專利名稱：基于dlc薄膜涂層的陶瓷基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大功率線路板需要具有良好的導(dǎo)熱散熱能力，而傳統(tǒng)的FR4基線路板已不能滿足這樣的要求，目前所采用的陶瓷基板在一定程度上可以解決問題。陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(AL2Q3)或氮化鋁(ALN)陶瓷基片表面上的特殊工藝板。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能，高導(dǎo)熱特性，優(yōu)異的軟釬焊性和高附著強度，并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形，具有很大的載流能力。因此，陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。但目前市場上常見的Al2O3陶瓷基板或ALN陶瓷基板在現(xiàn)實使用過程中逐漸顯示 出其不足導(dǎo)熱散熱能力受到材料本身的限制，使其綜合導(dǎo)熱散熱能力得不到更好的提升。Al2O3陶瓷基板和ALN陶瓷基板的導(dǎo)熱系數(shù)通常在十幾W/mK 兩百W/mK范圍，由于陶瓷基板的導(dǎo)熱能力特點之一是各向同性，也就是說在基板的縱向和基板上線路的橫向具有相同的導(dǎo)熱性能，所以上述陶瓷基板的綜合導(dǎo)熱散熱能力并不能得到很好發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，主要是通過在陶瓷基板和銅箔之間增加一層導(dǎo)熱能力極佳的DLC涂層(類金剛石涂層)，利用該DLC涂層所具有的800多W/mK的導(dǎo)熱能力特性，使得陶瓷基板上發(fā)熱元器件的所產(chǎn)生的熱量在基板線路平面內(nèi)迅速擴散，并利用陶瓷基板自身導(dǎo)熱能力將熱量導(dǎo)出，達到良好散熱的效果，從而極大的提高線路板的綜合導(dǎo)熱能力。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，包括陶瓷基板，和依次沉積在所述陶瓷基板表面上通過PVD技術(shù)制備的用于絕緣導(dǎo)熱的DLC復(fù)合涂層、以及用于導(dǎo)電的銅箔。進一步地，在所述DLC復(fù)合涂層和所述銅箔之間還設(shè)有金屬過渡層。所述金屬過渡層為Ti涂層或Cr涂層或Ni涂層。進一步地，所述DLC復(fù)合涂層包括DLC涂層、和起過渡作用的Si涂層。進一步地，所述PVD技術(shù)制備磁控濺射方法、離子束方法或熱蒸發(fā)方法。更進一步地，所述Si涂層的厚度為250nm 300nm，所述DLC涂層的厚度為
2.Oum 2. 5um,所述金屬過渡層的厚度為O. 5um I. 5um,所述銅箔的厚度為30um 70um。本發(fā)明基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板的制備方法，包括DLC涂層沉積步驟，其依次包括如下步驟
①打開離子束電源，向真空鍍膜室引入高純C2H2氣體；
②保持工藝過程中真空鍍膜室的真空度3.O 5. OX ICT1Pa ；
③在離子束上施加直流電壓1600V 2000V、直流電源150mA 220mA;在陶瓷基板上施加射頻RF電壓、其功率為150W 250W，開始鍍膜；
④DLC涂層沉積時長120 150min，得到厚度為2. Oum 2. 5um的DLC涂層。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在
I.陶瓷基板表面絕緣導(dǎo)熱層主要為陶瓷基板本身和DLC涂層，不含高分子材料，阻燃性能和抗老化性能優(yōu)異。2.與傳統(tǒng)的陶瓷基板，即銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁或氮化鋁陶瓷基片表面上的陶瓷基板相比較，本發(fā)明基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板的綜合導(dǎo)熱性能優(yōu)異，耐擊穿電壓較高，相同截面的銅箔有更高的載流能力，尤其適用于大功率器件的應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板結(jié)構(gòu)示意圖。 其中1、陶瓷基板；2、DLC復(fù)合涂層；3、金屬過渡層；4、銅箔。
