Способ изготовления диэлектрических подложек с отверстиями

 

Использование: в радиоэлектронной технике. Сущность изобретения: способ изготовления сверхтолстых до 0,6 - 0,9 мм диэлектрических подложек с отверстиями любой геометрической формы основан на обработке анодированной подложки из алюминия насыщенным раствором хромового ангидрида перед формированием на ней фоторезистивной маски, что позволяет повысить качество подложек за счет обеспечения одновременного травления оксида алюминия по всей площади.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при изготовлении диэлектрических печатных плат радиоэлектронных устройств.

Известен способ изготовления диэлектрических деталей с отверстиями, по которому алюминиевую пластину анодируют вначале на глубину порядка 1 мкм, затем на места будущих отверстий наносят защитный фоторезистивный слой и проводят анодирование на требуемую толщину, вскрытие отверстий происходит при стравливании оставшегося непрореагированного алюминия.

Недостаток способа состоит в том, что в процессе анодирования происходит уменьшение размеров отверстий за счет зарастания (анодирования под маской), причем коэффициент зарастания равен 0,45 от толщины полученного оксида и поэтому при толстослойном анодировании отверстия могут получаться не только конусные, но и слепые.

В другом способе отверстия в подложках получают путем анодирования алюминиевой пластины с одной стороны на требуемую глубину, нанесения затем вакуумтермическим испарением металлической защитной маски с этой же стороны, выполнения по ней фоторезистивной маски, травления вначале металлической маски, а затем оксида в окнах фоторезистивной маски.

В этом способе использование металлической напыленной маски выполняет задачу предотвращения проникновения в поры оксидной пластины другой технологичеспкой среды - фоторезиста, предотвращающей травление оксида в объеме. Однако способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что металлическая маска используется только один раз, что приводит к нерациональному расходованию дорогостоящего материала (молибдена), во-вторых, для нанесения маски требуется сложное вакуумное напылительное оборудование и, как следствие, большое количество жидкого азота, кроме того, процесс вакуумного напыления длительный, трудоемкий и непроизводительный.

Извесен также способ изготовления диэлектрических деталей с отверстиями, преимущественно для электронных приборов (прототипа), по которому формирование защитного покрытия на поверхности оксида алюминия осуществляют путем обработки пластины легкогидролизирующим соединением, например тетраэтоксисиланом, с последующим кипячением в воде в течение 5-15 мин. При этом происходит частичный гидролиз тетраэтоксисилана и оксида алюминия по стенкам пор, что перекрывает поры и предотвращает в дальнейшем попадание фоторезиста в поры, но в процессе задубливания фоторезиста при 180^оС происходят некоторое разрыхление и усадка вещества, находящегося в порах оксида, что обеспечивает проникновение травителя в поры и прохождение объемного травления оксида.

Однако этот способ пригоден только для изготовления диэлектрических подложек небольшой толщины до 100-150 мкм. При более толстых подложках и тем более сверхтолстых в 600-800 мкм этот процесс неприемлем, так как перекрытие очень протяженных пор происходит настолько, что травитель вглубь пор не проникает. Это приводит к поверхностному травлению оксида, подтравливанию под защитной маской, разрушению оксида и браку подложек.

Целью изобретения является упрощение процесса изготовления отверстий любой геометрической формы и повышение качества подложек за счет обеспечения одновременного травления оксида во всем объеме пор.

Это достигается тем, что перед формированием фоторезистивной маски на поверхности оксида пропитывают подложки насыщенным раствором хромового ангидрида, нагревают до 200-220^оС и выдерживают при этой температуре 3-5 мин.

