован наиболее стойкий (особенно в щелочной среде) негативный фоторезист ФН-11С. Сквозное отверстие в полиимиде в результате травления увеличивается на размер толщины пленки полиимида (0,025 мм), а минимальный диаметр перехода зарастает до 0,01-0,015 мм. В результате формируется надежный межслойный переход. При формировании прецизионного микрорельефа более целесообразно применять позитивный фоторезист ФП-051К как имеющий повышенную фоточувствительность для достижения высокой прецизионности элементов. При этом за счет большей вязкости и толщины позитивный фоторезист надежно защищает сформированные межслойные переходы при травлении меди проводников. При формировании микрорельефа с малой шириной проводников следует предусматривать, чтобы каналы травления имели однородную ширину.

Способ осуществляется следующим образом. На предварительно окисленную кремниевую монокристаллическую пластину наносят фоторезист. Затем засвечивают одну сторону. С одной стороны снимают двуокись кремния. Далее проводят осаждение никелевого или кобальтового покрытия. На металлорезестивное покрытие наносят электропроводящее покрытие. Потом методом фотолитографии формируют рисунок электронной схемы. После чего полученную электронную схему покрывают тонким слоем полимера. Кремниевую пластину с двуокисью кремния с одной стороны, электронной схемой и полимерной пленкой помещают либо в раствор щелочи, либо гидразингидрата или аминопирокатехиновой смеси. В течение 10-20 мин (в зависимости от типа травителя) происходит растворение кремниевой пластины. Далее удаляют пленку двуокиси кремния. При этом образуется гибкая печатная плата, представляющая собой электронную схему на полимерной пленке.

Таким образом, изготовление и применение в готовых изделиях гибких микропечатных плат подтверждают продуктивность применения микроэлектронных технологий для производства гибких микропечатных полиимидных плат.

Экспериментальными результатами подтверждена возможность применения на всех технологических этапах интегральных способов обработки, созданию высокопрецизионных микропечатных плат, получения высокоплотного монтажа при ширине электропроводящих дорожек менее 50 мкм, сокращения технологического цикла и снижения общей трудоемкости изготовления плат. Возможно формировать, таким образом, электронные схемы на полимерной пленке площадью до 700 кв.см.

Источники информации

1. Федулова А А., Котова Е.А., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы. М.: Сов. Радио, 1977. С.248.

2. Додонов В.А., Захаров В.Р., Ростова Г.С., Титов В.А., Бусыгина О.А. Металлизация фторопласта с использованием осаждения в плазме ВЧ-разряда покрытий из β-кетоиминных комплексов меди и никеля. VI Всесоюзное совещание по применению МОС для получения неорганических покрытий и материалов: Тезисы докладов, г.Горький, 1991, с.137.

3. Патент РФ №2231939.

4. Патент РФ №2277764 (прототип).

Изобретение относится к области приборостроения и радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких микропечатных плат, применяемых при изготовлении вторичных преобразователей микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления и других изделий. Технический результат - получение высокоплотного монтажа при ширине электропроводящих дорожек менее 50 мкм, сокращение технологического цикла - достигается тем, что в способе изготовления гибкой микропечатной платы предварительно окисляют пластину монокристаллического кремния толщиной 20-100 мкм, диаметром 200-300 мм, <100> ориентации, предварительно окисленную до толщины окисла 1-2 мкм, с последующим снятием окисла с одной стороны, а после нанесения покрытий и проведения фотолитографии проводят вытравление кремниевой пластины с двуокисью кремния и последующим отделением полимерной пленки с электропроводящей схемой и металлорезестивным покрытием.

Способ изготовления гибкой микропечатной платы, состоящий из последовательного нанесения на пластину методом термораспада металлорезестивных никелевого или кобальтового покрытия и электропроводящего медного или молибденового, получение путем фотолитографии рисунка электропроводящей схемы с последующим покрытием полимерной пленкой и отделением полученной гибкой микропечатной платы от пластины, отличающийся тем, что предварительно окисляют пластину монокристаллического кремния толщиной 20-100 мкм, диаметром 200-300 мм, <100> ориентации, предварительно окисленную до толщины окисла 1-2 мкм, с последующим снятием окисла с одной стороны, а после нанесения покрытий и проведения фотолитографии проводят вытравление кремниевой пластины с двуокисью кремния и последующим отделением полимерной пленки с электропроводящей схемой и металлорезестивным покрытием.