CN102130087A - 三维集成电路金属导体轨道及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维集成电路金属导体轨道及制备方法。它是以金属或金属化合物添加物与二氧化钛为原料在塑性材料为基底制成。金属原子与二氧化钛的摩尔比：0.1-2.3∶1，制备工艺是利用激光分离出金属晶核，先低磷化学镀镍，然后化学镀铜，再中磷化学镀镍，形成金属导体轨道。本发明从导体轨道所依托的塑性材料上进行改进和提高，使承载材料结构含有相对少量的形成晶核的添加物成份，使其在制备导体轨道的过程中性能稳定。提高了导体轨道与承载材料之间的附着力，提高了产品质量，减少污染。
Description
技术领域
本发明涉及三维集成电路金属导体轨道的制备技术，特别是一种三维集成电路金属导体轨道及制备方法。
背景技术
三维导体轨道结构是一种较为先进的电子集成电路器件，与传统的二维(平面)集成电路相比，这种三维集成电路的导体轨道结构具有明显的优越性，应用也更加广泛。
在导体轨道结构的制备技术中，导体轨道承载材料的制备占据十分重要的地位。在已公开的文献和专利报道中，目前不导电承载材料的制备方法包括以下几种。
1)为了制造精细附着的导体轨道结构，在不导电的承载材料中掺入金属螯合物，其结构为尖晶石结构或类尖晶石结构的含铜化合物。且利用激光射线裂解出所构造的金属化晶核，这种方法可用于由热塑性的塑料采用喷铸方法制造电路载体。
2)采用摸块化的互连器件来制造三维喷铸电路载体。
上述两种方法的缺点在于金属螯合络合物的热稳定性对于现代高温塑料如LCP的加工处理温度处于临界范围内，因此该方法仅能有限制地应用在对于将来的无铅焊接工艺变得越来越重要的材料领域中。此外金属螯合合成体必须采用相对较高的掺杂，以在激光作用下得到足够密度的晶核用于快速金属化，然而高的合成体成份通常会损害承载材料所需的重要性能，如断裂强度和韧性等。
3)由激光射线分离出的金属化晶核通过金属微粒的隔离而物理钝化，其缺点是因为被隔离的微粒明显大于典型的金属螯合合成体的分子，所以导电性能比较差。
4)目前普遍采用在塑性材料中加入添加物的方法，其存在问题是由于添加物在塑性材料中分布的不均匀，对电子导体轨道的金属涂层的附着力有不利影响，从而影响了电子导体轨道的制备。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种金属导体轨道及制备方法，该方法从导体轨道所依托的塑性材料上进行改进和提高，使承载材料结构含有相对少量的形成晶核的添加物成份，使其在制备导体轨道的过程中性能稳定。提高了导体轨道与承载材料之间的附着力，提高了产品质量，减少污染。
本发明提供的金属导体轨道是以金属或金属化合物添加物与二氧化钛为原料在塑性材料为基底制成，其中，金属原子与二氧化钛的摩尔比：0.1-2.3∶1，制备工艺是利用激光分离出金属晶核，先低磷化学镀镍，然后化学镀铜，再中磷化学镀镍，形成金属导体轨道。
所述添加物为纳米级金属元素：Fe、Ni、Co、Ag、Pd、Au、Os、Pt、或其金属的络合物、金属的无机和有机物。
其中以金属元素钯(Pd)、银(Ag)为最佳。
本发明提供的一种金属导体轨道的制备方法包括的具体步骤：
1)在工程塑料ABS、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等热稳定材料中通过加热和机械混合的方法把金属元素Fe、Ni、Co、Ag、Pd、Au、Os、Pt、或其金属的络合物、金属的无机和有机物、二氧化钛添加到塑料中。
2)把含有金属元素添加剂的塑料用注塑机注塑成型为构件。
3)用激光射线在构件的表面照射出特定形状的线路图型；经过激光照射的特定形状区域，分解出金属晶核；
4)金属晶核区域进行低磷化学镀镍、化学镀铜、再中磷化学镀镍就形成了金属导体轨道。
所述的激光射线波长为335-1064nm，照射时间为0.01-1秒；
所述的低磷化学镀镍的镀镍液配方：PH＝8-9，温度60-70℃，硫酸镍27g/L；次磷酸钠20g/L；醋酸钠15g/L；焦磷酸钾30g/L；柠檬酸4g/L；十二烷基月桂酸1g/L。镀镍层的厚度为0.5-3微米，可选0.5-1微米。
