CN105873352B - 高频通信用基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高频通信用基板及其制造方法。该高频通信用基板(10)包括：基材(11)，其具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和离子注入层(13)，其位于基材(11)的表面(12)下方。制造高频通信用基板的方法包括：对基材的表面进行前处理，该基材具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和通过离子注入将导电材料注入到经前处理后的基材的表面下方，形成离子注入层。

Description

高频通信用基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高频通信用基板及其制造方法。该基板是在绝缘基材上覆有导体层的基板，尤其可以广泛地应用于高频或超高频的信号传输中，以减轻或避免其中的信号损失。
背景技术
移动通信的传统工作频段集中在3GHz以下，这使常规的频谱资源十分拥挤，而高频段(如毫米波段)的可用频谱资源丰富。随着4G网络的普及、5G网络的开发以及物联网技术的发展，信号传输的高频化已是大势所趋。高频信号传输不仅能够有效缓解频谱资源紧张的现状，而且可实现极高速的短距离通信。与此相应，在趋高频(约1GHz)、高频(1-3GHz)和超高频(5GHz以上)这些类别的基板中，高频或超高频用的基板是未来的主要发展方向之一。
众所周知，在信号传输过程中，信号频率越高，则损失就越大，会导致信号传输失真的问题。对于高频传输用的电路板，其中的信号损失主要来自两个方面。一个方面是受阻抗匹配状况影响产生的损失。随着高频化的发展趋势，电子产品的阻抗也有增大的趋势，因此也要求PCB的特性阻抗上升，以达到阻抗匹配。降低电路板基材的介电常数有利于提高特性阻抗，从而实现阻抗匹配。另一个方面是由导体和绝缘基材产生的损失。导体层的表面粗糙度越小则导体损失越小，基材的介电常数Dk和介质损耗因子Df越小则绝缘基材损失越小，从而信号损失便越小，越适合于进行高频通信。
在现有技术中，通常使用覆铜板作为高频信号传输用的基板，其制造方法主要有压合法和溅射-电镀法。压合法是在高温下将刚性基材(例如含有陶瓷填料或玻纤布的PTFE、LCP、改性PPE、改性CE等)或挠性基材(例如含有PTFE或其他含氟化合物的改性PI、含氟树脂、LCP、PEEK等)与铜箔压合而制成产品。可是，受限于现有工艺水平，通过压延法制备的铜箔的表面粗糙度(Rz)最低为约0.45μm，而电解法制备的铜箔具有最低约0.6μm的Rz。而且，考虑到铜箔的剥离强度，还需要在压合前对铜箔的表面进行粗化处理，以确保铜箔与基材之间具有较高的剥离强度，但是粗化处理会导致铜箔与基材的接合面的Rz实际上更大(例如大于0.45μm)。图1(a)以电子扫描显微镜图片示出了使用压延铜箔通过压合法制得的覆铜板的剖面，而图1(b)示出了使用电解铜箔通过压合法制得的覆铜板的剖面。如图所示，通过压合法制备的覆铜板在基材与铜箔之间的接合面具有较高的表面粗糙度，在应用于高频或超高频信号传输时，会产生较大的信号损失。
另外，溅射-电镀法通常是先对基材(例如改性的PI膜、LCP膜等)进行化学镀或离子溅射而形成金属膜，然后通过电镀在该金属膜上形成加厚铜层。这样制得的覆铜板具有相对较低的表面粗糙度，但是铜层与基材表面之间的剥离强度却远低于通过压合法制得的产品。在后续的应用过程中，铜层容易划伤或者从基材表面脱落下来，这会极大地降低高频或超高频信号传输的性能。
发明内容
本发明是鉴于上述问题作出的，其目的在于，针对工作频率在1GHz以上、尤其是5GHz以上的高频通信领域，选定具有低介电常数(Dk<3.5)和低介质损耗因子(Df<0.01)的基材，提供一种在导体层与基材之间具有较高的结合力和较低的表面粗糙度的高频通信用基板、以及制造该基板的方法。
本发明的第一技术方案为一种高频通信用基板，其包括：基材，其具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和离子注入层，其位于基材的表面下方。
基材的Dk、Df值越小，则由基材引起的信号损失越小，越适于进行高频信号的传输。此外，由于离子注入层位于基材的表面下方，而不是仅仅附着于基材表面上，所以能够在基材与该离子注入层之间确保很高的结合力。由此，在后续的应用过程中，导体层不容易划伤或者从基材脱落。
本发明的第二技术方案为，在第一方案中，基材的介电常数(Dk)小于3.5。
本发明的第三技术方案为，在第一方案中，基材的介质损耗因子(Df)小于0.01。
本发明的第四技术方案为，在第一方案中，高频通信用基板用于频率为5GHz以上的信号传输。
本发明的第五技术方案为，在第一方案中，基材为LCP基材、PP基材、PEEK基材、BT基材、环氧树脂基材、CE基材、PPE基材、PTFE基材、或者它们的改性基材。
本发明的第六技术方案为，在第一方案中，离子注入层位于基材的表面下方1-500nm的深度内，并且在其中，导电材料与基材形成稳定的掺杂结构。
本发明的第七技术方案为，在第一方案中，离子注入层包括邻近基材的Ni或Ni-Ti合金层、和注入Ni或Ni-Ti合金层中的Cr离子层。
这样的离子注入层可以有利地降低Ni或Ni-Ti合金层的表面粗糙度，从而有助于减小基材与后续形成于其上的金属层之间的接合面的表面粗糙度，使得到的基板更适合用于高频信号传输。
