CN106601672A - 一种消除薄膜电路划切毛刺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种消除薄膜电路划切毛刺的方法。通过使用制作好的含有正面对准标记的正面掩膜版，先在基板的正面制作出所需的电路图形和正面对准标记；再使用制作好含有背面对准标记的反面掩膜版与基板上的正面对准标记进行高精度图形套刻，在基板的背面制作出与正面图形中切割标记高度吻合的，没有金属膜层覆盖的切割沟槽；最后利用砂轮划片机沿着基板正面的切割标记进行划切，得到单片电路产品。本发明的优点在于，采用双面对准套刻的新颖方式，制作出的背面图形切割沟槽不覆盖金属膜层，因此在砂轮划片过程中，避免了刀具与金属层的摩擦接触，有效消除了金属卷边和毛刺的产生，省略了手工修边操作，提高了薄膜电路的划切质量和生产效率。

Description

一种消除薄膜电路划切毛刺的方法
技术领域
本发明属于微波集成电路精细加工领域，涉及一种消除薄膜电路划切毛刺的方法。
背景技术
砂轮划片技术，是目前行业内切割以陶瓷或者硅片为基材的微波集成电路的首选方法，可以获得精确的外形加工精度以及高质量的外形切割质量。
微波集成电路薄膜陶瓷基片(简称MIC片)的电路图形具有多层金属结构，一般基材为硬质陶瓷。因产品微波接地所需，基材的背面需要整体覆盖金属层。但是金属层所具有的高金属韧性和延展性，与陶瓷基体硬脆性相比较，使得金属膜层与陶瓷基材存在物理性质差异较大的界面。由于金属膜层与陶瓷基片是通过磁控溅射过程形成的紧密附着(溅射金属层的厚度一般在0.6～0.7μm之间)，在整个MIC产品的加工过程中，还有电镀工序将外层的金层加厚(电镀层厚度一般在2～6μm之间)，这些因素综合在一起，导致在经过砂轮划片加工后，背面的金属层受刀片挤压和牵引，向外翻卷产生延展性卷边及金属毛刺等问题。
对于需要背面覆盖金属膜层的产品，砂轮划片所产生的卷边问题在业内普遍存在，目前也没有行之有效的方法可以解决。通常情况下都是采用手工刮边进行去除。对于MIC产品，如果不能将向外翻卷的金属层完全去除，在后续组装过程中就会造成粘贴不平整以及多余物等问题。因此，需要对产品背面进行刮边处理，该操作为纯手工处理，效率低下，从而导致该工序生产消耗时间过长，在砂轮划片工序出现生产进度异常积压的情况。并且由于部分MIC片的外形尺寸偏小，在手工刮边的操作过程中也会因为人工操作的不确定性，额外增加产品划伤的风险，增加不合格品的产生率。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足之处，提供了一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，解决了薄膜领域一直存在的砂轮划片金属毛刺问题。
本发明的技术方案是：一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，步骤如下：
a)准备正、反图形对应，且具有正、反面对准标记的两块掩膜版，作为一套掩膜版；
b)准备适合电路尺寸的基板，清洗基板后溅射金属膜层，并进行电镀加厚；
c)在基板的正面涂覆光刻胶，使用正面掩膜版进行曝光光刻；
d)在基板上刻蚀出正面图形和正面划切定位标记；
e)翻转基板，在基板的背面涂覆光刻胶，使用背面掩膜版，将背面掩膜版上的对准标记与正面标记套准，进行曝光；
f)采用腐蚀工艺，在基板背面刻蚀出划切沟槽和背面对准标记；
g)采用砂轮划片机，沿正面划切定位标记进行切割，得到单片电路产品。
所述步骤a)中，正面掩膜版上的电路图形以矩阵式规则排列，图形与图形之间添加砂轮划切所需的定位对准标记，并在图形排列的区域两侧的对称位置各添加一个正面对准标记；反面掩膜版上规则排列网格，网格间的网格线与正面划切定位对准标记位置相同，在网格排列区域的两侧，与正面对准标记相同位置处各添加一个反面对准标记；正、反面掩膜版上的对准标记的长宽大小尺寸完全相同，将反面对准标记的四端结构进行优化，每端添加两个凹槽并在每个反面对准标记的外部添加小边框，并且反面掩膜版上的背面图形边框相比正面图形边框应进行内缩。
所述步骤b)中，通过磁控溅射工艺在陶瓷基材上制作溅射金属膜层，通过整板电镀的方式在溅射膜层上进行金属层加厚。
所述步骤e)中，背面基板的掩膜版曝光，将反面掩膜版上的对准标记与基板正面图形上的对准标记进行图形定位套刻，然后进行曝光。
所述步骤f)中，通过腐蚀工艺，在背面金属层制作完成的同时，切割沟槽也制作出来；背面的划切沟槽没有金属膜层覆盖，陶瓷基材完全裸露。
