CN102159024A - 铝基印制电路板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝基印制电路板及其制备方法，要解决的技术问题是提高印制电路板的绝缘耐温耐压值和刻线精细度。本发明的铝质基板的表面形成有绝缘层，绝缘层上覆盖有铜导电层，绝缘层和铜导电层之间设有过渡层和铜导电膜。本发明的制备方法包括以下步骤：在铝质基板的绝缘层上，沉积过渡层铬、镍或铬镍合金膜，在过渡层上，沉积铜导电膜，在铜导电膜上，电镀铜导电层。本发明与现有技术相比，采用铝基板，其自身氧化物三氧化二铝形成绝缘层，采用纳米过渡层，使导电层与基板间的附着力大大提高，使采用照相、化学腐蚀传统印刷工艺时，刻线更精细、制作更精密，满足大功率和高集成化对印制板的要求，从而实现印制电路板大功率和高集成化。

Description

铝基印制电路板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种印制电路板及其制备方法，特别是一种铝基印制电路板及其制备方法。

背景技术

随着计算机、通讯和航天科技工业的发展，对大功率和高集成化的高端印制电路板的需求日益迫切。现有技术的普通金属基底印制电路板，是采用厚铝板经机械加工后，在其加工凹槽内顺序覆盖绝缘层、导电铜箔而成；因其绝缘层是在常压下利用液态喷涂方法敷制的，不可避免地存在气泡、砂眼等缺陷，使其容易被500V以上高压从缺陷处击穿；导电铜箔与基板之间由于也是在常压下采用导热胶粘接的，导致其耐温不够、附着力低；导电铜箔上面的腐蚀刻线不能太细，导致印制电路板上安装、焊接有大功率器件，印制电路板上单面或双面焊接、安装有大规模、超大规模集成电路块时，无法满足大功率器件和大规模集成电路块微细引线焊接对印制电路板的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝基印制电路板及其制备方法，要解决的技术问题是提高印制电路板的绝缘耐温耐压值和刻线精细度。

本发明采用以下技术方案：一种铝基印制电路板，设有铝质基板，铝质基板的表面形成有三氧化二铝绝缘层，绝缘层上覆盖有铜导电层，所述绝缘层和铜导电层之间设有过渡层和铜导电膜，过渡层涂覆在绝缘层的表面，过渡层为厚度30nm至80nm的铬、镍或铬镍合金膜，在过渡层上涂覆有厚度为300nm以上的铜导电膜，铜导电层覆盖在铜导电膜上。

本发明的铝质基板厚度为1.5mm至5mm，所述绝缘层厚度为10μm至20μm。

本发明的铜导电层厚度为25μm至50μm。

本发明的铝质基板一面的绝缘层上设有过渡层、铜导电膜和铜导电层，在导电层上面和铝质基板的另一面的绝缘层涂有保护层。

本发明的铝质基板两面的绝缘层上分别设有过渡层、铜导电膜和铜导电层，铜导电层上面涂有保护层。

一种铝基印制电路板的制备方法，包括以下步骤：一、在厚度为1.5mm至5mm铝质基板、其两面形成有厚度为10μm至20μm的三氧化二铝绝缘层的单面或双面上，沉积厚度为30nm至80nm的过渡层铬、镍或铬镍合金膜，沉积采用磁控溅射，本底真空压力为3×10^-3Pa以下，充入氩气，使工作压力在1.5～2.5×10^-1Pa，靶面尺寸为120×800mm，靶面磁场强度300高斯，溅射功率为6kw；二、在过渡层上，沉积厚度300nm以上的铜导电膜，沉积采用磁控溅射，工作压力在1.5～2.5×10^-1Pa，靶面尺寸均为120×800mm，靶面磁场强度300高斯，溅射功率为10kw；三、在铜导电膜上，电镀厚度为25μm至50μm的铜导电层；四、在绝缘层上和铜导电层上，或在双面的铜导电层上，喷涂保护层。

本发明的方法氩气的纯度为99.99％以上。

本发明的方法靶基距为60mm～90mm。

本发明的方法磁控溅射设备为进片缓冲室、溅射室、尾端缓冲室三室一字排列的结构，铝质基板样片移动速度为0.2～2.5米/分。

本发明的方法铬靶的密度不低于6.8克/厘米³，铬镍合金靶采用Cr20Ni80，铜靶采用紫铜T4。

本发明与现有技术相比，采用散热良好的铝板，并利用其自身氧化物三氧化二铝形成致密、耐高温、耐腐蚀和绝缘性能良好的陶瓷类绝缘层，有效地克服了普通金属基印制板绝缘层易被高压击穿的缺陷，采用纳米过渡层，使导电层与基板间的附着力大大提高，从而使采用照相、化学腐蚀等传统印刷工艺时，刻线更精细、制作更精密，满足大功率和高集成化对印制板的要求，从而实现印制电路板大功率和高集成化。

