CN105908134B - 一种制备聚四氟乙烯电路板的方法和设备 - Google Patents

一种制备聚四氟乙烯电路板的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于离子束技术在聚四氟乙烯基底表面沉积超高结合强度的金属膜层及电路板的制备方法和设备；沉积超强结合力的金属膜层的制备方法包括：金属“注入+扩散层”和金属膜层；其中，该金属“注入+扩散层”的制备方法包括：利用气体离子源对基底进行大束流清洗，随后利用40KV高能金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源，向基底层注入金属元素形成金属“注入+扩散层”；金属膜层的制备方法包括：利用90度磁过滤阴极真空弧(FCVA)系统沉积1‑10微米的金属膜层。因此，采用本发明的制备方法和设备制备得到的金属膜层和聚四氟乙烯基材具有很高结合力和抗剥离性。

Description

一种制备聚四氟乙烯电路板的方法和设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种在聚四氟乙烯基层材料表面金属“注入+扩散”层的制备方法和设备。
背景技术
起初，电子线路的基板为PCB板，柔性线路板，但随着科技进步和多种信息终端设备的发展，聚四氟乙烯基板被发现并且应用在各个领域。聚四氟乙烯又称PTFE，由于分子结构中含有氟原子等因素，PTFE表现出高度化学稳定性、极强的耐高低温性能、突出的不粘性、异常的润滑性及优异的电绝缘性能、耐老化性和抗辐射性、极小的吸水率等特点被称为“塑料王”。广泛应用于航空航天、石油化工、机械、电子电器、建筑、纺织等诸多领域。
近几年暗物质的火热研究进展对探测暗物质的材料有了更高的需求，由于聚四氟乙烯材料相对于其他探测材料对暗物质的本底影响小，科学家们对于聚四氟乙烯电路板的质量要求也有所提高。
随着科技的不断进步发展，对聚四氟乙烯基线路板的需求也随之增高。目前，通常采用粘合剂将铜箔贴于聚四氟乙烯，来制备聚四氟乙烯基线路板。但是，本发明的发明人发现：
粘合剂形成的基底材料已不能满足高密度的组装要求。并且，现有的聚四氟乙烯所采用的基材电路板中，各膜层(如膜基材与导电层)之间经过电路图案形成工序或电解工序等后续工序时，经常会发生结合强度下降和容易剥落等问题。可见，现有制造方法形成的膜层结合力不足，抗剥离强度较弱，难于适用于严酷环境。因此，基材电路板有待进一步提高金属膜层与基材之间的结合力。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的之一在于提出一种超高结合强度金属膜层的制备方法和设备，能够制备得到具有很高结合力和抗剥离性的金属膜层。
进一步来讲，该制备方法包括：利用气体离子源对基底进行大束流清洗，随后利用金属蒸汽真空弧(MEVVA，Metal Vapor Vacuum Arc)离子源，向基底层注入金属元素，形成金属“注入-扩散层”；利用磁过滤阴极真空弧(FCVA)离子源，在金属“注入-扩散层”表面，磁过滤沉积得到金属膜层；
可选地，在一些实施例中，所述基底层为聚四氟乙烯。所述气体离子源对基底进行大束流清洗中气体为Ar或者Kr，气体流量为20-40sccm，负压为500-800V，清洗时间为5-10min。
可选地，在一些实施例中，所述注入金属元素为Ni或者Cu，其注入电压为40kV，束流强度为1～10mA，注入剂量为1×1015～1×1017/cm2，注入深度为70～320nm。
可选地，在一些实施例中，制备方法还包括：利用所述FCVA系统，在所述金属“注入-扩散层”上，磁过滤沉积出金属覆盖层；其中，所述金属覆盖层的金属元素为Ni或Cu，且厚度为1～10μm；所述磁过滤沉积时，弧流为90～150A，弯管磁场电流为1.0～4.0A。
相应地，本发明实施例提出的一种超高结合强度金属膜层的制备设备用于实施上述任一所述的制备方法，该制备设备包括：表面清洗装置，配置为气体离子源；注入装置，配置为利用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源，向基底层注入金属元素；沉积装置，配置为利用所述FCVA，在基底层表面沉积得到第金属膜层；
相对于现有技术，本发明各实施例具有以下优势：
1、本发明实施例提出的基于低能离子束技术在聚四氟乙烯表面制备高结合强度金属膜层的方法和设备，通过对基材进行高能量的金属元素注入，使基材亚表面原子与注入金属形成金属-基材原子混合的“注入-扩散层”结构，这样形成的“注入-扩散层”结构与基底层乃至后续磁过滤沉积出的结构性膜层的结合力都非常好，从而使其抗剥离强度得以增强；
2、本发明实施例提出的利用蒸汽离子源对聚四氟乙烯表面进行大束流蒸汽离子束清洗的方法和设备，能够有效地去除基层表面的粗糙和小颗粒，提高后续膜层的抗剥离强度；
3、相比磁控溅射、电子束蒸发等PVD沉积方法，磁过滤电弧沉积设备原子离化率非常高，大约在90％以上。这样，由于原子离化率高，可使等离子体密度增加，成膜时大颗粒减少，有利于提高薄膜硬度、耐磨性、致密性、膜基结合力等；
