Способ изготовления гибридных интегральных схем и печатных плат на полимерной подложке

 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при изготовлении гибридных интегральных схем (ГИС) и печатных плат (ПП). Технический результат изобретения - повышение надежности ГИС и ПП путем устранения отслоения металлизации из-за разрыва полимерной пленки при формировании электропереходов, достигается тем, что перед формированием электроперехода стержень, концу которого придана сферическая форма с радиусом, большим или равным толщине подложки, приводят во вращение с окружной скоростью в пределах от 1 до 1000 об/мин, а вертикальную подачу стержня осуществляют с усилием, не превышающим предела прочности материала подложки на разрыв. Подложку при этом помещают на основание с твердостью, равной или на несколько единиц ниже твердости материала сферического конца стержня. При изготовлении ГИС и ПП данным способом практически полностью исключается отслоение металлизации (так как не происходит разрыва или деформации подложки), что обеспечивает надежность электрического перехода. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при изготовлении гибридных интегральных схем (ГИС) и печатных плат (ПП) на полимерной подложке.

Известен способ (патент Великобритании N 1497312, 1978) изготовления ПП на полимерной подложке, включающий в себя предварительную металлизацию подложки, удаление металла с мест будущих отверстий в подложке, травление подложки в местах отверстий, удаления колец металла вокруг краев отверстий, металлизацию отверстий и формирование проводников схемы.

Данный способ является очень трудоемким, так как требует проведения трех процессов фотолитографии (создание маски для травления отверстий, создание маски для удаления колец металла вокруг отверстий, создание маски для формирования проводников), процесса травления подложки, процесса металлизации отверстий в подложке. Недостатками способа являются низкий процент выхода годных изделий и их низкая надежность. Так как подложка до момента проведения металлизации отверстий контактирует со многими реагентами, нельзя гарантировать качественную отмывку подложки от мешающих остатков веществ, особенно в отверстиях, и в случае неполной очистки подложки металлизация отверстий получается ненадежной. Также недостатком способа является низкая интеграция получаемой ПП.

Известен также способ (патент ФРГ N 2524581, 1976) создания ПП, в котором электрические связи через отверстия формируются путем просечки подложки на 1/2 диаметра отверстия, введением в отверстие металлического штыря с последующим лужением перехода. Недостатком данного метода также является его сложность (требует пропайки каждого перехода) и низкая интеграция получаемой ПП.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления ГИС на полимерной подложке (УДК 621.3.049.771.14.002.5, Гос. регистрационный N 86045, научно-технический отчет НИР "Разработка технологии гибких многослойных ГБИС и шлейфов с использованием полиимидной пленки", 1987), включающий предварительную металлизацию подложки, создание защитной маски из фоторезиста в соответствии с рисунком элементов схемы, нанесение в пробельные участки маски слоя металла, формирование отверстий в подложке с нанесенным на нее металлом путем продавливания стержнем, наращивание элементов схемы до требуемой толщины, защиту элементов схемы, удаление маски из фоторезиста, удаление первоначального слоя металлизации с подложки.

Недостатком способа является низкая надежность электроперехода из-за разрыва подложки с обратной стороны отверстия при продавливании ее стержнем с коническим концом. В этом случае рваные края подложки не имеют предварительной металлизации и наращивание последующего слоя металла не обеспечивает соединения краев, что приводит к отсутствию электрического перехода. Та же причина (как источник внутренних напряжений в структуре) приводит к отслоению наращенного слоя металла по краям рваного отверстия, что также ухудшает электрические и механические качества перехода и его надежность, а следовательно, надежность всей схемы и процент выхода годных изделий.

Задача, решаемая изобретением, - повышение электрических и механических качеств электроперехода, его надежности и соответственно надежности всей схемы и процента выхода годных изделий.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности ГИС и ПП путем устранения разрыва материала подложки на выходе отверстий.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления гибридных интегральных схем и печатных плат на полимерной подложке, включающем металлизацию обеих сторон подложки, нанесение слоя фоторезиста, формирование защитной маски с помощью фотолитографии в соответствии с рисунком элементов, нанесение электропроводного материала в окне маски, формирование электропереходов в подложке путем продавливания стержнем с коническим концом, гальваническое наращивание элементов схемы до требуемой толщины, защиту элементов фоторезиста, удаление первоначального слоя металлизации с подложки, согласно изобретению при формировании перехода стержню сообщают вращательное движение со скоростью от 1 до 1000 об/мин, а вертикальную подачу стержня осуществляют с усилием, не превышающим предела прочности материала подложки на разрыв.

Технический результат достигается также тем, что концу стержня придают сферическую форму с радиусом, большим или равным толщине материала подложки.

Также технический результат достигается тем, что при формировании электропереходов в полимерной подложке последнюю помещают на основание с твердостью, равной или на несколько единиц ниже твердости сферической части стержня.

При вращении стержня и вертикальной подачи его с усилием, не превышающим предела прочности материала подложки на разрыв, сферический конец стержня постепенно утоняет эластичную полимерную подложку, покрытую металлом, и, наконец, развальцовывает ее на жестком основании, в результате чего образуется металлизированная заклепка с микроотверстием в средней части без разрыва материала по краям.

В случае невыполнения одного из указанных приемов образуется разрыв подложки по краям отверстия.