本发明的第八技术方案为，在第一方案中，高频通信用基板还包括附着于离子注入层上的等离子体沉积层，等离子体沉积层由导电材料组成，具有1-10000nm的厚度。
本发明的第九技术方案为，在第一至第八方案的任何一种中，组成离子注入层和/或等离子体沉积层的导电材料包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种。
本发明的第十技术方案为，在第一方案中，高频通信用基板还包括附着于离子注入层上的导体加厚层，其具有0.01-1000μm的厚度，并由Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种组成。
本发明的第十一技术方案为，在第十方案中，导体加厚层与基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，导体加厚层与基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
本发明的第十二技术方案为，在第十一方案中，导体加厚层与基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，导体加厚层与基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
本发明的第十三技术方案为，在第八方案中，高频通信用基板还包括附着于等离子体沉积层上的导体加厚层，其具有0.01-1000μm的厚度，并由Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种组成。
本发明的第十四技术方案为，在第八方案或第十三方案中，等离子体沉积层与基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，等离子体沉积层与基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
本发明的第十五技术方案为，在第十四方案中，等离子体沉积层与基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，等离子体沉积层与基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
在现有技术中采用磁控溅射来形成基板时，所得的导体层与基材表面之间的结合力不高，最高仅为0.5N/mm左右。与之相比，本发明的高频通信用基板在导体加厚层或等离子体沉积层与基材之间具有0.5N/mm以上甚至0.8N/mm以上的结合力，远高于现有技术。因此，在后续应用过程中，导体层不容易划伤或者从基材脱落。此外，与现有技术中通过压合法制备的覆铜板(其最低具有约0.45μm的表面粗糙度)相比，在本发明的高频通信用基板中，金属层与基材之间的接合面具有显著更低的表面粗糙度(0.4μm以下，甚至为0.001-0.1μm)。因此，在高频信号传输中，可以显著地降低由导体层引起的信号损失，从而进一步降低整体信号损失。
本发明的第十六技术方案为一种制造高频通信用基板的方法，包括：对基材的表面进行前处理，基材具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和通过离子注入将导电材料注入到经前处理后的基材的表面下方，形成离子注入层。
在使用具有低Dk、Df值的基材时，由基材引起的信号损失较小，所制得的基板适合于进行高频信号的传输。在离子注入过程中，导电材料离子以很高的速度强行地注入到基材的内部，与基材形成稳定的掺杂结构，相当于在基材的表面下方形成了数量众多的基桩。由于基桩的存在，且后续制得的导电层(等离子体沉积层或导体加厚层)与基桩相连，因此，最终制得的基板的导电层与基材之间的结合力较高，远高于现有技术中的磁控溅射制得的金属层与导体之间的结合力。而且，用于离子注入的导电材料尺寸通常为纳米级，在离子注入期间分布比较均匀，而且到基材表面的入射角度差别不大。因此，能够确保基材与后续形成于其上的金属层之间的接合面具有较低的表面粗糙度。因此，在高频信号传输中，可以显著降低由导体层引起的信号损失，从而进一步降低整体信号损失。
本发明的第十七技术方案为，在第十六方案中，基材的介电常数(Dk)小于3.5。
本发明的第十八技术方案为，在第十六方案中，基材的介质损耗因子(Df)小于0.01。
本发明的第十九技术方案为，在第十六方案中，基材为LCP基材、PP基材、PEEK基材、BT基材、环氧树脂基材、CE基材、PPE基材、PTFE基材、或者它们的改性基材。
本发明的第二十技术方案为，在第十六方案中，前处理包括等离子体刻蚀，即，采用束电压为500-800eV、束电流为10-20mA的气体离子流，以30-60度的入射角照射基材的表面。
通过等离子体刻蚀，基材的表面粗糙度得以降低，从而有利于在后续过程中形成表面粗糙度低的接合面。
本发明的第二十一技术方案为，在第十六方案中，在离子注入中，导电材料的离子获得50-1000keV的能量并被注入到基材的表面下方1-500nm的深度，使得在离子注入层中，该导电材料与基材形成稳定的掺杂结构。
在常规的磁控溅射中，溅射粒子的能量最高仅为几个电子伏特，因而该粒子会沉积于基材表面上但不会进入基材内部，所得的导体层与基材表面之间的结合力不高，最高仅为0.5N/mm左右。与之相比，在本发明的离子注入中，导电材料的离子获得高达50-1000keV的能量，因而能以较高速度强行地注入到基材内部，与基材形成稳定的掺杂结构，该掺杂结构有助于在基材与导体层之间形成较大的结合力。
