本發(fā)明屬于混合集成電路技術領域，具體涉及一種曲面上精密薄膜電路制作方法。

背景技術：

隨著智能終端、武器裝備等向信息化、多功能化發(fā)展，有限的空間內需要集成的電子功能模塊越來越多，空間越來越擁擠。為了更有效地利用有限的空間，研究人員提出了結構電路一體化的方案，即在結構件、絕緣件、隔離件等等傳統(tǒng)上不承載功能電路的地方盡可能的集成功能電路，而這些功能件的表面往往是一個曲面，因此結構電路一體化要求在曲面上制作可靠的電路，傳統(tǒng)上基于光刻技術的平面電路制作工藝在曲面上已不再適用。

目前，在曲面上制作電路主要有三種方法：一是采用激光剝離減成法工藝，即先大面淀積所需金屬層，然后用激光把電路以外的金屬燒蝕掉，這種工藝雖然靈活性高，但需要燒蝕掉大面積金屬，速度慢，精度也不夠高，且容易損傷基材，同時對于含金電路而言，這種減成法工藝大大增加了成本；第二種方法是采用激光直寫加化學鍍的加成法工藝，即首先在分散了活性金屬顆粒的有機材料表面用激光寫出電路圖形，激光照射過的區(qū)域表層有機材料揮發(fā)，露出活性金屬顆粒，然后以活性金屬顆粒為敏化劑或還原劑進行化學鍍，這樣激光寫過的區(qū)域就形成了電路圖形。這種方法靈活性高，成本低，便于大批量生產，但電路精度較差，且其基材受限于分散金屬顆粒的有機材料；第三種方法是采用微接觸印刷的減成法工藝，即先大面積淀積所需金屬層，再采用微接觸印刷形成有機分子掩膜，然后腐蝕掉非掩膜區(qū)域形成所需電路。這種方法雖然簡便，但因其屬于減成法工藝，導致對含金電路而言金浪費嚴重，成本很高(通常情況下，電路區(qū)域面積要遠遠小于非電路區(qū)域面積)。

薄膜電路相對于厚膜電路、印制板電路等的可靠性高、精度高，很適合高頻高帶寬應用，薄膜電路的工藝特點也非常適合應用于結構電路一體化，但薄膜電路通常含金，特別是在特殊應用場合，金層厚度還比較厚，因此希望采用加成法工藝制作金層以減少金的浪費。

另外，在某些特殊領域，結構件、絕緣件、隔離件等需采用強度、耐溫、絕緣性等綜合性能好的陶瓷材料，要在其表面制作精密薄膜電路實現結構電路一體化，上述的曲面電路制作方案均面臨諸多缺陷。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種簡便可靠的曲面上精密薄膜電路制作方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種曲面上精密薄膜電路制作方法，包括以下步驟：a)在需要制作電路的工件表面一次性濺射或蒸發(fā)多層電路金屬層和由內到外為Cr/Cu的雙金屬輔助層；b)在雙金屬輔助層上表面對應于需要腐蝕掉的多層電路金屬層的位置上微接觸印刷烷烴硫醇分子形成腐蝕雙金屬輔助層的掩膜；c)腐蝕掉烷烴硫醇分子掩膜保護區(qū)域外的雙金屬輔助層；d)脫附烷烴硫醇分子掩膜；e)腐蝕掉剩余雙金屬輔助層的金屬Cu，形成Cr掩膜；f)以剩余輔助層的Cr為掩膜對多層電路金屬層電鍍金；g)以電鍍的金為掩膜腐蝕掉剩余雙金屬輔助層的金屬Cr以及金掩膜外的多層電路金屬層，形成所需薄膜電路。

作為一種優(yōu)選的方案，所述工件材料為陶瓷、或聚酰亞胺、或聚醚醚酮，所述工件表面粗糙度小于100nm。

作為一種優(yōu)選的方案，所述的多層電路金屬層和雙金屬輔助層濺射或蒸發(fā)后用高純惰性氣體保護備用。

作為一種優(yōu)選的方案，所述的多層電路金屬層由內到外為Cr/Cu、或Cr/Cu/Ni、或Ti/Cu、或TiW/Ni、或TiW/Cu，其中Cr、Ti、TiW金屬的厚度在30nm～200nm之間，其他金屬的厚度在0.1μm～10μm之間；所述雙金屬輔助層中Cr層厚度在30nm～200nm之間，所述雙金屬輔助層中Cu層厚度在50nm～1000nm之間。

