形成導(dǎo)電跡線的方法
【專利說(shuō)明】形成導(dǎo)電跡線的方法
[0001 ] 領(lǐng)域
[0002]本主題涉及導(dǎo)電跡線和形成導(dǎo)電跡線的方法。
[0003]背景
[0004]導(dǎo)電跡線是本領(lǐng)域熟知的，并通常使用非常小的、薄的銅通路作為導(dǎo)電材料來(lái)生產(chǎn)。與銅跡線相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是，銅受到各種來(lái)源的腐蝕。銅形成具有氧化態(tài)+1(亞銅)和+2(銅)的化合物。雖然銅不與水發(fā)生反應(yīng)，但它與大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)形成一層棕黑色的氧化銅。銅的表面氧化形成一層綠色的銅綠(碳酸銅)，保護(hù)銅體免受進(jìn)一步的腐蝕。然而，在導(dǎo)電跡線中，如果銅是由具有非常窄的寬度和薄的厚度的層形成，則“表面”腐蝕可潛在地破壞導(dǎo)電通路或降低導(dǎo)電跡線的性能。銅也與硫化物(如硫化氫)發(fā)生反應(yīng)，以在銅的表面上形成各種硫化銅。在與硫化物反應(yīng)中，銅發(fā)生腐蝕，如當(dāng)銅暴露于含有硫化合物的空氣中所觀察到。含氧的氨溶液也與銅發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生水溶性絡(luò)合物，同樣氧和鹽酸發(fā)生反應(yīng)形成氯化銅并與酸化的過(guò)氧化氫發(fā)生反應(yīng)形成銅(II)鹽。氯化銅(II)和銅發(fā)生反應(yīng)形成氯化亞銅(I)。因此，有必要保護(hù)銅跡線免受腐蝕。
[0005]導(dǎo)電跡線通常由減成法或加成法形成。通常，在減成法中，將銅涂覆在襯底上并除去不需要的部分以留下薄的銅跡線。常規(guī)的減成法存在的一個(gè)問(wèn)題是它們產(chǎn)生不需要的廢棄物。減成生產(chǎn)技術(shù)通常開(kāi)始于將銅施加到襯底的一側(cè)或兩側(cè)。跡線是通過(guò)從襯底蝕刻掉不需要的銅，在襯底上留下薄的導(dǎo)電銅跡線而形成。蝕刻工藝通常利用過(guò)硫酸銨或氯化鐵。這些化學(xué)物質(zhì)和除去的不需要的銅具有腐蝕性和毒性，并產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題和過(guò)量廢棄物。此夕卜，蝕刻時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。而且，隨著蝕刻劑被重復(fù)使用，銅浸透化學(xué)蝕刻劑使其逐漸在隨后除去銅中不太有效。
[0006]通常，在形成跡線的加成法中，銅僅形成于襯底上的形成跡線的區(qū)域中。與通過(guò)常規(guī)的加成法形成導(dǎo)電跡線相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是，該方法需要涉及各種設(shè)備和機(jī)器的多個(gè)步驟。在典型的加成法中，用光敏膜使襯底成像以產(chǎn)生曝光的圖案。將曝光的圖案進(jìn)行化學(xué)浴，使圖案能夠與金屬離子粘合。然后使致敏區(qū)域鍍銅以形成跡線。然后將掩模從襯底剝離，只留下銅跡線。
[0007]與加成和減成常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)均相關(guān)的問(wèn)題是一旦形成銅跡線就需要保護(hù)其免受腐蝕和由于凝結(jié)使得跡線短路。跡線形成后用保護(hù)性涂層處理以保護(hù)其免受腐蝕。此過(guò)程需要涉及額外時(shí)間、金錢和設(shè)備的額外步驟。常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)存在的另一個(gè)問(wèn)題是在襯底上形成的銅跡線僅顯示一種顏色。也就是說(shuō)，如果將跡線施加到玻璃或透明塑料，則來(lái)自襯底的一側(cè)或兩側(cè)的銅跡線的顏色在視覺(jué)上明顯。與常規(guī)技術(shù)相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是，襯底必須進(jìn)行處理以使銅適當(dāng)?shù)卣澈系奖砻?。這再次需要必須投入時(shí)間和金錢的額外步驟。
