CN109112495A - 陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,属于陶瓷材料技术领域。所述的工艺,包括如下步骤:1.将陶瓷基板放入超声波清洗机中,进行超声震荡清洗;2.将清洗后的陶瓷基板放入干燥箱中进行烘干,烘干后,用酒精擦拭,再次进行烘干;3.将干燥后的陶瓷基板放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜,对基板进行双面离子源清洗,清洗时间为8‑15min,清洗完成后,关闭离子源电源,依次启动镀钛和镀铜电源,先后进行多弧离子镀钛和磁控溅射镀铜过程;4.溅射镀铜过程结束后,待真空室内压强与大气压强平衡时,打开真空室,取得镀膜陶瓷基板。所述的镀铜工艺,科学合理,简单易行,具有投资回报率高、产业延伸性强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,属于陶瓷材料技术领域。
背景技术
陶瓷基板材料以其优良的导热性和气密性,广泛应用于功率电子、电子封装、混合微电子与多芯片模块等领域。物理气相沉积法镀铜工艺仅需250-350℃左右的温度即可完成散热基板的制作,完全避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异的现象,也排除了制造成本费用高的问题。
利用真空受控等离子体沉积技术,在高效快速沉积氮化铝涂层表面直接铜电极等关键工艺技术上取得突破,该产品具有市场广泛、技术含量高、准入门槛高、技术密集型、投资回报率高、产业延伸性强等特点。现阶段陶瓷基板按制备技术可分为HTCC、LTCC、DBC和DPC四种。HTCC又称高温共烧多层陶瓷,其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰等金属,制作成本高昂。LTCC又称低温共烧多层陶瓷基板,LTCC由于采用厚膜印刷技术完成线路制作,线路表面较为粗糙(Ra约为1~3μm),对位不精准。而且多层陶瓷叠压烧结工艺还有收缩比例的问题需要考量,这使得其工艺解析度较为受限。DBC又称直接覆铜陶瓷板,陶瓷基板与金属材料的反应能力低,润湿性差,实施金属化颇为困难,不易解决Al2O3与铜板间微气孔产生的问题,这使得该产品的量产能量与良品率受到较大的挑战。DPC又称直接镀铜陶瓷板,应用该技术的传统真空等离子涂层,等离子密度低,能量低;沉积效率低;表面质量差;靶材利用率低。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,科学合理,简单易行,具有投资回报率高、产业延伸性强等特点。
本发明所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,包括如下步骤:
1)将陶瓷基板放入超声波清洗机中,进行超声震荡清洗;
2)将清洗后的陶瓷基板放入干燥箱中进行烘干,烘干10min后,用酒精擦拭,再次进行烘干,烘干时间为30s;
3)将干燥后的陶瓷基板放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜,通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至8×10-2Pa,再通入氩气进行调节,使真空度达到2×10- 1Pa,对陶瓷基板进行双面离子源清洗,清洗时间为8-15min,清洗完成后,关闭离子源电源,依次启动镀钛和镀铜电源,先后分别进行多弧离子镀钛和磁控溅射镀铜过程;
4)磁控溅射镀铜过程结束后,依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵,打开放气阀,待真空室内压强与大气压强平衡时,打开真空室,取得镀膜陶瓷基板。
所述的步骤1中,超声波振动清洗时间为25-35min;震荡温度为90-100℃。
所述的步骤2中,烘干温度为100℃。
所述的步骤3中,进行多弧离子镀钛时,通过调节氩气流量,使真空度为1.5×10-1-2.5×10-1Pa;偏压电源为500V,控制电流为100A。
所述的双面离子源清洗时,在清洗过程中注意观察离子源的放电光线为平稳明亮的蓝光,不能有打火及忽明忽暗的现象出现。
所述的镀钛时间为3-6min,钛层厚度为350nm-500nm。
所述的多弧离子镀钛时,钛靶材弧光放电正常,真空镀膜的温度≤320℃。
所述的镀钛结束后,进行磁控溅射镀铜时,调节氩气流量,使真空度为2×10-1-3×10-1Pa,偏压电源为150V,控制电流为20A。
所述的溅射镀铜时间为12-16min,铜层厚度为700nm-1000nm。
所述的步骤4中,打开放气阀时,真空室内温度≤80℃。
所述的陶瓷基板为氧化铝基板、氮化铝基板、碳化硅基板或氮化硅基板中的一种。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.所述的镀铜工艺,科学合理,简单易行,具有投资回报率高、产业延伸性强等特点;
2.所述的镀铜工艺能沉积出光滑的铜薄膜,并且具有高离化率和高入射离子能量(40-100ev),高的镀膜速率及镀膜面积大、镀膜温度低和设备简单、绕镀性好等特点使其适用于快速、大规模镀膜工艺的工业化生产;且所制得的薄膜附着性好。
附图说明
图1是离子源工作图片;
图2是实施例2中镀膜后氧化铝基板断面扫描电镜图;
图中,1-金属铜层;2-金属钛层;3-氧化铝基层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,包括如下步骤:
1)将长宽为120mm×120mm,厚度为0.385mm的碳化硅基板放入超声波清洗机中,进行超声震荡清洗;清洗时间30min,温度为100℃;
2)将清洗后的碳化硅基板放入干燥箱中进行烘干,烘干10min后,用酒精擦拭,再次进行烘干,烘干时间为30s;
3)将干燥后的碳化硅基板放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜,通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至8×10-2Pa,再通入氩气进行调节,使真空度达到2×10- 1Pa,对碳化硅基板进行双面离子源清洗,清洗时间为10min,清洗完成后,关闭离子源电源,依次启动镀钛和镀铜电源,先后分别进行多弧离子镀钛和磁控溅射镀铜过程;