附图说明

图1是本发明实施例单面印制电路板的结构剖面图。

图2是本发明实施例双面印制电路板的结构剖面图。

图3是本发明实施例采用的设备原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的铝基印制电路板，在单面印制有电路板时，设有厚度为1.5mm至5mm的铝质基板1，基板1的两表面采用现有技术经阳极氧化后形成致密、耐高温、耐腐蚀和绝缘性能良好、厚度为10μm至20μm的三氧化二铝Al₂O₃陶瓷绝缘层2，在一面的绝缘层2的表面上通过气相沉积工艺涂覆有过渡层3，可采用物理气相沉积的真空蒸发、真空磁控溅射或真空离子镀工艺，过渡层3为厚度30nm至80nm的铬、镍或铬镍合金膜，在过渡层3上用气相沉积工艺涂覆有厚度为300nm以上的铜导电膜4，可采用物理气相沉积的真空蒸发、真空磁控溅射或真空离子镀工艺，铜导电膜4上用电镀工艺覆盖有厚度为25μm至50μm的铜导电层5，在导电层5上面和另一面的绝缘层2上喷涂有保护层6，保护层6采用现有技术的印制线路板清漆。

基板1采用铝板，散热性能良好。过渡层3的铬、镍或铬镍合金膜分别与三氧化二铝绝缘层2和铜导电膜4之间都具有很好的附着力，这是由于以下三方面因素综合作用的结果：首先，真空磁控溅射镀膜时，阴极靶材料受荷能正离子轰击，以纳米级的原子、分子或化合物状态溅出，通过残余气体扩散沉积成膜，真空蒸发、或真空离子镀时，纳米级的原子、分子或化合物带有一定的能量、高速附着在基体上；其次，这些纳米级的原子、分子或化合物，能有效地嵌入阳极氧化铝板外层氧化膜中大量存在的微孔中，相互交错咬合；再有，过渡层3材料对超硬的三氧化二铝和较软的铜之间的膜层热应力和纳米粒子间的范德华力起到了很好的过渡改善作用。当其厚度为30nm至80nm时，整个过渡层3显现为绝缘性，与绝缘层2共同构成加强绝缘层，增强了基板与导电层5的电气绝缘性能，同时铜导电膜4在后续印制电路后的腐蚀工艺中，铬、镍或铬镍合金膜耐腐蚀性好。过渡层3上涂覆有厚度为300nm以上的铜导电膜4，用于电镀铜导电层5时作电极，与导电层5结合为一体，共同构成铜印制电路。

如图2所示，本发明的铝基印制电路板，在双面印制有电路板时，设有厚度为1.5mm至5mm的铝质基板1，基板1的两表面采用现有技术阳极氧化后形成致密、耐高温、耐腐蚀和绝缘性能良好、厚度为10μm至20μm的三氧化二铝Al₂O₃陶瓷绝缘层2，分别在绝缘层2的两表面通过气相沉积工艺涂覆有过渡层3，可采用物理气相沉积的真空蒸发、真空磁控溅射或真空离子镀工艺，过渡层3为厚度30nm至80nm的铬、镍或铬镍合金膜，在过渡层3上用气相沉积工艺涂覆有厚度为300nm以上的铜导电膜4，可采用物理气相沉积的真空蒸发、真空磁控溅射或真空离子镀工艺，铜导电膜4上用电镀工艺覆盖有厚度为25μm至50μm的铜导电层5，在导电层5上面喷涂有保护层6，保护层6采用现有技术的印制线路板清漆。

本发明的铝基印制电路板的制备方法，包括以下步骤：

一、将厚度为1.5mm至5mm铝质基板按现有技术进行阳极氧化，在铝质基板的两面形成厚度为10μm至20μm的三氧化二铝Al₂O₃绝缘层，也可直接购买已经商业化的厚度合适、Al₂O₃绝缘层达到耐压要求2000v的阳极氧化铝板材。

二、在绝缘层单面或双面绝缘层上，沉积厚度30nm至80nm的过渡层铬、镍或铬镍合金膜。

如图3所示，设备采用磁控溅射真空镀膜机，为进片缓冲室、溅射室、尾端缓冲室三室一字排列的结构，中间的溅射室上部设有4个溅射靶位，分别装有1个Cr靶、1个NiCr靶和2个铜Cu靶，Cr靶用纯铬经粉末冶金方式制作，密度不低于6.8克/厘米³，NiCr靶采用Cr20Ni80，Cu靶采用紫铜T4；靶面磁场强度300高斯；靶面尺寸均为120×800mm；溅射电源为珠海盛普电源有限公司的3台20kw真空镀膜直流磁控电源；靶位下方设有从进片缓冲室至尾端缓冲室可往返移动的托盘，移动速度为0.2～2.5米/分，可调；靶基距为60mm～90mm，实施例1-6采用80mm。基板采用上海安美特铝业有限公司生产的外墙/幕墙用室外等级阳极氧化铝板，为厚度1.5mm，宽度1250mm，氧化膜厚度8～12μm的卷材，分切为500×500mm样片，单片放置在移动托盘上。

