CN108901145A - 一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，包括原始基板，所述原始基板的内部开设有垂直通孔，且垂直通孔设置于原始基板的内部或是边缘处，所述原始基板上和垂直通孔的孔内裸露面均覆盖有氮化物绝缘层，所述氮化物绝缘层表面真空溅射有镀钛层，且镀钛层的表面电镀有镀铜层，从而形成氮化物绝缘层的表面和垂直通孔的敷铜层,在气氛烧结炉中通过温度，氧分压，氮气流量，露点的组合控制法在金属表面形成一定厚度的金属氮化物，这些氮化物很多具有良好的导热性，而且这些氮化物是在金属表面原位反应形成，有着良好的结合性，在原位反应形成的金属氮化物表面通过溅射和表面电镀技术形成敷铜线路板。

Description

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法

技术领域

本发明属于电子电气工业材料创新技术领域，属于多学科多专业技术在材料中的应用拓展，具体涉及一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法。

背景技术

传统的电子基板材料分为:玻纤基板，玻璃基板，塑料基板，金属基板，陶瓷基板等这些基板分别有着自身的优缺点和不同的应用领域。其中，1)玻纤基板用途广，常规电子线路，主要优点工艺成熟，可用于超大规模线路板和多层线路板，主要缺点散热性差，耐候性差，成本低廉；2)玻璃基板用于显示屏制造行业，主要优点透光，是显示产业中不可或缺的材料，主要缺点脆性大，易碎，成本适中；3)塑料基板用于低功率器件，柔性线路板，主要优点可用于柔性超薄线路板或面板，主要缺点散热差，易老化变形，成本低廉；4)金属基板用于大功率器件载体，主要优点强度高，散热好，主要缺点难以制造复杂电路，成本中等；5)有机胶表面涂覆基板用于中小功率器件载体，主要优点强度高，散热差，主要散热差，易老化，成本低；6)陶瓷基板用于普通中大功率器件载体，主要优点可强度高，耐候性好，导热性好，主要缺点难以制造大尺寸线路板，成本高，这些基板材料大部分都具有明显的优缺点，对于一些有特殊要求的应用，难于选择，为此，我们提出一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法来解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，通过某些金属基板材料表面和垂直通孔部位进行氮化反应的方法，在其表面形成一定厚度的氮化物，这种氮化物和衬底金属材料有着接近的导热系数，同时又在其表面形成了绝缘层，然后在氮化物绝缘层上通过真空溅射金属层，然后再整体电镀铜形成表面的敷铜层，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板，包括原始基板，所述原始基板的内部开设有垂直通孔，且垂直通孔设置于原始基板的内部或是边缘处，所述原始基板上和垂直通孔的孔内裸露面均覆盖有氮化物绝缘层，所述氮化物绝缘层表面真空溅射有镀钛层，且镀钛层的表面电镀有镀铜层，从而形成氮化物绝缘层的表面和垂直通孔的敷铜层，且敷铜层用于通过感光、刻蚀等工艺形成需要的电路或者敷铜电极图层。

优选的，所述氮化物绝缘层为氮化铝层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为170-230W/mK。

优选的，所述原始基板上设有用于连接上下两层金属化布线以实现上下电导通的垂直电极。

本发明提供的一个实施例：

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，包括步骤如下：

S1、样品采用长宽厚为60*34*0.5mm,导热系数为270W/m.K的金属铝原始基板，除油清洗烘干后备用；

S2、金属铝基板激光打孔：按照电路设计预先打孔，即为垂直通孔，垂直通孔设置于原始基板的内部或是边缘处；

S3、表面氮化：将金属铝基板放入氮化炉中，在氮气气氛中，按照以下工艺完成表面氮化，金属铝基板的上下表面和垂直通孔表面形成200-500nm厚的氮化率绝缘层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为170-230W/mK；

S4、真空溅射：在金属氮化物表面和内孔覆盖一层金属种子层:将上下表面和垂直通孔表面氮化后的铝基板放置在真空磁控溅射机腔体内，溅射一层100-200纳米的镀钛层，然后在镀钛层表面再溅射一层300-500纳米的镀铜层，垂直通孔电镀后形成连接上下两层金属化布线以实现垂直电导通，备用；

S5、利用金属种子层通过通孔电镀的方法形成一层更厚的金属层、小孔实现金属密封填充；

S6、电镀铜：将完成真空溅射钛和垂直通孔电镀铜后的复合金属基板表面电镀300-700微米厚的铜箔，至此，氮化绝缘导热结构的多层复合基板材料制作完成；

S7、最后根据线路设计需要通过感光、刻蚀等工艺形成需要的电路或电极图案。

优选的，所述S4中的磁控溅射真空金属镀膜技术系统包括真空抽气系统、真空室、真空室门、设置在真空室中用于放置镀膜产品的工件转架以及设置在真空室中的磁控溅射装置。

本发明提供的另一个实施例：

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，包括步骤如下：

S1、样品采用长宽厚为60*34*0.5mm纯铝作为原材料的金属基板，除油清洗烘干后备用；

S2、表面氮化：将铝基板放入氮化炉中，底面贴合在石墨夹具上，避免氮化发生，一面暴露在氮气中，完成表面氮化，表面形成200-500nm厚的氮化层；

S3、真空溅射：将表面氮化后的铝基板放置在真空磁控溅射机腔体内，溅射一层100-200纳米的金属钛，然后在金属钛的表面再溅射一层300-500纳米的金属铜层；

S4、电镀铜：将完成真空溅射钛和铜的表面和内孔电镀100-300微米后的铜箔，至此，表面氮化绝缘导热结构的多层复合基板材料制作完成。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，与现有技术相比：

