RU2832206C1

RU2832206C1 - Method of producing through holes with high density on foil polyimide films with adhesive sublayer

Info

Publication number: RU2832206C1
Application number: RU2023117387A
Authority: RU
Inventors: Юрий Надирович Касумов; Нелли Ефимовна Пухаева; Игорь Николаевич Гончаров; Владимир Владимирович Урумов
Filing date: 2023-06-30
Publication date: 2024-12-23

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to a method of opening contact pads on foil polyimide foil, and can be used in production of semiconductor systems, printed circuit boards or loops made on the basis of polyimide film. Obtaining through holes with high density on foil-coated polyimide films with an adhesive sublayer is the technical result, which is ensured by the fact that the etching solution contains, wt.%: monoethanolamine—20.4–71.26, alkali—30–50, tetramethylammonium hydrate or tetrabutylammonium hydrate—10–14, water—balance, wherein etching is carried out by frequent washing of the sample in concentrated sulfuric acid at temperature of 30–36 °C, followed by washing in distilled water at the same temperature as the etching solution, with carrying out visual control of change of color of polyimide film on transmission from orange to yellow, then further etching of the polyimide layer is carried out in monoethanolamine with addition of 10% KOH at temperature of 85–90 °C and periodic monitoring of the opening process.

EFFECT: disclosed is a method of producing through holes with high density on foil-coated polyimide films with an adhesive sublayer.

1 cl

Description

Изобретение относится к способу вскрытия контактных площадок в производстве полупроводниковых систем, печатных плат или шлейфов, изготавливаемых на основе полиимидной пленки.The invention relates to a method for opening contact pads in the production of semiconductor systems, printed circuit boards or cables manufactured on the basis of polyimide film.

В качестве прототипа принят способ производства полупроводниковых систем на полиимидном основании, где в качестве раствора травления используют раствор, содержащий в мас. %: моноэтаноламин - 20,4-71,26, щелочь - 30-50, тетраметиламмоний гидрат или тетрабутиламмоний гидрат - 10-14, воду - остальное, а травление незащищенных участков пленки осуществляют при температуре 100±5°С (патент РФ №2295846, Н05К З/26).The prototype adopted is a method for producing semiconductor systems on a polyimide base, where the etching solution is a solution containing in wt. %: monoethanolamine - 20.4-71.26, alkali - 30-50, tetramethylammonium hydrate or tetrabutylammonium hydrate - 10-14, water - the rest, and etching of unprotected areas of the film is carried out at a temperature of 100±5°C (RU Patent No. 2295846, H05K Z/26).

Недостатком известного способа является вскрытие достаточно крупных площадок, которое идет по времени травления адгезивного слоя. Данный способ при уменьшении диаметра отверстий проводит к отслоению медной фольги в ходе травления.The disadvantage of the known method is the opening of fairly large areas, which occurs during the etching of the adhesive layer. This method, when the diameter of the holes decreases, leads to the peeling off of the copper foil during etching.

Целью изобретения является способ получения сквозных отверстий с высокой плотностью на фольгированных полиимидных пленках с адгезивным подслоем, предотвращающий отслаивание медной фольги от адгезионного слоя структуры.The aim of the invention is a method for producing high-density through holes on foil-clad polyimide films with an adhesive sublayer, preventing the peeling of the copper foil from the adhesive layer of the structure.

