中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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從20世紀90年代起，電子微組裝進人了高速發(fā)展階段，在軍、民用戶端的產(chǎn)品微型化、小型化的需求推動下，混合集成電路也逐步往輕、薄、小的趨勢發(fā)展，而薄膜電路是電子微組裝中的重要電子元器件組成部分，薄膜電路絕大部分選用氧化鋁、氮化鋁等陶瓷作為襯底基材。
薄膜陶瓷基板（Thin Film Ceramic Substrate,TFC）一般采用濺射工藝直接在陶瓷基片表面沉積金屬層。如果輔助光刻、顯影、刻蝕等工藝，還可將金屬層圖形化制備成線路，由于濺射鍍膜沉積速度低(一般低于1um/h)。因此TFC基板表面金屬層厚度較小(一般小于1um)，可制備高圖形精度(線寬/線距小于10um)陶瓷基板，主要應用于激光與光通信領域小電流器件封裝。其主要的工藝流程為：研磨減薄、磁控濺射種子層、表面處理、圖形化、劃切。
1.研磨和拋光
元器件的小型化，也意味著襯底基材需要更高精度的減薄工藝加工，其中常見的減薄工藝是研磨和拋光，但兩者的加工目的不一樣，研磨是以厚度的大幅度減薄為目的，通常削薄的厚度超過數(shù)十微米，而拋光是以改善基片表面狀態(tài)為目的，即降低粗糙度為主，通常削薄的厚度只有幾微米。
1）陶瓷的表面狀態(tài)
陶瓷的表面狀態(tài)會影響薄膜電路金屬膜層與陶瓷之間的結合力，陶瓷的表面狀態(tài)分為即燒、研磨、拋光三種狀態(tài)：
圖 即燒型和研磨型陶瓷基板，來源：浙江正天
（1）即燒指的是陶瓷在高溫燒結后形成的表面狀態(tài)，特征是表面致密、連貫，一致性好，粗糙度小于0.1μm，薄膜電路的制作會優(yōu)先選擇即燒狀態(tài)，可以獲得良好的金屬與陶瓷之間的結合力；
（2）研磨指的是陶瓷在單面研磨或雙面研磨加工后的狀態(tài)，表面比較粗糙，呈波浪起伏狀態(tài)，粗糙度因加工的研磨液粒徑、成分差異比較大，一般大于0.1μm；
（3）拋光指的是陶瓷在即燒或研磨加工后，再次進行粗拋、精拋等工序，以獲得接近光亮鏡面、平滑的表面狀態(tài)，一般粗糙度小于0.05μm。
同種陶瓷粗糙度從大到小的表面狀態(tài)關系為：研磨>即燒>拋光。
2）單面研磨與雙面研磨
對于研磨工藝，加工后的厚度公差是判斷研磨工藝良莠的最重要的指標之一。陶瓷加工的目標厚度越大，精度越差，主流的標準是：陶瓷加工的厚度公差為厚度初始值的十分之一。按設備的加工方式和工作原理分類，分為單面研磨和雙面研磨兩大類。
（1）單面研磨的工作原理，是將陶瓷基片固定倒扣到混有金屬的樹脂研磨盤中，滴入粒徑10~20μm的金剛石研磨液，基片與研磨盤同向轉動加工，優(yōu)點是可以保留即燒狀態(tài)的一個面制作金屬化圖形，獲得良好結合力的產(chǎn)品，缺點是由于線速度角速度的差異過大造成的基片厚度公差波動大。
（2）雙面研磨的工作原理，是將陶瓷基片放置到特定結構的夾具中，滴人與單面研磨粒徑一致的金剛石研磨液，基片與研磨盤反向轉動加工，優(yōu)點是可以獲得精度更高的厚度公差、均勻的加工壓力，缺點是破壞了基片正反面的即燒狀態(tài)，需要后工序的表面再處理降低了生產(chǎn)效率。
同種厚度、尺寸規(guī)格的陶瓷基片加工到相同的目標厚度范圍，使用單面研磨加工的公差一般比雙面研磨大10~20μm。
2.磁控濺射
陶瓷薄膜基板鍍膜的方式有蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、溶液鍍膜、化學氣相沉積等，其中濺射的工藝穩(wěn)定性、重復性最好，因而應用最廣泛。
圖 磁控濺射工作原理
磁控濺射的基本原理是在一個高真空密閉高壓電場容器內(nèi)，注入少許氬氣，使氬氣電離，產(chǎn)生氬離子流，轟擊容器中的靶陰極，靶材料原子一顆顆的被擠濺出，分子沉淀積累附著在陶瓷基板上形成薄膜。
3.圖形化
圖形化技術是影響陶瓷薄膜電路線條精度的關鍵因素。通過光刻、顯影、刻蝕、電鍍等工藝，將金屬層圖形化制備成特定的線路及膜層厚度。
圖 薄膜陶瓷基板（TFC）產(chǎn)品
薄膜電路基板圖形的制作方法有三種：
1）整板電鍍深腐蝕法，即先整板電鍍后光刻成型，屬于減成法制作工藝；
2）先光刻圖形后電鍍法，即先經(jīng)過沉積種子層、光刻，然后電鍍金屬層而達到要求；
3）底層連接電鍍法，即先對真空鍍膜的基板進行光刻，腐蝕去除電路圖形以外的表面膜層而保留下面的打底層(如Cr、TiW、Ta或TaN)，利用打底層來實現(xiàn)圖形的電連接，然后進行電鍍，這樣就可在圖形上鍍上金屬而在打底層上鍍不上金屬，最后腐蝕除去打底層即可；
4）圖形電鍍法，即帶光刻膠電鍍法，是指在真空鍍膜的基礎上先用反版做出光刻膠掩膜(除所需要的圖形暴露外，其余的全用光刻膠掩膜掩蔽)，然后依靠光刻膠下面的金屬種子層做圖形的電連接進行電鍍功能層，最后去膠腐蝕出圖形。