本发明的第二十二技术方案为，在第十六方案中，在离子注入期间，先将Ni或Ni-Ti合金注入到基材的表面下方，然后对所注入的Ni或Ni-Ti合金层注入Cr离子。
这样制得的离子注入层可以有利地降低Ni或Ni-Ti合金层的表面粗糙度，从而有助于减小基材与后续形成于其上的金属层之间的接合面的表面粗糙度，使得到的基板更适合用于高频信号传输。
本发明的第二十三技术方案为，在第十六方案中，方法还包括：通过等离子体沉积将导电材料沉积到离子注入层上，形成厚度为1-10000nm的等离子体沉积层。
本发明的第二十四技术方案为，在第十六至第二十三方案的任何一种中，采用Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种，来形成离子注入层和/或等离子体沉积层。
本发明的第二十五技术方案为，在第十六方案中，方法还包括：采用Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种，在离子注入层上形成厚度为0.01-1000μm的导体加厚层。
本发明的第二十六技术方案为，在第二十五方案中，导体加厚层与基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，导体加厚层与基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
本发明的第二十七技术方案为，在第二十六方案中，导体加厚层与基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，导体加厚层与基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
本发明的第二十八技术方案为，在第二十三方案中，方法还包括：采用Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种，在等离子体沉积层上形成厚度为0.01-1000μm的导体加厚层。
本发明的第二十九技术方案为，在第二十三或二十八方案中，等离子体沉积层与基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，等离子体沉积层与基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
本发明的第三十技术方案为，在第二十九方案中，等离子体沉积层与基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，等离子体沉积层与基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
附图说明
在参照附图阅读以下的详细描述后，本领域技术人员将更容易理解本发明的这些及其他的特征、方面和优点。为了清楚起见，附图不一定按比例绘制，而是其中有些部分可能被夸大以示出细节。在所有附图中，相同的参考标号表示相同或相似的部分，其中：
图1(a)是表示使用压延铜箔通过压合法制得的覆铜板的剖面的图片，图1(b)是表示使用电解铜箔通过压合法制得的覆铜板的剖面的图片，图1(c)是表示根据本发明的图5所示基板的剖面的图片；
图2是表示根据本发明的仅带有离子注入层的高频通信用基板的剖面示意图；
图3是表示用于制造图2所示基板的方法的流程图；
图4是表示根据本发明的带有离子注入层和等离子体沉积层的高频通信用基板的剖面示意图；
图5是表示根据本发明的带有离子注入层、等离子体沉积层以及导体加厚层的高频通信用基板的剖面示意图；
图6是表示根据本发明的带有离子注入层和导体加厚层的高频通信用基板的剖面示意图；以及
图7是表示根据本发明的另一高频通信用基板的剖面示意图。
参考标号：
10 基板
11 基材
12 基材的表面
13 离子注入层
14 等离子体沉积层
15 导体加厚层
16 Ni或Ni-Ti合金层
17 Cr离子层。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。本领域技术人员应当理解，这些描述仅仅列举了本发明的示例性实施例，而决不意图限制本发明的保护范围。在本文中，“高频通信用基板”实质上广泛地表示用于高频(1-3GHz)和超高频(5GHz以上)的信号传输的基板，并不仅限于1-3GHz这个频率范围。事实上，本发明的关注点尤其在于频率为5GHz以上的信号传输。此外，以下所述的“导体层”意指可导电的层，实际上可包含离子注入层、等离子体沉积层和导体加厚层中的一个或多个。
图2是表示根据本发明的仅带有离子注入层的高频通信用基板的剖面示意图。从图2可以清楚地看到，本发明的高频通信用基板10包括基材11和位于该基材11的表面12下方的离子注入层13。
在高频通信过程中，由导体和绝缘基材产生的损失是信号损失的重要来源。导体产生的损失与成正比，而绝缘基材产生的损失与成正比，其中f表示信号频率，Rz表示导体的表面粗糙度，而Dk、Df分别表示基材的介电常数和介质损耗因子。由此可知，在信号频率一定的情况下，基板的表面粗糙度Rz越小，其绝缘基材的Dk、Df值越小，则信号损失越小，越适于进行高频信号的传输。在信号频率为10GHz以内时，信号损失以导体损失为主，在信号频率为10GHz以上时，绝缘基材损失逐渐增大。
