本發(fā)明屬于玻璃鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過準(zhǔn)分子激光加工進(jìn)行表面處理用于提高玻璃鍍銅連接強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：

在電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，高性能的電子封裝要求電路板和基板材料理想地結(jié)合后應(yīng)該具有最佳的屬性。由于低成本、環(huán)境友好和高性能，玻璃作為一種非常有前途的基板替代材料受到了廣泛關(guān)注。用玻璃取代傳統(tǒng)的印刷電路板，在其表面上鍍銅膜的方法備受青睞。

在絕緣玻璃基板表面沉積導(dǎo)電軌道，對電子元件的制造很重要。然而，由于金屬鍍層和玻璃基板之間的物理、化學(xué)和機(jī)械性能的不匹配，在光滑的玻璃表面進(jìn)行金屬噴鍍是很困難的。如果基板與鍍層之間沒有足夠的粘附性，即使鍍膜后，鍍層也非常容易脫落下來。因此，提高鍍層與基板之間的粘附性是玻璃鍍膜技術(shù)得以發(fā)展的關(guān)鍵因素。

前人通過對界面粗糙度進(jìn)行研究，指出表面預(yù)處理是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量粘接的關(guān)鍵，并且利用激光表面處理提高粘結(jié)強(qiáng)度的方法已經(jīng)成功應(yīng)用于金屬、合金和陶瓷，在玻璃鍍膜領(lǐng)域還未見深入研究。

提高表面粗糙度改善玻璃與銅膜之間粘附性能的有效途徑。通過表面處理，如等離子體粗糙化、機(jī)械磨損、化學(xué)改性、珠光噴砂，提高玻璃表面粗糙度的方法可以提高鍍層的粘附性。然而，這些表面處理方法只能產(chǎn)生隨機(jī)表面，難以控制在玻璃表面加工的效果。

因此，亟需一種產(chǎn)生均勻紋理結(jié)構(gòu)的加工方法，通過可控的玻璃表面處理技術(shù)，顯著提高玻璃鍍膜粘接強(qiáng)度，這對于玻璃鍍膜技術(shù)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題的不足之處，本發(fā)明提供了一種提高玻璃鍍銅連接強(qiáng)度的方法，可以顯著提高銅膜與玻璃基板的連接強(qiáng)度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種提高玻璃鍍銅連接強(qiáng)度的方法，包括以下步驟：

步驟1、選取cmg玻璃基板；

步驟2、將cmg玻璃基板放置在工作臺(tái)上，調(diào)整工作臺(tái)使準(zhǔn)分子激光器發(fā)出的準(zhǔn)分子激光束對準(zhǔn)加工位置；

步驟3、根據(jù)焦點(diǎn)位置調(diào)整cmg玻璃基板到焦平面的距離；

步驟4、通過改變激光加工參數(shù)，在玻璃表面形成不同的紋理圖案結(jié)構(gòu)，得到不同的蝕刻深度及三維表面粗糙度特征，所述激光加工參數(shù)包含：激光重復(fù)頻率、激光能量密度、衰減器位置；

步驟5、將準(zhǔn)分子激光加工好的粗糙化表面用未稀釋的decon90清洗5分鐘，并用去離子水沖洗3-5分鐘；

步驟6、采用催化劑溶液激活玻璃表面并用去離子水沖洗3-5分鐘；

步驟7、將經(jīng)過處理的玻璃基板浸入鍍銅槽浸泡10分鐘，最后進(jìn)行沖洗并干燥；

步驟8、通過劃痕試驗(yàn)定量檢測在玻璃上鍍銅的質(zhì)量；

步驟9、最后進(jìn)行三維形貌測量，并將劃痕測試結(jié)果與三維表面粗糙度參數(shù)相結(jié)合，找到鍍層失效的臨界負(fù)載。

作為優(yōu)選，步驟1中，cmg玻璃基板的尺寸為40mm*40mm，厚度為100μm。

作為優(yōu)選，步驟3中，cmg玻璃基板在焦平面以下2mm位置處。

作為優(yōu)選，步驟4中，采用單一變量法，依次探究重復(fù)頻率、能量密度、單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)、衰減器位置設(shè)置不同值時(shí)對蝕刻深度、加工質(zhì)量的影響；刻蝕深度取決于激光的能量密度和單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)，并且可以通過提高能量密度、單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)和激光脈沖重復(fù)頻率來提高加工質(zhì)量。

作為優(yōu)選，固定脈沖持續(xù)時(shí)間為20ns，激光蝕刻最小的能量為140mj，衰減器的位置為0.9。

作為優(yōu)選，cmg玻璃對波長在193nm到308nm之間的光的吸收率大于80％，采用波長為248nm的krf準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行表面處理，能夠有效地利用激光能量。

