一種雙面叉指電極、其加工方法及應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種雙面叉指電極，該叉指電極設(shè)有基板，所述基板表面依次設(shè)有緩沖層和導(dǎo)電層；所述基板中設(shè)有通孔，通孔是通過(guò)沿基板厚度方向貫穿打孔形成的，通孔的上下兩個(gè)孔口的面積不相等；所述基板由金屬或非金屬材質(zhì)的材料中的任一種組成；所屬導(dǎo)電層為金屬層。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于半導(dǎo)體傳感器
，具體涉及一種可滿(mǎn)足半導(dǎo)體傳感器高度集成要求的雙面叉指電極及其加工方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體性質(zhì)易受外界條件影響這一特性制成的傳感器。根據(jù)檢出對(duì)象,半導(dǎo)體傳感器可分為物理傳感器(檢出對(duì)象為光、溫度、磁、壓力、濕度等)、化學(xué)傳感器(檢出對(duì)象為氣體分子、離子、有機(jī)分子等)、生物傳感器(檢出對(duì)象為生物化學(xué)物質(zhì)）。半導(dǎo)體傳感器憑借靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕、便于集成化、智能化，能使檢測(cè)轉(zhuǎn)換一體化的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、遙測(cè)、工業(yè)機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程和生物工程等領(lǐng)域。隨著科技水平的不斷提高，對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求，例如將叉指電極一側(cè)用于傳感器檢測(cè)，另一側(cè)用于電路，提高傳感器集成化；或者一側(cè)用于濕度傳感，另一側(cè)用于溫度傳感使用，用于多因素同時(shí)檢測(cè)。而在現(xiàn)有技術(shù)中，作為內(nèi)置半導(dǎo)體元件的叉指電極，通常包括基板、緩沖層、導(dǎo)體電路、導(dǎo)通孔中的幾項(xiàng)，通常都是采用金屬基板，通過(guò)在表面電鍍金屬層的方式，再進(jìn)一步曝光顯影、蝕刻制備。這種加工方式僅局限于金屬基板叉指電極的生產(chǎn)加工，局限性大，并且大多數(shù)叉指電極為單面電極結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不含通導(dǎo)孔，不能滿(mǎn)足對(duì)于傳感器高度集成的要求。另外，現(xiàn)用叉指電極的導(dǎo)電貫通孔結(jié)構(gòu)的制造工藝，現(xiàn)用叉指電極的導(dǎo)電貫通孔結(jié)構(gòu)的制程，是先進(jìn)行鉆孔電鍍制造工藝后再進(jìn)行刻蝕制程，雖然流程簡(jiǎn)易卻常常出現(xiàn)以下缺點(diǎn) ：(1)打孔的厚度不均，造成電極制造工藝良率下降 ；(2) 電鍍過(guò)程產(chǎn)生雜質(zhì)，造成影像轉(zhuǎn)移及刻蝕良率下降 ；(3) 打孔的尺寸穩(wěn)定降低，影響曝光對(duì)位；(4) 因打孔而導(dǎo)致基板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變，易造成可撓性變差等，故現(xiàn)用叉指電極的導(dǎo)電貫通孔結(jié)構(gòu)的制造工藝仍存在其改進(jìn)的空間。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種雙面叉指電極及其加工方法和應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提出的技術(shù)方案為：一種雙面叉指電極，其特征在于，該叉指電極設(shè)有基板，所述基板表面依次設(shè)有緩沖層和導(dǎo)電層；所述基板中設(shè)有通孔，通孔是通過(guò)沿基板厚度方向貫穿打孔形成的，通孔的上下兩個(gè)孔口的面積不相等；所述基板由金屬或非金屬材質(zhì)的材料中的任一種組成；所屬導(dǎo)電層為金屬層。通過(guò)在基板設(shè)置上下孔口面積不等的通孔結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)叉指電極正反兩面電路的通導(dǎo)，可有效避免現(xiàn)有柱形孔填孔工藝復(fù)雜、操作穩(wěn)定性差、質(zhì)量不可控等問(wèn)題。并且通過(guò)在基板的表面均設(shè)置導(dǎo)電層的方式，獲得了雙面的叉指電極結(jié)構(gòu)，正面作為叉指電極的探測(cè)器，背面作為電路管理模塊或雙面均作為探測(cè)器，達(dá)到了傳感器高度集成的要求。所述基板可在單面或雙面設(shè)置緩沖層和導(dǎo)電層；所述的通孔的內(nèi)壁上依次設(shè)有緩沖層、導(dǎo)電層，所述通孔中設(shè)有填充有銅柱或銀柱。