4)溅射镀铜过程结束后,依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵,打开放气阀,待真空室内压强与大气压强平衡时,打开真空室,取得镀膜碳化硅基板。
步骤3中,多弧离子镀钛时,通过调节氩气流量,使真空度为1.5×10-1Pa;偏压电源为500V,控制电流为100A;镀钛时间为3min,钛层厚度为350nm;真空镀膜的温度为260℃。
镀钛结束后,进行磁控溅射镀铜时,调节氩气流量,使真空度为2×10-1Pa,偏压电源为150V,控制电流为20A。
磁控溅射镀铜时间为12min,铜层厚度为700nm;同时,在进行双面离子源清洗时,在清洗过程中注意观察离子源的放电光线为平稳明亮的蓝光,不能有打火及忽明忽暗的现象出现。
步骤4中,打开放气阀时,真空室内温度为70℃。
实施例2
一种陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,包括如下步骤:
1)将长宽为120mm×120mm,厚度为0.385mm的氧化铝基板放入超声波清洗机中,进行超声震荡清洗;清洗时间33min,温度为90℃;
2)将清洗后的氧化铝基板放入干燥箱中进行烘干,烘干10min后,用酒精擦拭,再次进行烘干,烘干时间为30s;
3)将干燥后的氧化铝基板放入真空镀膜机内进行镀膜,通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至8×10-2Pa,再通入氩气进行调节,使真空度达到2×10-1Pa,对氧化铝基板进行双面离子源清洗,清洗时间为12min,清洗完成后,关闭离子源电源,依次启动镀钛和镀铜电源,先后分别进行多弧离子镀钛好磁控溅射镀铜过程;
4)溅射镀铜过程结束后,依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵,打开放气阀,待真空室内压强与大气压强平衡时,打开真空室,取得镀膜氧化铝基板。
步骤3中,多弧离子镀钛时,通过调节氩气流量,使真空度为2.0×10-1Pa;偏压电源为500V,控制电流为100A;镀钛时间为5min,钛层厚度为400nm;真空镀膜的温度为300℃。
镀钛结束后,进行溅射镀铜时,调节氩气流量,使真空度为2.6×10-1Pa,偏压电源为150V,控制电流为20A。
溅射镀铜时间为15min,铜层厚度为800nm;同时,在进行双面离子源清洗时,在清洗过程中注意观察离子源的放电光线为平稳明亮的蓝光,不能有打火及忽明忽暗的现象出现。
步骤4中,打开放气阀时,真空室内温度为55℃。
对实施例1-2产品进行性能测试,测试数据如表1所示:
表1实施例1-2产品性能测试结果
项目 | 实施例1 | 实施例2 |
标准拉力强度(N/cm<sup>2</sup>) | 300 | 330 |
拉脱强度(N/cm<sup>2</sup>) | 2021 | 2001 |
标准体积电阻率(Ω·cm)25℃ | 1×1014 | 1×1005 |
热导系数(W/m)20℃ | 24 | 29 |
热膨胀系数(K) | 7.4×10<sup>-6</sup> | 6.9×10<sup>-6</sup> |
铜层剥离强度,最小值(N/mm) | 6 | 7 |
图2中,膜层之间互相结合比较密切,没有明显的分层现象。
Claims (10)
1.一种陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:包括如下步骤:
1)将陶瓷基板放入超声波清洗机中,进行超声震荡清洗;
2)将清洗后的陶瓷基板放入干燥箱中进行烘干,烘干10min后,用酒精擦拭,再次进行烘干,烘干时间为30s;
3)将干燥后的陶瓷基板放入真空磁控溅射镀膜机内进行镀膜,通过机械泵、罗茨泵和分子泵将真空室内抽真空至8×10-2Pa,再通入氩气进行调节,使真空度达到2×10-1Pa,对陶瓷基板进行双面离子源清洗,清洗时间为8-15min,清洗完成后,关闭离子源电源,依次启动镀钛和镀铜电源,先后分别进行多弧离子镀钛和磁控溅射镀铜过程;
4)磁控溅射镀铜过程结束后,依次关闭分子泵、罗茨泵和机械泵,打开放气阀,待真空室内压强与大气压强平衡时,打开真空室,取得镀膜陶瓷基板。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:步骤1中,超声波振动清洗时间为25-35min;震荡温度为90-100℃。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:步骤2中,烘干温度为100℃。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:步骤3中,进行多弧离子镀钛时,通过调节氩气流量,使真空度为1.5×10-1-2.5×10-1Pa;偏压电源为500V,控制电流为100A。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:镀钛时间为3-6min,钛层厚度为350nm-500nm。
6.根据权利要求4所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:多弧离子镀钛时,钛靶材弧光放电正常,真空镀膜的温度≤320℃。
7.根据权利要求1所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:镀钛结束后,进行磁控溅射镀铜时,调节氩气流量,使真空度为2×10-1-3×10-1Pa,偏压电源为150V,控制电流为20A。
8.根据权利要求7所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:磁控溅射镀铜时间为12-16min,铜层厚度为700nm-1000nm。
9.根据权利要求1所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:步骤4中,打开放气阀时,真空室内温度≤80℃。
10.根据权利要求1所述的陶瓷基板真空磁控溅射镀铜工艺,其特征在于:陶瓷基板为氧化铝基板、氮化铝基板、碳化硅基板或氮化硅基板中的一种。
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