为了降低绝缘基材产生的损失，本发明选择具有较低的介电常数Dk值或较低的介质损耗因子Df值的基材。例如，绝缘基材的介电常数Dk可低于3.5，甚至为3以下，而介质损耗因子Df可小于0.01。具体而言，可以选择LCP基材、PP基材、PEEK基材、BT基材、环氧树脂基材、CE基材、PPE基材、PTFE基材、或者它们的改性基材作为高频通信用基板的绝缘基材，其中环氧树脂基材可包括FR-4、FR-5系列基材。
离子注入层13由导电材料组成，并且可以位于基材11的表面12下方1-500nm的深度，例如10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm的深度等。在该离子注入层中，导电材料与组成基材的材料形成稳定的掺杂结构。可以使用各种金属、合金、导电氧化物、导电碳化物、导电有机物等作为导电材料，但是并不限于此。优选地，离子注入层由与基材分子结合力强的金属或合金组成，包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种，该合金例如为NiCr、TiCr、VCr、CuCr、MoV、NiCrV、TiNiCrNb等。离子注入层还可以包括由相同或不同材料组成的一层或多层。
由于离子注入层13嵌入到基材11的表面12下方一定深度，而不是仅仅附着于基材表面12上，且其中的导电材料与基材的分子镶嵌结合，形成了稳定的掺杂结构，所以能够在基材11与该离子注入层13之间确保很高的结合力。由此，在后续的应用过程中，导体层不容易划伤或者从基材脱落。实际上，在该离子注入层上进一步形成有金属层的情况下，该金属层与基材之间的结合力可以为0.5N/mm以上，甚至为0.8N/mm以上，例如高达0.7-1.5N/mm。此外，离子注入层中的导电材料通常为纳米级，因而容易在基材与后续形成于其上的金属层之间形成基本平坦的接合面，该接合面的表面粗糙度(Rz)可以为0.4μm以下，甚至可达到0.001-0.1μm，例如为大约0.02μm。与现有技术中通过压合法制备的覆铜板(其最低具有约0.45μm的表面粗糙度)相比，在本发明的高频通信用基板中，金属层与基材之间的接合面具有显著更低的表面粗糙度。因此，在高频信号传输中，可以显著地降低由导体层引起的信号损失，从而进一步降低整体信号损失。
图3是表示用于制造图2所示基板的方法的流程图。该方法包括：对基材的表面进行前处理(步骤S1)；以及通过离子注入将导电材料注入到经前处理后的基材的表面下方，形成离子注入层(步骤S2)。
具体而言，首先需要准备好基材并进行适当的清洁，接着对该基材的表面进行前处理(步骤S1)。作为前处理的方法，可以包括表面清洁处理，例如，用浸渍过酒精的纱布擦拭基材的表面以除去上面附着的脏污，或者将基材放入清洁液中并采用超声波进行清洗。此外，还可以采用常规的机械抛光方式来进行前处理，即，使用抛光器打磨基材的表面以降低其表面粗糙度。在本发明中，优选地采用等离子体刻蚀法来对基材的表面进行前处理，即，采用束电压为500-800eV、束电流为10-20mA的离子流，以30至60度的入射角照射基材的表面，从而降低基材的表面粗糙度，其中所用的离子流可以是惰性气体(例如Ar、He等)的离子流。通过等离子体刻蚀，基材的表面粗糙度得以降低，从而有利于在后续过程中形成表面粗糙度低的接合面。除了等离子体刻蚀之外，还可以使用封孔剂对基材的表面进行封孔处理，使用射频溅射或化学气相沉积方法在基材的表面上沉积上一层金属氧化物，或者使用离子束照射对基材的表面进行脱水处理等。
在前处理完成之后，通过离子注入将导电材料注入到基材的表面下方，形成离子注入层(步骤S2)。离子注入可通过以下方法来完成：使用导电材料作为靶材，在真空环境下，通过电弧作用使靶材中的导电材料电离而产生离子，然后在高电压的电场下使离子加速而获得很高能量。高能的导电材料离子以很高的速度直接撞击到基材表面，并且注入到基材表面下方一定的深度，从而得到如图2所示的基板。在所注入的导电材料粒子与组成基材的材料之间，可形成稳定的化学键(例如离子键或共价键)，二者共同构成了掺杂结构，如同半导体中的掺杂结构那样。化学键有助于增强离子注入层与基材之间的结合力，使得离子注入层不容易从基材脱落。而且，掺杂结构(即，离子注入层)的外表面与基材的表面相齐平，而内表面则深入到基材内部。作为具体示例，导电材料的离子可在离子注入期间获得50-1000keV(例如50keV、100keV、200keV、300keV、400keV、500keV、600keV、700keV、800keV、900keV)的能量，并且可被注入到基材的表面下方1-500nm(例如10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm)深度处。此外，在离子注入期间，还可以使用上文所述的一种或多种导电材料，在基材的表面下方相继地形成一层或多层离子注入层，其中稍后形成的离子注入层的一部分可注入到先前形成的离子注入层的内部。
在离子注入过程中，导电材料离子以很高的速度强行地注入到基材的内部，与基材形成稳定的掺杂结构，相当于在基材的表面下方形成了数量众多的基桩。由于基桩的存在，且后续制得的金属层(等离子体沉积层或导体加厚层)与基桩相连，因此，基材与后续形成于其上的金属层之间的剥离强度可达到0.5N/mm以上，甚至为0.8N/mm以上，例如高达0.7-1.5N/mm。与之相比，在常规磁控溅射的情况下，溅射粒子的能量最高仅为几个电子伏特，因而该粒子会沉积于基材表面上但不会进入基材内部，所得的导体层与基材表面之间的结合力不高，最高仅为0.5N/mm左右，明显低于本发明。而且，用于离子注入的导电材料尺寸通常为纳米级，在离子注入期间分布比较均匀，而且到基材表面的入射角度差别不大。因此，能够确保基材与后续形成于其上的金属层之间的接合面具有较低的表面粗糙度，例如为0.4μm以下，甚至低至0.001-0.1μm(例如约0.02μm)。因此，在高频信号传输中，可以显著降低由导体层引起的信号损失，从而进一步降低整体信号损失。
