CN110760807A - 陶瓷板真空溅射镀膜装置及其镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷板真空溅射镀膜装置及其镀膜方法，陶瓷板真空溅射镀膜装置包括真空腔室、公转工件架、内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、内侧离子源、外侧圆柱溅射靶、外侧平面溅射靶和外侧离子源；内、外侧离子源用于基片表面镀膜前清洁及辅助沉积，有效提升镀层与陶瓷基板的浸润性和结合力；内、外侧圆柱溅射靶和内、外侧平面溅射靶可以同时对平面状或弧面状的陶瓷基板进行单、双面镀膜加工，大大提升工作效率，而且是利用公转工件架的公转带动陶瓷基板移动，陶瓷基板无需自转，确保陶瓷基板与靶材的间隔的的恒定，有利于镀膜的均匀性，也使得待镀陶瓷基板与靶材及离子源之间可实现小间距设置，有效增强膜层附着力，镀膜效果好。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷板真空溅射镀膜技术领域，具体涉及一种陶瓷板真空溅射镀膜装置及其镀膜方法。
背景技术
陶瓷基板具有良好的绝缘和导热性能，在电子元器件封装和特殊线路板领域具有广阔的运用前景，陶瓷基板金属化成为近年来的研究热点。传统的陶瓷板金属化工艺多采用厚膜金属浆料印刷，而DBC工艺（直接绑定铜）和DPC工艺（直接镀铜）具有工艺温度低，线路厚度可控等优点，近年来发展迅速。其中DPC工艺因可实现高精细线路，材料低形变，在高精密半导体器件封装领域具有无可取代的优势。
磁控溅射镀膜工艺，具有成膜效率高，膜层结合力好等优点，成为DPC陶瓷表面首层金属沉积的首选工艺。但由于陶瓷基板，如氮化铝陶瓷，其表面与铜浸润性较差，现有陶瓷溅射镀膜装置多沿用装饰金属件溅射镀膜设备，没有针对陶瓷基板特点做优化，所以仍无法保证陶瓷与金属薄膜结合力的稳定性。
公开号“CN201169620”，名称为“弧光离子源增强中频磁控溅射装置”，其由真空室、磁控溅射装置、弧光离子源和基片架构成，磁控靶垂直安装于真空室侧面，配备有大功率中频开关电源，背面通有循环冷却水；弧光离子源阴极灯丝置于真空室的顶部，阴极灯丝由一个交流电源为灯丝供电，同时接弧电源的阴极，旋转基片架的转轴位于真空室中心，基片竖直放置，基片架下安置电极板，与弧电源的阳极相连接。其采用单体腔室，孪生对靶结构，工件公自转。由于陶瓷片的片状结构，为保证陶瓷板能够顺畅自转，陶瓷板与溅射靶材间需保留较大间距。距离的增大不利于良好结合力的形成。而且由于陶瓷板面不同位置与靶材距离一种处于变化状态，因此也不利于膜层均匀性的控制，难以保证镀膜质量。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计合理，能提升镀膜质量的陶瓷板真空溅射镀膜装置。
本发明的目的还在于，提供一种陶瓷板真空溅射镀膜方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种陶瓷板真空溅射镀膜装置，其包括真空腔室、公转工件架、内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、内侧离子源、外侧圆柱溅射靶、外侧平面溅射靶和外侧离子源，所述真空腔室内呈圆心对称设有若干独立子腔，各个独立子腔上设有供公转工件架作公转动作时穿过的开槽，各个独立子腔上的开槽连接起来形成所述公转工件架作公转动作时的公转轨迹位，所述公转工件架位于该公转轨迹位上，所述内侧圆柱溅射靶和外侧圆柱溅射靶、所述内侧平面溅射靶和外侧平面溅射靶以及所述内侧离子源和外侧离子源两两相对位于所述公转轨迹位的内侧位置和外侧位置，且分布在各个独立子腔中；所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧圆柱溅射靶和外侧平面溅射靶的靶材前方位置设有在工作时能打开而不工作时能将靶材覆盖的靶材挡板。
作为本发明的一种优选改进，所述独立子腔的数量为四个。所述内侧圆柱溅射靶的数量为两个，所述外侧圆柱溅射靶为两个。结构设计合理，更能适用于弧面状的陶瓷基板的双面镀膜加工。
