專利名稱：一種金屬層電路的制備設備和制備方法
技術領域：
本發明涉及一種不使用光刻工藝制備金屬層電路的設備和制備方法，特 別是基于電解和電鍍技術上的金屬層電路的設備和制造方法。
背景4支術
液晶顯示器(LCD)技術在近十年有了飛速地發展，從屏幕的尺寸到顯示 的質量都取得了很大進步。經過不斷的努力，LCD各方面的性能已經達到了 傳統CRT的水平，大有取代CRT的趨勢。
隨著LCD生產的不斷擴大，各個生產廠商之間的竟爭也日趨激烈。各廠 家在不斷提高產品性能的同時，也再不斷努力降低產品的生產成本，從而提 高市場的竟爭力。在降低產品成品的方法中，減少工藝數量，尤其是減少光 刻次數，從而提高生產速度、降低成本是目前各廠商普遍努力的主要方向。 在近幾年中，通過工程師們的努力，TFT LCD制造工藝中的光刻工藝數量不 斷減少。從最初的7次光刻工藝，到目前普遍使用的5次光刻工藝。掩;f莫版 (Mask)制造技術中發展出灰色調掩模版(Gray tone mask)技術之后，使 進一步減少光刻次數成為可能。目前個別LCD生產廠家已經在使用比較先進 的4次光刻工藝。在這一發展過程中TFT LCD的結構被不斷簡化，生產的速
度不斷提高，成本也不斷降低。
現有技術終將電路圖案形成在基板通常釆用的是"鍍膜一光刻一刻蝕" 工藝，其首先在玻璃基板上通過磁控濺射或PECVD鍍上一層薄膜，再在薄膜 上涂布 一層光刻膠，然后通過光刻工藝完成Ma s k上向光刻膠上的圖形轉移過 程，再經過刻蝕和剝離工序就可以使材料薄膜上形成所需要的圖案，但是這 種工藝技術生產效率較低，并且刻蝕掉的金屬不能回收循環利用，造成了材
料的浪費和環境的污染。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種不使用光刻工藝制 備金屬層電路的設備和制備方法，通過刻蝕工藝直接制備金屬層電路并同時 回收刻掉的金屬制備靶材的方法，從而進一步簡化制備工藝，節約設備和資
材成本，進一步提高TFT LCD的制作效率，降低制作成本。
為了實現上述目的，本發明提供一種金屬層電路的制備設備，包括電 解槽；設置在電解槽上的電解液補充系統和電解液排放系統；電解液；陽極 電極和陰極電極，陽極電極和陰極電極之間通過控制電路連接，其中所述陽 極電極的材料為電化學惰性金屬材料，表面形成有電路圖案；所述陰極電極 材料為金屬靶材。
上述方案中，所述電化學惰性金屬的材料為Pt、 Ti、 Ag或石磨等。所述 陽極電極沉積有一層碳或IT0層。所述電解槽下方進一步連接有垂直位移補 償裝置。所述陰極電極進一步設置于靶材支架上。所述電解槽中進一步設置 有使電解槽保持恒溫的溫度傳感器和加熱電阻絲。所述電解槽中進一步設置 有電解液濃度均勻的攪拌器。
為了實現上述目的，本發明同時提供一種采用前述金屬層電路的制備設 備制備金屬層電路的方法，包括將表面鍍有金屬層的基板放在陽極電極下 方，對位后，使陽極電極直接和基板上的金屬層接觸；通電后，通過陽極反 應使基板上的金屬層部分電解掉，形成金屬層電路；同時陰極電極上的金屬 靶材發生陰極反應，將陽極反應中電解掉的金屬鍍回到金屬靶材上。
同現有技術相比，本發明由于一種不使用光刻的工藝，通過刻獨工藝直 接制備金屬層電路并同時回收刻掉金屬制備靶材的方法，從而進一 步簡化了 制備工藝，節約了設備和資材成本，進一步提高了 TFT LCD的制作效率，降 低了制作成本。
圖l是本發明金屬層電路的制備設備工作示意圖； 圖2是本發明刻蝕完成后的電路形狀截面圖。
圖中標記1、電解槽基座；2、垂直位移補償裝置；3、電解液排放口； 4電解液排放口閥門；5、電解槽；6、溫度傳感器；7、加熱電阻絲；8、玻 璃基板；9、鍍層金屬；10、陽極電極；11、開關；12、電流表；13、變阻器； 14、恒流電源；15、金屬靶材；16、電解液補充口； 17、電解液補充口閥門； 18、攪拌器；19、電解液；20、金屬離子；21、靶材支架；22、金屬層電路。