1、解决了传统的金属基板表面涂覆有机胶(这种材料导热性能一般较差，且容易老化)粘合铜箔后带来的散热性能严重劣化的问题；

2、在气氛烧结炉中通过温度，压力，氧含量，氮气流量，露点的组合控制法在金属表面形成一定厚度的金属氮化物，这些氮化物很多具有良好的导热性(例如氮化铝)，而且这些氮化物是在金属表面原位反应形成，有着良好的结合性；

3、在原位反应形成的金属氮化物表面通过溅射和表面电镀技术形成敷铜线路板；

4、金属板激光打孔后通孔氮化，溅射，通孔电镀后可以形成复杂电路；

5、简单合理，操作方便，生产周期快，加工成本低，实现资源利用减少浪费，作为金属复合多层线路板，满足各种可靠场合下的使用要求。

附图说明

图1为本发明结构一个实施例一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板A的剖视图；

图2为本发明结构另一个实施例一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板B的剖视图；

图3A至图3F为本发明结构一个实施例一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板A的过程剖视图；

图4为本发明制造工艺流程图。

图中：1原始基板、2垂直通孔、3氮化物绝缘层、4镀钛层、5镀铜层、100金属基板、200氮化层、300金属钛、400金属铜层。

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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明提供了图1为本发明结构一个实施例一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板A的剖视图，图3A至图3F为本发明结构一个实施例一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板A的过程剖视图，图4为本发明制造工艺流程图，如图1、图3和图4所示的：

本发明提供的实施例一：

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板，包括原始基板1，所述原始基板1的内部开设有垂直通孔2，且垂直通孔2设置于原始基板1的内部或是边缘处，所述原始基板1上和垂直通孔2的孔内裸露面均覆盖有氮化物绝缘层3，所述氮化物绝缘层3表面真空溅射有镀钛层4，且镀钛层4的表面电镀有镀铜层5，从而形成氮化物绝缘层3的表面和垂直通孔2的敷铜层，且敷铜层用于通过感光、刻蚀等工艺形成需要的电路或者敷铜电极图层。

较佳地，所述氮化物绝缘层3为氮化铝层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为170-230W/mK。

通过采用上述技术方案，所述氮化物绝缘层3为氮化铝层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为200W/mK。

较佳地，所述原始基板1上设有用于连接上下两层金属化布线以实现上下电导通的垂直电极。

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，包括步骤如下：

S1、样品采用长宽厚为60*34*0.5mm,导热系数为270W/m.K的金属铝原始基板，除油清洗烘干后备用；

S2、金属铝基板激光打孔：按照电路设计预先打孔，即为垂直通孔，垂直通孔设置于原始基板的内部或是边缘处；

S3、表面氮化：将金属铝基板放入氮化炉中，在氮气气氛中，按照以下工艺完成表面氮化，金属铝基板的上下表面和垂直通孔表面形成200-300nm厚的氮化率绝缘层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为170-230W/mK；

S4、真空溅射：在金属氮化物表面覆盖一层金属种子层:将上下表面和垂直通孔表面氮化后的铝基板放置在真空磁控溅射机腔体内，溅射一层100-200纳米的镀钛层，然后在镀钛层表面再溅射一层300-500纳米的镀铜层，垂直通孔电镀后形成连接上下两层金属化布线以实现垂直电导通，备用；

S5、利用金属种子层通过通孔电镀的方法形成一层更厚的金属层、小孔实现金属密封填充；

S6、电镀铜：将完成真空溅射钛和垂直通孔电镀铜后的复合金属基板表面电镀300-700微米后的铜箔，至此，氮化绝缘导热结构的多层复合基板材料制作完成；

S7、最后根据线路设计需要通过感光、刻蚀等工艺形成需要的电路或电极图案。

本发明提供的实施例二：

本发明提供了图2为本发明结构另一个实施例一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板B的剖视图，如图2所示：

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板，包括金属基板100，所述金属基材的上下表面为一平面结构，无凹槽，所述金属基板100的上下表面覆盖有氮化层200，所述氮化层200上表面电镀有金属钛300，所述金属钛300的表面电镀有金属铜层400。