作为本发明的一种优选改进，所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧圆柱溅射靶和外侧平面溅射靶均与一溅射电源相连接。这种设置方式，可灵活实现单面溅射镀膜和双面溅射镀膜。
作为本发明的一种优选改进，所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶和内侧离子源分别与公转轨迹位之间的间距为30～150mm。所述外侧圆柱溅射靶、外侧平面溅射靶和外侧离子源分别与公转轨迹位之间的间距为30～150mm。该间距无需考虑陶瓷基板的自转空间，实现陶瓷基板与靶材及离子源之间可实现小间距设置，增强膜层附着力。
作为本发明的一种优选改进，所述公转工件架包括上圆环、下圆环、连杆和陶瓷板安装架，多条连杆的上端连接在所述上圆环的下表面上，下端连接在所述下圆环的上表面上，所述陶瓷板安装架定位在所述上圆环和下圆环上。
一种上述的陶瓷板真空溅射镀膜装置的镀膜方法，其包括以下步骤：
（1）公转工件架带动陶瓷基板作公转动作；所述陶瓷基板可以为平面状陶瓷基板、弧面状陶瓷基板中的一种或两种组合。
（2）内侧离子源和/或外侧离子源对陶瓷基板的表面进行清洁；
（3）公转工件架带动陶瓷基板继续作公转动作依次经过内、外侧圆柱溅射靶和内、外侧平面溅射靶之间位置，通过溅射电源独立对内侧圆柱溅射靶、外侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧平面溅射靶的单独控制，实现对陶瓷基板进行单面或双面镀膜加工。在所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧圆柱溅射靶或外侧平面溅射靶在不工作时由靶材挡板对其靶材进行覆盖遮挡。
如仅需要平面状陶瓷基板进行外表面镀膜时，则相应的溅射电源控制外侧平面溅射靶工作实现对平面状陶瓷基板的外表面进行镀膜动作，实现单面镀膜目的；如需要对弧面状陶瓷基板的内、外表面镀膜时，则相应的溅射电源控制内侧圆柱溅射靶和外侧圆柱溅射靶同时对弧面状陶瓷基板的内、外表面镀膜进行镀膜动作，实现双面镀膜的目的。如需要同时对平面状陶瓷基板和弧面状陶瓷基板进行镀膜时，将多个平面状陶瓷基板沿轴线方向排列定位在公转工件架上，而弧面状陶瓷基板作为另一列沿轴线方向排列定位在公转工件架上。这样，当平面状陶瓷基板移至安装有内、外侧平面溅射靶的独立子腔时才进行镀膜动作；而在其它独立子腔时不进行镀膜动作；同样，只有当弧面状陶瓷基板移至安装有内、外侧圆柱溅射靶的独立子腔时才进行镀膜动作；而在其它独立子腔时不进行镀膜动作，从而实现同时对平面状或弧面状的陶瓷基板进行单、双面镀膜加工。
本发明的有益效果为：本发明的结构设计巧妙，合理设有内、外侧离子源，用于基片表面镀膜前清洁及辅助沉积，有效提升镀层与陶瓷基板的浸润性和结合力；设有内、外侧圆柱溅射靶和内、外侧平面溅射靶，可以同时对平面状或弧面状的陶瓷基板进行单、双面镀膜加工，实现薄膜的高效沉积，大大提升工作效率，而且是利用公转工件架的公转带动陶瓷基板沿其的公转轨迹线移动，确保陶瓷基板与靶材的间隔的的恒定，有利于镀膜的均匀性，另外，陶瓷基板无需自转，也就使得待镀陶瓷基板与靶材及离子源之间可实现小间距设置，有效增强膜层附着力，镀膜效果好，保证产品质量。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明中真空腔室的剖视结构示意图。
图3是本发明的剖视结构示意图。
图4是本发明中公转工件架的结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图4，本实施例提供的一种陶瓷板真空溅射镀膜装置，其包括真空腔室1、公转工件架2、内侧圆柱溅射靶3、内侧平面溅射靶4、内侧离子源5、外侧圆柱溅射靶6、外侧平面溅射靶7和外侧离子源8。其中每一个内侧圆柱溅射靶3、内侧平面溅射靶4、外侧圆柱溅射靶6和外侧平面溅射靶7均与一个溅射电源相连接，可以单独控制其工作状态，能灵活实现单面溅射镀膜和双面溅射镀膜。
