Способ изготовления металлического рисунка на диэлектрической подложке

 

Использование: в электронной технике и приборостроении для изготовления печатных пласт, электродов, зондов и других функциональных узлов электроаппаратуры. Сущность изобретения: подложку нагревают до температуры 130-200^oС в течение 2-15 мин, наносят на нее слой светочувствительного полупроводникового материала, экспонируют слой светом через шаблон. Затем обрабатывают его в растворе соли благородного металла и интенсифицируют центр изображения необходимым металлом в растворе химической металлизации. Затем проводят химическое осаждение меди. В качестве полупроводникового фоточувствительного слоя используют насыщенный раствор ацетата цинка в этиловом спирте.

Изобретение относится к избирательной металлизации диэлектрических материалов и может быть использовано в электронной технике и приборостроении для изготовления печатных плат, электродов, зондов и других функциональных узлов электрорадиоаппаратуры.

Известен способ получения металлического изображения на диэлектрической подложке (см. например патент Великобритании N 1229935, кл. G 03 C 5/00), заключающийся в экспонировании фоточувствительного слоя и его обработки в растворе соли благородного металла для получения металлических центров изображения, усилении изображения обработкой обычным физическим проявителем или химическим осаждением меди, никеля или кобальта. Фоточувствительный слой содержит гидрофобную электроизолирующую синтетическую смолу, в которой гомогенно распределены тонкоизмельченные твердые частицы фоточувствительного полупроводникового соединения оксида цинка.

В описанном технологическом процессе фоточувствительный слой выполнен на основе синтетической смолы, что приводит к ухудшению его параметров, а сам процесс изготовления металлического рисунка получается более сложным.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ получения металлического изображения на диэлектрической подложке [1] по которому на поверхность подложки наносят слой фоточувствительного материала, представляющего собой полимерное связующее вещество, в котором равномерно диспергированы частицы фоточувствительного полупроводникового соединения оксида цинка. После экспонирования слой обрабатывается в растворе соли благородного металла платины или палладия, в результате чего на экспонированном участке слоя формируется металлический слой платины или палладия. После удаления с неэкспонированных участков остатков соли благородного металла проводят химическое осаждение меди поверх образовавшегося металлического слоя. Связующее вещество состоит из термоотверждающего материала и резины, взятых в соотношении 4:1-1:4. Связующее вещество и фоточувствительное полупроводниковое соединение взяты в соотношении 8:1 1:4. Перед экспонированием производят термообработку при температуре 130-200^оС в течение 2-15 мин. Толщина слоя после сушки составляет 5-20 мкм.

В описанном способе металлический слой выполнен на подслое из полимерного связующего вещества (термоотверждающий материал и резина) толщиной 5-20 мкм, что приводит к ухудшению параметров металлического слоя (например, при толщине металлического слоя 0,3-1,0 мкм, что реализуется в устройствах микроэлектроники); нанесение слоя полимерного связующего вещества на подложку требует дополнительных технологических операций и не всегда обеспечивает требуемые адгезионные характеристики; реализация такого способа связана с повышенным расходом соли благородного металла, так как при обработке подложки с нанесенным фоточувствительным слоем в растворе соли благородного металла ионы этого металла адсорбируются также и на неэкспонированных участках, что вызывает необходимость дополнительных технологических операций для их удаления. Полностью удалить ионы благородного металла с неэкспонированных участков затруднительно. Наличие ионов благородного металла на неэкспонированных участках приводит к ухудшению характеристик металлического изображения (это вызывает химическое осаждение меди на этих участках), что проявляется в нечеткости и затуманивании рисунка.

Кроме того, после химического осаждения меди электропроводящие металлические дорожки оказываются расположенными на слое материала с полупроводниковой проводимостью (а не на диэлектрической подложке), что не обеспечивает их надежной изоляции и не удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к радиоэлектронной аппаратуре.

Цель изобретения создание такого способа изготовления металлического рисунка на диэлектрической подложке, по которому новый более простой технологический процесс получения фоточувствительного полупроводникового слоя позволил бы при использовании экономить благородный металл и выпускать электрорадиоаппаратуру с улучшенными электрическими характеристиками.

Цель достигается тем, что по способу изготовления металлического рисунка на диэлектрической подложке, включающем нанесение на поверхность фоточувствительного полупроводникового слоя, содержащего оксид цинка, его термообработку и экспонирование, обработку в растворе соли благородного металла и химическое осаждение меди в соответствии с рисунком схемы, фоточувствительный полупроводниковый слой, содержащий оксид цинка, получают путем нанесения на поверхность подложки насыщенного раствора ацетата цинка в этиловом спирте.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить способ изготовления металлического рисунка на диэлектрической подложке путем уменьшения количества технологических операций. При этом возможно совместить экспонирование и обработку в растворе соли благородного металла в одну технологическую операцию.