Техническая сущность способа получения сквозных отверстий с высокой плотностью на фольгированных полиимидных пленках с адгезивным подслоем заключается в том, что способ получения сквозных отверстий с высокой плотностью на фольгированных полиимидных пленках с адгезивным подслоем, где в качестве раствора травления используют раствор, содержащий в мас. %: моноэтаноламин - 20,4-71,26, щелочь - 30-50, тетраметиламмоний гидрат или тетрабутиламмоний гидрат - 10-14, вода - остальное, отличающийся тем, что травление проводится путем частой промывки образца в концентрированной серной кислоте при температуре 30-36°С, с последующей промывкой в дистиллированной воде той же температуры, что и травитель, с проведением визуального контроля изменения цвета полиимидной пленки на просвет с оранжевого до желтого, а дальнейшее травление полиимидного слоя проводится в моноэтаноламине с добавлением 10% КОН, при температуре 85-90°С с периодическим контролем процесса вскрытия отверстий.The technical essence of the method for producing high-density through holes on foil-coated polyimide films with an adhesive sublayer is that the method for producing high-density through holes on foil-coated polyimide films with an adhesive sublayer, where a solution containing by weight %: monoethanolamine - 20.4-71.26, alkali - 30-50, tetramethylammonium hydrate or tetrabutylammonium hydrate - 10-14, water - the rest, characterized in that the etching is carried out by frequent washing of the sample in concentrated sulfuric acid at a temperature of 30-36 ° C, followed by washing in distilled water of the same temperature as the etchant, with visual control of the change in the color of the polyimide film in transmission from orange to yellow, and further etching of the polyimide layer is carried out in monoethanolamine with the addition of 10% KOH, at a temperature of 85-90 ° C with periodic control of the process of opening the holes.

В процессе травления диэлектрических слоев приходится сталкиваться с таким неприятным явлением как отслаивание медной фольги от адгезионного слоя структуры. Наиболее часто это проявляется при температурах травления порядка 50°С, в связи с этим было принято решение понижать температуру травления, несмотря на то, что увеличивается время травления.In the process of etching dielectric layers, one has to deal with such an unpleasant phenomenon as peeling of copper foil from the adhesive layer of the structure. This most often occurs at etching temperatures of about 50°C, in connection with this, it was decided to lower the etching temperature, despite the fact that the etching time increases.

Признано неэффективным травление с использованием только времени и температуры травления. Более успешным оказался подход периодического контроля прозрачности вытравливаемых отверстий на просвет, по изменению цвета проходящего через отверстие и исчезновению размытости изображения, наблюдаемого через отверстия структуры. Для этого структура периодически извлекалась из травителя, промывалась дистиллированной водой, находящейся при той же температуре, что и травитель, для снижения возможных механических напряжений при изменении температуры образца.Etching using only the time and temperature of etching was found to be ineffective. A more successful approach was to periodically monitor the transparency of etched holes in the light, by changing the color of the image passing through the hole and the disappearance of the blurriness of the image observed through the holes of the structure. For this purpose, the structure was periodically removed from the etchant, washed with distilled water at the same temperature as the etchant, to reduce possible mechanical stresses when the sample temperature changed.

В предлагаемом способе травление проводят не по времени, а путем частой промывки образца с вымыванием продуктов реакции, приводящим к расклиниванию зоны травления и отслоению фольги. Способ позволяет отказаться от предварительного набухания адгезивного слоя. Дополнительно ведется визуальный контроль по изменению цвета пленки на просвет с оранжевого до желтого.In the proposed method, etching is not carried out by time, but by frequent washing of the sample with washing out of the reaction products, leading to wedging of the etching zone and peeling off of the foil. The method allows to refuse preliminary swelling of the adhesive layer. In addition, visual control is carried out by changing the color of the film in the light from orange to yellow.

Осуществление способаImplementation of the method

Пример 1. В качестве состава для травления использовали раствор, содержащий в мас. %: моноэтаноламин - 20,4-71,26, щелочь - 30-50, тетраметиламмоний гидрат или тетрабутиламмоний гидрат - 10-14, вода - остальноеExample 1. The etching composition was a solution containing in wt. %: monoethanolamine - 20.4-71.26, alkali - 30-50, tetramethylammonium hydrate or tetrabutylammonium hydrate - 10-14, water - the rest.

Методом фотолитографии формировали систему отверстий 70 мкм, с шагом 140 мкм на медной фольге. После вскрытия отверстий в медном слое и промывке образца от продуктов травления меди производили травление открывшегося адгезионного слоя в концентрированной серной кислоте, с последующей промывкой в дистиллированной воде той же температуры, что и травитель, с проведением визуального контроля изменения цвета полиимидной пленки на просвет с оранжевого до желтого, а дальнейшее травление полиимидного слоя проводили в моноэтаноламине с добавлением 10% КОН, при температуре 85-90°С с периодическим контролем процесса вскрытия отверстий.A system of 70 μm holes with a pitch of 140 μm on copper foil was formed by photolithography. After opening the holes in the copper layer and washing the sample from copper etching products, the opened adhesion layer was etched in concentrated sulfuric acid, followed by rinsing in distilled water at the same temperature as the etchant, with visual control of the change in the color of the polyimide film in transmission from orange to yellow, and further etching of the polyimide layer was carried out in monoethanolamine with the addition of 10% KOH, at a temperature of 85-90 ° C with periodic control of the process of opening the holes.

