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CN110565056B - 一种5g金属/陶瓷复合电路板及其制备方法 - Google Patents

一种5g金属/陶瓷复合电路板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种5G金属/陶瓷复合电路板及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：利用PVD技术在预置孔的金属基板上交替沉积金属层和陶瓷层，即得所述5G金属/陶瓷复合电路板。本发明通过的金属/陶瓷复合电路板制备方法避免了金属/陶瓷复合电路板常规工艺(陶瓷/金属热扩散连接法)复杂、成品率低、价格昂贵、效率低、工艺不成熟等难点。此外，本发明的制备方法选用自带孔的金属基板，避免了陶瓷基板激光/机械复合钻孔成品率低、工作量大、钻孔技术不成熟的问题。本发明利用基于物理气相沉积技术与模板技术组合技术沉积金属层和陶瓷层，得到的金属/陶瓷复合电路板中各层的结合强度高，不易剥离，且工艺简单。

Description

一种5G金属/陶瓷复合电路板及其制备方法
技术领域
本发明属于电路板技术领域，具体涉及一种5G金属/陶瓷复合电路板及其制备方法。
背景技术
5G传输速率高达10Gbps，容量比4G提高1000倍，端到端的延小10倍，可到达毫秒级，频谱效率比4G增加5-10倍，频率更高。基于上述特点，5G技术被工信部定义为是一场革命，世界各国均在抢占最高点。其中，陶瓷基板就是限制5G技术发展的关键技术之一。
陶瓷基板主流制备技术是指铜箔在高温下直接键合到陶瓷基片表面(单面或双面)的特殊工艺板。所制成的超薄复合基板具有优良的电绝缘性能，高热导率特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像PCB板一样的刻蚀各种图形，具有很大的载流力。该生产工艺复杂、技术不成熟、铜与陶瓷界面结合强度较低，易于出现剥落等，且后期机械或机械与激光复合钻孔成品率低、工作量大、钻孔技术不成熟等难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术陶瓷基板的生产工艺复杂、技术不成熟、铜与陶瓷界面结合强度较低，易于出现剥落，及机械、激光钻孔成品率低、工作量大、钻孔技术不成熟等缺陷或不足，提供一种基于PVD技术的5G金属/陶瓷复合电路板的制备方法。本发明的制备方法选用自带孔的金属基板，避免了钻孔成品率低、工作量大、钻孔技术不成熟的问题；然后利用PVD技术沉积金属层和陶瓷层，得到的金属/陶瓷复合电路板中各层的结合强度高，不易剥离，且工艺简单。
本发明的另一目的在于提供一种5G金属/陶瓷复合电路板。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于PVD技术的5G金属/陶瓷复合电路板的制备方法，包括如下步骤：利用PVD技术在预置孔的金属基板上交替沉积金属层和陶瓷层，即得所述5G金属/陶瓷复合电路板。
目前，5G用金属/陶瓷复合基板加工方法为激光钻孔与机械钻孔复合加工工艺，陶瓷硬且脆，热膨胀系数与金属层差异极大，激光钻孔时易引起界面开裂、孔形异样、成品率低、工作量大、钻孔技术不成熟的问题，而本发明采用自带孔的金属基板(模板技术)，在后续金属/陶瓷交替沉积时任然保留原来孔，仅进行进行扩孔加工工艺，可得到高质量的孔。
应当理解的是，根据5G金属/陶瓷复合电路板应用场景及功能的需求，金属基板上自带的孔既可为通孔，又可为盲孔；既可通过机械钻孔的方式在金属基板上钻孔得到，也可利用激光钻孔的方式在金属基板上钻孔得到，或者同时通过机械钻孔和激光钻孔结合的方式钻孔得到；孔的孔径可根据实际需要进行选择。
然后利用PVD技术(物理气相沉积技术)带孔的金属基板上依次沉积金属层和陶瓷层，金属层与陶瓷层界面结合强，不易剥离。
本发明提供的制备方法工艺简单，制备得到的5G金属/陶瓷复合电路板具有优良的电绝缘性能，高热导率特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，及很大的载流力。
金属基板、金属层和陶瓷层可根据对5G金属/陶瓷复合电路板实际需求进行选取。一般情况下，选用铜板或铝板作为金属基板，选用铜层作为金属层，选用AlCrN作为陶瓷层。
优选地，所述金属基板为铝板或铜板。
优选地，所述金属层为Cu层。
优选地，所述陶瓷层为AlCrN、AlN、Al2O3或AlCrSiN。
应当理解的是，多层结构时，最上面一层是陶瓷层。
金属基板、金属层和陶瓷层的厚度可根据实际需要进行选取，一般使得5G金属/陶瓷复合电路板的厚度在亚微米到厘米之间变化即可。
优选地，所述金属基板的厚度为0.1～5mm。
优选地，所述金属层的单层厚度为0.005～1000μm；所述金属层的总厚度为2.5～1000μm。
更为优选地，所述金属层的单层厚度为0.01～500μm。
优选地，所述陶瓷层的单层厚度为0.005～1000μm；所述陶瓷层的总厚度为2.5～1000μm。
更为优选地，所述陶瓷层的单层厚度为0.01～500μm；所述陶瓷层的总厚度为2.5～1000μm。
优选地，所述沉积的方式为多靶共沉积：选用交替排列的两组异种金属靶材，其中一组金属靶材沉积得到金属层，另一组金属靶材沉积得到陶瓷层。
沉积的条件可根据现有PVD技术的控制要求进行调控。
优选地，所述沉积的条件为：温度≤700℃，时间≤100h，氮气流量≥50sccm。
更为优选地，所述沉积的条件为：温度：100～700℃；时间：1～100h，氮气流量：50～300sccm。
可根据沉积的金属种类、厚度等要求进行调整。
优选地，所述金属基板在沉积前还包括清洗步骤。
具体地，当PVD炉的真空室的本底真空度为小于1×10-2Pa时，通入氩气并控制流量在50～200sccm进行离子清洗。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)利用PVD与模板组合技术，可实现电路板中陶瓷层与金属层交替沉积，各层尺寸可精密可控，金属/陶瓷电路板成品率高、陶瓷/金属界面良好且强度高，生产工艺易于控制，比现有的技术更加适合大规模工业生产；