参见图2，所述真空腔室1内呈圆心对称设有若干独立子腔12，具体是在真空腔室1内设有靶材隔板11形成所述的独立子腔12。各个独立子腔12上设有供所述公转工件架2作公转动作时穿过的开槽13，各个独立子腔12上的开槽13连接起来形成所述公转工件架2作公转动作时的公转轨迹位14。
所述公转工件架2位于该公转轨迹位14上，所述公转工件架2由驱动装置驱动转动。具体的，所述公转工件架2包括上圆环21、下圆环22、连杆23和陶瓷板安装架24，多条连杆23的上端连接在所述上圆环21的下表面上，下端连接在所述下圆环22的上表面上，所述陶瓷板安装架24定位在所述上圆环21和下圆环22上。所述驱动装置包括旋转底盘、齿盘、驱动齿轮和电机，所述旋转底盘通过转轴设置在真空腔室1的底面，所述下圆环22通过螺丝固定在所述旋转底盘上，该旋转底盘为圆形，所述齿盘同圆心设置在旋转底盘的底面，所述电机对应齿盘的侧边位置设置在真空腔室1上，所述驱动齿轮固定在该电机的驱动轴上，且与所述齿盘相啮合。
本实施例中，所述独立子腔12的数量优选为四个。所述内侧圆柱溅射靶3的数量为两个，所述外侧圆柱溅射靶6为两个。
所述内侧离子源5和外侧离子源8对应公转轨迹位14的内侧位置和外侧位置相应设置在第一位置的独立子腔中；所述内侧平面溅射靶4和外侧平面溅射靶7对应公转轨迹位14的内侧位置和外侧位置相应设置在第二位置的独立子腔中；其中一组的内侧圆柱溅射靶3和外侧圆柱溅射靶6对应公转轨迹位14的内侧位置和外侧位置相应设置在第三位置的独立子腔中；另一组的内侧圆柱溅射靶3和外侧圆柱溅射靶6对应公转轨迹位14的内侧位置和外侧位置相应设置在第四位置的独立子腔中。
其中内侧离子源5和外侧离子源8相对设置；内侧平面溅射靶4和外侧平面溅射靶7相对设置；内侧圆柱溅射靶3和外侧圆柱溅射靶6相对设置，并分别位于各个独立子腔中后，不仅能很好隔绝溅射镀膜中靶材间的交叉污染，及靶材对离子源的污染，提升镀膜质量。而且由于相对设置，使得陶瓷基板恰好位于磁感应线重叠区域，能提升陶瓷基板表面的等离子体密度，从而获得较高镀膜效率及较好膜层质量。
由于陶瓷基板不需要自转，因而无需考虑其自转的转动空间，开槽13可以尽可能的狭窄，以尽量靠近公转工件架2，因此能更好隔绝靶材间的交叉污染以及靶材对离子源的污染。同时也使得靶材和离子源距离公转工件架2上的陶瓷基板较近，实现待镀陶瓷基板与靶材及离子源之间可实现小间距设置，以增强膜层附着力，同时保持陶瓷基板板与靶材间距的恒定，有利于镀膜的均匀性，即更易于控制镀层的均匀性。具体的，所述内侧圆柱溅射靶3、内侧平面溅射靶4和内侧离子源5分别与公转轨迹位14之间的间距为30～150mm。所述外侧圆柱溅射靶6、外侧平面溅射靶7和外侧离子源8分别与公转轨迹位14之间的间距为30～150mm。
较佳的，在所述内侧圆柱溅射靶3、内侧平面溅射靶4、外侧圆柱溅射靶6和外侧平面溅射靶7的靶材前方位置均设有在工作时能打开而不工作时能将靶材覆盖的靶材挡板8，通过靶材挡板8覆盖在靶材上，可防止工作的靶材对非工作靶材产生污染。具体的，靶材挡板8设置在摆臂一端，摆臂的另一端设置在旋转座上，该旋转座通过转轴设置在真空腔室1，驱动电机通过联轴器与转轴相连接，驱动电机通过转轴驱动摆臂以转轴为轴心作摆动动作，进行实现带动靶材挡板8在工作时能打开而不工作时能将靶材覆盖的目的。
工作时，将需要镀膜的平面状或/和弧面状的陶瓷基板安装公转工件架2上，由公转工件架2带动陶瓷基板作公转动作，先通过内侧离子源5和/或外侧离子源8对陶瓷基板的表面进行清洁，实现在镀膜前清洁及辅助沉积，有效提升镀层与陶瓷基板的浸润性和结合力；接着，由公转工件架2带动陶瓷基板继续作公转动作依次经过内侧圆柱溅射靶3、外侧圆柱溅射靶6和内侧平面溅射靶4、外侧平面溅射靶7之间位置，通过溅射电源独立对内侧圆柱溅射靶3、外侧圆柱溅射靶6、内侧平面溅射靶4、外侧平面溅射靶7的控制，可以同时对平面状或弧面状的陶瓷基板进行单面、双面镀膜加工以及实现薄膜的高效沉积，有效提升了镀膜的均匀性和膜层与基板的结合力，镀膜的均匀性和膜层与陶瓷基板的结合力的提升，有利于推动陶瓷DPC工艺的发展。结合DPC工艺固有的工艺温度低，线路厚度可控等优点，将使DPC工艺在高精密半导体器件封装领域保持优势，具有广阔的应用前景。