具體實施例方式
圖1所示是本發明金屬層電路的制備設備工作示意圖。如圖1所示，該 金屬層電路的制備設備包括電解槽5;在電解槽5的上方設置有電解液補 充口 16和電解液補充口閥門17，在電解槽5的下方設置有電解液排放口 3 和電解液排放口閥門4，用于保持電解槽5中溶液濃度和體積合適；陽極電 極10,陽極電極10通過導線依次和開關11、電流表12、變阻器13和恒流 電源14的正極相連；開關11、電流表12和變阻器13起到對整個回路中電 流的控制作用；恒流電源14提供刻蝕所需的能量；金屬靶材15作為陰極裝 在靶材支架21上經過導線和恒流電源14的負極相連，并保持一面在液面下， 連4妄電源一面在液面上。
工作時，電解槽5中加入了一定體積的添加了適當表面活性劑的靶材金 屬鹽飽和溶液作為電解液19,電解槽5底部放置待刻的玻璃基板8，其上的 鍍層金屬9通過下層薄膜電路或電解槽底部玻璃板基座的對位標和陽極電極 IO對位后相接觸，由鍍層金屬9、陽極電極IO、開關11、電流表12、變阻 器13、恒流電源14、金屬靶材15、電解液19和導線組成了一個閉合的回路。
本發明金屬層電路的制備方法是根據電化學原理，將需要刻蝕的地方作
為陽極，刻蝕金屬的靶材作為陰極，通過電化學反應，將制造電路需要刻蝕 的金屬轉移到金屬靶材上。
當開關11閉合時，陽極電極IO和鍍層金屬9接觸的地方電流強度較大， 使鍍層金屬9和陽極電極10相接觸的地方依次發生了陽極反應
M-ne—— Mn+
這個反應使鍍層金屬上形成所需電路不需要的地方被刻蝕掉，最終形成 所需的電路。當鍍層金屬9發生陽極反應的時候，在金屬靶材15和電解液 19的接觸處也發生了陰極反應
Mn++ ne_ —M
這個反應使電解液19中的金屬離子20鍍回到金屬靶材上，完成了鍍層 金屬的回收。
另外，本發明的金屬層電路的制備設備可進一步在電解槽中設置加熱電 阻絲7和溫度傳感器6,使電解液中保持恒溫；在電解槽中進一步設置攪拌 器18,使溶液濃度保持均勻；在電解槽底部設置垂直位移補償裝置2,使鍍 層金屬9和陽極電極10之間保持一定壓力。
本發明的陽極電機10的制備工藝過程如下先在制備Mask的石英基板 上均勻鍍上一層2ym左右厚度的電化學惰性金屬材料，如Pt、 Ti、 Ag或石 磨等。然后按照制備Mask的方法，通過脈沖激光逐行掃描燒制出需要制備電 路的電路圖案，其中最終基板上金屬層電路中有金屬的地方在激光燒制時燒 制成鏤空，且保證鏤空區域尺寸略大于最終基板上金屬電路中的金屬尺寸。 最后將整個石英基板及其上面的惰性金屬圖案表面沉積上一層^^艮薄的透明導 電層，如石墨、ITO等，制成陽極電極IO，確保整個電極的各個地方都導電 性良好。
下面結合
和具體實施例，對本發明的金屬層電路的制備方法進 行進一步詳細說明 實施例1:
將玻璃基板8通過磁控濺射鍍上一層CU，按照圖1所示的結構將玻璃基
板放入電解槽，將Cu耙材放于耙材支架21上，將添加適當表面活性劑的飽 和CuS04溶液作為電解液19加入電解槽5中，開動攪拌器18使溶液均勻，調 整并打開溫度傳感器6和加熱電阻絲7保持電解槽5在穩定的電解溫度范圍 內，將陽極電極10和玻璃基板8對位，調整恒流電源14為合適的電解電流 強度，閉合開關ll，使用變阻器13和電流表12校正電流強度后，使陽極電 極10和鍍層金屬9接觸開始刻蝕，控制電鍍時間，當刻蝕完成后斷開開關 11,將玻璃基板取出清洗、干燥，金屬層電路22就制備完成了。此后再經歷 幾次"鍍膜-光刻-刻蝕"工藝(絕緣層)和"鍍膜-刻蝕"工藝(導電層) 就形成了最終的TFT LCD的陣列基板。 實施例2:
將玻璃基板8通過磁控濺射鍍上一層Cu,按照圖2所示的結構將玻璃基 板8放入電解槽5，將Cu靶材放于靶材支架21上，將添加適當表面活性劑 的飽和Cu (N03) 2溶液作為電解液19加入電解槽5中，開動攪拌器18使溶液 均勻，調整并打開溫度傳感器6和加熱電阻絲7保持電解槽5在穩定的電解 溫度范圍內，將陽極電極10和玻璃基板8對位，調整恒流電源14為合適的 電解電流強度，閉合開關ll，使用變阻器13和電流表12校正電流強度后， 使陽極電極10和鍍層金屬9接觸開始刻蝕，控制電鍍時間，當刻蝕完成后斷 開開關11，將玻璃基板取出清洗、干燥，金屬層電路22就制備完成了。此 后再經歷幾次"鍍膜-光刻-刻蝕"工藝(絕緣層)和"鍍膜-刻蝕"工藝 (導電層)就形成了最終的TFT LCD的Array基板。
以上所提出實施例為最佳實現方法，并非唯一實現方法。可根據不同生 產線的需要，使用不同材料、工藝參數和設備實現之。
同現有技術中由于將電路圖案在基板上的成型分為掩膜曝光和刻蝕兩 步，相對生產效率較低，并且刻蝕掉的金屬不能反復利用，造成了材料的浪 費和環境的污染相比，本發明是一種不使用光刻的工藝，通過刻蝕工藝直接
制備金屬層電路并同時回收刻掉金屬制備靶材的方法，能夠進一步簡化制備
工藝，節約設備和資材成本，能夠進一步提高TFT LCD的制作效率，降低制 作成本。
最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當 理解，按照需要可使用不同材料和設備實現之，即可以對本發明的技術方案 進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。
權利要求
1、一種金屬層電路的制備設備，包括電解槽；設置在電解槽上的電解液補充系統和電解液排放系統；電解液；陽極電極和陰極電極，陽極電極和陰極電極之間通過控制電路連接，其特征在于所述陽極電極的材料為電化學惰性金屬材料，表面形成有電路圖案；所述陰極電極材料為金屬靶材。
2、 根據權利要求1所述的制備設備，其特征在于所述電化學惰性金屬 的材料為Pt、 Ti、 Ag或石磨。
3、 根據權利要求1所述的制備設備，其特征在于所述陽極電極沉積有 一層碳或IT0層。
4、 根據權利要求1至3任一所述的制備設備，其特征在于所述電解槽 下方連接有垂直位移補償裝置。
5、 根據權利要求1至3任一所述的制備設備，其特征在于所述陰極電 極設置于靶材支架上。
6、 根據權利要求1至3任一所述的制備設備，其特征在于所述電解槽 中設置有使電解槽保持恒溫的溫度傳感器和加熱電阻絲。
7、 根據權利要求1至3任一所述的制備設備，其特征在于所述電解槽 中設置有電解液濃度均勻的攪拌器。
8、 一種采用權利要求1至7任一所述的金屬層電路的制備設備制備金屬 層電路的方法，包括將表面鍍有金屬層的基板放在陽極電極下方，對位后， 使陽極電極直接和基板上的金屬層接觸；通電后，通過陽極反應使基板上的 金屬層部分電解掉，形成金屬層電路；同時陰極電極上的金屬靶材發生陰極 反應，將陽極反應中電解掉的金屬鍍回到金屬靶材上。
全文摘要
本發明公開了一種金屬層電路的制備設備，包括電解槽；設置在電解槽上的電解液補充系統和電解液排放系統；電解液；陽極電極和陰極電極，陽極電極和陰極電極之間通過控制電路連接，其中陽極電極的材料為電化學惰性金屬材料，表面形成有電路圖案；陰極電極材料為金屬靶材。本發明同時公開了利用金屬層電路的制備設備制備金屬層電路的方法。本發明通過刻蝕工藝直接制備金屬層電路并同時回收刻掉的金屬制備靶材的方法，從而進一步簡化制備工藝，節約設備和資材成本，進一步提高TFT LCD的制作效率，降低制作成本。
文檔編號C25F7/00GK101360399SQ20071011978
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者周偉峰, 林承武, 金基用 申請人:北京京東方光電科技有限公司