CN202918581U - 一种基于dlc薄膜涂层的陶瓷基板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了提供一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，主要是通过在陶瓷基板和铜箔之间增加一层导热能力极佳的DLC涂层（类金刚石涂层），利用该DLC涂层所具有的800多W/mK的导热能力特性，使得陶瓷基板上发热元器件的所产生的热量在基板线路平面内迅速扩散，并利用陶瓷基板自身导热能力将热量导出，达到良好散热的效果，从而极大的提高线路板的综合导热能力。本实用新型不含高分子材料，阻燃性能和抗老化性能优异。与传统的陶瓷基板，本实用新型的综合导热性能优异，耐击穿电压较高，相同截面的铜箔有更高的载流能力，尤其适用于大功率器件的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，属于电子技术领域。
背景技术
大功率线路板需要具有良好的导热散热能力，而传统的FR4基线路板已不能满足这样的要求，目前所采用的陶瓷基板在一定程度上可以解决问题。陶瓷基板是指铜箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2Q3)或氮化铝(ALN)陶瓷基片表面上的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高附着强度，并可像PCB板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力。因此，陶瓷基板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。
但目前市场上常见的Al2O3陶瓷基板或ALN陶瓷基板在现实使用过程中逐渐显示出其不足：导热散热能力受到材料本身的限制，使其综合导热散热能力得不到更好的提升。Al2O3陶瓷基板和ALN陶瓷基板的导热系数通常在十几W/mK～两百W/mK范围，由于陶瓷基板的导热能力特点之一是各向同性，也就是说在基板的纵向和基板上线路的横向具有相同的导热性能，所以上述陶瓷基板的综合导热散热能力并不能得到很好发挥。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述的技术问题，提供一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，主要是通过在陶瓷基板和铜箔之间增加一层导热能力极佳的DLC涂层（类金刚石涂层），利用该DLC涂层所具有的800多W/mK的导热能力特性，使得陶瓷基板上发热元器件的所产生的热量在基板线路平面内迅速扩散，并利用陶瓷基板自身导热能力将热量导出，达到良好散热的效果，从而极大的提高线路板的综合导热能力。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，包括陶瓷基板，和依次沉积在所述陶瓷基板表面上通过PVD技术制备的用于绝缘导热的DLC复合涂层、以及用于导电的铜箔。
进一步地，在所述DLC复合涂层和所述铜箔之间还设有金属过渡层。所述金属过渡层为Ti涂层或Cr涂层或Ni涂层。
进一步地，所述DLC复合涂层包括DLC涂层、和起过渡作用的Si涂层。
进一步地，所述PVD技术制备磁控溅射方法、离子束方法或热蒸发方法。
更进一步地，所述Si涂层的厚度为250nm～300nm，所述DLC涂层的厚度为2.0um～2.5um，所述金属过渡层的厚度为0.5um～1.5um，所述铜箔的厚度为30um～70um。
本实用新型的有益效果主要体现在：
⒈陶瓷基板表面绝缘导热层主要为陶瓷基板本身和DLC涂层，不含高分子材料，阻燃性能和抗老化性能优异。
⒉与传统的陶瓷基板，即铜箔在高温下直接键合到氧化铝或氮化铝陶瓷基片表面上的陶瓷基板相比较，本实用新型基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板的综合导热性能优异，耐击穿电压较高，相同截面的铜箔有更高的载流能力，尤其适用于大功率器件的应用。
附图说明
图1为本实用新型基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板结构示意图。
其中：1、陶瓷基板；2、DLC复合涂层；3、金属过渡层；4、铜箔。
具体实施方式
类金刚石涂层(Diamond-like Carbon)，或简称DLC涂层是含有金刚石结构（sp3键）和石墨结构（sp2键）的亚稳非晶态物质。DLC涂层由于其自身的特性具有诸多优异性能，如高硬度、高耐磨性、化学性能稳定、高光致发光率和高电致发光率、以及优异的热转化效率和导热性能等。
涂层技术中，物理气相沉积是指通过蒸发、电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面，简称PVD。目前常用的PVD镀膜技术主要分为三类，为真空蒸发镀膜技术、真空溅射镀膜技术和真空离子束镀膜技术。其中，真空磁控溅射镀膜技术是用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基板上。真空离子束镀膜技术是指在真空环境下被引入的气体在离子束的电磁场共同作用下被离子化；被离子化的离子在离子束和基片之间的电场作用下被加速，并以高能粒子的形式轰击或沉积在基片上；被引入的气体根据工艺的需要，可能为Ar，H2或C2H2等，从而完成离子刻蚀清洗和离子束沉积等工艺。但是对于不同能量的选择和不同的制备工艺，所制备的产品就能得到不同的性能。
