[發明專利]一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法

有效

• 申請號: 202010800390.6
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111933531B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 王運龍;魏曉旻;郭育華;劉建軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L21/50;H01L25/16
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

1.一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，所述立體電路包含多個具有氣密性的介質層、導體層和層間互聯孔，其特征在于，在傳統介質層金屬化的基礎上通過介質層與導體層直接激光鍵合實現電路的積層制造，激光鍵合包括：

介質層或導體層表面處理；

層間對位固定；

激光選擇性照射實現局部鍵合；

激光鍵合還包括：

步驟一：制作單層雙面電路，將該單層雙面電路為立體電路第一層，包括第一介質層以及分別位于第一介質層上下兩面的兩個第一導體層；

步驟二：采用激光對一個第一導體層進行處理形成第一表面處理層且/或對待鍵合介質層表面進行處理使其表面沉積一層第二表面處理層；

步驟三：將待鍵合介質層與立體電路第一層重疊對位以后整體放入上約束板與下約束板形成的空間內，通過上約束板和下約束板向待鍵合介質層以及立體電路第一層施加約束力，其中，上約束板為激光透明材料；

步驟四：激光從上約束板向待鍵合介質層照射，激光焦點偏離待鍵合介質層與立體電路第一層的界面預設距離，通過激光點動成線逐漸形成鍵合面；

步驟五：在待鍵合介質層與立體電路第一層鍵合的基礎上，通過激光在待鍵合介質層上形成第二層間互聯孔，通過表面金屬化在待鍵合介質層上表面形成第二導體層，第一導體層通過層間互聯孔與第二導體層導通；所述待鍵合介質層的材料為透明材料，所述透明材料為藍寶石或玻璃，采用激光切割或者化學腐蝕的方式在待鍵合介質層形成流道結構，所述流道結構與第一介質流道通孔相通；

步驟六：在第二導體層上繼續往上對位疊加并通過激光鍵合依次形成立體電路第三層至第n層，n大于等于4；所述步驟六中，在第二導體層上繼續往上對位疊加第三介質層，第三介質層為立體電路第三層的介質層，第三介質層選擇硅材料時，對應的第三表面處理層為二氧化硅，厚度為200納米，約束力直接作用于第三介質層，使得第三表面處理層與第二導體層之間的鍵和界面壓力為0.1-3MPa。

2.根據權利要求1所述的一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，其特征在于，所述步驟二中，第一導體層為銅導電材料時，對應的選擇激光波長355nm，激光光斑直徑0.015mm，激光平均能量設定為1.5W，頻率45KHZ，激光標刻速率300mm/s的激光對一個第一導體層表面進行處理形成第一表面處理層，第一表面處理層為銅和銅的氧化物的復合物且/或采用物理氣相沉積對待鍵合介質層表面進行處理使其表面沉積一層第二表面處理層，第二表面處理層材料為鈦或鉻金屬，厚度不高于100納米。

3.根據權利要求1所述的一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，其特征在于，所述上約束板為石英玻璃，施加在上約束板以及約束板上的壓力為1Mpa。

4.根據權利要求1所述的一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，其特征在于，所述步驟四中，激光從上約束板向待鍵合介質層照射，激光選擇為紫外納秒脈沖激光，激光光斑直徑0.015mm，激光平均能量設定為3W，頻率50KHZ，激光標刻速率200mm/s，激光路徑線重疊率不低于30%。

5.根據權利要求4所述的一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，其特征在于，所述激光焦點向上偏離第二表面處理層與第一表面處理層的界面0～0.8mm，通過激光點動成線逐漸形成鍵合面，通過剪切測試，其結合強度不低于10MPa。

6.根據權利要求1所述的一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，其特征在于，所述激光選擇CO2脈沖激光，激光焦點位于第三表面處理層與第二導體層的界面，激光光斑直徑0.05mm，激光平均能量設定為10W，頻率1KHZ，激光標刻速率20mm/s，激光點動成線逐漸形成鍵合面，激光路徑線重疊率不低于30%。

7.根據權利要求1所述的一種基于激光鍵合的立體電路積層制造方法，其特征在于，所述立體電路中的任意一層均可通過預置腔體安裝元器件，通過激光鍵合實現內置流道進行散熱，內置元器件的氣密性優于1×10^-8Pa?m3/s。