所述步骤g)中，砂轮划片过程中，砂轮刀片仅与陶瓷基材摩擦作用，不与背面金属膜层接触。
本发明与现有技术相比的优点在于：采用“双面套刻对准”方式，在基板背面砂轮划片的切割路径上制作出没有金属膜层覆盖的切割沟槽，使得砂轮划片过程中，砂轮刀具仅与陶瓷基材接触，完全不碰触背面的金属膜层，有效避免了在砂轮划切过程中，背面金属膜层卷边及毛刺的产生，因此也就完全省去了手工修边的过程，显著提高了微波集成薄膜电路的砂轮划片质量和成品率，划片工序的生产效率可提高50％以上。(现有的砂轮划片技术，直接在金属层上切割，产生的金属膜层卷边和毛刺是无法避免的，采用手工修边，处理完1个标准片耗时约40分钟)
本发明由于直接在溅射层上进行电镀，降低了电镀工序的操作难度，提高了电镀工序的生产效率。并且对光刻工序以及掩膜版的制作没有本质影响，不增加操作难度，也不需要增加额外的材料或者工装工具，可以广泛应用于相关薄膜电路的制作工艺中。
附图说明
图1是正面掩膜版结构示意图；
图2是正面掩膜版上对准标记结构示意图；
图3是反面掩膜版结构示意图；
图4是反面掩膜版上对准标记结构示意图；
图5是单个背面图形边框内缩示意图；
图6是基板正面结构示意图；
图7是基板侧面结构示意图；
图8是形成溅射膜层的基板侧面结构示意图；
图9是电镀生产后形成电镀金属层的基板侧面结构示意图；
图10是电镀好的基板正面经过涂覆光刻胶后的侧面结构示意图；
图11是电镀好的基板正面经过涂覆光刻胶后的正面结构示意图；
图12是将正面掩膜版置于正面光刻胶上方进行曝光示意图；
图13是光刻腐蚀后正面电路图形示意图；
图14是正面光刻腐蚀后基板侧面结构示意图；
图15是正面光刻后的基板反面经过涂覆光刻胶后的侧面结构示意图；
图16是将反面掩膜版置于反面光刻胶上方进行曝光示意图；
图17是光刻腐蚀后反面电路图形示意图；
图18是反面光刻腐蚀后基板侧面结构示意图；
图19是砂轮划片的侧面结构示意图；
图20是MIC片成品的正面电路结构示意图；
图21是MIC片成品的反面金属膜层结构示意图。
具体实施方式
砂轮划片是利用高速运转的空气静压主轴带动超薄金刚石刀片，通过光栅尺和导轨***的控制，将刀刃定位到加工材料上，利用刀片的高速旋转研磨，最终在待加工基材上形成具有一定深度和宽度的切口，以实现待加工材料的线性切割工艺。
在砂轮划片过程中，随着陶瓷材料的切断，背面的金属膜层受到高速旋转的砂轮刀具的挤压，逐渐撕扯变形，被完全切断后，在陶瓷基板背面的切割断面处就产生了向外翻卷的金属卷边毛刺等问题。
通过分析金属卷边毛刺的产生原因表明，砂轮划片过程中切割刀具与金属膜层的直接接触，是导致金属毛刺卷边形成的本质原因。因此，如果通过双面掩膜套刻的方式，在刀具切缝区域的基板背面制作一条没有金属层覆盖的切割沟槽，则背面金属膜层毛刺卷边情况就能够获有效避免。
针对传统的微波集成电路制作过程中，砂轮划片加工容易出现金属膜层卷边和毛刺的问题，本发明提出了一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，结合图1至图21所示，一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，包括如下流程步骤：
a)准备掩膜版7和9，如图1和图3所示。其中正面掩膜版上，电路图形规则排列，在图形间规律分布划切定位标记11，在图形排列区域两侧的对称位置各添加一个正面对准标记1，如图2所示，在反面掩膜版上规则排列网格，网格线13与正面划切定位标记11位置相同，在网格排列区域的两侧，与正面对准标记1相同位置处各添加一个反面对准标记2，如图4所示。对准标记1和2在长宽大小尺寸上必须完全相同。将对准标记2的四端结构进行优化，每端添加两个凹槽并在每个对准标记2的外部添加小边框，与对准标记1有所区别。并且反面掩膜版上背面图形边框相比正面图形边框应根据使用需求内缩尺寸d1，如图5所示。
b)准备基板1，常用基板的材料为Al2O3陶瓷、AlN陶瓷、锆酸盐陶瓷、钛酸盐陶瓷、石英等，如图6和图7所示，通过磁控溅射工艺在基板3的正、反面上制作多层薄膜金属结构4，并通过电镀金工艺将基板上的金属层电镀加厚到所需厚度，形成电镀金属层5，如图8和图9所示，在溅射层之上直接电镀可以有效降低电镀工序的操作难度。
c)在电镀后的基板正面涂覆光刻胶6，光刻胶6为负性光刻抗蚀剂，具有紫外感光特性，可以实现图形从掩模版上向基板上的高精度转移。光刻胶6对基板表面的金属膜层没有腐蚀作用，可以很好的附着在金属层表面，并且能够耐受金属腐蚀液，如图10和图11所示，使用正面掩膜版7对基板进行曝光，如图12所示。