如图1所示，本实用新型揭示了一种优选的基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，包括陶瓷基板1、及陶瓷基板1上表面通过PVD技术制备的用于绝缘导热的DLC复合涂层2、和依次附着在所述DLC复合涂层2表面的金属过渡层3和铜箔4。DLC复合涂层2由上至下依次包括起过渡作用的Si涂层和DLC涂层（图片上为示出）。
下面详细介绍本实用新型的金属基线路板的制备方法：
步骤一，陶瓷基板清洗步骤，依次包括如下步骤：
（1）用溶剂型清洗介质在超声波环境下清洗陶瓷基板，烘干后再将陶瓷基板放入镀膜真空室，抽真空至真空度1×10-3Pa、加热温度至150℃条件下；
（2）对步骤（1）的陶瓷基板进行离子清洗，打开离子束电源，向真空镀膜室引入高纯Ar气，保持真空镀膜室的真空度1.2～2.0×10-1Pa，施加在离子束上的直流电压为1200V～1800V、直流电源120mA～200mA，施加在陶瓷基板上的偏压为射频RF电压、其功率为50W～250W，离子清洗时长为20～30min。
步骤二，DLC复合涂层沉积步骤，依次包括Si涂层沉积步骤和DLC涂层沉积步骤，其中：
Si涂层沉积步骤：打开磁控溅射电源，向真空镀膜室引入高纯Ar气，保持真空镀膜室的真空度1.2～3.0Pa，施加在磁控溅射阴极上的电源为直流电源、其功率为2～3kW，施加在陶瓷基板上的偏压为射频RF电压、其功率为150W～250W，Si涂层沉积时长10～15min，得到的Si涂层厚度为250nm～300nm；
DLC涂层沉积步骤，其依次包括如下步骤：
①打开离子束电源，向真空镀膜室引入高纯C2H2气体；
②保持工艺过程中真空镀膜室的真空度3.0～5.0×10-1Pa；
③在离子束上施加直流电压1600V～2000V、直流电源150mA～220mA；在陶瓷基板上施加射频RF电压、其功率为150W～250W，开始镀膜；
④DLC涂层沉积时长120～150min，得到厚度为2.0um～2.5um的DLC涂层。
步骤三，金属过渡涂层沉积步骤，采用磁控溅射技术或热蒸发技术或电子束技术，在DLC复合涂层上沉积0.5um～1.5um的金属过度涂层3，所述金属过渡层3为Ti涂层或Cr涂层或Ni涂层。
步骤四，铜箔沉积步骤，采用磁控溅射技术或热蒸发技术或电子束技术在所述金属过渡层3上沉积厚度为30um～70um的铜箔。
由于步骤三和四的金属层沉积采用现有技术，因此不再赘述。
上述方法中，除了在陶瓷基板和DLC涂层之间设有起过渡作用的Si涂层，也可在DLC涂层与金属过渡层之间再设有一起过渡作用的Si涂层，继而沉积铜箔。上述Si涂层主要作用是提高其相邻两层之间的结合力，由于过渡作用的Si涂层极薄，仅为纳米级，其对陶瓷基板的性能无影响。
如表1所示，为本实用新型基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板与基于DLC薄膜涂层的铝基印刷线路板、和普通ALN陶瓷基板的性能比较数据，结温越低表示其导热散热性能越好，耐击穿电压越高表示该基板越适用于采用非隔离电源的LED照明，大功率IGBT器件。从表中可以看出本实用新型基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板的综合性能优异，具有较好的导热性能。
表1
| 性能 | ALN陶瓷铝基板 | 基于DLC薄膜的铝基板 | 基于DLC薄膜的陶瓷基板 |
| 耐击穿电压 | 大于5000V | 2500V左右 | 大于5000V |
| 相同涉及LED线路板同一位置结温 | 98 | 72 | 76 |
惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。
Claims (6)
1.一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，其特征在于：包括陶瓷基板（1），和依次沉积在所述陶瓷基板（1）表面上通过PVD技术制备的用于绝缘导热的DLC复合涂层（2）、以及用于导电的铜箔（4）。
2.根据权利要求1所述的一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，其特征在于：在所述DLC复合涂层（2）和所述铜箔（4）之间还设有包括Ti涂层或Cr涂层或Ni涂层在内的金属过渡层（3）。
3.根据权利要求2所述的一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，其特征在于：所述金属过渡层（3）的厚度为0.5um～1.5um。
4.根据权利要求1所述的一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，其特征在于：所述DLC复合涂层（2）包括DLC涂层、和起过渡作用的Si涂层。
5.根据权利要求4所述的一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，其特征在于：所述DLC涂层的厚度为2.0um～2.5um，所述Si涂层的厚度为250nm～300nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于DLC薄膜涂层的陶瓷基板，其特征在于：所述铜箔（4）的厚度为30um～70um。
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