[0008]常規(guī)電鍍技術(shù)中一個(gè)另外的缺點(diǎn)是，薄的銅跡線受到損耗和磨損并且導(dǎo)電通路容易損壞。當(dāng)磨損到了導(dǎo)電性損壞的程度，導(dǎo)電跡線變得不能用于預(yù)期用途。
[0009]概述
[0010]在本發(fā)明的導(dǎo)電跡線和形成導(dǎo)電跡線的方法中，與先前已知的導(dǎo)電跡線和生產(chǎn)策略有關(guān)的困難和缺點(diǎn)被克服。
[0011]本主題涉及在各種襯底上形成的層狀導(dǎo)電跡線。
[0012]在一個(gè)方面，本主題提供一種包括粘合到襯底的界面層和界面層上的導(dǎo)電層的導(dǎo)電跡線。
[0013]在另一個(gè)方面，本主題提供一種包括粘合到襯底的界面層、界面層上的導(dǎo)電層、覆蓋導(dǎo)電層的暴露部分的氧化還原控制層、氧化還原控制層上的貴金屬層、和氧化還原控制層上的介電層的導(dǎo)電跡線。
[0014]在又一個(gè)方面，本主題提供一種在襯底上形成導(dǎo)電跡線的方法，其包括將界面層粘合到襯底的表面，在界面層上形成導(dǎo)電層，在導(dǎo)電層上層接氧化還原控制材料，其中氧化還原控制層覆蓋導(dǎo)電層的暴露部分。
[0015]本主題允許調(diào)整多層導(dǎo)電跡線的特定層以改變跡線的性質(zhì)和特征，而不會(huì)不利地影響跡線的性能并解決用于特定用途、制造過(guò)程和狀況的特殊需要。
[0016]如將認(rèn)識(shí)到，本文中描述的主題可以有其它且不同的實(shí)施方案，并且其若干細(xì)節(jié)能夠在各個(gè)方面進(jìn)行修改，所有這些都不脫離所要求保護(hù)的主題。例如，每層可以包括該層各部分內(nèi)組成或有效固體載荷的逐漸變化。這被稱為一個(gè)梯度層，并將在本文更詳細(xì)的討論。因此，附圖和描述將被視為說(shuō)明性的而不是限制性的。
[0017]附圖簡(jiǎn)述
[0018]這些以及本主題的其它特征、方面和優(yōu)勢(shì)，將通過(guò)參照本主題的示例性實(shí)施方案的以下更詳細(xì)描述并結(jié)合附圖被更全面地理解和認(rèn)識(shí)。
[0019]圖1是根據(jù)本主題的導(dǎo)電跡線在襯底上燒制前的示意性剖面圖。
[0020]圖2是根據(jù)本主題的另一個(gè)導(dǎo)電跡線在襯底上燒制前的示意性剖面圖。
[0021]圖3是根據(jù)本主題的另一個(gè)導(dǎo)電跡線在襯底上燒制前的示意性剖面圖。
[0022]圖4是根據(jù)本主題的另一個(gè)導(dǎo)電跡線在襯底上燒制前的示意性剖面圖。
[0023]圖5是根據(jù)本主題的另一個(gè)導(dǎo)電跡線在襯底上燒制前的示意性剖面圖。
[0024]圖6是根據(jù)本主題的導(dǎo)電跡線在襯底上形成時(shí)的示意性剖面圖。
[0025]實(shí)施方案詳述
[0026]本文描述的主題提供導(dǎo)電跡線和在襯底上形成導(dǎo)電跡線的方法。取決于有關(guān)襯底的目的，導(dǎo)電跡線可以用作電路中的信號(hào)、功率或接地。同樣，導(dǎo)電跡線可以扇入、扇出或兩者兼而有之。導(dǎo)電跡線可用于許多電子產(chǎn)品以發(fā)射電脈沖，而同時(shí)更耐用且比現(xiàn)有技術(shù)更容易生產(chǎn)。本主題的導(dǎo)電跡線包括相對(duì)便宜和容易生產(chǎn)、耐用并表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性的多層構(gòu)造。
[0027]跡線可以應(yīng)用到多種襯底上，從而能夠并入各種電路中。跡線是多層的，其中每層出于特定益處包括在內(nèi)并賦予該跡線以單層跡線所不具有的特殊特征。因?yàn)榈湫偷膶?dǎo)電跡線是單層，所以對(duì)該組成的任何影響特定性能特性的調(diào)節(jié)必然影響整個(gè)跡線及其性能。在一些情況下，影響一個(gè)性能特征的調(diào)節(jié)也可能不利地影響已知單層導(dǎo)電跡線的其它性能特征。與此相反，本主題提供多個(gè)單獨(dú)的層，建立形成多層導(dǎo)電跡線。單獨(dú)的層可以單獨(dú)改變，以影響特定性能特征而不必改變其它層的性能。導(dǎo)電跡線適用于各種預(yù)期用途和需求，并提供一種經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的替代方案。
[0028]襯底
