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玻璃表面微蝕刻工藝探討

發布時間:2019-03-13丨點擊量:1859

玻璃表面蝕刻紋路由于5G時代玻璃手機后蓋流行成為趨勢,預測大部分中高端機型將采用玻璃作為手機的后蓋板。因此,基于玻璃材質的微加工工藝也就成為CMF研究中不可回避的一個技術問題。而且,由玻璃材質的特殊性,利用蝕刻方式對玻璃表面進行各種紋路的加工越來越被人們所重視。研究這種玻璃表面微蝕刻加工就成為比較重要的一項課題。

在玻璃表面通過蝕刻的方式加工出線寬線距甚至深度的方法就成為非常重要的一個工藝環節。當前,普通玻璃微蝕刻普遍采用濕法刻蝕,采用46%的氫氟酸作為刻蝕劑在30℃的溫度下進行玻璃材質的電泳芯片刻蝕,刻蝕速度較高,表面質量不佳;還有采用1%的氫氟酸和5%的氟化銨作為刻蝕劑對玻璃微管道進行刻蝕,刻蝕溫度為65℃,刻蝕速度比較低,線寬擴寬較大.

微刻蝕時,由于希望采用較高的刻蝕速率,所以對保護膜在刻蝕溶液中長時間浸泡下的耐腐蝕性提出了較高的要求,但是由于工藝的最開始要鍍一層保護膜,接著要腐蝕出窗口,所以要求鍍膜的致密性比較好,而且要有特效腐蝕液。所以選擇了光刻膠,鉻,光刻膠加鉻,氮化硅,ITO、抗酸油墨等多種材料作為基底材料玻璃的抗腐蝕保護掩膜,并利用多種不同成分的刻蝕劑進行了對比刻蝕試驗,確定了不同材料保護膜的適用范圍。

玻璃濕法刻蝕工藝流程

玻璃濕法刻蝕流程圖如圖1所示。將玻璃基底表面拋光,在拋光面鍍一層保護掩膜,然后甩光刻膠 AZ4620,膠厚5,經過100 °前烘,光刻,顯影,利用腐蝕液除去圖形內暴露部分的膜層,完畢后清洗表面并做堅膜處理,堅膜溫度為120 °,恒溫4 h,堅膜后將進行刻蝕,根據不同需要調配刻蝕劑進行刻蝕,刻蝕溫度、攪拌速度等參數也隨不同的管道尺寸及刻蝕深度要求而具體設置,刻蝕完成后清洗玻璃并去除光 刻膠及鉻層。

將氫氟酸、氟化銨或硝酸和水按一定的濃度比調配刻蝕劑100ml,放入塑料容器內,利用水浴恒溫, 采用葉片式攪拌器加以攪拌,每刻蝕20 min清洗并檢測。利用電鏡觀察通道表面的刻蝕效果,同時觀察兩種刻蝕劑對基底的刻蝕效率和對基底表面保護膜的破壞作用,同時觀察不同尺寸的毛細管的深度方向的 刻蝕速率和側向鉆蝕速率。

保護膜的抗腐蝕特性

要對玻璃進行濕法刻蝕 , 主要采用兩種腐蝕液 , 一種為氫氟酸加硝酸(HF+ HNO3+ H2O),所以采用的保護膜材料必須能對酸有抗腐蝕性能??紤]到鍍膜工藝的成熟性以及最后去膜的方便,選用了四種材料(光刻膠,鉻,氮化硅,ITO)作為玻璃表面的抗腐蝕保護膜。

1掩膜對刻蝕劑1(HF+NH4F+H2O)的抗腐蝕特性

直接利用光刻膠作為保護膜的器件,在不加溫條件和在腐蝕液HF+NH4F (0.5mol/l : 0.5mol/l) 的環境下,在60min以內,光刻膠對未刻蝕區域的保護非常良好,腐蝕的速率為200nm/min,器件的側向 腐蝕導致的展寬在15微米左右。在70min以后,光刻膠出現剝落現象,同時由于光刻膠的黏附力不是很大, 在器件表面有漂浮的跡象,這時,管道刻蝕寬度展寬非常大,而刻蝕深度又非常淺,已經對器件產生了破壞作用。利用水浴加熱刻蝕環境的溫度至50 "C,光刻膠在20min就產生剝落現象,所以光刻膠作為抗腐蝕液的保護作用只能在常溫25 ℃左右,超過50 ℃以后,對圖形的保護就不是很有效。

濕法刻蝕時僅用Cr作為保護掩模層,在放入腐蝕液后的10min之內,刻蝕效果比較良好,但10min 后,在刻蝕通道上會有楔型毛刺產生,影響了通道的質量,如圖2所示。這是由于在Cr層內部應力較高,刻蝕時通道處Cr層在應力作用下發生局部剝落,經HF腐蝕形成毛刺。

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