優(yōu)選的，所屬通孔填充的為銅柱，通過(guò)電鍍銅的方式，使得通孔的下口被封閉，獲得盲孔，再進(jìn)一步電鍍，使得盲孔被充滿(mǎn)，形成銅柱或銀柱。所述非金屬材質(zhì)的材料可為陶瓷、玻璃、PS、PET、PC、PMMA及其聚合物中的任一種；所述的導(dǎo)電層為 Ag、 Cu、 Au、 Al、 Ni、 Fe中的一種形成的金屬層或其中至少兩種形成的合金層。所述緩沖層為 Cu、Ni、Ti、Mo、W 中的至少兩種形成的合金層；所述基板的厚度為0.1-1mm，所述的緩沖層的厚度為5-50μm；所述的導(dǎo)電層的厚度為5-50μm。所述雙面叉指電極在25°C電路的表面電阻率值為1.60×10-8-2.20×10-8Ω·m。所述通孔的上孔口為任意形狀的幾何圖形，和上孔口等面積的圓的直徑設(shè)為d1，d1為50-150μm；孔口為任意形狀的幾何圖形，和下孔口等面積的圓的直徑設(shè)為d2，d2為10-40μm。本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種雙面叉指電極的加工方法，應(yīng)用于上述的雙面叉指電極，所述雙面叉指電極加工方法包括：S1：選擇上述任一種金屬或非金屬材質(zhì)材質(zhì)的材料作為基板，按照需求將基板裁成相應(yīng)尺寸；S2：通過(guò)激光在基板上打出通孔，實(shí)現(xiàn)基板正反兩面聯(lián)通；S3：利用磁控濺射的方法，在基板的單面或雙面以及通孔的內(nèi)表面鍍上Cu、Ni、Ti、Mo、W 中的至少兩種金屬材料，形成緩沖層；S4：電鍍金屬到所述緩沖層表面形成導(dǎo)電層；S5：將線路圖形轉(zhuǎn)移到所述導(dǎo)電層；S6：蝕刻液中蝕刻處理，獲得含通孔的單面或雙面叉指電極。步驟S2通過(guò)激光打孔的方式沿基板厚度方向貫穿打孔，取代了傳統(tǒng)的鉆鑿打孔的方式，可有效避免因打孔的厚度不均而造成叉指電極制造工藝良率下降，因打孔的尺寸穩(wěn)定降低而影響曝光對(duì)位，因打孔而導(dǎo)致基板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變?cè)斐煽蓳闲宰儾畹葐?wèn)題。步驟S3中，相比現(xiàn)有技術(shù)中的通過(guò)物理氣相沉積的方式獲得緩沖層，磁控濺射工藝可以在陶瓷、玻璃、樹(shù)脂等各種絕緣材料上附著金屬導(dǎo)電材料，極大叉指電極生產(chǎn)工藝的通用性，并且緩沖層與基板間的結(jié)合力更強(qiáng)，穩(wěn)定性更好。磁控濺射方法具體為：濺射的靶材為高純金屬，金屬的直徑為 25-45mm、厚度為3-6mm。靶和基板之間的距離為10-16cm，工作氣體為99. 99wt% 的高純氮?dú)夂?9. 99wt% 的高純氬氣，分別使用質(zhì)量流量計(jì)控制；基板在放入真空室之前，分別用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗，濺射前將真空室氣壓抽到1×10-6-4×10-6Pa，并充入氬氣預(yù)濺射12-17min以清洗靶面。隨后通入氮?dú)猓刂瓶倿R射氣壓在1×10-3-3×10-3 Pa，控制氮?dú)馀c氬氣的比例為2:1，濺射功率控制在1Kw-1.25Kw，濺射時(shí)間為0.5-1.5h。步驟S5中將線路圖形轉(zhuǎn)移到所述導(dǎo)電層的方法為在所述基板的底面和所述導(dǎo)電層表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和顯影形成線路圖案；具體地，涂覆感光油墨的工藝參數(shù)為：入料傳送速度為1.0-2.0m/min，涂布速度為1.8-2.8 m/min，烘烤時(shí)間為6-8m/min，烘烤溫度為80-95℃；采用 LDI 曝光機(jī)對(duì)線路板進(jìn)行曝光，曝光機(jī)曝光能量為8-10mJ；在曝光時(shí)對(duì)導(dǎo)電層蝕刻補(bǔ)償為0.5-2μm。步驟S5中將線路圖形轉(zhuǎn)移到所述導(dǎo)電層的另一種方法為通過(guò)光刻的方式，在所述導(dǎo)電層表面旋涂光刻膠，在曝光機(jī)下曝光和顯影形成線路圖案；具體為：光刻膠選取負(fù)膠，勻膠機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速1100-1500r/min和時(shí)間30-55s，在導(dǎo)電層上形成負(fù)膠涂層；將基片放在55-75℃的熱板上，烘5-8min，然后進(jìn)行圖形曝光，曝光時(shí)間5-8秒，再將基片放在90-110℃的熱板上，烘3-5min，之后在無(wú)掩模版的情況下曝光10-20s，兩次曝光功率都保持在65-80W，隨后進(jìn)行顯影。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于 ：（1）本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)改進(jìn)叉指電極結(jié)構(gòu)，將叉指電極設(shè)置為雙面結(jié)構(gòu)，并在基板設(shè)置上下開(kāi)孔面積不等的通孔，達(dá)到了叉指電極高度集成的要求。