本發(fā)明提高玻璃鍍銅連接強(qiáng)度的方法，采用準(zhǔn)分子激光加工使玻璃基板表面粗糙化后，可以顯著提高鍍層與玻璃基板之間連接強(qiáng)度的方法。通過改變激光參數(shù)對激光加工效果實(shí)現(xiàn)控制，使表面上產(chǎn)生不同微觀結(jié)構(gòu)陣列，采用三維表面形貌測量和三維參數(shù)表征處理后的玻璃表面形貌，并通過劃痕試驗(yàn)來評估鍍銅的粘附強(qiáng)度，有利于最大化使用激光加工能量，節(jié)省加工所用時(shí)間，控制加工效果，以達(dá)到理想的粗糙化表面，從而顯著提高玻璃鍍膜的質(zhì)量。

附圖說明

圖1準(zhǔn)分子激光加工系統(tǒng)示意圖；

圖2準(zhǔn)分子激光加工后玻璃基板的三維表面形貌；

圖3粗糙化的玻璃表面鍍銅效果；

圖4準(zhǔn)分子激光加工前后玻璃基板表面劃痕試驗(yàn)結(jié)果對比。

其中，圖1中，1-準(zhǔn)分子激光器，2-衰減器，3-擴(kuò)束器和整形器，4-光束掃描單元，5-物鏡，6-掩模，7-成像透鏡，8-x,y,z工作臺(tái)；

圖4中，(a)準(zhǔn)分子激光加工前的光滑玻璃基板表面劃痕試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)載荷為1.0n時(shí)，出現(xiàn)分層失效(b)準(zhǔn)分子激光加工后粗糙的玻璃基板表面，載荷增大到12.6n時(shí)才出現(xiàn)分層失效，顯著提高了玻璃/銅膜之間的粘附力。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種提高玻璃鍍銅連接強(qiáng)度的方法，利用準(zhǔn)分子激光對玻璃表面進(jìn)行粗糙化，可以顯著提高銅膜與玻璃基板的連接強(qiáng)度。

準(zhǔn)分子激光光源為紫外光脈沖，具有較強(qiáng)的脈沖能量和光子能量，加工質(zhì)量高且對被加工區(qū)域周圍影響較小，材料不會(huì)出現(xiàn)燒損、殘?jiān)兔痰痊F(xiàn)象。此外，準(zhǔn)分子激光脈沖寬度較窄，在對材料加工過程中沒有足夠的時(shí)間向周圍大量擴(kuò)散熱量，因此熱影響區(qū)很小乃至于不存在，這樣可以保證加工的精度和質(zhì)量。與nd:yag(λ＝1.06μm)和co2(λ＝10.6μm)激光器相比，準(zhǔn)分子激光波長較短，可以使光束聚焦成很小的斑點(diǎn)，獲得較高的能量密度，并在工件上產(chǎn)生較小的熱影響區(qū)。因此，采用準(zhǔn)分子激光進(jìn)行加工。

然而，準(zhǔn)分子激光的發(fā)散度和不均勻性相當(dāng)大，光束相干性較差，所以通常采用掩模系統(tǒng)，使光束均勻化，產(chǎn)生最佳加工效果。

所述玻璃選用商用cmg玻璃，商用cmg玻璃是一種硼硅酸鹽型玻璃，其表面有一層二氧化鈰，可以吸收波長小于320nm的光。cmg玻璃的物理特性表明，它可以滿足電子封裝的要求。因此，選用cmg玻璃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

準(zhǔn)分子激光加工波長在區(qū)間[193,308]nm內(nèi)時(shí)，鍍層對光的吸收率大于80％。對于krf準(zhǔn)分子激光器，波長為248nm,光量子具有5ev的能量，足以打破化學(xué)鍵，引起吸收區(qū)內(nèi)壓力增加，并以爆炸的方式發(fā)射。因此，選用krf準(zhǔn)分子激光器。

通過改變激光加工參數(shù)可以得到不同的蝕刻深度及三維表面粗糙度特征，改變掩模形狀可在玻璃表面形成不同的紋理圖案，并產(chǎn)生大小可控的粘附力，改善了玻璃上鍍銅的粘附性，從而提高了玻璃鍍膜的質(zhì)量。準(zhǔn)分子激光加工后玻璃基板的三維表面形貌，如圖2所示。

為了實(shí)現(xiàn)最好的粘附效果，系統(tǒng)研究每個(gè)加工參數(shù)的影響，對加工過程進(jìn)行優(yōu)化。通過改變激光加工的能量密度、單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)、重復(fù)頻率實(shí)現(xiàn)對加工效果的控制，有助于最大限度地利用激光能量，減少加工時(shí)間。

對具有特定紋理結(jié)構(gòu)的玻璃表面進(jìn)行金屬噴鍍。為了涂層的稠度和厚度，對工作溫度、化學(xué)濃度和浸泡時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；粗糙化的玻璃表面鍍銅效果，如圖3所示。