Так, с увеличением числа оборотов (более 1000 об/мин) возникает эффект налипания металла на стержень и, как следствие этого, деформация подложки вплоть до разрыва. Большое усилие (высокая скорость) вертикальной подачи стержня приводит к проколу подложки и ее разрыву по краям отверстия. Отсутствие сферы на конце стержня также вызывает прокол подложки даже при малых скоростях вращения и вертикальной подаче стержня. Низкая твердость основания, на которое помещена подложка (значительно меньше, чем у сферического конца стержня), не позволит осуществить развальцовывание материала и приведет к деформации и разрыву подложки.

Таким образом, каждый фактор в отдельности усиливает указанный технический результат, а совокупность их при одновременном использовании создает общий, наиболее полный технический результат, - наибольшую надежность ПП и наибольший процент выхода годных изделий.

Окончательно способ изготовления ПП выглядит следующим образом: проводят металлизацию обеих сторон полимерной подложки, наносят фоторезист на подложку с обеих сторон, формируют защитную маску с помощью фотолитографии в соответствии с рисунком элементов ПП, наносят электропроводный материал в окна маски, формируют электропереходы в подложке стержнем со сферическим концом, причем стержень вращается со скоростью 1 - 1000 об/мин, а подложка помещена на основание, твердость которого равна или на несколько единиц ниже твердости сферической части стержня; наращивают элементы ПП до требуемой толщины, осуществляют защиту элементов ПП, удаляют маску фоторезиста, удаляют первоначальную металлизацию с полложки.

Пример 1.

На полиимидную пленку толщиной 20 мкм (ПМ-1) на установке УВН-75П-1 ионно- плазменным методом в вакууме нанесена структура Cr-Cu-Cr толщиной 1,5 - 2,0 мкм (предварительная металлизация). Далее из жидкостной фазы формируют слой фоторезиста ФП-383 толщиной 0,8 - 1,0 мкм на поверхности пленки с 2-х сторон. Вскрытые с помощью фотолитографии участки в фоторезистивной маске соответствуют рисунку схемы и местам переходов с одной стороны пленки на другую. На открытые участки наращивают гальванический слой меди толщиной 3 - 5 мкм. Вращая стержень, имеющий на коническом конце сферическую форму с радиусом 30 мкм, с окружной скоростью 50 об/мин и подавая его с вертикальным усилием 1 H, развальцовывают металлизированную пленку на стальной пластине с твердостью 60 единиц по Бринелю. Образуется металлизированное отверстие в виде заклепки с входным диаметром 60 - 80 мкм и выходным диаметром 20 - 30 мкм без каких-либо разрывов и деформаций. Проводят окончательное гальваническое осаждение меди толщиной 15 - 20 мкм и серебра 3 - 5 мкм. Удаляют фоторезистивную маску в слабом растворе КОН, затем удаляют первичный слой металлизации в селективном травителе. Получают готовую 2-стороннюю схему.

Пример 2.

На фторопластовую пленку толщиной 60 мкм в вакууме магнетронным способом на установке Leybold Heraucs наносят слой меди с подслоем хрома общей толщиной 1,5-2,5 мкм. Далее на обеих сторонах пленки с помощью пленочного фоторезиста создают рисунок ПП и ее электропереходов. Наращивают гальваническую медь толщиной 2 - 4 мкм. Вращая стержень со сферическим концом радиуса 50 мкм с окружной скоростью 100 об/мин и подавая его с вертикальным усилием 0,5 H, развальцовывают металлизированную фторопластовую пленку (до момента образования отверстия) на стальной плите о твердостью поверхности 60 единиц по Бринелю. Возникает металлизированное отверстие в виде заклепки с входным диаметром 100 - 120 мкм и выходным диаметром 40 - 60 мкм без каких-либо разрывов и деформаций материала. Осуществляют окончательное гальваническое наращивание меди 15-20 мкм и золота 2,0 - 3,0 мкм. Удаляют фоторезистивную маску и первичный слой металлизации в селективном травителе. Получают 2-стороннюю готовую ПП.

При изготовлении ПП данным способом практически полностью исключается разрыв и деформация подложки в местах формирования отверстий, а также осуществляется надежный электрический переход. Все испытания на механическую и электрическую прочность, климатическую и тепловую нагрузку, надежность и т. п. показали отсутствие отказов по электропереходам.

Формула изобретения

1. Способ изготовления гибридных интегральных схем и печатных плат на полимерной подложке, включающий металлизацию обеих сторон подложки, нанесение слоя фоторезиста, формирование защитной маски с помощью фотолитографии в соответствии с рисунком элементов, нанесение электропроводного материала в окна маски, формирование электропереходов в подложке путем продавливания стержнем с коническим концом, гальваническое наращивание элементов схемы до требуемой толщины, защиту элементов, удаление фоторезиста, удаление первоначального слоя металлизации с подложки, отличающийся тем, что при формировании электропереходов стержню сообщают вращательное движение со скоростью 1 - 1000 об/мин, а вертикальную подачу стержня осуществляют с усилием, не превышающим предела прочности материала подложки на разрыв.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конец стержня выполняют сферической формы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при формировании электропереходов в подложке последнюю помещают на основание с твердостью, равной или на несколько единиц ниже твердости сферической части стержня.