4、相比于传统的采用粘合剂将铜箔贴于聚四氟乙烯来制备聚四氟乙烯基线路板的设备和方法，本发明中的方法和设备，能够制备得到具有很高结合力和抗剥离性的金属膜层。本发明中提出的一种新的沉积设备，该沉积设备由上述任一技术方案所述。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明实施例的更多特点和优势将在之后的具体实施方式予以说明。
附图说明
构成本发明实施例一部分的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的金属膜层的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的金属膜层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的FCVA沉积系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的MEVVA注入系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的膜基结合力数据表
附图标记说明
100 聚四氟乙烯基底
110 注入-扩散层
120 金属覆盖层
200 FCVA阴极
210 触发电极
220 阳极
230 导管
240 磁场
250 离子源(气体或金属)
300 MEVVA阴极
310 引出电极
320 抑制二次电子电极
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：
方法实施例
在本实施例中，在基底层上制备金属膜层，选用的基底层为聚四氟乙烯，参照图1，其示出了本实施例金属膜层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S100：利用气体离子源，对工件表面进行大束流蒸汽离子束清洗，将基底表面杂质清除，提高表面后续膜层与基底的结合力。
需要指出的是，S100中，清洗气体元素可采用Ar、Kr气体。作为一种可选实施方式，清洗的气体流量20-40sccm，负压为500-800V，清洗时间5-10min。
S200：利用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源，向基底层注入第一金属元素，形成金属”注入-扩散层“。
其中，本步骤为金属离子注入形成”注入-扩散层“，利用高能金属离子注入基底，能够形成金属和基底材料的混合层，提高其表面后续膜层与基底的结合力。
需要指出的是，S200中，所述注入金属元素为Ni或者Cu，其注入电压为40kV，束流强度为1～10mA(含端值)，注入剂量为1×1015～1×1017/cm2(含端值)，注入深度为70～320nm(含端值)。
S300：利用磁过滤真空弧(FCVA)系统，在基底”注入-扩散层“表面，磁过滤沉积得到金属膜层。
需要指出的是，所述金属覆盖层的金属元素为Ni或Cu，且厚度为1～10μm(含端值)；所述磁过滤沉积时，弧流为90～150A(含端值)，弯管磁场电流为1.0～4.0A(含端值)。
上述实施例通过聚四氟乙烯表面进行大束流蒸汽离子束清洗，再通过将更高能量的金属元素注入，使聚四氟乙烯表面沉积的薄金属原子获得反冲能量进入基底层内，形成与基底层相混合的金属“注入-扩散层”结构，这样形成的金属“注入-扩散层”结构与基底层的结合力非常好，从而使其抗剥离强度得以增强。接着以所述“注入-扩散层”结构为基底，在其上利用磁过滤金属真空弧沉积(FCVA)技术，沉积致密的金属膜层，进一步提高了该膜层在严酷环境下的使用寿命。
设备实施例
为实现上述金属膜层的制备方法，基于上述各实施例，本实施例提出一种金属膜层的制备设备，该制备设备包括如下装置：溅射清洗装置、注入装置及沉积装置。
其中，气体离子源用于在基层表面增加负压后，利用磁阴极放电形成蒸汽离子束，对基层表面进行清洗，所用设备与基于FCVA技术的沉积装置相近，清洗时用气体离子源，沉积金属膜层时用金属离子源；
其中，注入装置用于利用MEVVA离子源，向所述基底层注入金属元素，形成“注入-扩散层”
需要说明的是，MEVVA离子源主要由等离子体产生区和离子束引出区组成，等离子体产生区也就是金属蒸汽真空弧放电区。MEVVA离子注入就是采用MEVVA离子源产生的载能离子束轰击材料表面，对工件表面进行离子注入，从而改变材料表面的物理、化学性能的过程，使得薄膜与工件基体能够牢固地结合。
沉积装置用于利用所述FCVA，在清洗后的基底层表面以及所述“注入-扩散层”表面沉积金属膜层。
需要指出的是，上述各实施例中，清洗装置可采用如图3所示的FCVA离子源沉积系统，该FCVA离子源沉积系统包括：FCVA阴极200、触发电极210、阳极220、导管230、磁场240以及离子源(气体或金属)250。
注入装置可采用如图4所示的MEVVA离子源注入系统，该MEVVA离子源注入系统包括：MEVVA阴极300、引出电极310以及抑制二次电子电极320。