作为本发明的备选方案，除了离子注入层之外，还可以在基材的表面上形成等离子体沉积层。图4是表示根据本发明的带有离子注入层和等离子体沉积层的高频通信用基板的剖面示意图。如图4所示，高频通信用基板10包括基材11、位于该基材11的表面12下方的离子注入层13、以及附着于该离子注入层13上的等离子体沉积层14。
等离子体沉积层由导电材料组成，并且可以具有1-10000nm的厚度，例如为100nm、200nm、500nm、700nm、1μm、2μm、5μm、7μm或者10μm等。等离子体沉积层的厚度可以根据需要通过调节各种沉积参数来设定，例如可以设定为使得形成有该等离子体沉积层的基板的表面方阻小于200Ω/□、100Ω/□、80Ω/□、50Ω/□，等等。此外，作为组成等离子体沉积层的导电材料，可以采用与离子注入层相同或不同的各种金属、合金、导电氧化物、导电碳化物、导电有机物等，但是并不限于此。可以根据所选用的基材、以及离子注入层的组成成分和厚度等来选择用于等离子体沉积的导电材料。优选地，使用与离子注入层结合良好的金属或合金来进行等离子体沉积，例如可使用Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种，该合金例如为NiCr、TiCr、VCr、CuCr、MoV、NiCrV、TiNiCrNb等。而且，等离子体沉积层还可以包括由相同或不同材料组成的一层或多层。
为了形成等离子体沉积层，可以采用与上文所述的离子注入方法类似的方式，只是施加较低的电压而使导电材料的离子具有低得多的能量。具体而言，使用导电材料作为靶材，在真空环境下，通过电弧作用使靶材中的导电材料电离而产生离子，然后在高电压的电场下使该离子加速而获得一定的能量，例如1-1000eV。加速后的导电材料离子接着飞向基材表面且沉积到形成于该基材表面下方的离子注入层上，构成一定厚度的等离子体沉积层。作为具体示例，导电材料的离子可在等离子体沉积期间获得50eV、100eV、200eV、300eV、400eV、500eV、600eV、700eV、800eV、900eV的能量。
在等离子体沉积期间，导电材料的离子以较高的速度飞向基材表面且沉积到形成于该基材表面下方的离子注入层上，与离子注入层中的导电材料之间形成较大的结合力，因而不容易从基材的表面脱落。此外，用于等离子体沉积的导电材料尺寸通常为纳米级别，在等离子体沉积过程中分布较为均匀，而且到基材表面的入射角度差别不大，因而能够确保所得等离子体沉积层的表面具有良好的均匀度和致密性，不容易出现针孔现象。
此外，还可以进一步在等离子体沉积层上形成导体加厚层。图5是表示根据本发明的带有离子注入层、等离子体沉积层和导体加厚层的高频通信用基板的剖面示意图。如图5所示，高频通信用基板10包括基材11、位于该基材11的表面12下方的离子注入层13、附着于该离子注入层13上的等离子体沉积层14、以及附着于该等离子体沉积层14上的导体加厚层15。图1(c)是表示图5所示基板的剖面的扫描电子显微图片，为了对比而与表示现有技术中使用压延、电解铜箔通过压合法制得的覆铜板的剖面的图1(a)、(b)并列示出。其中，由于基材和导体加厚层、等离子体沉积层的尺寸均远大于离子注入层，因而该图1(c)中并未清楚地图示出后者。比较图1(a)、(b)和图1(c)可以明显地看出，与现有技术中使用压延铜箔或电解铜箔通过压合法制得的覆铜板相比，本发明的高频通信用基板在基材与形成于其上的金属层之间的接合面处均具有低得多的表面粗糙度。
导体加厚层由导电材料组成，并且可以具有0.01-1000μm的厚度，例如为0.1、1、5、10、50、100、200μm等，该厚度可以根据需要(例如期望的电导率等)通过调节各种参数来设定。此外，作为导体加厚层的组成材料，可以选用Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种，其中Cu是最常用的一种金属材料。而且，导体加厚层也可以包括由相同或不同材料组成的一层或多层。
为了形成导体加厚层，可以采用电镀、化学镀、溅射、真空蒸发镀等方法中的一种或多种。其中，电镀法是优选的，因为电镀速度快、成本低、而且可电镀的材料范围非常广泛，可用于Cu、Ni、Sn、Ag以及它们的合金等。对于某些导电材料，特别是金属和合金(例如Al、Cu、Ag及其合金)，溅射的速度可以达到100nm/min，因而可以使用溅射方式来在等离子体沉积层上快速地镀覆导体层。
备选地，也可以不形成等离子体沉积层，而是直接采用电镀、化学镀、溅射、真空蒸发镀等方法，直接在离子注入层上形成导体加厚层。由于离子注入层中包含导电材料，因而也可以很方便地通过电镀在该离子注入层上形成导体加厚层。图6是表示根据本发明的带有离子注入层和导体加厚层的高频通信用基板的剖面示意图。如图6所示，高频通信用基板10包括基材11、位于该基材11的表面12下方的离子注入层13、以及附着于该等离子体沉积层14上的导体加厚层15。
无论是单独地在离子注入层上形成等离子体沉积层或导体加厚层，还是在离子注入层上同时形成等离子体沉积层和导体加厚层，都能够方便地在等离子体沉积和/或电镀、化学镀、溅射、真空蒸发镀等过程中通过控制工作电流、工作时间等来容易地调节形成于该离子注入层上的等离子体沉积层和/或导体加厚层的厚度。