一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，包括步骤如下：

S1、样品采用长宽厚为60*34*0.5mm纯铝作为原材料的金属基板，除油清洗烘干后备用；

S2、表面氮化：将铝基板放入氮化炉中，按照以下工艺参数，表面形成200-500nm厚的氮化层；

S3、真空溅射：将表面氮化后的铝基板放置在真空磁控溅射机腔体内，溅射一层100-200纳米的金属钛，然后在金属钛的表面再溅射一层300-500纳米的金属铜层；

S4、电镀铜：将完成真空溅射钛和铜的表面和内孔电镀300-700微米后的铜箔，至此，多层复合基板材料制作完成。

本发明提供了铝基板放入真空氮化炉中，表面氮化的工艺参数，如下表一所示：

以下是本发明方案和传统的电子基板几项性能的差异对比，如下表二所示：

本发明的技术效果和优点：本发明与现有技术相比，设计合理，结构简单，将常规的金属电子基板材料采用本发明技术后用来制造复杂电路的基板，综合以上几种基板的一些优点，制造具有高强度，高导热，良好绝缘和耐候性良好的大尺寸复杂线路板的基板材料，创造性地在气氛烧结炉中通过温度，压力，氧含量，氮气流量，露点的组合控制法在金属表面形成一定厚度的金属氮化物，这些氮化物很多具有良好的导热性(例如氮化铝)，而且这些氮化物是在金属表面原位反应形成，有着良好的结合性。这种具有多层结构的基板材料通过常规的线路板制造工艺可以制造成很多具有高强度，高导热，层间绝缘性和耐候性良好的电子基板，简单合理，操作方便，生产周期快，加工成本低，实现资源利用减少浪费，作为金属复合多层线路板，用于各种可靠场合下使用，例如大功率模块电源，大功率半导体照明行业的应用

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (6)

1.一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板，包括原始基板(1)，其特征在于：所述原始基板(1)的内部开设有垂直通孔(2)，且垂直通孔(2)设置于原始基板(1)的内部或是边缘处，所述原始基板(1)上和垂直通孔(2)的孔内裸露面均覆盖有氮化物绝缘层(3)，所述氮化物绝缘层(3)表面真空溅射有镀钛层(4)，且镀钛层(4)的表面电镀有镀铜层(5)，从而形成氮化物绝缘层(3)的表面和垂直通孔(2)的敷铜层，且敷铜层用于通过感光、刻蚀等工艺形成需要的电路或者敷铜电极图层。

2.根据权利要求1所述的一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板，其特征在于：所述氮化物绝缘层(3)为氮化铝层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为170-230W/mK。

3.根据权利要求1所述的一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板，其特征在于：所述原始基板(1)上设有用于连接上下两层金属化布线以实现上下电导通的垂直电极。

4.一种根据权利要求1所述的表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1、样品采用长宽厚为60*34*0.5mm,导热系数为270W/m.K的金属铝原始基板，除油清洗烘干后备用；

S2、金属铝基板激光打孔：按照电路设计预先打孔，即为垂直通孔，垂直通孔设置于原始基板的内部或是边缘处；

S3、表面氮化：将金属铝基板放入氮化炉中，在氮气气氛中，按照以下工艺完成表面氮化，金属铝基板的上下表面和垂直通孔表面形成200-300nm厚的氮化率绝缘层，采用金属基板原位反应法制成，且氮化铝陶瓷的热导率为170-230W/mK；

S4、真空溅射：在金属氮化物表面覆盖一层金属种子层:将上下表面和垂直通孔表面氮化后的铝基板放置在真空磁控溅射机腔体内，溅射一层100-200纳米的镀钛层，然后在镀钛层表面再溅射一层300-500纳米的镀铜层，垂直通孔电镀后形成连接上下两层金属化布线以实现垂直电导通，备用；

S5、利用金属种子层通过通孔电镀的方法形成一层更厚的金属层、小孔实现金属密封填充；

S6、电镀铜：将完成真空溅射钛和垂直通孔电镀铜后的复合金属基板表面电镀300-700微米厚的铜箔，至此，氮化绝缘导热结构的多层复合基板材料制作完成；

S7、最后根据线路设计需要通过感光、刻蚀等工艺形成需要的电路或电极图案。

5.根据权利要求4所述的一种表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，其特征在于：所述S4中的磁控溅射真空金属镀膜技术系统包括真空抽气系统、真空室、真空室门、设置在真空室中用于放置镀膜产品的工件转架以及设置在真空室中的磁控溅射装置。

6.一种根据权利要求1所述的表面氮化绝缘导热结构的多层基板制造方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1、样品采用长宽厚为60*34*0.5mm纯铝作为原材料的金属基板，除油清洗烘干后备用；

S2、表面氮化：将铝基板放入真空氮化炉中，在特定的工艺参数下，完成表面和内孔氮化，表面形成200-500nm厚的氮化层；

S3、真空溅射：将表面氮化后的铝基板放置在真空磁控溅射机腔体内，溅射一层100-200纳米的金属钛，然后在金属钛的表面再溅射一层300-500纳米的金属铜层；

S4、电镀铜：将完成真空溅射钛和铜的基板表面电镀300-700微米厚的铜箔，至此，表面氮化绝缘导热的多层复合基板材料制作完成。