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似结构而得到的其它装置及方法，均在本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种陶瓷板真空溅射镀膜装置，其包括真空腔室，其特征在于：其还包括公转工件架、内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、内侧离子源、外侧圆柱溅射靶、外侧平面溅射靶和外侧离子源，所述真空腔室内呈圆心对称设有若干独立子腔，各个独立子腔上设有供公转工件架作公转动作时穿过的开槽，各个独立子腔上的开槽连接起来形成所述公转工件架作公转动作时的公转轨迹位，所述公转工件架位于该公转轨迹位上，所述内侧圆柱溅射靶和外侧圆柱溅射靶、所述内侧平面溅射靶和外侧平面溅射靶以及所述内侧离子源和外侧离子源两两相对位于所述公转轨迹位的内侧位置和外侧位置，且分布在各个独立子腔中；所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧圆柱溅射靶和外侧平面溅射靶的靶材前方位置设有在工作时能打开而不工作时能将靶材覆盖的靶材挡板。
2.根据权利要求1所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置，其特征在于，所述独立子腔的数量为四个。
3.根据权利要求2所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置，其特征在于，所述内侧圆柱溅射靶的数量为两个，所述外侧圆柱溅射靶为两个。
4.根据权利要求1所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置，其特征在于，所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧圆柱溅射靶和外侧平面溅射靶均与一溅射电源相连接。
5.根据权利要求1所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置，其特征在于，所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶和内侧离子源分别与公转轨迹位之间的间距为30～150mm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置，其特征在于，所述外侧圆柱溅射靶、外侧平面溅射靶和外侧离子源分别与公转轨迹位之间的间距为30～150mm。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置，其特征在于，所述公转工件架包括上圆环、下圆环、连杆和陶瓷板安装架，多条连杆的上端连接在所述上圆环的下表面上，下端连接在所述下圆环的上表面上，所述陶瓷板安装架定位在所述上圆环和下圆环上。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的陶瓷板真空溅射镀膜装置的镀膜方法，其特征在于，其包括以下步骤：
（1）公转工件架带动陶瓷基板作公转动作；
（2）内侧离子源和/或外侧离子源对陶瓷基板的表面进行清洁；
（3）公转工件架带动陶瓷基板继续作公转动作依次经过内、外侧圆柱溅射靶和内、外侧平面溅射靶之间位置，通过溅射电源独立对内侧圆柱溅射靶、外侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧平面溅射靶的单独控制，实现对陶瓷基板进行单面或双面镀膜加工。
9.根据权利要求8所述的镀膜方法，其特征在于，其包括以下步骤：所述陶瓷基板为平面状陶瓷基板、弧面状陶瓷基板中的一种或两种组合。
10.根据权利要求8所述的镀膜方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在所述内侧圆柱溅射靶、内侧平面溅射靶、外侧圆柱溅射靶或外侧平面溅射靶在不工作时由靶材挡板对其靶材进行覆盖遮挡。
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