另外，本发明人发现，在进行离子注入时，先在前处理后的基材的表面内注入Ni或Ni-Ti合金，初步形成一定厚度的Ni或Ni-Ti合金离子注入层，然后再对该Ni或Ni-Ti合金离子注入层注入Cr离子(其中Cr的剂量为1×1017-1×1018ions/cm2)，这样可以有利地降低Ni或Ni-Ti合金层的表面粗糙度，从而有助于减小基材与后续形成于其上的金属层之间的接合面的表面粗糙度，使得到的基板更加适合用于高频信号传输。这样形成的基板的剖面在图7中示意性地示出。如图7所示，离子注入层13包括Ni或Ni-Ti合金层16和Cr离子层17，其中Cr离子层17的一部分位于Ni或Ni-Ti合金层16内。
在形成了导体层之后，还可以对所制得的高频通信用基板进行进一步的后处理，例如进行退火处理以消除存在于基板中的应力并防止导体层断裂，或者进行表面钝化处理以防止导体层在空气中氧化。
上文详细描述了根据本发明的高频通信用基板的具体构造、以及用于制造该基板的方法的具体步骤。下面，将举例示出用于实施本发明的若干示例，以增进对于本发明的了解。
(示例1)
该示例使用液晶聚合物薄膜(LCP膜)作为基材来制作双面的挠性覆铜板(FCCL)，以用作高频通信用的基板。
首先，用浸过酒精的纱布轻擦LCP膜基材的表面，以除去上面附着的脏污。接着，通过放料机构将清洁后的基材放入离子注入设备中，调整基材的运行速度为0.8m/min。在将离子注入腔室抽真空至5.0×10-3Pa之后，对LCP膜基材进行等离子体刻蚀处理。具体而言，采用束电压为500eV、束电流为10mA的Ar气离子流，以60度的入射角照射基材的表面。
然后，在离子注入设备中，先以Ni作为靶材，对经上述处理后的LCP膜基材的上下两个表面进行离子注入，选择适当的真空度、注入电压、注入电流等，使得注入的Ni离子的能量为30keV。之后，再以Cr作为靶材，在基材的上下表面内注入Cr离子，使得注入的Cr离子的能量为50keV，其中Cr的剂量为2×1017ions/cm2。接着，选用Cu作为靶材，以35A的沉积电流在基材的表面上进行等离子体沉积，使等离子体沉积后的覆铜板基材的测量方阻小于50Ω/□。
然后，在电镀铜生产线上将基材上下两面的铜膜均加厚至5μm。在电镀过程中，采用由硫酸铜160g/L、硫酸70g/L、氯离子浓度60mg/L及少量添加剂组成的电镀液，将电镀的电流密度设置为2.5A/dm2，并且将温度设置为25℃。
电镀完毕后，将覆铜板放入80-100℃的烘箱中烘烤15小时，以消除存在于其中的应力，防止铜层的开裂。然后将覆铜板在钝化液中浸泡大约1分钟后取出并吹干，以防止铜在空气中氧化变色，其中钝化液是浓度为1g/L的苯并三氮唑及其衍生物的水溶液。
通过测试可知，在这样制得的双面FCCL中，LCP膜基材与铜层之间的接合面的表面粗糙度(Rz)为0.015μm，结合力为0.80N/mm，而且在10GHz的频率下，信号损失为0.113db/cm。
(示例2)
该示例采用改性的聚四氟乙烯(PTFE)基材来制造双面的刚性覆铜板(CCL)，以用作高频通信用的基板，该改性的PTFE基材可以是NE-玻纤增强的PTFE、或者陶瓷增强的PTFE材料。
首先，用浸渍过酒精的纱布轻擦PTFE基材的两个表面，以除去上面附着的脏污。接着，通过放料机构将清洁后的基材放入离子注入设备中，调整基材的运行速度为0.8m/min。在将离子注入腔室中抽真空至2.5×10-3Pa之后，对PTFE基材的两个表面进行等离子体刻蚀处理。具体而言，采用束电压为800eV、束电流为20mA的Ar气离子流，以45度的入射角照射基材的表面。
然后，在离子注入设备中，先使用Ni-Ti合金靶材，对经上述处理后的PTFE基材的上下两个表面同时进行离子注入，选择适当的真空度、注入电压、注入电流等，使得注入的离子能量为50keV。之后，再以Cr作为靶材，在基材的上下表面内注入Cr离子，使注入的Cr离子的能量为60keV，其中Cr的剂量为5×1017ions/cm2。接着，选用Cu作为靶材，以20A的沉积电流在基材的表面上进行等离子体沉积，使沉积了等离子体的覆铜板基材的测量方阻小于80Ω/□。
然后，在电镀铜生产线上将基材上下两面的铜膜均加厚至3μm。在电镀过程中，采用由硫酸铜160g/L、硫酸70g/L、氯离子浓度60mg/L及少量添加剂组成的电镀液，将电镀的电流密度设置为2.5A/dm2，并且将温度设置为25℃。
电镀完成后，将覆铜板放入100℃的烘箱中烘烤8小时，以进行退火处理而消除存在于其中的应力，防止铜层的开裂。此后，将覆铜板在钝化液中浸泡大约1分钟后取出并吹干，以防止铜在空气中氧化变色，其中钝化液是浓度为1g/L的苯并三氮唑及其衍生物的水溶液。
通过测试可知，在这样制得的双面CCL中，PTFE基材与铜层之间的接合面的表面粗糙度(Rz)为0.018μm，结合力为0.83N/mm，而且在10GHz的频率下，信号损失为0.098db/cm。
(示例3)
该示例使用PPE薄膜作为基材来制作单面的挠性覆铜板(FCCL)，以用作高频通信用的基板。
首先，用浸渍过酒精的纱布轻擦PPE膜基材的上表面，以除去上面附着的脏污。接着将封孔剂涂布于该基材的上表面上，其中封孔剂包含由三氧化二铝与二氧化硅胶体的混合溶液组成的填充剂、由磷酸氢铝或磷酸二氢铝组成的胶黏剂、以及氧化铜的交联剂。之后，将基材放入干燥机中进行烘干处理，以除去其中的水分。