作為一種優(yōu)選的方案，所述的多層電路金屬層中Cr、Ti、TiW金屬的厚度為80nm，所述的多層電路金屬層中其他電路層金屬的厚度為3μm；所述雙金屬輔助層中Cr層厚度為100nm，所述雙金屬輔助層中Cu層厚度為200nm。

作為一種優(yōu)選的方案，所述微接觸印刷所用母版為聚二甲基硅氧烷凹版，微接觸印刷的烷烴硫醇為碳原子數在16～22之間的正烷烴硫醇，印刷方式為滾動印刷或貼附印刷。

作為一種優(yōu)選的方案，腐蝕雙金屬輔助層的Cu采用有機大分子腐蝕液；腐蝕雙金屬輔助層的Cr用鹽酸腐蝕液，腐蝕時用不銹鋼鑷子輕觸Cr表面。

作為一種優(yōu)選的方案，微接觸印刷的烷烴硫醇為碳原子數在18的正烷烴硫醇；所述有機大分子腐蝕液為3-硝基苯磺酸-聚乙烯胺腐蝕液。

作為一種優(yōu)選的方案，以Cr為掩膜電鍍金時，鍍金液為氰化物鍍金液，鍍金陽極為金箔或金片。

作為一種優(yōu)選的方案，脫附烷烴硫醇分子掩膜采用在四氫呋喃有機溶劑中利用超聲或攪拌的方式進行脫附。

本發(fā)明的有益效果是：本方法在電路金屬層上覆蓋輔助工藝金屬層，再結合傳統(tǒng)微接觸印刷工藝，實現了在曲面上用加成法制作帶金薄膜電路的目的，克服了傳統(tǒng)光刻技術不便于在曲面上制作薄膜電路的不足，和傳統(tǒng)微接觸印刷技術不便于以加成法工藝制作薄膜電路的不足，進而為結構電路一體化提供了一種新的便利可靠的制作工藝。

由于多層電路金屬層和由內到外為Cr/Cu的雙金屬輔助層用濺射或蒸發(fā)工藝一次形成，工藝便利且成本低。

由于曲面上不便于進行光刻，不便于形成光刻膠電鍍掩膜。而微接觸印刷便于在Cu、Au、Ag曲面上形成烷烴硫醇自組裝分子層掩膜，這種掩膜不能作為良好的電鍍掩膜(通電狀態(tài)下容易脫附且缺陷處會形成漏鍍)，卻可以作為良好的濕法刻蝕掩膜，特別是在銅表面，在使用有機大分子腐蝕液情況下，能起到很好的掩蔽作用。鑒于這種情況，本方法首先用微接觸印刷在廉價的銅表面形成陰版濕法刻蝕掩膜，腐蝕掉最外面薄薄的一層工藝輔助金屬Cr/Cu；然后去除微接觸印刷的自組裝烷烴硫醇分子層，再腐蝕掉最外面的Cu層，這樣就形成了Cr金屬的鍍Au掩膜層(Cr金屬在氰化物鍍金液中可作為鍍金掩膜)。這樣，電路中所需的Au以加成法工藝實現，大大降低了Au的浪費。

附圖說明

圖1-7是本方法實施過程的示意圖。

具體實施方式

實施例1如圖1-7所示，一種氧化鋁陶瓷桿(直徑10mm的)表面上精密薄膜電路制作方法，包括以下步驟：

a)在需要制作電路的工件表面(表面粗糙度小于100nm)一次性濺射或蒸發(fā)多層電路金屬層和由內到外為Cr/Cu的雙金屬輔助層；

所述的多層電路金屬層由內到外為Cr/Cu，其中Cr金屬的厚度為50nm，其他金屬的厚度在3.2μm；所述雙金屬輔助層中Cr層厚度為100nm，所述雙金屬輔助層中Cu層厚度為200nm。濺射或蒸發(fā)加工的真空室充惰性氣體如高純氮氣或氬氣保護后再迅速取出工件，并放于充惰性氣體的工件盒子內備用。Cu表面輕微的本征氧化不影響后續(xù)微接觸印刷的有機分子層作為腐蝕掩膜的效果。

b)在雙金屬輔助層上表面對應于需要腐蝕掉的多層電路金屬層的位置上微接觸印刷烷烴硫醇分子形成腐蝕雙金屬輔助層的掩膜；由于混合集成電路中用的薄膜電路其特征尺寸大，通常在十微米以上，且金屬電路的面積遠小于襯底面積，因此，用凹版可增強印刷可靠性。所述微接觸印刷所用母版為PDMS(聚二甲基硅氧烷)凹版母版，微接觸印刷的烷烴硫醇為碳原子數在16～22之間的正烷烴硫醇，優(yōu)選為碳原子數為18的正烷烴硫醇，印刷方式為滾動印刷。