采用劃痕試驗(yàn)量化玻璃與鍍膜之間的粘接強(qiáng)度，找到失效的臨界值。

在加工前，必須根據(jù)試樣的厚度對焦點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，以保證激光加工質(zhì)量。

激光加工系統(tǒng)的設(shè)置如圖1，激光束穿過光束傳輸系統(tǒng)，根據(jù)需要在垂直和水平方向上反射以改變傳輸方向。光束傳輸系統(tǒng)主要由準(zhǔn)分子激光器、衰減器、擴(kuò)束器和整形器、光束掃描單元、物鏡、掩模、成像透鏡、x,y,z工作臺(tái)組成，用于光束的擴(kuò)展、成形、掃描和圖像投影。在這之后，它被投射到掩模平面上，通過不同的尺寸和形狀的掩?？讖絹碚{(diào)整光束的形狀和大小。最后，光束通過一個(gè)投影透鏡產(chǎn)生大約1：10的縮小圖像到安裝在數(shù)控工作臺(tái)上的試樣表面。衰減器(從0.0-0.95的設(shè)置范圍)緊鄰光闌，通過吸收或反射部分光束來降低激光束的能量。

激光燒蝕過程中，工作臺(tái)可以在x軸和y軸方向移動(dòng)，并可在z軸方向上旋轉(zhuǎn)。在操作過程中，始終保證工作臺(tái)上的試件加工區(qū)域與激光束垂直。

由于焦平面處產(chǎn)生最均勻的能量密度，所以在偏離焦平面位置上的光束是不均勻的，非均勻光束可以用于粗糙的表面加工。此外，被加工試件位于非焦平面位置時(shí)需要更多的激光能量來達(dá)到去除材料的目的。

由于光學(xué)系統(tǒng)的極限分辨力受到衍射效應(yīng)的限制，與輻射的波長成正比，而準(zhǔn)分子激光有相對較短的波長(紫外線范圍)和脈沖時(shí)間(20ns),使得高強(qiáng)度能量在非常薄的表層材料被吸收，可以有效去除目標(biāo)區(qū)域的材料。這對于在玻璃基板表面形成微觀結(jié)構(gòu)具有重要意義。

本發(fā)明提供一種顯著提高玻璃鍍銅連接強(qiáng)度的方法，整個(gè)流程為：準(zhǔn)分子激光加工玻璃基板-三維表面形貌測量和表征-化學(xué)鍍銅-劃痕測試-臨界載荷分析，具體包括以下步驟：

選取合適的試樣，這里采用內(nèi)cmg玻璃基板，尺寸為40mm*40mm,厚度為100um.

準(zhǔn)備好玻璃基板試樣，清理表面臟污，放置在工作臺(tái)上，調(diào)整工作臺(tái)使激光束對準(zhǔn)加工位置。

根據(jù)焦點(diǎn)位置調(diào)整玻璃基板到焦平面的距離，本實(shí)驗(yàn)對比了焦平面處和焦平面以下2mm位置處的加工效果。根據(jù)三維參數(shù)值大小，確定試樣在焦平面以下2mm位置處更容易加工出粗糙表面。

采用單一變量法，依次探究重復(fù)頻率、能量密度、單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)、衰減器位置設(shè)置不同值時(shí)對蝕刻深度、加工質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，刻蝕深度取決于激光的能量密度和單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)，并且可以通過提高能量密度、單位面積上的脈沖個(gè)數(shù)和激光脈沖重復(fù)頻率來提高加工質(zhì)量。這里固定脈沖持續(xù)時(shí)間為20ns,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激光蝕刻最小的能量為140mj，衰減器的位置為0.9最佳，折中考慮加工質(zhì)量和加工時(shí)間來設(shè)置加工參數(shù)值。

可以通過加工參數(shù)、輸出脈沖能量和衰減器位置對激光表面處理的可控性進(jìn)行優(yōu)化，以加工出粘附性最好的粗糙表面。

將準(zhǔn)分子激光加工好的粗糙化表面用未稀釋的decon90清洗5分鐘，并用去離子水沖洗3-5分鐘。

用催化劑溶液激活玻璃表面并用去離子水沖洗3-5分鐘。

將經(jīng)過處理的玻璃基板浸入鍍銅槽浸泡10分鐘，最后進(jìn)行沖洗并干燥。

通過劃痕試驗(yàn)定量檢測在玻璃上鍍銅的質(zhì)量。

最后，進(jìn)行三維形貌測量，并將劃痕測試結(jié)果與三維表面粗糙度參數(shù)相結(jié)合，找到鍍層失效的臨界負(fù)載；準(zhǔn)分子激光加工前后玻璃基板表面劃痕試驗(yàn)結(jié)果對比，如圖4所示。