接着，通过连续放料机构将封孔处理后的PPE膜基材放入离子注入设备中，调整基材的运行速度为0.8m/min。在将离子注入腔室抽真空至3.5×10-3Pa之后，对PPE膜基材的上表面进行等离子体刻蚀处理，即，采用束电压为600eV、束电流为15mA的He气离子流，以30度的入射角照射基材的表面。
然后，在离子注入设备中，先使用Ni-Ti合金作为靶材，对经上述处理后的PPE膜的上表面进行离子注入，选择适当的真空度、注入电压、注入电流等，使得注入的离子能量为100keV。之后，再以Cr作为靶材，在PPE膜基材的上表面内注入Cr离子，使注入的Cr离子的能量为40keV，其中Cr的剂量为8×1017ions/cm2。接着，选用Cu靶材，以25A的沉积电流在基材的上表面上进行等离子体沉积，使得等离子体沉积后的覆铜板基材的测量方阻小于100Ω/□。
之后，在电镀铜生产线上将PPE膜基材上表面的铜膜加厚至3μm，其中电镀液的组成为硫酸铜160g/L、硫酸70g/L、氯离子浓度60mg/L及少量的添加剂，电镀时的电流密度被设置为2.5A/dm2，温度被设置为25℃。
在电镀完毕后，将覆铜板放入80-100℃的烘箱中烘烤10小时来进行退火处理，以消除存在于其中的应力。此后，将退火处理后的覆铜板放入钝化液中浸泡大约1分钟后取出并吹干，以防止铜在空气中氧化，其中钝化液是浓度为1g/L的苯并三氮唑及其衍生物的水溶液。
通过测试可知，在这样制得的单面FCCL中，PPE膜基材与铜层之间的接合面的表面粗糙度(Rz)为0.020μm，结合力为0.91N/mm，而且在10GHz的频率下，信号损失为0.107db/cm。
上文描述的内容仅仅提及了本发明的较佳实施例。然而，本发明并不受限于文中所述的特定实施例。本领域技术人员将容易想到，在不脱离本发明的要旨的范围内，可以对这些实施例进行各种显而易见的修改、调整及替换，以使其适合于特定的情形。实际上，本发明的保护范围是由权利要求限定的，并且可包括本领域技术人员可预想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非显著性差异的等同结构要素，那么它们将会落在权利要求的保护范围内。

Claims (26)

1.一种高频通信用基板，包括：
基材，其具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和
离子注入层，其位于所述基材的表面下方；以及
附着于所述离子注入层上的等离子体沉积层，
其中，所述等离子体沉积层与所述基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，所述等离子体沉积层与所述基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
2.一种高频通信用基板，包括：
基材，其具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和
离子注入层，其位于所述基材的表面下方；以及
附着于所述离子注入层上的导体加厚层，
其中，所述导体加厚层与所述基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，所述导体加厚层与所述基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述基材的介电常数(Dk)小于3.5。
4.根据权利要求1或2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述基材的介质损耗因子(Df)小于0.01。
5.根据权利要求1或2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述高频通信用基板用于频率为5GHz以上的信号传输。
6.根据权利要求1或2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述基材为LCP基材、PP基材、PEEK基材、BT基材、环氧树脂基材、CE基材、PPE基材、PTFE基材、或者它们的改性基材。
7.根据权利要求1或2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述离子注入层位于所述基材的表面下方1-500nm的深度内，并且在其中，导电材料与所述基材形成稳定的掺杂结构。
8.根据权利要求1或2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述离子注入层包括邻近所述基材的Ni或Ni-Ti合金层、和注入所述Ni或Ni-Ti合金层中的Cr离子层。
9.根据权利要求1所述的高频通信用基板，其特征在于，所述等离子体沉积层由导电材料组成，具有1-10000nm的厚度。
10.根据权利要求1或9所述的高频通信用基板，其特征在于，组成所述离子注入层和/或所述等离子体沉积层的导电材料包括Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种。
11.根据权利要求2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述导体加厚层具有0.01-1000μm的厚度，并由Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种组成。