Уменьшить количество используемого для активации (обработки) благородного металла, так как он осаждается только на экспонированные участки подложки, а не на всю поверхность, как в известном способе, при этом исключается из технологического цикла операция удаления соли благородного металла с неэкспонированных участков.

Улучшить характеристики металлического электропроводящего слоя, а именно исключить затуманивание изображения, так как химическое осаждение меди происходит только на экспонированные участки.

Обеспечить надежную изоляцию электропроводящих дорожек, так как слой полупроводникового материала между дорожками полностью удаляется с неэкспонированных участков.

Совокупность последних двух факторов позволяет полностью исключить вероятность электрического пробоя между электропроводящими дорожками и тем самым улучшить электрические характеристики изделий электронной техники.

Кроме того, растворы, используемые для химического осаждения металлов, зачастую являются растворами одноразового действия, что сильно снижает коэффициент использования относительно дорогих химикатов и влечет за собой большое количество сбросов в сточные воды концентрированных отработанных растворов. При этом практически безвозвратно теряются содержащиеся в них металлы медь, никель, серебро, золото, палладий и др.

Предлагаемое техническое решение позволяет в силу рассмотренных ранее причин создать новую ресурсосберегающую и экологически более чистую технологию селективной металлизации диэлектрических материалов.

Предлагаемый способ изготовления металлического рисунка на диэлектрической подложке может быть реализован следующим образом.

В качестве подложки используют пластину из диэлектрического материала, например стеклянную, размером 2х3 см, которую предварительно обезжиривают, промывают в проточной деионизированной воде и сушат в струе воздуха, нагретого до 40^оС, в течение 2,5 мин. Затем на поверхность подложки наносят тонкий фоточувствительный полупроводниковый слой оксида цинка методом пиролиза. Для этого подложку нагревают при температуре 150^оС в течение 15 мин и при этом на ее поверхность распыляются очень мелкие капли насыщенного раствора ацетата цинка в этиловом спирте. При попадании ацетата цинка на нагретую поверхность подложки он пиролизуется в оксид цинка. В результате этого на поверхности подложки получают прозрачный фоточувствительный слой оксида цинка толщиной 0,2-0,3 мкм. Полученный фоточувствительны слой экспонируют ультрафиолетовым светом (лампа ДРШ-500) через стеклянный фотошаблон при его обработке в растворе соли благородного металла, например палладия. Использовался водный раствор сернокислого палладия концентрацией 20 мг/л. Энергетическая мощность светового потока в плоскости экспонирования составляла 8,5˙10^-5 Вт/см². Минимальное время экспонирования, необходимое для получения в дальнейшем металлизированного изображения, равно 1 с.

На экспонированных участках фоточувствительного полупроводникового слоя из оксида цинка происходит реакция фотохимического восстановления ионов благородного металла (палладия) до атомов по схеме: Pd²⁺ +2e __→ Pd° На затемненных участках полупроводниковый слой растворяется и полностью удаляется с поверхности диэлектрической подложки. В результате этого на экспонированных участках получают слабовидимое (оптическая плотность 0,2-0,4) палладиевое изображение, а на затемненных участках чистую поверхность диэлектрической подложки. Таким образом, операция фотоактивации позволяет не только селективно нанести благородный металл-катализатор, но также и удалить полупроводниковый слой с неэкспонированных участков поверхности. Это является особенностью полупроводникового слоя из оксида цинка. При использовании других полупроводниковых материалов, например пленок диоксида титана, такого эффекта достичь не удается, поскольку диоксид титана устойчив к действию используемых растворов и после операции фотоактивации слой полупроводникового материала присутствует по-прежнему на всей поверхности диэлектрической подложки. Эта отличительная особенность предлагаемого способа является важной в ряде технологических процессов селективной металлизации, например при создании электропроводящих дорожек в производстве интегральных схем и печатных плат, где необходимо наличие диэлектрического промежутка между проводящими дорожками.

После операции фотоактивации пластину промывают в проточной деионизированной воде в течение 5 мин и высушивают в струе воздуха, нагретого до 40^оС, в течение 2,5 мин. Далее пластинку помещают в раствор химической металлизации, содержащий ионы требуемого металла, например меди, следующего состава, г/л: Сернокислая медь 35 Виннокислый калий 170 Едкий натр 50 Формалин (40%-ный) 100 мл/л Вода до 1 л По окончании процесса химического осаждения меди получают равномерный металлический рисунок с хорошей адгезией.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РИСУНКА НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ, включающий нанесение на поверхность фоточувствительного полупроводникового слоя, содержащего оксид цинка, его термообработку, и экспонирование, обработку в растворе соли благородного металла и химическое осаждение меди в соответствии с рисунком схемы, отличающийся тем, что фоточувствительный полупроводниковый слой, содержащий оксид цинка, получают путем нанесения на поверхность подложки насыщенного раствора ацетата цинка в этиловом спирте.