Компания Electroplating Engineers of Japan разрабатывает инновационную технологию нанесения покрытий путем прямого формирования рисунка

Новая технология исключает проблемы, связанные с существующими металлическими чернилами, и позволяет получить токопроводящую проволоку низкого сопротивления при малой температуре процесса, менее 100 °C

Достигнута возможность прямого формирования проводников без использования вакуума и резиста на многочисленных поверхностях, включая ПЭТ-пленку и стекло

Новая технология представляет собой метод нанесения покрытия, при котором светочувствительный грунт наносят на различные подложки, такие как ПЭТ-пленка или стекло, и подвергают световой экспозиции; затем подложку погружают в коллоидный раствор катализатора, содержащий катализатор с наночастицами золота². Катализатор погружают в раствор для химического осаждения³ с любым металлом, который был выбран для конкретного применения, для формирования структур электронных схем, выполненных из различных металлов с шириной проволоки 5 мкм (микрометр составляет одну миллионную часть метра). В последнее время металлические чернила стали предметом пристального внимания в качестве технологии получения металлических проводников следующего поколения, однако данная новая технология способна создавать проводники с низким сопротивлением с использованием более низкотемпературного процесса по сравнению с процессом формирования проводников с помощью существующих металлических чернил. Кроме того, новаторский метод автоматического поглощения катализатора на основе наночастиц золота с помощью светочувствительного грунта позволяет формировать проводники напрямую без использования фоторезиста. Новая технология позволяет получать проводники с использованием метода нанесения покрытия, который не требует вакуумного оборудования, что облегчает расширение до крупносерийного производства⁴. Это позволит получать высокопроизводительную металлическую разводку на различных подложках и наладить массовое производство.

Благодаря характеристикам и преимуществам данной технологии, предполагается открытие новых направлений процессов в области электроники следующего поколения, которые не могут быть достигнуты с использованием текущих технологий формирования металлических проводников.

Основные преимущества новой технологии

• Производство проводников с гораздо меньшим удельным сопротивлением (Au: 3,3 мкОм·см, Cu: 2,3 мкОм·см) с использованием низкотемпературного процесса при температуре 100°C или ниже
  
• Прямое формирование тонких проводников на различных непроводящих материалах, включая ПЭТ-пленку и стекло
  
• Не требует вакуумной среды или фоторезиста
  

Примеры формирования проволоки с использованием новой технологии

• Недавно разработанные реагенты для обработки поверхности в виде светочувствительного грунта и коллоидного катализатора.
  

• Светочувствительный грунт

Светочувствительный грунт представляет собой раствор смолы в органических растворителях, и используется для дополнения катализатора на основе наночастиц золота на подложке. При воздействии ультрафиолетового света на светочувствительный грунт, добавление наночастиц золота исключается на всех участках, кроме тех, где предполагается формирование проводников.

• Коллоидный катализатор

Коллоидный катализатор представляет собой водный раствор, который включает в себя катализатор наночастиц золота и автоматически адсорбируется поверхностью грунта после экспонирования. Катализатор на основе наночастиц золота обладает высокой каталитической активностью в различных типах растворов для химического осаждения, и, в результате, реакция осаждения происходит в металле вследствие адсорбции в растворе для химического осаждения.

• Проблемы существующих технологий
  

В течение последних лет наблюдается высокий спрос на разработку технологий изготовления металлических проводниов без использования вакуума и резиста, примером которых является печатная электроника⁵, в качестве основной технологии в области электроники следующего поколения. Кроме того, активизировалась разработка металлических чернил, в качестве основного кандидата на роль технологии получения проводников следующего поколения. Проводятся исследования, которые позволят получать проводники с более низким сопротивлением при более низких температурах, однако до сих пор не удавалось достичь формирования проводников при низкой температуре и с низким сопротивлением. EEJA разработала такую новую технологию, основанную на идее о том, что метод нанесения покрытия, который осаждает металлические кристаллы из водного раствора при температуре ниже 100°C, позволит получить проводник с низким сопротивлением при низкотемпературном процессе.

• Преимущество новой технологии

• Формирование тонких проводников без вакуума и резиста

Новая технология основана на методах нанесения покрытий и позволяет получать проводники из водного раствора, а, следовательно, необходимость в вакуумной среде отсутствует. С использованием новаторского метода автоматической адсорбции катализатора на основе наночастиц золота с помощью светочувствительного грунта, возможно прямое получение проводников без использования фоторезиста. Расширение до крупносерийного производства будет нетрудным, и позволит получать высокопроизводительную металлическую разводку на различных подложках и наладить массовое производство.

• Формирование проводников с низким сопротивлением при использовании низкотемпературного процесса

Данная технология использует низкотемпературный процесс при температуре ниже 100°C для получения проводников с гораздо меньшим удельным сопротивлением (Au: 3,3 мкОм·см, Cu: 2,3 мкОм·см) по сравнению с существующими технологиями на основе металлических чернил. В результате можно получать высокопроизводительную разводку на непроводящих материалах с низкой температурной стойкостью, таких как ПЭТ-пленки и другие полимерные материалы общего назначения.