(2)本发明选用自带孔的金属基板，避免了后续机械钻孔或机械与激光钻孔存在的成品率低、工作量大、钻孔技术不成熟的问题，可得到性能较为优异的孔。
(3)本发明提供的制备方法工艺简单，制备得到的5G金属/陶瓷复合电路板具有优良的电绝缘性能，高热导率特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，及很大的载流力。
附图说明
图1为实施例1中厚度0.3mm的Al板表面制备孔直径0.3mm的高密度孔阵列；
图2为实施例1中孔直径0.3mm铝模板表面制备的Cu和AlCrN复合陶瓷基板；
图3为实施例1中Cu和AlCrN复合陶瓷基板球坑金相，陶瓷基板确实由Cu和AlCrN陶瓷交替排列；
图4为实施例2中孔直径0.3mm铝模板表面制备的Cu和AlN复合陶瓷基板；
图5为实施例3中孔直径0.3mm铝模板表面制备的Cu和CrN复合陶瓷基板；
图6为交替排列的Cu靶和AlCr靶的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种5G金属/陶瓷复合电路板，具体制备过程如下。
将市场购买的0.3mm厚的Al板进行表面加工，利用直径0.3mm钻头，在其表面钻直径0.3mm的高密度孔阵列(如图1)，然后进行清洗，吹干，按放在多靶共沉积制备平台；根据需要调整靶材，例如：铜靶和AlCr靶，两靶交替排列(如图6)；打开机械泵和分子泵将真空室的本底真空抽到小于5.0×10-3Pa，通入Ar气并控制流量在100sccm，气压为小于0.2Pa，样品温度420℃，负偏压300V，轰击时间10min。打开转架和Cu靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流120A，沉积5min，制备Cu层；AlCrN陶瓷层：打开AlCr靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流150A，沉积5min，制备AlCrN层；通过交替控制Cu层和AlCrN层沉积时间控制各层的厚度。沉积1h后制备Cu和AlCrN交替沉积的复合陶瓷层(如图2和图3)。
实施例2
本实施例提供一种5G金属/陶瓷复合电路板，具体制备过程如下。
将市场购买的0.3mm厚的Al板进行表面加工，利用直径0.3mm钻头，在其表面钻直径0.3mm的高密度孔阵列(如图1)，然后进行清洗，吹干，按放在多靶共沉积制备平台；根据需要调整靶材，例如：铜靶和Al靶，两靶交替排列；打开机械泵和分子泵将真空室的本底真空抽到小于5.0×10-3Pa，通入Ar气并控制流量在100sccm，气压为小于0.2Pa，样品温度420℃，负偏压300V，轰击时间10min。打开转架和Cu靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流120A，沉积5min，制备Cu层；AlN陶瓷层：打开Al靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流80A，沉积5min，制备AlN层；通过交替控制Cu层和AlN层沉积时间控制各层的厚度。沉积1h后制备Cu和AlN交替沉积的复合陶瓷层(如图4)。
实施例3
本实施例提供一种5G金属/陶瓷复合电路板，具体制备过程如下。
将市场购买的0.3mm厚的Al板进行表面加工，利用直径0.35mm钻头，在其表面钻直径0.35mm的高密度孔阵列(如图4)，然后进行清洗，吹干，按放在多靶共沉积制备平台；根据需要调整靶材，例如：铜靶和Cr靶，两靶交替排列；打开机械泵和分子泵将真空室的本底真空抽到小于5.0×10-3Pa，通入Ar气并控制流量在100sccm，气压为小于0.2Pa，样品温度420℃，负偏压300V，轰击时间10min。打开转架和Cu靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流120A，沉积5min，制备Cu层；CrN陶瓷层：打开Cr靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流150A，沉积5min，制备CrN层；通过交替控制Cu层和AlCrN层沉积时间控制各层的厚度。沉积1h后制备Cu和CrN交替沉积的复合陶瓷层(如图5)。
如选用其它种类或厚度的金属基板，选用其它钻孔方式或钻取其它孔径或种类的孔，选用其它的沉积条件也可得到相应的5G金属/陶瓷复合电路板，在此就不再赘述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于PVD技术的5G金属/陶瓷复合电路板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将预置孔的金属基板放在多靶共沉积制备平台，将铜靶和AlCr靶交替排列；打开机械泵和分子泵将真空室的本底真空抽到小于5.0×10-3Pa，通入Ar气并控制流量在100sccm，气压为小于0.2Pa，样品温度420℃，负偏压300V，轰击时间10min；打开转架和Cu靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流120A，沉积5min，制备Cu层；AlCrN陶瓷层：打开AlCr靶，保持样品偏压-80V，保持样品温度420℃，靶材电流150A，沉积5min，制备AlCrN层；通过交替控制Cu层和AlCrN层沉积时间控制各层的厚度；沉积1h后制备Cu和AlCrN交替沉积的复合陶瓷层，即得即得所述5G金属/陶瓷复合电路板。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述金属基板为铝板或铜板。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述金属基板在沉积前还包括清洗步骤。
4.一种5G金属/陶瓷复合电路板，其特征在于，通过权利要求1～3任一所述制备方法制备得到。
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