化学镀铜的镀铜液配方：PH＝12，温度60℃；无水硫酸铜12g/L；酒石酸钾钠43g/L；乙二胺四乙酸二钠14g/L；甲醛(37％)21ml/L；亚铁氰化钾36mg/L；联吡啶0.06g/L；氢氧化钠调PH值；空气搅拌。化学镀铜的速率为2微米/小时。
再中磷化学镀镍镀镍液配方：PH＝4.8-5，温度80-86℃，硫酸镍27g/L；次磷酸钠24g/L；醋酸钠15g/L；乳酸30g/L；柠檬酸4g/L；十二烷基硫酸钠1g/L。镀镍层的厚度为5-13微米。要求镀层厚度2-3微米。
所述的化学镀铜层的厚度为1-12微米，可选8-12微米。温度60℃；PH＝11-12，镀铜时间约300-400分钟。
所述的构件为手机机壳、手机天线和其它三维集成电路的电子产品。
所述的特定形状的线路图型是手机天线的形状或需电磁屏蔽区域的形状或其他电路的形状等。
本发明适用制造三维立体集成电路和二维平面集成电路的承载材料。本发明也适用电子轨道的制备。
本发明的一个特点是在承载材料上金属化的工艺方法的改进，由于加入的金属元素的不同，先采用低磷化学镀镍；提高形成的金属导体和载体的附着力的质量、再进行化学镀铜和中磷化学镀镍。
本发明的优点是：
通过在不导电的塑性材料中加入热稳定性差、在酸性或碱性水溶液中稳定且不溶解的金属或金属化合物作为添加物来实现。金属元素钯和银的盐，由于热稳定性较差，在激光照射下很容易被分解成金属单质，形成金属晶核。而且，钯和银这两种元素的化学特性对于化学镀镍是高活性的，高选择性的，比化学镀铜的活性和选择性高。另外，由于钛元素是过渡元素，含有d-电子轨道，所以二氧化钛的化学特性比主族元素的二氧化硅或硅酸的选择性高，由此载体形成的金属导体轨道比传统工艺制备的金属导体轨道在性能上强。
通过在不导电的塑性材料中添加化学元素或化合物使承载材料性能提高，由于添加物为纳米级金属元素，粒度小，在载体材料中分散更均匀、激光镭射形成的导体轨道边缘更整齐有序、塑性材料的各项指标保持性好，生产加工后的电子导体轨道附着力强。特别是：
1)金属元素添加物为纳米级的尺度，微粒更小在塑料中分散的更均匀，对载体塑料的强度等性能影响小，
2)金属元素添加物为纳米级的尺度，微粒更小在塑料中分散的更均匀，激光镭射形成的导体轨道边缘更整齐有序。
3)金属元素添加物为热稳定性差的，这样在激光照射下，更容易完全分解成金属单质。使得表面金属元素最大化。提高电子导体轨道与承载材料之间的附着力。
具体实施方式
实施例1
在注塑机(住重SH160C，日本住友重机械株式会社制造)中将质量为65％的聚对苯二甲酸丁二醇酯、26％的纳米级二氧化钛和含9％的纳米级钯金属元素化合物二亚硝基二氨钯进行均匀混合，颗粒在175℃的温度下，注塑成型，被加工成一个手机机壳。然后使用ND:YAG激光器。以波长为1064nm，在机壳照射时间为0.01秒，照射出手机天线的形状，在金属化过程中，经过激光照射的特定形状区域，分解出金属晶核钯。
分别进行低磷化学镀镍，化学镀铜、再中磷化学镀镍过程，形成了金属导体轨道。这些金属导体轨道可以起到电磁耦合，信号与电流传输和/或电磁屏蔽等作用。
低磷化学镀镍：镀镍液配方：PH＝8.5，温度65℃，硫酸镍27g/L；次磷酸钠20g/L；醋酸钠15g/L；焦磷酸钾30g/L；柠檬酸4g/L；十二烷基月桂酸1g/L。镀镍时间10分钟，镀镍层的厚度为0.5微米。
化学镀铜：镀铜液配方：PH＝12，温度60℃；无水硫酸铜12g/L；酒石酸钾钠43g/L；乙二胺四乙酸二钠14g/L；甲醛(37％)21ml/L；亚铁氰化钾36mg/L；联吡啶0.06g/L；氢氧化钠调PH值；空气搅拌。化学镀铜时间为3200分钟。镀铜层厚度为：11微米。
中磷化学镀镍：镀镍液配方：PH＝4.8-5.0，温度84-86℃，硫酸镍27g/L；次磷酸钠24g/L；醋酸钠15g/L；乳酸30g/L；柠檬酸4g/L；十二烷基硫酸钠1g/L。镀镍层的厚度为2微米。镀镍时间为10分钟。
实施例2
在一台注塑机中用83％质量的聚对苯二甲酸丁二醇酯和11％质量的纳米二氧化钛和含6％质量的纳米级银金属元素络合物Ag(SCN)，进行混合。颗粒在180-185℃下被加工成一个手机机壳。以下操作同实施例1。