具體實施例方式類金剛石涂層(Diamond-like Carbon),或簡稱DLC涂層是含有金剛石結(jié)構(gòu)(sp3鍵)和石墨結(jié)構(gòu)(SP2鍵)的亞穩(wěn)非晶態(tài)物質(zhì)。DLC涂層由于其自身的特性具有諸多優(yōu)異性能，如高硬度、高耐磨性、化學(xué)性能穩(wěn)定、高光致發(fā)光率和高電致發(fā)光率、以及優(yōu)異的熱轉(zhuǎn)化效率和導(dǎo)熱性能等。涂層技術(shù)中，物理氣相沉積是指通過蒸發(fā)、電離或濺射等過程，產(chǎn)生金屬粒子并與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物沉積在工件表面，簡稱PVD。目前常用的PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類，為真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)、真空濺射鍍膜技術(shù)和真空離子束鍍膜技術(shù)。其中，真空磁控濺射鍍膜技術(shù)是用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基板上。真空離子束鍍膜技術(shù)是指在真空環(huán)境下被引入的氣體在離子束的電磁場共同作用下被離子化；被離子化的離子在離子束和基片之間的電場作用下被加速，并以高能粒子的形式轟擊或沉積在基片上；被引入的氣體根據(jù)工藝的需要，可能為Ar，H2或C2H2等，從而完成離子刻蝕清洗和離子束沉積等工藝。但是對于不同能量的選擇和不同的制備工藝，所制備的產(chǎn)品就能得到不同的性能。如圖I所示，本發(fā)明揭示了一種優(yōu)選的基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，包括陶瓷基板I、及陶瓷基板I上表面通過PVD技術(shù)制備的用于絕緣導(dǎo)熱的DLC復(fù)合涂層2、和依次附著在所述DLC復(fù)合涂層2表面的金屬過渡層3和銅箔4。DLC復(fù)合涂層2由上至下依次包括起過渡作用的Si涂層和DLC涂層(圖片上為示出)。下面詳細介紹本發(fā)明的金屬基線路板的制備方法
步驟一，陶瓷基板清洗步驟，依次包括如下步驟
(1)用溶劑型清洗介質(zhì)在超聲波環(huán)境下清洗陶瓷基板，烘干后再將陶瓷基板放入鍍膜真空室，抽真空至真空度lX10_3Pa、加熱溫度至150°C條件下；
(2)對步驟(I)的陶瓷基板進行離子清洗，打開離子束電源，向真空鍍膜室引入高純Ar氣，保持真空鍍膜室的真空度I. 2 2. OX ICT1Pa,施加在離子束上的直流電壓為1200V 1800V、直流電源120mA 200mA，施加在陶瓷基板上的偏壓為射頻RF電壓、其功率為50W 250W，離子清洗時長為20 30min。
步驟二, DLC復(fù)合涂層沉積步驟,依次包括Si涂層沉積步驟和DLC涂層沉積步驟，其中
Si涂層沉積步驟打開磁控濺射電源，向真空鍍膜室引入高純Ar氣，保持真空鍍膜室的真空度I. 2 3. OPa，施加在磁控濺射陰極上的電源為直流電源、其功率為2 3kW，施加在陶瓷基板上的偏壓為射頻RF電壓、其功率為150W 250W，Si涂層沉積時長10 15min，得到的Si涂層厚度為250nm 300nm ；
DLC涂層沉積步驟，其依次包括如下步驟
①打開離子束電源，向真空鍍膜室引入高純C2H2氣體；
②保持工藝過程中真空鍍膜室的真空度3.O 5. OX ICT1Pa ；
③在離子束上施加直流電壓1600V 2000V、直流電源150mA 220mA;在陶瓷基板上施加射頻RF電壓、其功率為150W 250W，開始鍍膜；··
④DLC涂層沉積時長120 150min，得到厚度為2.Oum 2. 5um的DLC涂層。步驟三，金屬過渡涂層沉積步驟，采用磁控濺射技術(shù)或熱蒸發(fā)技術(shù)或電子束技術(shù)，在DLC復(fù)合涂層上沉積O. 5um I. 5um的金屬過度涂層3,所述金屬過渡層3為Ti涂層或Cr涂層或Ni涂層。步驟四，銅箔沉積步驟，采用磁控濺射技術(shù)或熱蒸發(fā)技術(shù)或電子束技術(shù)在所述金屬過渡層3上沉積厚度為30um 70um的銅箔。由于步驟三和四的金屬層沉積采用現(xiàn)有技術(shù)，因此不再贅述。上述方法中，除了在陶瓷基板和DLC涂層之間設(shè)有起過渡作用的Si涂層，也可在DLC涂層與金屬過渡層之間再設(shè)有一起過渡作用的Si涂層，繼而沉積銅箔。上述Si涂層主要作用是提高其相鄰兩層之間的結(jié)合力，由于過渡作用的Si涂層極薄，僅為納米級，其對陶瓷基板的性能無影響。如表I所示，為本發(fā)明基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板與基于DLC薄膜涂層的鋁基印刷線路板、和普通ALN陶瓷基板的性能比較數(shù)據(jù)，結(jié)溫越低表示其導(dǎo)熱散熱性能越好，耐擊穿電壓越高表示該基板越適用于采用非隔離電源的LED照明，大功率IGBT器件。從表中可以看出本發(fā)明基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板的綜合性能優(yōu)異，具有較好的導(dǎo)熱性能。表I
