探究改變電子元器件制造的Thick Film Lithography工藝技術(shù)（二）

作者：深圳市微納制造產(chǎn)業(yè)促進會

前文我們介紹了村田制作所貼片式電感的制造工藝——Thick Film Lithography，進而發(fā)現(xiàn)其在低溫共燒陶瓷（LTCC）領(lǐng)域的應(yīng)用。LTCC的燒結(jié)工序制約了鍍膜技術(shù)的使用，而Thick Film Lithography Process是目前發(fā)現(xiàn)的極少數(shù)適應(yīng)高溫燒結(jié)金屬化方式的高精度光刻量產(chǎn)工藝路線之一。

那么這項工藝技術(shù)有哪些優(yōu)勢，還有哪些應(yīng)用？我們不妨從它的技術(shù)原理和工藝流程開始探究。

“Thick Film Lithography”字面上直譯為“厚膜光刻”或“厚膜光蝕”。事實上，“厚膜光刻”雖然目前應(yīng)用的領(lǐng)域沒有達到廣泛普及的程度，只是應(yīng)用于業(yè)內(nèi)前沿產(chǎn)品，但也是業(yè)界熟知的工藝，早在上世紀末，該技術(shù)已有針對PDP的商業(yè)化應(yīng)用，國內(nèi)外已開始相關(guān)研究。

研究“厚膜光刻”，當然要從“厚膜”開始。

一、厚膜與薄膜技術(shù)

關(guān)于薄膜與厚膜技術(shù)的介紹與對比，我們在前文有詳細闡述（技術(shù)研究 | 薄膜與厚膜技術(shù)介紹與對比）。

表：厚膜技術(shù)與薄膜技術(shù)對比

總而言之，厚膜技術(shù)與薄膜技術(shù)在部分領(lǐng)域（例如：片式電阻）有一定的替代，但是厚膜技術(shù)由于成本、可靠性、高溫性能等方面的優(yōu)勢，在很多產(chǎn)品的制造及相關(guān)工藝中無可替代，另外LTCC及HTCC等多層共燒結(jié)工藝中，無法應(yīng)用薄膜技術(shù)。

二、厚膜技術(shù)的進化

隨著電子電氣行業(yè)微型化發(fā)展，要求厚膜電路組裝密度以及布線的密度不斷地提高，導(dǎo)體線條更細，線間距更窄。但由于絲網(wǎng)印刷的特性，一般無法實現(xiàn)小于50微米（2mil）的圖案，量產(chǎn)的實際水平多數(shù)在100um（4mil）以上。厚膜技術(shù)的高精度化，如何用厚膜技術(shù)實際50um（2mil）以下的超細布線，已成為極為關(guān)鍵的工藝技術(shù)進化節(jié)點。

為實現(xiàn)更高的精度，目前最常用的工藝分為三種：

1.采用高網(wǎng)孔率絲網(wǎng)。此工藝的線徑會更細、目數(shù)更高、絲網(wǎng)的開口率更高、細線不易斷線。

2.光刻或光致成圖技術(shù)。先燒結(jié)成膜，再光刻成圖工藝的材料通常有有機銀漿、薄印銀及無玻璃導(dǎo)體等；先光刻后成膜所采用的漿料因其具有光敏性，可以在經(jīng)過曝光、顯影后直接成圖，省去了光刻膠步驟，且能夠提高導(dǎo)體線條的精度。Thick Film Lithography就是此工藝，也是目前實際在規(guī)?；慨a(chǎn)的高精度厚膜燒結(jié)工藝技術(shù)。

3.微機控制的直接描繪技術(shù)。此技術(shù)主要是在CAD上進行設(shè)計，然后直接在基板上描出厚膜圖形，無需制版、制網(wǎng)，且該工藝下布線的線寬和間距可以精確控制，適合小批量和多品種的生產(chǎn)。

三、厚膜光刻技術(shù)

厚膜光刻技術(shù)是將光刻技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的厚膜工藝。與傳統(tǒng)的厚膜工藝相比，該技術(shù)使圖案能夠形成更精細的分辨、更高精度和平整性，并且與薄膜相比，可以達到同樣的封裝密度水平。

厚膜光刻主要有感光性漿料法和厚膜蝕刻法。

1.感光性漿料法

感光性電極漿料主要是由銀粉、感光性樹脂溶劑、粘合劑、分散劑、穩(wěn)定劑等按一定比例調(diào)和而成。工藝步驟是：

（1）用印刷法將漿料整板均勻地涂在基板上，干燥；

（2）用紫外光進行曝光；

（3）用堿性水溶液顯影；

（4）干燥、燒結(jié)。

這種工藝的特點是制作出的電極線質(zhì)量好，線寬可做到小于50um。是目前已知的實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的厚膜光刻技術(shù)工藝，也是村田用于生產(chǎn)LTCC器件及電感器小型化的關(guān)鍵工藝。

圖：感光性漿料法厚膜光刻

2.厚膜蝕刻法

這種方法與薄膜法幾乎一樣，只是將鍍膜換成了印刷燒結(jié)。用印刷法整板印上銀漿，燒結(jié)后涂上光刻膠，經(jīng)過曝光、顯影，形成抗蝕圖，然后用一定濃度的硝酸溶液將圖型外的材料腐蝕掉，最后去膠。由于銀漿是在燒結(jié)后進行刻蝕的，因而不存在圖形收縮問題，但整板燒結(jié)銀漿，將產(chǎn)生應(yīng)力；用濃硝酸作腐蝕液，環(huán)境污染大應(yīng)考慮。

圖：厚膜蝕刻法

四、厚膜光刻技術(shù)特點

1.技術(shù)優(yōu)勢

（1）高精度及高解析度

（2）極高的一致性

（3）優(yōu)異的高溫性工作性能

（4）制程簡單流程短可控度高

（5）有極高的工藝靈活更適用于少量多品類市場

（6）工藝成本低，建設(shè)投入小

2.需要優(yōu)化

在厚膜光刻工藝中對感光性漿料存在過度依賴，工藝能否實用化與相應(yīng)材料的性能不可分割。材料的配套能力影響應(yīng)用產(chǎn)品的商用化進程。

這項技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景如何，我們將在下篇文章闡述。

參考資料：

［1］陳秀敏。厚膜光刻工藝在PDP中的應(yīng)用［J］。光電子技術(shù)，2001，（01）：39-44.

［2］薄膜與厚膜技術(shù)介紹與對比http://www.folysky.com/p-article_detail/id-465.html