CN103338588A - 高导热绝缘金属基印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成有通过反应磁控溅射方法形成的陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。本发明利用磁控溅射沉积方法在金属基板上沉积过渡层和高导热性的陶瓷层，并以此作为线路板基板形成高集成度的集成印刷电路板。另外本发明的制备方法工艺参数易于控制、步骤简单，产品质量稳定可靠，而且生产效率高，制备成本低。

Description

高导热绝缘金属基印刷电路板
技术领域
本发明属于印刷电路板的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种高导热绝缘金属基印刷电路板及其制备方法。
背景技术
目前电子产品的导电线路基板大都是经过绝缘导热热处理后的金属基板上制作线路，但是这种电路板结构越来越难以满足高功率电子元件对散热性的苛刻要求。现有技术中金属基板印刷电路板通常包括金属基板，在基板上形成的绝缘层，和绝缘层形成的金属导电电路；其中所述的绝缘层目前主要为树脂等有机材料，虽然其绝缘性良好， 但是导热性较差，难以满足高功率电子元件对散热的要求。因此，对于集成度越来越高的集成电路板而言，其基板必须同时具备高热传导性、绝缘性和低的低膨胀系数。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高导热绝缘金属基印刷电路板及其制备方法。本发明所述的金属基印刷电路板，采用陶瓷层作为绝缘导热层，导热系数可以达到50 W/mK以上，在满足绝缘要求的同时能够赋予基板高的导热散热能力，从而可以用于金属基集成电路板的制备。
为了实现上述目的，本发明涉及一种高导热绝缘金属基印刷电路板。
所述的高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成有通过反应磁控溅射方法形成的陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。
其中，所述陶瓷层材料选自氧化硅，氧化金属，氧化锆，氧化钛，氧化锌，钇金属石榴石， 氮化金属，氮化硼，氮化硅和碳化硅中的一种或几种。
其中，所述陶瓷层的导热系数大于50 W/mK。
其中，所述金属基体与所述陶瓷层之间形成有通过磁控溅射形成的金属过渡层。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：
本发明利用磁控溅射沉积技术，在金属基板上沉积过渡层和高导热性的陶瓷层，并以此作为线路板基板形成高集成度的集成印刷电路板。而且本发明的制备方法工艺参数易于控制、步骤简单，产品质量稳定可靠，而且生产效率高，制备成本低。
具体实施方式
      以下将结合具体实施例对本发明所述高导热绝缘金属基印刷电路板做进一步的阐述。
本发明所述的高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成有通过反应磁控溅射方法形成的陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。作为优选地，所述金属基体与所述陶瓷层之间形成有磁控溅射形成的金属过渡层。
本发明所述的高导热绝缘金属基印刷电路板，通过以下方法制备得到：
步骤 100 金属板清洗步骤：首先对所述的金属板进行碱洗除油，然后利用由乙醇和丙酮组成的清洗溶液（可以结合超声波辅助清洗或者紫外照射清洗）清洗，并烘干；
步骤110 抽真空预处理步骤：将处理后的金属板安装于真空镀膜室中，并将真空镀膜室抽气至5.0×10-4Pa以上的真空度；
步骤120 沉积金属过渡层：使用的靶材为纯度99.99wt%的铝溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20-50 sccm，氩气气压为0.5-2 Pa,溅射靶的溅射功率在30-50W之间，沉积温度为20-50℃，沉积时间为2-10 min，厚度为50-200nm；
步骤130 沉积陶瓷层，利用反应磁控溅射方法沉积陶瓷层，控制所述陶瓷层的厚度为50-500 μm；
       步骤140 沉积金属导电层，利用现有技术中的PVD方法（磁控溅射、电子束镀膜、热蒸镀或者电弧离子镀等）形成金属导电层；
步骤150 蚀刻形成金属导电电路：以现有技术中印刷或曝光显影的方式保护电路图的导体部分，然后采用常规的干蚀刻方法蚀刻，再脱去抗蚀刻膜，形成金属导电电路。
实施例1
本实施例的高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成的金属过渡层、通过反应磁控溅射方法形成的SiN陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。该金属基印刷电路板通过上述方法制备得到，其中步骤120 沉积金属过渡层采用以下工艺：使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，氩气气压为2 Pa, 溅射靶的溅射功率为40W，沉积温度为25℃，沉积厚度为100nm；在该低温条件下沉积的金属层具有非晶结构特征，为非导电结构，而且其导热性良好，采用该金属过渡层不仅能够使得所述金属板与所述陶瓷层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热系数。此外，在步骤130 中沉积SiN陶瓷层采用以下工艺，使用靶材为纯度99.99wt%的硅溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，N2的流量为50sccm, 工作气压为5 Pa, 溅射靶的溅射功率为50W，沉积温度为320℃，薄膜厚度为100 μm。通过该实施例得到的金属基印刷电路板的耐击穿电压大于5.0kV，所述陶瓷层的导热率大于50 W/mK。
实施例2