權(quán)利要求
1.基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，其特征在于包括陶瓷基板(1)，和依次沉積在所述陶瓷基板(I)表面上通過PVD技術(shù)制備的用于絕緣導(dǎo)熱的DLC復(fù)合涂層(2 )、以及用于導(dǎo)電的銅箔(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，其特征在于在所述DLC復(fù)合涂層(2 )和所述銅箔(4 )之間還設(shè)有金屬過渡層(3 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，其特征在于所述金屬過渡層(3)為Ti涂層或Cr涂層或Ni涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，其特征在于所述DLC復(fù)合涂層(2)包括DLC涂層、和起過渡作用的Si涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，其特征在于所述PVD技術(shù)制備包括磁控濺射方法、離子束方法或熱蒸發(fā)方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，其特征在于所述Si涂層的厚度為250nm 300nm,所述DLC涂層的厚度為2. Oum 2. 5um,所述金屬過渡層(3)的厚度為O. 5um I. 5um,所述銅箔(4)的厚度為30um 70um。
7.一種基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板的制備方法，其特征在于 步驟一，陶瓷基板清洗步驟，依次包括如下步驟 (1)用溶劑型清洗介質(zhì)在超聲波環(huán)境下清洗陶瓷基板，烘干后再將陶瓷基板放入鍍膜真空室，抽真空至真空度lX10_3Pa、加熱至溫度150°C條件下； (2)對步驟(I)的陶瓷基板進行離子清洗，打開離子束電源，向真空鍍膜室引入高純Ar氣，保持真空鍍膜室的真空度I. 2 2. OX ICT1Pa,施加在離子束上的直流電壓為1200V 1800V、直流電源120mA 200mA，施加在陶瓷基板上的偏壓為射頻RF電壓、其功率為50W 250W，離子清洗時長為20 30min ； 步驟二，DLC復(fù)合涂層沉積步驟,依次包括Si涂層沉積步驟和DLC涂層沉積步驟,其中 Si涂層沉積步驟打開磁控濺射電源，向真空鍍膜室引入高純Ar氣，保持真空鍍膜室的真空度I. 2 3. OPa，施加在磁控濺射陰極上的電源為直流電源、其功率為2 3kW，施加在陶瓷基板上的偏壓為射頻RF電壓、其功率為150W 250W，Si涂層沉積時長10 15min，得到的Si涂層厚度為250nm 300nm ； DLC涂層沉積步驟，其依次包括如下步驟 ①打開離子束電源，向真空鍍膜室引入高純C2H2氣體； ②保持工藝過程中真空鍍膜室的真空度3.O 5. OX ICT1Pa ； ③在離子束上施加直流電壓1600V 2000V、直流電源150mA 220mA;在陶瓷基板上施加射頻RF電壓、其功率為150W 250W，開始鍍膜； ④DLC涂層沉積時長120 150min，得到厚度為2.Oum 2. 5um的DLC涂層； 步驟三，銅箔沉積步驟，采用磁控濺射技術(shù)或熱蒸發(fā)技術(shù)或電子束技術(shù)沉積銅箔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于在步驟二和步驟三之間還包括金屬過渡涂層沉積步驟，采用磁控濺射技術(shù)或熱蒸發(fā)技術(shù)或電子束技術(shù)，在DLC復(fù)合涂層上沉積金屬過度涂層，所述金屬過渡層為Ti涂層或Cr涂層或Ni涂層。
全文摘要
本發(fā)明提供了提供一種基于DLC薄膜涂層的陶瓷基板，主要是通過在陶瓷基板和銅箔之間增加一層導(dǎo)熱能力極佳的DLC涂層(類金剛石涂層)，利用該DLC涂層所具有的800多W/mK的導(dǎo)熱能力特性，使得陶瓷基板上發(fā)熱元器件的所產(chǎn)生的熱量在基板線路平面內(nèi)迅速擴散，并利用陶瓷基板自身導(dǎo)熱能力將熱量導(dǎo)出，達到良好散熱的效果，從而極大的提高線路板的綜合導(dǎo)熱能力。本發(fā)明不含高分子材料，阻燃性能和抗老化性能優(yōu)異。與傳統(tǒng)的陶瓷基板，本發(fā)明的綜合導(dǎo)熱性能優(yōu)異，耐擊穿電壓較高，相同截面的銅箔有更高的載流能力，尤其適用于大功率器件的應(yīng)用。
文檔編號C23C14/06GK102917534SQ20121040950
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者錢濤 申請人:星弧涂層科技(蘇州工業(yè)園區(qū))有限公司