c)腐蝕掉烷烴硫醇分子掩膜保護區(qū)域外的雙金屬輔助層；腐蝕雙金屬輔助層的Cu采用有機大分子NBSA-PEI(3-硝基苯磺酸-聚乙烯胺)腐蝕液；這樣即使印刷的有機分子層有微小缺陷，大分子腐蝕劑也不能穿透有機分子層導致錯誤腐蝕；腐蝕雙金屬輔助層的Cr用鹽酸腐蝕液，腐蝕時用不銹鋼鑷子輕觸Cr表面，可破壞Cr表面的鈍化層，使得腐蝕迅速，能夠觀察到Cr的瞬間腐蝕現象，界面明顯。

d)脫附烷烴硫醇分子掩膜；采用在四氫呋喃有機溶劑中利用超聲或攪拌的方式進行脫附。

e)采用有機大分子NBSA-PEI(3-硝基苯磺酸-聚乙烯胺)腐蝕液腐蝕掉剩余雙金屬輔助層的金屬Cu，形成Cr掩膜；

f)以剩余輔助層的Cr為掩膜對多層電路金屬層電鍍金；鍍金液為氰化物鍍金液，鍍金陽極為金箔或金片，金層厚度為2μm，金只會鍍在Cu上而不會鍍在Cr上。

g)以電鍍的金為掩膜腐蝕掉剩余雙金屬輔助層的金屬Cr以及金掩膜外的多層電路金屬層(可采用步驟c中方法)，形成所需薄膜電路。

本實施例1的電路最小線寬/間距為20μm，電路完成后，在顯微鏡下觀察，電路的導線圖形干凈整齊，無殘缺，無多余金屬。

實施例2一種氧化鋯陶瓷錐形表面(局部區(qū)域做電路)上精密薄膜電路制作方法，包括以下步驟：

a)在需要制作電路的工件表面(表面粗糙度小于100nm)一次性濺射或蒸發(fā)多層電路金屬層和由內到外為Cr/Cu的雙金屬輔助層；

所述的多層電路金屬層由內到外為TiW/Ni，其中TiW金屬的厚度為50nm，其他金屬的厚度為2μm；所述雙金屬輔助層中Cr層厚度為100nm，所述雙金屬輔助層中Cu層厚度為200nm。濺射或蒸發(fā)加工的真空室充惰性氣體如高純氮氣或氬氣保護后再迅速取出工件，并放于充惰性氣體的工件盒子內備用。

b)在雙金屬輔助層上表面對應于需要腐蝕掉的多層電路金屬層的位置上微接觸印刷烷烴硫醇分子形成腐蝕雙金屬輔助層的掩膜；所述微接觸印刷所用母版為PDMS(聚二甲基硅氧烷)凹版母版，微接觸印刷的烷烴硫醇為碳原子數在16～22之間的正烷烴硫醇，優(yōu)選為碳原子數為18的正烷烴硫醇，印刷方式為貼附印刷。

c)腐蝕掉烷烴硫醇分子掩膜保護區(qū)域外的雙金屬輔助層；腐蝕雙金屬輔助層的Cu采用有機大分子NBSA-PEI(3-硝基苯磺酸-聚乙烯胺)腐蝕液；腐蝕雙金屬輔助層的Cr用鹽酸腐蝕液，腐蝕時用不銹鋼鑷子輕觸Cr表面。

d)脫附烷烴硫醇分子掩膜；采用在四氫呋喃有機溶劑中利用超聲或攪拌的方式進行脫附。

e)采用有機大分子NBSA-PEI(3-硝基苯磺酸-聚乙烯胺)腐蝕液腐蝕掉剩余雙金屬輔助層的金屬Cu，形成Cr掩膜；

f)以剩余輔助層的Cr為掩膜對多層電路金屬層電鍍金；鍍金液為氰化物鍍金液，鍍金陽極為金箔或金片，金層厚度為3μm。

g)以電鍍的金為掩膜腐蝕掉剩余雙金屬輔助層的金屬Cr以及金掩膜外的多層電路金屬層，形成所需薄膜電路。

本實施例2的電路最小線寬/間距為10μm，電路完成后，在顯微鏡下觀察，電路的導線圖形干凈整齊，無殘缺，無多余金屬。

上述的實施例僅例示性說明本發(fā)明創(chuàng)造的原理及其功效，以及部分運用的實施例，而非用于限制本發(fā)明；應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。