12.根据权利要求2所述的高频通信用基板，其特征在于，所述导体加厚层与所述基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，所述导体加厚层与所述基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
13.根据权利要求1所述的高频通信用基板，其特征在于，所述高频通信用基板还包括附着于所述等离子体沉积层上的导体加厚层，其具有0.01-1000μm的厚度，并由Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种组成。
14.根据权利要求1所述的高频通信用基板，其特征在于，所述等离子体沉积层与所述基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，所述等离子体沉积层与所述基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
15.一种制造高频通信用基板的方法，包括：
对基材的表面进行前处理，所述基材具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和
通过离子注入将导电材料注入到经前处理后的所述基材的表面下方，形成离子注入层；以及
通过等离子体沉积将导电材料沉积到所述离子注入层上，形成厚度为1-10000nm的等离子体沉积层，
其中，所述等离子体沉积层与所述基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，所述等离子体沉积层与所述基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
16.一种制造高频通信用基板的方法，包括：
对基材的表面进行前处理，所述基材具有低介电常数(Dk)和低介质损耗因子(Df)；和
通过离子注入将导电材料注入到经前处理后的所述基材的表面下方，形成离子注入层；以及
采用Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种，在所述离子注入层上形成厚度为0.01-1000μm的导体加厚层，
其中，所述导体加厚层与所述基材之间的接合面具有0.4μm以下的表面粗糙度，所述导体加厚层与所述基材之间的结合力为0.5N/mm以上。
17.根据权利要求15或16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述基材的介电常数(Dk)小于3.5。
18.根据权利要求15或16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述基材的介质损耗因子(Df)小于0.01。
19.根据权利要求15或16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述基材为LCP基材、PP基材、PEEK基材、BT基材、环氧树脂基材、CE基材、PPE基材、PTFE基材、或者它们的改性基材。
20.根据权利要求15或16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述前处理包括等离子体刻蚀，即，采用束电压为500-800eV、束电流为10-20mA的气体离子流，以30-60度的入射角照射所述基材的表面。
21.根据权利要求15或16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，在离子注入中，导电材料的离子获得50-1000keV的能量并被注入到所述基材的表面下方1-500nm的深度，使得在所述离子注入层中，该导电材料与所述基材形成稳定的掺杂结构。
22.根据权利要求15或16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，在离子注入期间，先将Ni或Ni-Ti合金注入到所述基材的表面下方，然后对所注入的Ni或Ni-Ti合金层注入Cr离子。
23.根据权利要求15所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，采用Ti、Cr、Ni、Cu、Ag、Au、V、Zr、Mo、Nb以及它们之间的合金中的一种或多种，来形成所述离子注入层和/或所述等离子体沉积层。
24.根据权利要求16所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述导体加厚层与所述基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，所述导体加厚层与所述基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
25.根据权利要求15所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述方法还包括：采用Cu、Mn、Ni、Fe、Ti、Cr、Co以及它们之间的合金中的一种或多种，在所述等离子体沉积层上形成厚度为0.01-1000μm的导体加厚层。
26.根据权利要求15所述的制造高频通信用基板的方法，其特征在于，所述等离子体沉积层与所述基材之间的接合面具有0.001-0.1μm的表面粗糙度，所述等离子体沉积层与所述基材之间的结合力为0.8N/mm以上。
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