沉积装置可采用如图3所示的FCVA离子源沉积系统，该FCVA离子源沉积系统包括：FCVA阴极200、触发电极210、阳极220、导管230、磁场240以及离子源(气体或金属)250。
下面结合金属膜层的制作工艺流程，对上述制备设备作进一步说明：
利用溅射清洗装置，对工件表面进行大束流蒸汽离子束清洗，将基底表面杂质清除，提高表面后续膜层与基底的结合力。
可选的，清洗气体元素可采用Ar、Kr气体，清洗的气体流量20-40sccm，负压为500-800V，清洗时间5-10min。
利用注入装置，向基底层注入第一金属元素，形成金属”注入-扩散层“。
其中，本步骤为金属离子注入形成”注入-扩散层“，利用高能金属离子注入基底，能够形成金属和基底材料的混合层，提高其表面后续膜层与基底的结合力。
可选的，所述注入金属元素为Ni或者Cu，其注入电压为40kV，束流强度为1～10mA(含端值)，注入剂量为1×1015～1×1017/cm2(含端值)，注入深度为70～320nm(含端值)。
利用沉积装置，在基底”注入-扩散层“表面，磁过滤沉积得到金属膜层。
可选的，所述金属覆盖层的金属元素为Ni或Cu，且厚度为1～10μm(含端值)；所述磁过滤沉积时，弧流为90～150A(含端值)，弯管磁场电流为1.0～4.0A(含端值)。
综上，采用MEVVA源以及FCVA系统在聚四氟乙烯的表面形成一层结合力好的金属膜层，形成钉扎层后在其上通过电解电镀等堆积金属，刻蚀堆积的金属形成所需电路图案。这类结构结合力非常好，原因可分析如下：
1、前期大束流蒸汽离子束溅射清洗能够溅射掉表面吸附微尘气体和小颗粒，提高其表面清洁度。
2、前期高能金属离子注入基层能够提高其表面能，增强其表面浸润性，能够使后续沉积的薄金属能够最大限度的基层表面。
3、后期更高能量的离子注入能够使聚四氟乙烯表面沉积的薄金属原子获得反冲能量进入基层内，能够形成50nm左右的金属与聚四氟乙烯混合的“注入-扩散层”结构，所以这样形成金属“注入-扩散层”结构与基底结合力很好。
综合三个方面的原因，这种制造方法形成的膜层不存在经过电路图案形成工序或电解工序等后续工序时聚四氟乙烯基层和金属膜层之间的结合强度下降和容易剥落的问题。
另外，由于上述任一种“注入-扩散层”的制备方法和设备具有上述技术效果，因此，使用上述金属“注入-扩散层”的制备方法和设备获得的金属“注入-扩散层”、以及设置有该“注入-扩散层”的基板也应具备相应的技术效果，
其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚四氟乙烯基底表面沉积超高结合强度的金属膜层的制备方法，其特征在于，包括：
利用气体离子源，向聚四氟乙烯基底进行基底层大束流溅射清洗，得到超净以及粗糙度小的表面；
利用金属真空蒸汽离子MEVVA离子源，向聚四氟乙烯基底表面注入金属元素，形成金属“注入+扩散层”；
利用磁过滤阴极真空弧(FCVA)离子源，在金属“注入+扩散层”表面，磁过滤沉积得到金属膜层。
2.根据权利要求1所述聚四氟乙烯基底表面沉积超高结合强度的金属膜层的制备方法，其特征在于：
基底为聚四氟乙烯；
所述气体离子源为考夫曼源、双等离子体源，气体为Ar，Kr惰性气体，束流强度为50-200mA；
注入金属元素为Al，Ni或者Cu，其注入电压为40kV，束流强度为1～10mA，注入剂量为1×1015～1×1017/cm2，注入深度为70～320nm。
3.根据权利要求1聚四氟乙烯基底表面沉积超高结合强度的金属膜层的制备方法，其特征在于：
所述金属膜层的金属元素为Ni或Cu，且厚度为1～10μm；所述磁过滤沉积时，弧流为90～150A，弯管磁场电流为1.0～4.0A。
4.聚四氟乙烯基底表面沉积超高结合强度的金属膜层的制备方法，其特征在于，处理设备包括：
清洗装置，配置为气体离子源，对基底进行大束流清洗；
注入装置，配置为利用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源，向基底层注入金属元素；
沉积装置，配置为利用FCVA，在金属“注入+扩散层”表面沉积得到金属膜层。
5.一种聚四氟乙烯基材电路板的制备方法，其特征在于，包括：
清洗聚四氟乙烯；
在所述基材表面，根据权利要求1至4任一项所述的金属膜层的制备方法制备金属膜层；
在所述金属膜层上刻蚀所需的电路。
6.一种制备聚四氟乙烯电路板的制备设备，其特征在于，包括：
根据权利要求4所述方法所包含的制备设备；
刻蚀装置，配置为在所述金属膜层上刻蚀所需的电路。
7.一种采用如权利要求6所述的聚四氟乙烯基材电路板的制备设备制造的聚四氟乙烯基材电路板；其中，所述聚四氟乙烯基材电路板包括：金属“注入+扩散层”、沉积于所述金属“注入+扩散层”之上的金属膜层、以及在所述金属膜层上的电路层。
8.一种终端设备，其特征在于，该终端设备设置有权利要求7所述的聚四氟乙烯基材电路板。
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