Технических решений, содержащих совокупность отличительных признаков изобретения, не обнаружено. Отличительным признаком изобретения является защита оксида от проникновения в поры фоторезиста веществом (CrO₃), которое не только выполняет эту роль, но и в последующих обработках оказывается полезным. Так, после пропитки оксидных анодных подложек насыщенным раствором хромового ангидрида путем окунания в раствор и нагревания до 200-220^оС происходит удаление из пор растворителя (воды) и начало перехода CrO₃ и Cr₃O₈, при этом на одну молекулу хрома теряется всего лишь 1/3 молекулы кислорода, однако свойства новой окиси хрома меняются настолько, что она не взаимодействует с фоторезистом и перекрывает поры так, что жидкий фоторезист в них не проникает. Нижний предел температуры 200^оС взят выше температуры задубливания фоторезиста (180^оС) с тем, чтобы при задубливании не происходило выделения из пор газообразных продуктов, которые могли бы разрушить фоторезистивную пленку. Температура 220^оС (верхний предел) соответствует переходу CrO₃ в Cr₃O₈. Дальнейший подъем температуры приводит к образованию Cr₂O₅, выделению еще кислорода, что нежелательно, так как может привести к образованию микроканалов и проникновению по ним жидкого фоторезиста. Итак, нанесение жидкого фоторезиста на оксидные пластины, пропитанные CrO₃ и прогретые до 200-220^оС, и задубливание его при 180^оС происходит также успешно, как и на беспористой поверхности. После вскрытия окон в фоторезистивной пленке путем проявления производится травление оксида в окнах маски. Здесь используется другая полезная сторона пропитывающего вещества. Так как травление оксида производится в растворе состава CrO₃ 160 г, Н₃РО₄ 270 мл; Н₂О 1000 мл, то находящееся в порах вещество оказывается составной частью этого травителя, что и создает условие травления оксида сразу во всем объеме пор. Это позволяет получать отверстия в сверхтолстом оксиде диаметром от единиц микрометров до миллиметров, а геометрическая форма отверстий и окон может быть любой. Более того, из оксидной пластины можно "вырезать" детали также любой конфигурации. Стенки отверстий получаются строго вертикальными без какой-либо конусности. Введенный в поры хромовый наполнитель не нужно удалять из пор, так как при отжиге подложек с нагревом до 900^оС в порах происходит образование Cr₂O₃, который уменьшает объем пор, что положительно сказывается на диэлектрические свойства подложек.

Способ осуществляется в следующей последовательности операций.

Подготовка заготовок алюминия, двустороннее сквозное анодирование, пропитка раствором хромового ангидрида, нагрев до 210^оС, выполнение фотолитографического процесса с целью получения маски с рисунком будущих отверстий, вытравливание отверстий, удаление фоторезистивной маски, отжиг при 900^оС.

П р и м е р. Алюминиевую пластину толщиной 0,5 мм и размерами 48 х 60 мм подвергают двустороннему сквозному анодированию в 4%-ном растворе щавелевой кислоты. При этом получают оксидную пластину толщиной 0,725 мм. Далее окунают пластину в стакан с насыщенным раствором хромового ангидрида, вынимают и встряхивают для удаления капель раствора. Помещают пластину в сушильный шкаф и нагревают до 210^оС, выдерживают 5 мин и охлаждают. Затем наносят на обе стороны пластины методом фотолитографии, совмещают фоторезистивные маски с рисунком будущих отверстий, задубливают при 180^оС. Вытравливают оксид в местах отверстий в растворе CrO₃ 160 г; Н₃РО₄ 270 мл; Н₂О 1000 мл. Удаляют фоторезистивную маску в растворе диэтиламин:вода = 1:1 и проводят отжиг подложки на воздухе при 900^оС.

Данный способ дает возможность изготавливать диэлектрические подложки высокого качества из анодного оксида алюминия любой толщины с отверстиями и окнами любых размеров и конфигураций. Способ прост в осуществлении и не требует применения дорогостоящих материалов и оборудования.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДЛОЖЕК С ОТВЕРСТИЯМИ преимущественно для плат радиоэлектронных устройств, включающий подготовку заготовки из алюминия или его сплавов, ее анодирование, формирование фоторезистивной маски на поверхности полученного оксида алюминия, вытравливание отверстий в оксиде алюминия и термообработку, отличающийся тем, что перед формированием фоторезистивной маски заготовку пропитывают насыщенным раствором хромового ангидрида, нагревают до 200 - 220^oС и выдерживают при этой температуре 3 - 5 мин.