本实施例的高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成的金属过渡层、通过反应磁控溅射方法形成的AlN陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。该金属基印刷电路板通过上述方法制备得到，其中步骤120 沉积金属过渡层采用以下工艺：使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，氩气气压为2 Pa, 溅射靶的溅射功率为40W，沉积温度为25℃，沉积厚度为100nm；在该低温条件下沉积的金属层具有非晶结构特征，为非导电结构，而且其导热性良好，采用该金属过渡层不仅能够使得所述金属板与所述陶瓷层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热系数。此外，在步骤130 中沉积AlN陶瓷层采用以下工艺，使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，N2的流量为50sccm, 工作气压为5 Pa, 溅射靶的溅射功率为50W，沉积温度为350℃，薄膜厚度为50 μm。通过该实施例得到的金属基印刷电路板的耐击穿电压大于3.5kV，所述陶瓷层的导热率大于100 W/mK。
实施例3
本实施例的高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成的金属过渡层、通过反应磁控溅射方法形成的Al2O3陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。该金属基印刷电路板通过上述方法制备得到，其中步骤120 沉积金属过渡层采用以下工艺：使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，氩气气压为2 Pa, 溅射靶的溅射功率为40W，沉积温度为25℃，沉积厚度为100nm；在该低温条件下沉积的金属层具有非晶结构特征，为非导电结构，而且其导热性良好，采用该金属过渡层不仅能够使得所述金属板与所述陶瓷层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热系数。此外，在步骤130 中沉积Al2O3陶瓷层采用以下工艺，使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，O2的流量为30sccm, 工作气压为8 Pa, 溅射靶的溅射功率为50W，沉积温度为500℃，薄膜厚度为50 μm。通过该实施例得到的金属基印刷电路板的耐击穿电压大于4kV，所述陶瓷层的导热率大于80 W/mK。
实施例4
本实施例的高导热绝缘金属基印刷电路板，包括金属基体、所述金属基体上依次形成的金属过渡层、通过反应磁控溅射方法形成的AlON陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。该金属基印刷电路板通过上述方法制备得到，其中步骤120 沉积金属过渡层采用以下工艺：使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，氩气气压为2 Pa, 溅射靶的溅射功率为40W，沉积温度为25℃，沉积厚度为100nm；在该低温条件下沉积的金属层具有非晶结构特征，为非导电结构，而且其导热性良好，采用该金属过渡层不仅能够使得所述金属板与所述陶瓷层之间具有良好的粘结性，而且还能进一步提高所述体系的导热系数。此外，在步骤130 中沉积AlON陶瓷层采用以下工艺，使用靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，O2的流量为20sccm, N2的流量为20sccm,工作气压为10Pa, 溅射靶的溅射功率为80W，沉积温度为480℃，薄膜厚度为50 μm。通过该实施例得到的金属基印刷电路板的耐击穿电压大于5kV，所述陶瓷层的导热率大于150 W/mK。
对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高导热绝缘金属基印刷电路板，其特征在于包括金属基体、所述金属基体上依次形成有通过反应磁控溅射方法形成的陶瓷层，和在所述陶瓷层上形成的金属导电层。
2.根据权利要求1所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述陶瓷层材料选自氧化硅，氧化铝，氧化锆，氧化钛，氧化锌，钇铝石榴石，氮化铝，氮化硼，氮化硅和碳化硅中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述陶瓷层的导热系数大于50 W/mK。
4.根据权利要求1或2所述的 金属基印刷电路板，其特征在于在所述金属基体和所述陶瓷层之间具有过渡层。
5.根据权利要求4所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述过渡层为金属过渡层。
6.根据权利要求5所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述金属过渡层采用以下工艺制备：使用的靶材为纯度99.99wt%的金属溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20-50 sccm，氩气气压为0.5-2 Pa,溅射靶的溅射功率在30-50W之间，沉积温度为20-50℃，沉积时间为2-10 min，厚度为50-200nm，所述金属材料选自锡，钛，铝，银，金，铋，鉑，钌，钪或者合金。
7.根据权利要求1所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述陶瓷层为AlON陶瓷层。
8.根据权利要求7所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述AlON陶瓷层采用以下工艺制备：使用靶材为纯度99.99wt%或者以上的铝溅射靶，真空室的本底真空度为5×10-4 Pa，Ar的流量为20 sccm，O2的流量为20sccm, N2的流量为20sccm,工作气压为10Pa, 溅射靶的溅射功率为80W，沉积温度为480℃，薄膜厚度为50 μm。
9.根据权利要求8所述的金属基印刷电路板，其特征在于所述金属基印刷电路板的耐击穿电压大于5kV，所述陶瓷层的导热率大于150 W/mK。
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