（2）本專(zhuān)利技術(shù)針對(duì)雙面叉指電極結(jié)構(gòu)的制造特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的磁控濺射處理工藝的優(yōu)勢(shì)，對(duì)基板金屬或非金屬材質(zhì)的基板均可實(shí)現(xiàn)表面金屬化制備，能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)獲得具有均勻的金屬膜厚分布的薄膜緩沖層，為叉指電極的優(yōu)異特性奠定基礎(chǔ)；（3）本專(zhuān)利技術(shù)的叉指電極的導(dǎo)電層采用電鍍獲得的，厚度可控，純度高，具有導(dǎo)電性能好、電信號(hào)基線穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、可多次使用等優(yōu)點(diǎn)，可以為進(jìn)一步探究與雙面叉指電極相關(guān)的結(jié)構(gòu)提供便利 ；（4）本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)在基板設(shè)置上下孔口面積不等的通孔結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)叉指電極正反兩面本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種雙面叉指電極，其特征在于，該叉指電極設(shè)有基板(1)，所述基板表面依次設(shè)有緩沖層(2)和導(dǎo)電層(3)；所述基板中設(shè)有通孔(11)，通孔是通過(guò)沿基板厚度方向貫穿打孔形成的，通孔的上下兩個(gè)孔口的面積不相等；所述基板由金屬或非金屬材質(zhì)的材料中的任一種組成；所屬導(dǎo)電層為金屬層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙面叉指電極，其特征在于，該叉指電極設(shè)有基板(1)，所述基板表面依次設(shè)有緩沖層(2)和導(dǎo)電層(3)；所述基板中設(shè)有通孔(11)，通孔是通過(guò)沿基板厚度方向貫穿打孔形成的，通孔的上下兩個(gè)孔口的面積不相等；所述基板由金屬或非金屬材質(zhì)的材料中的任一種組成；所屬導(dǎo)電層為金屬層。2.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述雙面叉指電極，其特征在于，所述基板(1)可在單面或雙面設(shè)置緩沖層(2)和導(dǎo)電層(3)；所述的通孔(11)的內(nèi)壁上依次設(shè)有緩沖層(2)、導(dǎo)電層(3)，所述通孔中設(shè)有填充有銅柱或銀柱。3.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述雙面叉指電極，其特征在于，所述非金屬材質(zhì)的材料可為陶瓷、玻璃、PS、PET、PC、PMMA及其聚合物中的任一種；所述的導(dǎo)電層為 Ag、 Cu、 Au、 Al、 Ni、 Fe中的一種形成的金屬層或其中至少兩種形成的合金層。4.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述雙面叉指電極，其特征在于，所述緩沖層為 Cu、Ni、Cu、Ni、Ti、Mo、W 中的至少兩種形成的合金層；所述基板的厚度為0.1-1mm，所述的緩沖層的厚度為5-50μm；所述的導(dǎo)電層的厚度為5-50μm。5.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述雙面叉指電極，其特征在于，所述雙面叉指電極在25°C電路的表面電阻率值為1.60×10-8-2.20×10-8Ω·m。6.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的雙面叉指電極，其特征在于：所述通孔的上孔口為任意形狀的幾何圖形，和上孔口等面積的圓的直徑設(shè)為d1，d1為50-150μm；孔口為任意形狀的幾何圖形，和下孔口等面積的圓的直徑設(shè)為d2，d2為10-40μm。7.一種雙面叉指電極加工方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求 1至6中任意一項(xiàng)所述的雙面叉指電極，其特征在于，所述雙面叉指電極加工方法包括：S1：選擇上述任一種金屬或非金屬材質(zhì)材質(zhì)的材料作為基板，按照需求將基板裁成相應(yīng)尺寸；S2：通過(guò)激光在基板上打出通孔，實(shí)現(xiàn)基板正反兩面聯(lián)通；S3：利用磁控濺射的方法，在基板的單面或雙面以及通孔的內(nèi)表面鍍上Cu、Ni、Ti、Mo、W 中的至少兩種金屬材料，形成緩沖層；S4...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃興橋，崔皓博，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：惠州市力道電子材料有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44