无掩模布线形成技术，换言之无光致蚀刻(Photoetching Less)技术因其成本降低效果非常显著而受到安装技术者的极大关注。无掩模这一术语的广义是作为不使用掩模的技术，已有使用激光等使光致抗蚀剂直接曝光的直接成像(Diret Imaging，DI)，通过掩模印刷银胶的丝网印刷，从喷嘴喷出胶的配送料(D i spe n s e)等，但是本文关注的是通过使用喷墨的纳米油墨在PCB或半导体封装上形成布线的无掩模布线形成技术。　　1基板上的布线形成法　　PCB是以环氧树脂等有机物为绝缘体，在绝缘体上形成铜线路，如图1所示。图l(a)表示在基板全面的铜箔或镀铜层上涂布光致抗蚀剂，曝光显影(未曝光的部分溶解)，保留相当于布线部分的抗蚀剂膜。然后蚀刻铜，保留抗蚀剂下面的铜而形成线路。这种方法称为减成法(布线物质除去法，Subtract)，它是最广泛使用的方法。 　　图l(b)称为半加成法(Semiadditive，部分的布线物质附加法)。采用化学镀法镀覆全面薄铜层(称为植晶层，S e ed)，涂布光致抗蚀剂，曝光显影，与图l(a)相反，除去布线部分的抗蚀剂，以植晶层为电极进行电镀，除去抗蚀剂以后蚀刻除去植晶层。虽然工程复杂，但图1(b)中的布线截面呈现漂亮的矩形和正确的细线宽度。植晶层作为电镀时的电极是必需的。在半导体中，有时把植晶层置于抗蚀剂上，这时采用化学机械研磨法(CMP，Chemical Mechanical Poilsh)研磨表面镀层，形成平滑的布线。该法称为埋嵌象嵌法(Damaxine)，应用于半导体芯片的微细布线制造。图1(a)和图(b)都需要光致掩模，而图l(c)是把布线物质添加到原样的基板上，称为全加成法(Fullaclditive，完全布线物质附加法)，无须光致掩模。虽然传统的全加成法还没有达到实用水平，但是正在开发含有金属微粒子的称为纳米油墨的油墨，在电脑中记忆布线图形的数据，采用喷墨打印机(Inkjet Printer)印刷导电物质(导电性油墨)，可以描绘成布线，这种技术引起人们的关注。　　2喷墨法的优点　　图2比较了传统的代表性PCB和原理上喷墨法的工程。由图2可知，喷墨法不使用光致掩模工程数少，无须由此产生不必要装置，无须废液处理和干燥工艺等。虽然喷墨布线在原理上具有若干优点，但是为了使这种新的制造技术实用化，通常需要从多种角度进行研究。表1表示了喷墨法的优点(o)、问题点(△)和不明白点（？）。表1中的“o”项目在原理上是优良的，它比传统技术具有压倒性的优势。但是一种技术要在工业上稳定立足，必须克服许多技术团体正在继续的积极开发，期盼着不久的将来付诸实用。与其说全面应用于PCB，还不如说从利用无掩模特征的特别封装或者小型装置的应用着手。 　　3纳米金属粒子和纳米油墨　　纳米金属粒子是喷墨法的重要因素。传统使用于焊膏或者银胶中的金属微粒子为数微米的粒径，而纳米粒子的粒径约为它1/100的10nm以下。如果粒子越小，表面上产生强活性原子的比例就会增加。例如中10um的粒子与内部的原子相比，其表面的原子几乎可以忽视，然而5nm的粒子表面的原子数约为40％，熔点大幅度见。例如金的熔点为l 337℃，粒径2nm时降低到400℃。　　这种纳米粒子即使在常温下也会相互融合，因此如图3所示采用特别的涂覆剂覆盖纳米例子的表面，使其独立存在于有机溶剂中。如果在较低温度下(例如200℃)加热这种液体(例如银粒子时)，因为液体中含有别的物质吸收涂覆剂，所以粒子之间相互溶接。溶剂蒸发，残留金属，成为低温烧结的状态。纳米金属粒子的制造方法有气体中蒸发法、溅射法、激光法和胶体法等，各公司正在开发廉价的制造方法。现在以银和金的纳米粒子为主，还有其它容易制造的纳米金属粒子。 　　如果普通图形物质的粒子存在于液体中，则会提高液体的黏度，然而由于纳米粒子非常小，仍然保持溶剂的液体的黏度，可以用作喷墨用的油墨。虽然还不清楚微粒子的分散液体作为油墨的调整方法或者物质，但是油墨中的金属微粒子的可能浓度最大约为60％。　　4墨滴的附着和金属膜的生成　　图4表示了采用喷墨制作导电膜时，从喷嘴喷出的液滴的大小约为数pL。现在如果假设2pL的液滴是球形，直径为15um。这种液滴冲击在基板上，就会扩散为由20um～40um，中心部的厚度约为10um。这种状态的基板加热到150℃-300℃，溶剂蒸发而保留纳米粒子，金属纳米粒子的浓度约为30％，金属膜的厚度约为1um～2um，从而获得了标准线宽15um-20um，厚度为1um-2um的银布线。　　这种喷墨液滴的扩展决定了布线宽度。液滴的扩展取决于基板的表面状态通常采用接触角来测量。图5表示的亲水性表面即湿润状态的接触角为0度-5度，控制液滴扩展是困难的。如果采用Ar等离子处理基板表面，则可使表面成为难以湿润的疏水性表面。如图5所示，聚酰亚胺膜经过5min一10min的等离子处理过的接触角为53度～55度。