基于厚膜金导体光刻方法的厚膜微细布线技术研究

厚膜基板因其制备流程短、成膜工艺简单及可靠性高等特点，在混合集成电路、射频器件及功率器件等领域获得广泛应用。但由于成膜浆料的特性及成膜方法的限制，使得基于印刷技术制作的厚膜基板不可避免地存在线条边缘图形精度较差、线条线宽/间距较大、大面积膜层厚度均匀性与致密性较差的情况，限制了其在高精度、高保真及低损耗信号特征的领域，如光电转化、射频（RF）与微波电路等领域的应用。

相对于低频电路，导体在高频电路中多了作微带传输线的作用，考虑导体的射频电阻和趋肤深度的影响，对基板金属导带提出了高的电导率、良好的线条边缘和线条精度、大于3～4倍趋肤深度的膜层厚度、良好的耐高温性与附着力等要求。传统的薄膜工艺制备线条电导率较好，精度和边缘质量较高，但存在膜层厚度增加困难(一般为1 μm)。虽可通过电镀工艺实现膜层厚度增加，但不同膜层之间电阻率差异较大，膜层高温下结合力较差，成本相对较高，限制了其在高频信号等领域的应用。使得基于传统厚膜工艺探寻新膜层图形化方法成为研究的热点。

目前，具备微细线条的厚膜图形化方法主要有精密印刷与激光刻线。通过调整丝网目数，辅助浆料黏度等参数调整，可以实现特征线宽/间距50 μm/50 μm的厚膜线条制作，但存在线条厚度均匀性较差，制作效率较低、线条容易断条等缺陷， 限制其规模化应用。激光刻线方法可快速实现厚膜微细线条制备，线条精度和边缘质量较高，但存在大面积膜层去除质量较差，激光与基板（如AlN）反应形成导电物质导致线条间绝缘较差等缺陷，限制了其在线条密度较低的厚膜基板制作领域应用。本文研究了基于薄膜光刻/腐蚀方法制作厚膜微细线条工艺技术，通过引入光刻方法实现膜层厚度方向高精度、高保真与特征线宽/间距45 μm/45 μm微细线条制作，成功解决膜层厚度与精度之间矛盾，实现高精度布线厚膜基板的制作.

1厚膜金导体光刻工艺原理及特点

厚膜光刻技术是将附加感光树脂的材料或光刻胶直接涂覆在整面烧结金导体的基板表面，烘烤之后进行曝光和显影形成腐蚀掩膜，再通过湿法腐蚀方法将需要图形区域金膜层去除形成微细布线。在该工艺流程中，腐蚀液和光刻胶的确定相互关联。选定的腐蚀液对光刻胶不能产生伤害，使电路图形能在光刻胶的保护下进行选择性地腐蚀，腐蚀要干净，线条精度要满足要求。选定的光刻胶感光性能要好，抗腐蚀能力要强，适合于深腐蚀加工要求， 不出现钻蚀和浮胶。厚膜光刻相关技术路线如图1 所示。

对清洗完成的裸基板：1）按照厚膜印刷方法在基板表面正面涂覆金浆料，再通过烧结工艺实现金膜层高可靠成膜；2）在成膜完成的基板表面涂覆光刻胶，实现光刻胶完全覆盖金属膜层，避免后续腐蚀过程中出现因覆盖不完全导致的膜层针孔、微孔与脱落等缺陷，对涂覆光刻胶的厚膜基板按照薄膜光刻工艺对光刻胶进行烘烤、曝光与显影，实现厚膜基板表面光刻胶掩膜制作；3）通过湿法腐蚀方法实现厚膜膜层去除，去胶清洗之后形成具备微细布线的厚膜基板；4）对制备的厚膜基板进行加工质量和可靠性考核。相对于传统浆料印刷成膜，厚膜光刻制备微细线条具备如下特点。

1.1 较高的厚膜布线精度

   由于光刻方法制备掩膜精度较高，使得光刻方法制备厚膜线条线宽/间距天然优于丝网方法获得的线条精度。由于金浆料烧结完成后进行图形化制作，有效避免了传统浆料烧结过程中图形收缩问题，提升了厚膜布线线条精度。

1.2 较好的膜层厚度均匀性和表面质量

  在基于光刻方法制备厚膜微细线条技术中，金浆料整面涂覆在基板表面，避免了丝网印刷及印刷参数设置不合理对浆料触变特性和流延的影响，大幅提升膜层厚度均匀性和表面质量。

1.3 良好的厚膜线条边缘质量

基于腐蚀工艺制作线条，避免了印刷过程中因浆料黏网、塌陷等形成的线条边缘毛刺，有效提升厚膜布线线条边缘质量。

2 厚膜金导体光刻关键技术

2.1 高质量可腐蚀厚膜膜层制作技术

针对光刻/腐蚀的特殊需求，要求成膜厚膜膜层表面粗糙度较低，基板面积范围内膜层厚度均匀性较好。通过对丝网印刷参数对比研究，验证发现金浆料流平时长对成膜膜层质量影响较大。

2.1.1 流平时间对成膜厚度影响

在浆料型号，基板尺寸及印刷参数一定的前提下，研究了不同流平时长对基板不同位置浆料湿膜厚度影响规律，目标厚膜湿膜厚度20 μm，相关结果如图2所示。

可以看出，随着流平时间的延长，同一基板不同位置浆料湿膜的厚度差值逐渐减小。同时，将不同流平时间的湿膜烧结成膜厚度均匀性具有类似规律，表明合适时间流平有助于提升印刷湿膜及烧结成膜的厚度均匀性，同样有助于控制后续湿法腐蚀参数及线条侧面钻蚀量。

2.1.2 流平时间对成膜表面粗糙度影响

    在浆料型号、基板尺寸及印刷参数一定的前提下，研究了不同流平时长对基板湿膜表面粗糙度（凸起）的影响规律，目标厚膜湿膜厚度20 μm。