На основании проведения испытаний была установлена оптимальная температура в интервале 30-36°С.Based on the tests, the optimum temperature was established in the range of 30-36°C.

Время травления 15 с, с последующей промывкой в 30% серной кислоте при той же температуре.Etching time 15 s, followed by rinsing in 30% sulfuric acid at the same temperature.

Травление концентрированной серной кислотой привлекательно тем что раствор прозрачный и в ходе травления видно, как меняется интенсивность его окраски, а также не наблюдается агрессивного воздействия по отношению к медной фольге.Etching with concentrated sulfuric acid is attractive because the solution is transparent and during etching you can see how the intensity of its color changes, and there is no aggressive effect on the copper foil.

На основании проведения испытаний была установлена оптимальная температура в интервале 30-36°С. Контроль только времени и температуры травления оказался недостаточно эффективным. Более успешным оказался подход периодического контроля прозрачности вытравливаемых отверстий на просвет, по изменению цвета проходящего через отверстие и исчезновению размытости изображения, наблюдаемого через отверстия структуры.Based on the tests, the optimum temperature was found to be in the range of 30-36°C. Controlling only the time and temperature of etching was not effective enough. A more successful approach was to periodically control the transparency of the etched holes by the light, by changing the color of the image passing through the hole and the disappearance of the blurriness of the image observed through the holes of the structure.

Из материала, показавшего лучшую устойчивость к отслоению фольги, оказалось возможным изготовить тестовые структуры с полностью протравленным диэлектрическим слоем (на данном этапе отрабатывалось изготовление структур с активной областью 10*10 мм², с отверстиями диаметром 60-80 мкм и шагом 150-350 мкм).From the material that demonstrated the best resistance to foil peeling, it was possible to manufacture test structures with a completely etched dielectric layer (at this stage, the manufacture of structures with an active area of 10*10 ^mm2 , with holes of 60-80 µm in diameter and a pitch of 150-350 µm was worked out).

Таким образом, предлагаемый способ удаления адгезива при производстве полупроводниковых систем на основе фольгированного полиимида обеспечивает чистоту и точность размеров и форм контактных площадок при низких температурах, обеспечивая меньшее испарение растворов, т.е. большую их стабильность и работоспособность. Применение такого решения позволило резко снизить процент брака на этапе травления адгезионного слоя.Thus, the proposed method of removing adhesive during the production of semiconductor systems based on foil-clad polyimide ensures the purity and accuracy of the sizes and shapes of contact pads at low temperatures, ensuring less evaporation of solutions, i.e. their greater stability and performance. The use of such a solution has made it possible to sharply reduce the percentage of defects at the stage of etching the adhesive layer.

Способ допускает возможность изготовления перфорированных пленок для GEM-структур из фольгированных полиимидных пленок с эпоксидно-каучуковым подслоем отечественного производства.The method allows for the possibility of producing perforated films for GEM structures from foil-clad polyimide films with an epoxy-rubber sublayer of domestic production.

Claims

A method for producing high-density through holes on foil-clad polyimide films with an adhesive sublayer, wherein the etching solution is a solution containing, wt. %: monoethanolamine - 20.4-71.26, alkali - 30-50, tetramethylammonium hydrate or tetrabutylammonium hydrate - 10-14, water - the rest, characterized in that the etching is carried out by frequently washing the sample in concentrated sulfuric acid at a temperature of 30-36 °C, followed by washing in distilled water of the same temperature as the etchant, with visual monitoring of the change in the color of the polyimide film upon transmission from orange to yellow, and further etching of the polyimide layer is carried out in monoethanolamine with the addition of 10% KOH, at a temperature of 85-90 °C with periodic monitoring of the process of opening the holes.