СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБКОЙ МИКРОПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ Российский патент 2015 года по МПК H05K3/46 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 [1]. 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.

Недостатком такого способа является то, что печатные платы на стеклотекстолите не обладают гибкостью и ломаются при изгибе. Известен способ получения плат на металлической основе, заключающийся в последовательном нанесении на металлическую пластину диэлектрического оксидохромового и электропроводящего металлического никелевого покрытия [2].

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.

Известен способ, состоящий из последовательного нанесения на металлическую пластину методом термораспада алюминиевого металлорезестивного покрытия 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 металлорезестивным покрытием путем растворения алюминиевого слоя [3].

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 гибкой микропечатной платы, состоящем из последовательного нанесения на пластину термораспадом металлорезестивных никелевого или кобальтового покрытия и электропроводящего медного или молибденового, получения путем фотолитографии рисунка электропроводящей схемы с последующим покрытием полимерной пленкой и отделением полученной гибкой микропечатной платы от пластины, 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, после нанесения покрытий проводится фотолитография, после покрывается слоем полимера, затем растворяют пленку двуокиси кремния с последующим отслоением кремниевой пластины и последующим отделением полимерной пленки с электропроводящей схемой и металлорезестивным 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 растворение пленки двуокиси кремния с последующим отслоением кремниевой пластины и последующим отделением полимерной пленки с электропроводящей схемой и металлорезестивным покрытием. В настоящее время ряд фирм, а это Wafer World 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 методы микроэлектронной технологии, 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, плазмохимическую и ионно-плазменную избирательную обработку 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 - 100-110 мм.

Применение стеклянных фотошаблонов, определяющих уровень прецизионности элементов микропечатных гибких плат, позволяет воспроизводить элементы топологии с минимальными размерами - 25÷30 мкм. При этом используется позитивный 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 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 электронной схемой и полимерной пленкой помещают в раствор плавиковой кислоты - удаляют пленку двуокиси кремния. Происходит отслоение кремниевой пластины и образование гибкой печатной платы с электронной схемой 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, создание высокопрецизионных микропечатных плат, получение высокоплотного монтажа при ширине электропроводящих дорожек менее 50 мкм, сокращение технологического цикла и снижение 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. Патент РФ №2231939.

3. Патент РФ №2277764 (прототип).

Изобретение может быть использовано при изготовлении гибких микропечатных плат, применяемых при изготовлении вторичных преобразователей микромеханических акселерометров, микрогироскопов, интегральных датчиков давления. 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. Затем наносят покрытия. Проводят фотолитографию. Покрывают полученную электронную схему слоем полимера. Проводят растворение пленки двуокиси кремния с последующим отслоением кремниевой пластины. При этом образуется гибкая микропечатная плата на полимерной пленке.

Способ изготовления гибкой микропечатной платы, состоящий из последовательного нанесения на пластину термораспадом металлорезестивного - никелевого или кобальтового покрытия и электропроводящего - медного или молибденового, получения путем фотолитографии рисунка электропроводящей схемы с последующим покрытием полимерной пленкой и отделением полученной гибкой микропечатной платы от пластины, отличающийся тем, что 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, после нанесения покрытий проводится фотолитография, после покрывается слоем полимера, затем растворяют пленку двуокиси кремния с последующим отслоением кремниевой пластины и последующим отделением полимерной пленки с электропроводящей схемой и металлорезестивным покрытием.