本发明通过对塑性材料中金属添加物的改变，改变了传统的三维集成电路导体轨道的生产工艺和化学镀铜的方法，特别是：
1)金属元素添加物为纳米级的尺度，微粒更小在塑料中分散的更均匀，对载体塑料的强度等性能影响小，
2)金属元素添加物为纳米级的尺度，微粒更小在塑料中分散的更均匀，激光镭射形成的导体轨道边缘更整齐有序。
3)金属元素添加物为热稳定性差的，这样在激光照射下，更容易完全分解成金属单质。使得表面金属元素最大化。提高电子导体轨道与承载材料之间的附着力。
4)采用低磷化学镀镍打底，可以提高金属导体和塑性材料之间的结合力，其原因是低磷化学镀镍的内应力比化学镀铜小。提高了产品质量。
5)改变生产工艺和化学镀铜的方法，可以减少污染环境的甲醛的用量，至少减少用量50％-65％。
Claims (10)
1.一种三维集成电路金属导体轨道，其特征在于它是以金属或金属化合物添加物与二氧化钛为原料在塑性材料为基底制成，其中，金属原子与二氧化钛的摩尔比：0.1-2.3∶1，制备工艺是利用激光分离出金属晶核，先低磷化学镀镍，然后化学镀铜，再中磷化学镀镍，形成金属导体轨道。
2.按照权利要求1所述的金属导体轨道，其特征在于所述的添加物为纳米级金属元素：Fe、Ni、Co、Ag、Pd、Au、0s、Pt、或其金属的络合物、金属的无机和有机物。
3.按照权利要求1所述的金属导体轨道，其特征在于所述的金属元素为钯(Pd)、银(Ag)。
4.一种三维集成电路金属导体轨道的制备方法，其特征在于它包括的具体步骤：
1)在工程塑料ABS、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等热稳定材料中通过加热和机械混合的方法把金属元素Fe、Ni、Co、Ag、Pd、Au、Os、Pt、或其金属的络合物、金属的无机和有机物、二氧化钛添加到塑料中；
2)把含有金属元素添加剂的塑料用注塑机注塑成型为构件；
3)用激光射线在构件的表面照射出特定形状的线路图型；经过激光照射的特定形状区域，分解出金属晶核；
4)金属晶核区域进行低磷化学镀镍、化学镀铜、再中磷化学镀镍就形成了金属导体轨道。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的激光射线波长为335-1064nm，照射时间为0.01-1秒；
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的低磷化学镀镍的镀镍液配方：PH＝8-9，温度60-70℃，硫酸镍27g/L；次磷酸钠20g/L；醋酸钠15g/L；焦磷酸钾30g/L；柠檬酸4g/L；十二烷基月桂酸1g/L；镀镍层的厚度为0.5-3微米。
7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的中磷化学镀镍镀镍液配方：PH＝4.8-5，温度80-86℃，硫酸镍27g/L；次磷酸钠24g/L；醋酸钠15g/L；乳酸30g/L；柠檬酸4g/L；十二烷基硫酸钠1g/L；镀镍层的厚度为5-13微米；镀层厚度2-3微米。
8.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的化学镀铜层的厚度为1-12微米；化学镀铜液配方：PH＝12，温度60℃；无水硫酸铜12g/L；酒石酸钾钠43g/L；乙二胺四乙酸二钠14g/L；甲醛(37％)21ml/L；亚铁氰化钾36mg/L；联吡啶0.06g/L。
9.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的构件为手机机壳、手机天线或其它三维集成电路的电子产品。
10.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的特定形状的线路图型是手机天线的形状或需电磁屏蔽区域的形状或其他电路的形状。
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