[0029]本主題的導(dǎo)電跡線可以應(yīng)用到玻璃、陶瓷、金屬和聚合物襯底及其組合，等等。所選的襯底類型將部分地決定如本文所討論的導(dǎo)電跡線的層的組成和組裝。
[0030]如應(yīng)用于玻璃襯底的導(dǎo)電跡線的典型用途包括汽車、建筑、器具、容器、發(fā)光二極管(LED)、和顯示/裝飾應(yīng)用。如應(yīng)用于陶瓷襯底的導(dǎo)電跡線的典型用途包括電子封裝材料，如:用于電信、太陽(yáng)能、汽車、醫(yī)學(xué)、用戶以及軍事應(yīng)用中的混合集成電路(HIC)厚膜材料;用于醫(yī)學(xué)電子、用戶A/V、計(jì)算機(jī)、無(wú)線手持設(shè)備、汽車部件、數(shù)據(jù)/電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、以及國(guó)防/航空航天的模塊的低溫共燒陶瓷(LTCC)系統(tǒng);高頻陶瓷電感器;前端模塊;藍(lán)牙模塊;天線轉(zhuǎn)換模塊；以及共模濾波器;MEMS ；傳感器;LED ；和其它電子設(shè)備。如應(yīng)用于金屬襯底的導(dǎo)電跡線的典型用途包括器具和LED應(yīng)用。如應(yīng)用于聚合物襯底的導(dǎo)電跡線的典型用途包括計(jì)算機(jī)電路板應(yīng)用。
[0031]導(dǎo)電跡線
[0032]本主題的導(dǎo)電跡線是適于發(fā)射電脈沖用于各種用途的多層跡線。在相關(guān)的附圖中描繪若干實(shí)施方案，其中相同編號(hào)的物件表示每個(gè)實(shí)施方案上的相似特征。參考圖1-5，在燒制操作前描繪導(dǎo)電跡線1。跡線1沉積在襯底2的表面10上。燒制前，跡線1包括界面層3、導(dǎo)電層4、氧化還原控制層5、和貴金屬層6。雖然在圖1-5中描繪，但應(yīng)當(dāng)理解的是，氧化還原控制層5用作犧牲層。即，氧化還原控制層可用于在燒制期間保護(hù)導(dǎo)電層4免受氧化，并且因此可以在燒制過(guò)程期間被完全除去或基本上被完全除去。在如圖2所示的另一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電跡線1還可以在貴金屬層6上包括介電層/防磨層7。在如圖3所示的又一個(gè)實(shí)施方案中，貴金屬層6可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)氧化還原控制層5中的開(kāi)口或孔洞20與導(dǎo)電層4接觸。這些開(kāi)口或孔洞20可以在氧化還原控制層的初始印刷中形成或者作為燒制過(guò)程的結(jié)果而形成，其中氧化還原控制層在燒制成犧牲層期間被基本上或完全燒掉。這方面示于圖6中，示出了在燒制過(guò)程后導(dǎo)電跡線1粘合到襯底2的表面10。在圖6中，未描繪氧化還原控制層，因?yàn)樗言跓破陂g被基本上完全燒掉。取而代之的是，界面層3粘合到襯底2的表面10。導(dǎo)電層4位于界面層上。因?yàn)檠趸€原控制層已在燒制期間被基本上除去，所以導(dǎo)電層與貴金屬層6接觸，其上具有介電層/抗磨層7。
[0033]雖然導(dǎo)電跡線的特定層示于圖1-4中以完全覆蓋下層，但本主題不要求這樣做并且實(shí)施方案并不限于此。這方面描繪于圖5中，其中貴金屬層6僅部分覆蓋下面的氧化還原控制層5。另外，本主題的導(dǎo)電跡線不局限于如本文所描繪和所描述的組成或排列，并且可以包含更多的或更少的層或可以根據(jù)需要不同地排列。
[0034]通常，在燒制前本主題的導(dǎo)電跡線包括0至約10% (體積)的界面層、約40至約90%(體積)的導(dǎo)電層，0至約20% (體積)的氧化還原控制層、0至約15% (體積)的貴金屬層、和0至約15% (體積)的介電層。其他任選的層(不限于本文描述的那些)也可以根據(jù)需要并入導(dǎo)電跡線。
[0035]界面層
[0036]界面層是多層導(dǎo)電跡線的最底層。界面層形成于襯底的表面上并位于襯底和導(dǎo)電跡線的其它層之間。更具體地，界面層位于導(dǎo)電層和襯底之間。并入導(dǎo)電跡線的其它層(即氧化還原控制層、貴金屬層、介電層等)不一定借助界面層與襯底分離。這示于圖4，其中僅導(dǎo)電層4借助界面層3與襯底2分離。氧化還原控制層5和貴金屬層6在位置20處與襯底2接觸。
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