绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法.pdf

本发明提供一种绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其包括以下步骤：提供一金属基材并将该金属基材置于等离子反应室中；将混有高侵蚀性气体的气体混合物通入该等离子反应室中，对该金属基材的表面做不规则性地侵蚀以形成纳米级表面粗糙度；于该等离子反应室中等离子化学气相沉积，产生自由基等离子，并在该金属基材的表面形成多层高导热涂层；于形成有多层高导热涂层的金属基材外层溅镀上金属导电层与金属防护层；抗蚀刻膜遮罩电路图的导体部分，蚀刻去除非导体部分，再脱去抗蚀刻膜；印刷液态感光防焊油墨。本发明工艺制程简单，导热性佳，且工艺比较环保。

1.  一种绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)提供一金属基材并将该金属基材置于等离子反应室中；
(2)将混有高侵蚀性气体的气体混合物通入该等离子反应室中，对该金属基材的表面做不规则性地侵蚀以形成纳米级表面粗糙度；
(3)于该等离子反应室中等离子化学气相沉积，产生自由基等离子，并在该金属基材的表面形成多层高导热涂层；
(4)于形成有多层高导热涂层的金属基材外层溅镀上金属导电层与金属防护层；
(5)抗蚀刻膜遮罩电路图的导体部分，蚀刻去除非导体部分，再脱去抗蚀刻膜；
(6)印刷液态感光防焊油墨。

2.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：该金属基材的表面为条状、平面、曲面或三维形状。

3.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：该金属基材的材质为铜合金、不锈钢、Ni-Ti合金、镁合金或铝合金中的任何一种。

4.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：该等离子反应室为批次式或连续式化学气相沉积反应器。

5.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：该金属基材在进入等离子反应室前已经过前处理，前处理包括脱脂，酸洗，清洗。

6.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(2)中的气体混合物中还包括反应性气体或惰性气体。

7.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(2)中的高侵蚀性气体为CF₄，CF₂Cl₂，Cl₂中的一种或几种。

8.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(3)中的高导热涂层包括等离子界面转换层及等离子高导热绝缘层，且多层高导热涂层为复合堆栈而成。

9.  根据权利要求8所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(3)的具体步骤包括：
(3.1)将混有硅源前驱物的气体混合物通入该等离子反应室中，通过等离子活化该气体混合物而在等离子反应室中产生第一自由基等离子，第一自由基等离子靠着低压气相扩散在该金属基材的表面产生等离子界面转换层；
(3.2)将混有金属或陶瓷的化学前趋物的气体混合物通入该等离子反应室中；通过等离子活化该气体混合物而在等离子反应室中产生第二自由基等离子，第二自由基等离子靠着低压气相扩散在该等离子界面转换层的表面产生等离子高导热绝缘层。

10.  根据权利要求9所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(3.1)的气体混合物还包括反应性气体，反应性气体为气态氧或水蒸气。

11.  根据权利要求9所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：等离子界面转换层为单层膜。

12.  根据权利要求9所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：等离子界面转换层为多层膜。

13.  根据权利要求9所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(3.2)的金属或陶瓷的化学前趋物为(Ta(EtCp)₂(CO)HEtCp或Al(CH₃)₃中的一种。

14.  根据权利要求9所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(3.2)的气体混合物还包括反应性气体和惰性气体。

15.  根据权利要求14所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(3.2)的反应性气体为O₂，N₂，H₂O，NH₃。

16.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(4)中溅镀金属导电层的步骤包括，将生成有氮化铝薄膜的金属基材置入一真空腔内，抽真空至10^-5torr后，通入氩气维持在1～3×10^-3torr，启动基板负偏压在-300～-600Volt，此时启动溅镀铜靶材，控制溅镀靶材的电流密度在0.1～1W/cm²，进行镀铜，铜膜厚度控制约0.5～5μm。

17.  根据权利要求16所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(4)中溅镀金属防护层的步骤包括，将溅镀有铜膜的金属基材置入另一真空腔，通入氩气维持在1～3×10^-3torr，此时启动溅镀金靶材，控制溅镀靶材的电流密度在0.1～1W/cm²，进行镀金，金膜厚度控制约0.1～1μm。

18.  根据权利要求16所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(4)中溅镀金属防护层的步骤包括，将溅镀有铜膜的金属基材置入另一真空腔，通入氩气维持在1～3×10^-3torr，此时启动溅镀镍金靶材，控制溅镀靶材的电流密度在0.1～1W/cm²，镀上镍金薄膜，镍金薄膜的厚度控制约0.1～1μm。

19.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(5)中的蚀刻配方为：磷酸500ml/L，冰醋酸400ml/L，硝酸100ml/L，蚀刻温度为室温，蚀刻时间为60-120s。

20.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(5)中的抗蚀刻膜以印刷的方式加以遮罩。

21.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(5)中的抗蚀刻膜以曝光显影的方式加以遮罩。

22.  根据权利要求1所述的绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其特征在于：步骤(6)后还包括，放入烘箱中预烤，预烤温度控制在75℃，预烤时间控制在30min，然后通过紫外光固化，紫外光固化的参数为800mj/cm2，3m/s，紫外光固化的时间为120s。

绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法
【技术领域】
本发明是一种在绝缘基板上形成导电线路的方法，特别是采用真空溅镀工艺在绝缘导热金属基板上形成导电线路的方法。
【背景技术】
传统绝缘导热基板，如FR4印刷电路板(PCB)，热导率(K)约为0.36W/m·K，其缺点是热性能较差，而传统绝缘导热基板上导电线路制备方法为在塑料基板上依序喷导电漆，化学镀铜，再蚀刻出印刷铜箔电路，其中化学镀铜的缺点是制程中涉及到废水处理等环境问题。
目前尚未见到在绝缘导热金属基板上直接采用真空溅镀方式制作导电线路的方法。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，制程工艺简单，较少污染环境。
为达上述目的，本发明提供一种绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法，其包括以下步骤：提供一金属基材并将该金属基材置于等离子反应室中；将混有高侵蚀性气体的气体混合物通入该等离子反应室中，对该金属基材的表面做不规则性地侵蚀以形成纳米级表面粗糙度；于该等离子反应室中等离子化学气相沉积，产生自由基等离子，并在该金属基材的表面形成多层高导热涂层；于形成有多层高导热涂层的金属基材外层溅镀上金属导电层与金属防护层；抗蚀刻膜遮罩电路图的导体部分，蚀刻去除非导体部分，再脱去抗蚀刻膜；印刷液态感光防焊油墨。
与现有技术相比较，本发明采用真空溅镀及蚀刻技术的结合形成导电线路，工艺制程简单，导热性佳，且工艺比较环保。
【附图说明】
图1为本发明绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，本发明绝缘导热金属基板上真空溅镀形成导电线路的方法包括以下步骤：
步骤201：提供一金属基材并将该金属基材置于等离子反应室(等离子反应室可为批次式或连续式(in-line)化学气相沉积反应器)中，当金属基材放在等离子中时，金属基材表面会带20~30volts的负电压。其中，该金属基材的表面为条状、平面、曲面或三维等任何形状和任何的表面状态。该金属基材的材质为铜合金、不锈钢、Ni-Ti合金、镁合金或铝合金等金属中的一种。且该金属基材需经前处理，前处理包括脱脂，酸洗，清洗等步骤，使该金属基材的表面清洁。
步骤202：等离子前处理
将混有高侵蚀性气体(如CF₄，CF₂Cl₂，Cl₂等的一种或多种)的气体混合物通入该等离子反应室中，对该金属基材的表面做不规则性地侵蚀以形成纳米级表面粗糙度；其中，气体混合物中还包括反应性气体(可为氮气或氧气)或惰性气体(可为Ar或He)。
步骤203：等离子气相沉积
于该等离子反应室中等离子化学气相沉积，以使该金属基材的表面形成多层高导热涂层，其中，该高导热涂层包括等离子界面转换层及等离子高导热绝缘层，且多层高导热涂层为复合堆叠而成。等离子气相沉积的具体步骤包括：等离子气相沉积渐变层及等离子气相沉积高导热绝缘层。
等离子气相沉积渐变层的具体步骤：将混有硅源前驱物(precursor，如TMS)的气体混合物通入该等离子反应室中，其中，气体混合物中还包括反应性气体，且反应性气体包含气态氧或水蒸气。通过等离子活化该气体混合物而在等离子反应室中产生第一自由基等离子，第一自由基等离子靠着低压气相扩散在该金属基材的表面产生等离子界面转换层(例如二氧化硅)。等离子界面转换层可把金属表面疏水或亲水转换成可控制且均一的特性表面，并且会大辐降低表面粗造度。可以控制等离子界面转换层的厚度从10纳米到10微米左右。可以在任意时间改变气相成份组成而达成不同性质的等离子界面转换层，且该等离子界面转换层的结构可为单层膜或多层膜，且多层膜的膜层之间呈渐变状。
等离子气相沉积高导热绝缘层的具体步骤：将混有高导热化学前趋物的气体混合物通入该等离子反应室中，其中，气体混合物中包括有金属或陶瓷的高导热化学前趋物(如Tatanlum的前趋物Ta(EtCp)₂(CO)HEtCp或Al(CH₃)₃)、反应性气体(如O₂，N₂，H₂O，NH₃等)及惰性气体(如Ar，He等等)。通过等离子活化该气体混合物而在等离子反应室中产生第二自由基等离子，第二自由基等离子靠着低压气相扩散在该等离子界面转换层的表面产生等离子高导热绝缘层，其中，所产生的高导热绝缘层可为Al₂O₃，AlN，BeO和Ta₂O₅。高导热绝缘层厚度控制从20纳米到10微米左右。
步骤204：于生成有氮化铝薄膜的金属基材的外层溅镀上金属导电层与金属防护层；其中，溅镀金属导电层与金属防护层的步骤如下：
溅镀金属导电层的具体步骤：将生成有氮化铝薄膜的金属基材置入一真空腔内，抽真空至10^-5torr后，通入氩气维持在1～3×10^-3torr，启动基板负偏压在-300～-600Volt，此时启动溅镀铜靶材，控制溅镀靶材的电流密度在0.1～1W/cm²，进行镀铜，铜膜厚度控制约0.5～5μm；
溅镀金属防护层的具体步骤：将溅镀有铜膜的金属基材置入另一真空腔，通入氩气维持在1～3×10^-3torr，此时启动溅镀金靶材或镍金靶材，控制溅镀靶材的电流密度在0.1～1W/cm²，镀上金膜或镍金薄膜，金膜或镍金薄膜的厚度控制约0.1～1μm。
步骤205：抗蚀刻膜以印刷的方式或曝光显影的方式遮罩电路图的导体部分，蚀刻去除非导体部分，再脱去抗蚀刻膜；其中，蚀刻配方为：磷酸500ml/L，冰醋酸400ml/L，硝酸100ml/L，蚀刻温度为室温，蚀刻时间为60-120s；
步骤206：印刷液态感光防焊油墨，放入烘箱中预烤，预烤温度控制在75℃，预烤时间控制在30min，然后通过紫外光固化，紫外光固化的参数为800mj/cm²，3m/s，紫外光固化的时间为120s。