陶瓷薄膜电路的关键生产工艺

从20世纪90年代起，电子微组装进人了高速发展阶段，在军、民用户端的产品微型化、小型化的需求推动下，混合集成电路也逐步往轻、薄、小的趋势发展，而薄膜电路是电子微组装中的重要电子元器件组成部分，薄膜电路绝大部分选用氧化铝、氮化铝等陶瓷作为衬底基材。

     薄膜陶瓷基板（Thin Film Ceramic Substrate,TFC）一般采用溅射工艺直接在陶瓷基片表面沉积金属层。如果辅助光刻、显影、刻蚀等工艺，还可将金属层图形化制备成线路，由于溅射镀膜沉积速度低(一般低于1um/h)。因此TFC基板表面金属层厚度较小(一般小于1um)，可制备高图形精度(线宽/线距小于10um)陶瓷基板，主要应用于激光与光通信领域小电流器件封装。其主要的工艺流程为：研磨减薄、磁控溅射种子层、表面处理、图形化、划切。

1.研磨和抛光

元器件的小型化，也意味着衬底基材需要更高精度的减薄工艺加工，其中常见的减薄工艺是研磨和抛光，但两者的加工目的不一样，研磨是以厚度的大幅度减薄为目的，通常削薄的厚度超过数十微米，而抛光是以改善基片表面状态为目的，即降低粗糙度为主，通常削薄的厚度只有几微米。

1）陶瓷的表面状态

陶瓷的表面状态会影响薄膜电路金属膜层与陶瓷之间的结合力，陶瓷的表面状态分为即烧、研磨、抛光三种状态：

（1）即烧指的是陶瓷在高温烧结后形成的表面状态，特征是表面致密、连贯，一致性好，粗糙度小于0.1μm，薄膜电路的制作会优先选择即烧状态，可以获得良好的金属与陶瓷之间的结合力；

（2）研磨指的是陶瓷在单面研磨或双面研磨加工后的状态，表面比较粗糙，呈波浪起伏状态，粗糙度因加工的研磨液粒径、成分差异比较大，一般大于0.1μm；

（3）抛光指的是陶瓷在即烧或研磨加工后，再次进行粗抛、精抛等工序，以获得接近光亮镜面、平滑的表面状态，一般粗糙度小于0.05μm。

同种陶瓷粗糙度从大到小的表面状态关系为：研磨>即烧>抛光。

2）单面研磨与双面研磨

对于研磨工艺，加工后的厚度公差是判断研磨工艺良莠的最重要的指标之一。陶瓷加工的目标厚度越大，精度越差，主流的标准是：陶瓷加工的厚度公差为厚度初始值的十分之一。按设备的加工方式和工作原理分类，分为单面研磨和双面研磨两大类。

（1）单面研磨的工作原理，是将陶瓷基片固定倒扣到混有金属的树脂研磨盘中，滴入粒径10~20μm的金刚石研磨液，基片与研磨盘同向转动加工，优点是可以保留即烧状态的一个面制作金属化图形，获得良好结合力的产品，缺点是由于线速度角速度的差异过大造成的基片厚度公差波动大。

（2）双面研磨的工作原理，是将陶瓷基片放置到特定结构的夹具中，滴人与单面研磨粒径一致的金刚石研磨液，基片与研磨盘反向转动加工，优点是可以获得精度更高的厚度公差、均匀的加工压力，缺点是破坏了基片正反面的即烧状态，需要后工序的表面再处理降低了生产效率。

同种厚度、尺寸规格的陶瓷基片加工到相同的目标厚度范围，使用单面研磨加工的公差一般比双面研磨大10~20μm。

2.磁控溅射

陶瓷薄膜基板镀膜的方式有蒸发镀膜、溅射镀膜、溶液镀膜、化学气相沉积等，其中溅射的工艺稳定性、重复性最好，因而应用最广泛。

磁控溅射的基本原理是在一个高真空密闭高压电场容器内，注入少许氩气，使氩气电离，产生氩离子流，轰击容器中的靶阴极，靶材料原子一颗颗的被挤溅出，分子沉淀积累附着在陶瓷基板上形成薄膜。

3.图形化

图形化技术是影响陶瓷薄膜电路线条精度的关键因素。通过光刻、显影、刻蚀、电镀等工艺，将金属层图形化制备成特定的线路及膜层厚度。

4）图形电镀法，即带光刻胶电镀法，是指在真空镀膜的基础上先用反版做出光刻胶掩膜(除所需要的图形暴露外，其余的全用光刻胶掩膜掩蔽)，然后依靠光刻胶下面的金属种子层做图形的电连接进行电镀功能层，最后去胶腐蚀出图形。