d)经过曝光、显影、腐蚀等一系列操作，将正面基板上不需要的金属膜层逐层腐蚀去除，在基板的正面形成所需电路图形8、划切定位标记11和对准标记1，如图13和图14所示。
e)完成正面图形制作后，在基板的背面涂覆光刻胶6，如图15所示。并使用反面掩膜版9，对基板背面进行曝光，操作时利用正面基板上的对准标记1和反面掩膜版上的对准标记2进行图形定位套刻，如图16所示。反面掩膜版上对准标记2的特殊结构能够有效提高正、反面图形套刻时的操作精度。
f)经过曝光、显影、腐蚀等一系列操作，将反面基板上不需要的金属膜层逐层腐蚀去除，在基板的反面形成网格状金属图形，没有金属膜层附着的网格线条将作为砂轮划切的切割沟槽，如图17所示。由于背面图形的边框内缩了尺寸d1，背面的切割沟槽略宽于正面，即d3＞d2，如图18所示。
g)使用砂轮划片机10沿正面的划切定位标记11进行切割，如图19所示。最终得到的单片产品，单片电路产品正面图形如图20所示，而单片电路产品的背面四周有一圈未被金属膜层覆盖的白边12，如图21所示。
2.需要说明的情况
背面切割沟槽的宽度尺寸主要取决于背面图形边框内缩的尺寸d1，将会直接导致划切完成后单个基板背面的白边12的宽度。因此需要首先由产品的组装使用部门提出使用需求，根据组装所能够接受的白边宽度，计算设计以及测试确定内缩尺寸d1。这样做既可以保证背面有足够面积的金层覆盖，同时可以完全避免在砂轮划片过程中，砂轮刀片与背面金属膜层的接触，从而解决金属膜层卷边及毛刺问题，免去了该工序后手工刮边的操作，有效提高了该工序的生产效率。
本发明降低了电镀工序的操作难度，对光刻工序以及掩膜版的制作没有本质影响，不增加操作难度，也不需要增加额外的材料或者工装工具，可以广泛应用于相关薄膜电路的制作工艺中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，其特征在于步骤如下：
a)准备正、反图形对应，且具有正、反面对准标记的两块掩膜版，作为一套掩膜版；
b)准备适合电路尺寸的基板，清洗基板后溅射金属膜层，并进行电镀加厚；
c)在基板的正面涂覆光刻胶，使用正面掩膜版进行曝光光刻；
d)在基板上刻蚀出正面图形和正面划切定位标记；
e)翻转基板，在基板的背面涂覆光刻胶，使用背面掩膜版，将背面掩膜版上的对准标记与正面标记套准，进行曝光；
f)采用腐蚀工艺，在基板背面刻蚀出划切沟槽和背面对准标记；
g)采用砂轮划片机，沿正面划切定位标记进行切割，得到单片电路产品。
2.根据权利要求1所述的一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，其特征在于：所述步骤a)中，正面掩膜版上的电路图形以矩阵式规则排列，图形与图形之间添加砂轮划切所需的定位对准标记，并在图形排列的区域两侧的对称位置各添加一个正面对准标记；反面掩膜版上规则排列网格，网格间的网格线与正面划切定位对准标记位置相同，在网格排列区域的两侧，与正面对准标记相同位置处各添加一个反面对准标记；正、反面掩膜版上的对准标记的长宽大小尺寸完全相同，将反面对准标记的四端结构进行优化，每端添加两个凹槽并在每个反面对准标记的外部添加小边框，并且反面掩膜版上的背面图形边框相比正面图形边框应进行内缩。
3.根据权利要求1所述的一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，其特征在于：所述步骤b)中，通过磁控溅射工艺在陶瓷基材上制作溅射金属膜层，通过整板电镀的方式在溅射膜层上进行金属层加厚。
4.根据权利要求1所述的一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，其特征在于：所述步骤e)中，背面基板的掩膜版曝光，将反面掩膜版上的对准标记与基板正面图形上的对准标记进行图形定位套刻，然后进行曝光。
5.根据权利要求1所述的一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，其特征在于：所述步骤f)中，通过腐蚀工艺，在背面金属层制作完成的同时，切割沟槽也制作出来；背面的划切沟槽没有金属膜层覆盖，陶瓷基材完全裸露。
6.根据权利要求1所述的一种消除薄膜电路划切毛刺的方法，其特征在于：所述步骤g)中，砂轮划片过程中，砂轮刀片仅与陶瓷基材摩擦作用，不与背面金属膜层接触。
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