[发明专利]扩散形成图案法及所用的丝网

说明书

本发明涉及用于有机聚合物薄膜的扩散形成图案法。更具体地说，本发明涉及(1)一种改进的乳剂型丝网开口结构(用于丝网印刷)，它适合于形成丝网印刷的扩散成像膏的笔直边缘图像和(2)一种组合的丝网网孔结构，它适合用以上方法形成细小通道。

多层厚膜电路多年来已用于提高单位面积的电路功能度。习惯上用通过具有所要图案的丝网进行印刷的方法将厚膜材料沉积在基底上。多层构型中成图案厚膜的一个主要问题是丝网印刷的分辨能力有限。另外，这种多层方法需要过多的印刷和焙烧步骤，这对大规模生产的产率有不利影响，而且成本较高。重复印刷和焙烧步骤限制了图案的分辨率，而且还需要严格控制各层的厚度、各层之间的重新排列和仔细加工，以避免起泡和开裂。

Felton在美国专利5,032,216中公开的扩散形成图案法可以克服这些缺点。

在该方法中，以无图案的方式在基底上涂敷第一层非光敏性聚合物材料，接着涂敷成图案的第二层非光敏层。试剂由成图案的第二层向下扩散到第一层中，造成了该层的分散性的变化。然后用预定的洗脱剂洗掉第二层和第一层中由于上述作用而具有较大分散性的那些区域。对于电子学应用，功能材料包含在第一层中，在洗涤步骤后将其焙烧。因为丝网印刷与本发明有关，而且一直是最常用的厚膜涂敷方法之一，所以下面对其作一简要小结。

丝网是丝网印刷设备的最重要的部件之一。它起着确定印刷图案的作用，而且还是控制沉积在基底表面上的厚膜膏厚度的主要因素。在印刷过程中，刮板将膏浆压过丝网的开口区，同时将丝网压得与基底紧密接触，从而构成密封，将丝网表面和基底之间的膏浆的侧向展开减至最小。

通常主要有两类丝网可供使用，常用的筛网型丝网和蚀刻的箔片模版。在后一类丝网中，一片金属箔(例如不锈钢、铜、青铜或镍)在一个刚性的金属框架上绷紧并且选择性地蚀刻以便形成所需的开口图案。但是，在微电子印刷中使用的丝网大多是筛网型，其基础是固定在刚性金属框架上的致密编织的筛网，将筛网的开口选择性地覆盖以形成图案。图案是先用光敏性乳剂或膜涂敷筛网、随后用感光成像法形成的。或者，也可以将蚀刻的金属箔附着在丝网的面上。光敏性涂敷材料分成三大类：乳剂，它是一种粘稠的流体；直接薄膜，它是在形成图案之前附着在筛网上的一种光敏薄膜；以及间接薄膜，在它上面先形成图案，然后固定在筛网上。

为简单起见，本发明使用“乳剂开口”或“网孔”来表示丝网或模版上的成图案的开口区，不管制造它们所用的材料或方法如何。

虽然扩散形成图案法有多种用途、快速而且经济，但是它确实受到某些限制。具体地说，与任何常规的厚膜膏一样，可以扩散形成图案的物质在丝网印刷之后还会在X-Y方向展开(侧向展开)。由于这种侧向展开，从丝网圆形开口沉积出的物质呈放大的圆形，但是从丝网上直边开口沉积的是放大且呈半圆的形状。图1a表示在基底1上印刷一个无图案的层2，在其上面则通过一个开口大小为3a的丝网印上宽度为3b的成像层。注意3b＞3a说明了侧向展开。此外，在后继的干燥步骤中，包含在成像的第二层3中的试剂在沿Z方向逐渐地向下扩散到无图案的层2中(垂直扩散)的同时，也在X-Y方向扩散(所谓侧向扩散)。这就造成了最终洗涤步骤后比3b大的放大的图案图像3c，显示了侧向扩散的作用。这两种作用使得通过孔洞、空穴或通道形成所需要的笔直边缘和/或高纵横比特别困难。

本发明利用侧向展开和侧向扩散作用设计了改进的乳剂开口几何形状，它可以用来以摄影、化学、机械或其它方式形成丝网或模版，并且用丝网印刷法得到作为成像层的准确控制的厚膜膏图案，通过完成扩散成图过程，得到理想的图案图像。图2示意说明了一个乳剂开口，其中金属丝网5的一部分被乳剂层6覆盖以形成开口7。

因此，本发明涉及在有机聚合物薄膜中形成图案的扩散形成图案法，它包括以下步骤：

a)使用具有许多各边凹进的多边形网孔的丝网，用丝网印刷法按预定的图案涂敷其中含有一种试剂的成像层，该试剂能改变与固体成像层接触的至少一个无图案的介电层中固体有机聚合物的溶解度，从而在基底上形成所编排的坯体，

b)将无图案层在预定的温度下完全或部分干燥，以便将溶解度改变剂从成像层扩散到无图案的介电层中，和

c)用预定的洗脱剂洗涤编排好的坯体，除掉成图案的成像层和介电层中扩散形成图案的区域，它们均溶于预定的洗脱剂。