ALN基负载衰减器侧面端导薄膜溅射工艺研究

ALN基负载衰减器侧面端导薄膜溅射工艺研究

薛静蓉  邹凤誉  路怡乐

陕西华经微电子股份有限公司   陕西省西安市   710065

摘要：使用薄膜溅射工艺制作ALN基负载衰减器产品侧面端导，不仅可以提高生产效率，还可以大幅度提高产品合格率，满足产品的批产需求。

关键词：高精度；溅射治具；侧面端导；

1概述

ALN基负载产品和衰减器产品的尺寸越来越小，需要印刷的面越来越多，从之前的两个面印刷发展到现在需要五个面印刷，传统的厚膜成膜工艺过程复杂，已经不能满足产品的批产需求，因此计划产品侧面端导使用薄膜溅射工艺生产。根据薄膜溅射工艺的特点，从以下四个方面进行研究：①溅射治具制作；②靶材选择；③溅射工艺参数选择；④电镀工艺优化。

2.研究过程

2.1溅射工装治具制作

以某产品为例，产品图形如图1所示，其中标注的S1、S2、S3、S4为两侧面溅射图形。根据产品的尺寸以及溅射图形制作了溅射治具，治具包含整体框架，上下盖板，盖板上按照溅射图形进行开口设计，为了确保高精度，设计四个定位柱。虽然是端导溅射，看似与片阻端导溅射工艺相似，其实大有不同，片阻端导溅射工艺是满侧面连接，志在实现电导通。负载、衰减器产品端导不仅是实现电连接，还有微带线的作用，对尺寸精度要求很高，所以溅射治具也应具有很高的精度，尤其是盖板的制作精度。

图1：产品溅射示意图

2.2靶材选择

溅射靶材为薄膜溅射工艺的重点控制参数，材料直接影响产品的性能以及可靠性，通过和设备厂家咨询以及查找相关资料，我们选择了某几种合金材料进行溅射试验。在试验验证过程中，使用A合金溅射的产品，各项性能指标符合技术要求，所以最终该系列产品选择A合金溅射靶材。

2.3溅射工艺参数优选

溅射是指荷能粒子（例如氩离子）轰击靶材表面，引起表面各种粒子，如原子、分子、或团束从该靶材表面逸出的现象称“溅射”，溅射出的物质沉积在基体表面上形成薄膜。

在氩气流量固定，靶材材料固定的情况下影响溅射质量的主要工艺参数有电源功率和溅射时间，我们选择不同的溅射功率和溅射时间，制作了不同的样品，电镀后，做耐焊接热和附着力对比试验，耐焊接热试验结果如表1所示，附着力实验结果如表2所示：

表1：不同工艺参数溅射耐焊接热对比

根据试验结果，选定该产品的溅射功率参数为5000W，溅射时间为25分钟。

实际生产中，产品尺寸与溅射尺寸不尽相同，随着产品的不同，需要进行合适的溅射工艺参数选择，考量重点就是正反面图形与溅射图形搭接的可靠性以及溅射图形向正反面图形的延伸深度。

2.4 电镀工艺参数优选

薄膜溅射后，还需要采用电镀工艺，使其具有一定的性能。首先就是电镀材料的选择，电镀完成后，还应采用水溶性防银变色剂处理，以增强抗氧化性。电镀工艺原则：一是正面保护浆料无损伤；二是焊盘电镀层可焊性、耐焊接热、抗氧化性能好；三是电镀中间体不能使用尖锐、毛刺类易划伤保护油漆的物体。

3技术难点及解决措施

3.1 高精度溅射盖板的设计制作

    比如上述产品，侧面端导图形公差只有±0.05mm，为了确保溅射图形的尺寸精度，在设计制作工装治具时，既要考虑盖板的厚度，也要考虑盖板开口的大小。盖板越薄，溅射图形和开口的大小尺寸越一致，但是盖板容易变形，重复利用率不高；盖板越厚，溅射图形和开口的大小尺寸相差越大，因为盖板厚的话，由于溅射角度的影响，必定会遮挡一部分图形。综合考虑，在模具总厚度有限的情况下，盖板的厚度为2mm时，盖板的硬度满足要求。

因为线切割加工的精度误差较大，所以溅射治具盖板加工尺寸的精度误差一直不能满足设计要求，导致溅射图形的尺寸不符合技术要求。为了提高盖板的加工精度，我们采用激光切割厚度较薄的钢模板，钢模板薄，激光切割精度高。钢模板的开口尺寸与溅射图形尺寸保持一致， 2mm厚的盖板开口尺寸略大，将钢模板与盖板点焊在一起，形成一套完整的高精度溅射盖板。

3.2 溅射缝隙控制

虽然当治具装入腔体后，只要是暴露在外的地方，都会被溅射出的粒子覆盖。但是，我们的产品不仅需要侧面被覆盖，还要向正反导面延伸。延伸的深度，不仅和溅射的功率、时间有关系，影响最大的其实是两片产品装片后之间形成的缝隙大小。如果没有缝隙，就算功率再大时间再长，粒子也只会覆盖在侧面，不会向正反导面延伸，和正反导搭接不会可靠。所以溅射产品装治具后，片与片之间，必须留有合适的缝隙，缝隙大小原理上就是保护层、标识层厚度的总和。经试验，我们选择了合适的网版制版参数，有效的控制了两片产品之间的缝隙宽度。溅射后，在显微镜下观察图形，溅射图形和正反导体搭接良好，电镀后，外观性能均符合要求。

4工艺改进后所取得的成绩

上述产品采用薄膜溅射工艺生产后，生产效率提高了5倍，合格率提高20%以上，工时成本节约了67.15%。

5结论

通过对薄膜溅射工艺以及电镀工艺的研究，制作了高精度侧面端导溅射治具，优选了最佳溅射工艺参数，确定了电镀材料，成功开发出了一套较为成熟完善的负载、衰减器侧面端导薄膜溅射工艺。大大提升了该系列产品的生产效率以及合格率，满足了产品的批量生产需求。

参考文献

[1]《薄膜技术与薄膜材料》，石玉龙，闫凤英，化学工业出版社，2015

[2]《不锈钢激光切割加工工艺优化及表面质量研究》，林锦明，姜超，顿亚鹏，杨艳艳，汪宏真，机电工程技术，2020