为了谋求采用喷墨法时的膜厚，接触角宜大一些，因此今后希望多用等离子处理。但是等离子处理存在着设备和处，理时间的问题，埋没了喷墨法的优点，因此期盼着开发更简便的处方法。      　　关于布线的膜厚，一般PCB的铜线路厚度为5um-12um，喷墨法的膜厚比它薄得多。PCB使用铜膜，而喷墨法使用Ag，即使考虑到固有电阻，喷墨法的电阻率也高一些。如果膜太薄，则有影响耐迁移性等可靠性的可能性。如果膜太薄，则有影响耐迁移性等可靠性的可能性。如果重复喷墨则会增加膜厚，但是大大降低了喷墨法的优点。喷墨法的开发初期是关注可以微细布线的优点，但是PCB的线路宽度为30um-70um，特殊情况下为20um-40um，现在已经研究了50um左右的线宽可行性。　　照片1(a)表示银喷墨布线法的线宽70um，厚度lum-2um布线例。由照片1(a)可知，打印了4行15um的圆点。照片1(b)表示线宽30um，厚度数微米的布线例，线宽仍然呈现圆点形状。表面或者线宽上的凹凸性可能成为大电流或者高频工作中的问题。因此线路硬化以前进行了采用轧辊平整表面的整平实验。　　关于布线的电阻值，纳米油墨附着以后不会发生导电性。如果在100℃上干燥附着的纳米油墨，溶剂蒸发，剩下被涂覆剂覆盖的纳米粒子，还是没有导电性。然后利用金属和油墨组成的不同，在130℃-300℃下加热，剥离涂覆剂，粒子之间相互熔接而发生导电性，温度越高，熔接越紧密，电阻值越低。银粒子的数据是130℃烧结时的电阻率为8Ω·cm，180℃和230℃烧结时的电阻率是3．4Ω·cm，但是即使如此，电阻率仍然是Ag的体积电阻率1.6Ω·cm的2倍以上。因此要求在低电阻的应用中，必须充分考虑到布线的宽度和厚度。　　5半导体芯片连接上的应用　　安装技术中，基板上与半导体芯片的连接方法是一个重要的课题。为了使喷墨法适用于芯片连接，对于高度不同的点的连接，平面描绘时的喷墨确有困难。小片粘结时采用胶涂布，然而问题是线粘结。喷墨不会直角上升到芯片的高度，因此芯片的侧面部要采用喷墨法填充绝缘性树脂，制作成为斜面。芯片边缘通常露出Si02，这种危险区域必须涂覆。　　照片2表示了经过上述处置的芯片电极与基板上电极的连接例的截面图和平面图。由截面图可知，喷墨银布线(Ink—jetsilver Wire)是比传统金线(约30um左右)更薄的布线。关于半导体以外的电子部品，芯片电阻或者芯片电容等，有的原来采用油墨作为连接材料，有的采用传统焊料的再流焊，有的采用油墨在部品上描绘。与倒芯片、COF(Chip on Film)和ACF(Anisotropic Conductive Film)等其它连接方法的混合工程也在考虑之中，但是实测数据少，这是今后的开发方向。　　6多层布线的应用　　现在的PCB有双面板、多层板，具有芯板的积层构造，一次积层层压板和全层积层等各种各样，而在布线工程中时常采用喷墨法。在传统工程中插入喷墨法，从工程之间的匹配性考虑，效果并不怎样，对于这一点，采用喷墨法的所有工程报告都遇到这种情况。图6表示了采用喷墨法的全层形成的流程。除了基材以外，包括绝缘层和布线层全都采用喷墨形成，20层的构造中，厚度只是200um的薄型构造，层间导通用的柱(Post，导通孔)或电阻也是采用喷墨制成的。将来还计划封入半导体和部品。　　7布线宽度微细　　由于喷墨法使用纳米粒子，因此非常微细的布线宽度是可想而知的，关于这一观点还在研究之中。采用特殊油墨头(Ink Head)的液滴为毫微微升以下，正在开发超级喷墨(Super In kjet)法。照片3表示采用超级喷墨技术制造的线宽2．5um-3um，厚度2um的线路。如果这样，它也适用于半导体芯片中的布线，但是与最先进的光刻(Plhotolithography)相竞争时，存在着与半导体制造工程和材料的匹配性不相适应的问题。在所谓超级连接(Super  Connect)的1um一10um领域中，可以设法使用于芯片间的连接，正如现在的SiO2，贯通电极技术等那样，如果前工程和后工程融合，将来的可行性是可以预见的。　　8结语　　以上综述了利用喷墨法的无掩模布线形成技术，文中涉及的目前的问题点还不少。线宽节距、面积和阻值等限制少的应用，例如等离子显示板(PDP，Plasma Display Panel)或者液晶显示板(LCP，Liquid Crystal Panel)的布线应用都取得了进展。现在提出了在小型机器内不使用基板的箱体上制作布线图形的方案，这是喷墨法擅长的应用领域。喷墨法作为大型的新安装技术，大学、金属制造商、化学制造商和电气制造商正在进行积极的研究开发，可以预期在不久的将来将会取得非常惊人的发展。

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