• Достаточная прочность сцепления на гладких подложках

Возможно получение проводников, которые демонстрируют достаточную адгезию (0,5 Н/мм) даже на ПЭТ-пленке с гладкой поверхностью (Ra = 10 нм). Черновая обработка поверхности подложки не требуется, при этом достигается высокая прочность сцепления.

• Световая экспозиция, которая не требует продувки азотом или устранения озона

Длина волны ультрафиолетового излучения, воздействию которого подвергается грунт, находится в диапазоне 300 нм, и поэтому нет необходимости использовать ультрафиолетовый свет с короткой длиной волны (с длиной волны 200 нм или короче), которая применяется в существующих технологиях формирования рисунка проволоки, изменяющих поверхность подложки. Это означает отсутствие необходимости в таких внешних средствах, как продувка азотом и удаление озона из источника света.

• Возможность применения различных режимов печати

Возможно получение проводников с использованием процессов печати, в которых применяются такие методы, как частичная печать раствором коллоидного катализатора с грунтовкой, нанесенной на поверхность подложки, или печатной грунтовкой на подложке, а также погружение в раствор коллоидного катализатора. В результате данная технология может быть применена в различных методах получения проводников, которые сочетают в себе методы печати и световой экспозиции.

• Примеры применения и возможности новой технологии для электроники нового поколения
  

Новая технология позволяет получать тонкие проводники с низким сопротивлением, при низкой температуре, и ее основными областями применения предположительно будут гибкие дисплеи, антенны и датчики. Возможно получение тонких проводников на трехмерных поверхностях, и, следовательно, существует вероятность применения на литых монтажных основаниях (MID; формованные компоненты из синтетической смолы со встроенной электропроводкой и электродами). Кроме того, многослойная проводка была успешно получена за счет объединения изоляционных материалов прикладного типа, при этом существуют надежды на то, что данная технология приведет к инновациям в технологии получения металлических проводников.

К концу текущего года, EEJA планирует начать поставки образцов светочувствительного грунта, коллоидных катализаторов и раствора для химического осаждения, используемых в данной технологии.

Данная технология удостоилась премии JPCA Show Award на выставке JPCA Show 2017 (47-я премия компаний Japan Electronics Packaging и Circuits Association Show), которая пройдет с 7 по 9 июня этого года. EEJA представит данную технологию на своем стенде, на специально предусмотренной панели 7H-29 в East Hall 5 во время шоу.

Справка: Процесс получения проволоки с помощью новой технологии 

УФ (λ <300 нм)

	Формирование грунтовочного слоя Нанесение грунтовочного раствора Высыхание: 80°C в течение 10 мин.	Экспозиция Время экспозиции: Около 60 сек.	Адсорбция катализатора на основе наночастиц золота Погружение в раствор коллоидного катализатора Время погружения: 10 сек. — 10 мин.	Нанесение неэлектролитического покрытия Au, Cu, Pd, Ni, Pt

(2) Экспозиция: Фотомаска используется для обеспечения экспозиции ультрафиолетового света на подложку в течение 10-60 секунд. Устраняется улавливающая способность акцептора на участках грунтованной поверхности, которые подвергаются воздействию ультрафиолетового света.

(3) Поглощение катализатора на основе наночастиц золота: После экспозиции, подложку на 10-600 секунд погружают в коллоидный раствор, включающий в себя наночастицы золота, которые могут адсорбироваться акцептором. Находясь в коллоидном растворе, наночастицы золота присоединяются к акцептору на грунтованной поверхности.

(4) Погружение в раствор для химического осаждения: Подложку погружают в раствор для химического осаждения металла, из которого должна быть получена проволока, при этом металл в растворе для нанесения покрытия осаждается на наночастицы золота, закрепленные на грунтованной поверхности, образуя металлическую структуру.

*1 Фоторезист

Светочувствительная, коррозионно-стойкая пленка. Фоторезист применяется при проведении фототравления, в котором используется технология фотосъемки и химическая коррозия (травление) для выполнения точной обработки металлов, полупроводников и других материалов.

*2 Наночастицы золота

Частицы золота в размер которых составляет единицы нанометров (одна миллиардная часть метра).

*3 Раствор для химического осаждения

Раствор для нанесения покрытия, который вызывает восстановительное осаждение металлических ионов в виде металла на материале подложки посредством химической реакции между металлическими ионами и восстановителем.

*4 Крупносерийное производство

Обработка большой поверхности, одновременная обработка нескольких плат и другие процессы, характеризующиеся методами нанесения покрытия.

*5 Печатная электроника

Технология получения электронных схем, устройств и т.д. с использованием технологии печати.