具体工艺过程如下：样片经过超声波清洗并烘干后放上托盘，送入并停在进片缓冲室，进片缓冲室为真空锁室，缓冲室抽至真空压力3×10^-1Pa以下，真空锁室阀门打开，进片缓冲室与溅射室连通，至本底真空压力3×10^-3Pa以下，用量程1000sccm的质量流量计充入纯度99.99％以上的氩气Ar，使溅射室工作压力在1.5～2.5×10^-1Pa，接通Cr或NiCr靶的溅射电源，起辉电压-500V，逐渐提高溅射电流至靶工作稳定，溅射功率为6kw；启动托盘变频驱动电机正转，样片从进片缓冲室匀速通过溅射室至尾端缓冲室后，变频驱动电机反转，样片从尾端缓冲室匀速通过溅射室返回至进片缓冲室；这样往返移动样片1次以上，至沉积膜厚达到30nm～80nm范围关断溅射电源。可通过调节真空镀膜直流磁控电源的恒流输出电流，来调节靶的溅射功率，同时调节托盘移动速度和/或样片往返移动次数，来沉积设定的过渡层膜厚。先镀单一膜层，取出样片并测量点电阻，采用通用万用表，将两表笔触点间距固定为10mm，直接压在膜面测量，电阻为1千欧以上，表现为绝缘性，确定并优化工艺参数后，实际操作时只按各参数进行控制。

三、在过渡层上，沉积厚度300nm以上的铜导电膜。

在完成步骤二后，样片不暴露大气，采用相同的真空环境、工件移动速度和工艺参数，分别接通两个T4铜靶的溅射电源，起辉电压-400V，逐渐提高溅射电流至溅射功率10kw，至靶工作稳定后，重复上述循环，至沉积膜厚达到300nm以上关闭溅射电源。同样，可通过调节真空镀膜直流磁控电源的恒流输出电流，来调节靶的溅射功率，同时调节托盘移动速度和/或样片往返移动次数，来沉积设定的铜导电膜膜厚。先镀单一膜层，取出样片并测量点电阻，采用通用万用表，将两表笔触点间距固定为10mm，直接压在膜面测量，电阻为50欧姆以下，表现为良导电性，确定并优化各种参数，实际操作时只按各参数进行控制。

如为双面印制板，则在完成二、三步骤后，需将样片取出并翻面，放入后再重复上述二、三步骤的过程。

四、在铜导电膜上，按现有电镀铜技术电镀厚度为25μm至50μm的铜导电层，如后工序的刻线很细，还可加厚铜导电层。

五、在绝缘层上和铜导电层上，或在双面的铜导电层上，按现有技术喷涂印制线路板清漆，形成保护层。

本发明的方法制备的铝基印制电路板，用普通兆欧表测试过渡层与绝缘层共同构成加强绝缘层两侧(铝基板和铜导电层两极之间)的绝缘电阻值，用以评价铝基印制电路板的高压击穿性能。用压带测量法：在膜面任选25.4×25.4mm²范围，用美工刀片均匀地划2cm长(超过胶带宽度)的线，把3M胶带(与划线垂直)用手指压实粘牢在膜面上，并沿几乎与膜面平行方向牵引胶带一端迅速拉下，观察胶带上有无膜层脱落，逐渐增加划线的数量和密度，直至胶带上有明显脱落膜层，以此判断铜导电层与基板间的附着力好坏，划线越多、越密则附着力越好。用以评价铝基印制电路板刻线精细化和集成化性能。

实施例1-6是通过选取不同的靶材、溅射功率、往返移动速度和单边镀膜次数，按前述过程在经超声波清洗并烘干的样片上沉积不同的过渡层和导电铜膜，再电镀铜导电层，最后喷涂保护清漆后完成的。

实施例1-6的具体工艺数据见表1。再对照各个实施例，以相同的样片，不镀过渡层，按相同的铜导电层和电镀工艺直接电镀铜导电层(不喷保护清漆)，按前述方法，以3M胶带上有明显脱落膜层时的划线间距来测试判定铜导电层与基板间的附着力。实施例1-6和对比例的测试结果见表2。

由于样片是用阳极氧化铝板分切的，其周边的切口没有绝缘氧化层，所以在镀膜前其周边需作塑封或遮挡处理，并于电镀铜后喷保护漆前拆除。如使用分切后再阳极氧化的铝板，或后工序腐蚀时将周边的导电铜层去掉约3mm，则可不作此处理。

本发明的印制线路板具有散热性好、价格低、重量轻、平整度好、易加工和强度高的特点。因其绝缘层致密、耐腐蚀、且绝缘性能良好，有效地克服了普通金属基印制板绝缘层易被高压击穿的缺陷，采用真空镀膜工艺扩散沉积纳米数量级过渡层、铜导电膜，改善了阳极氧化铝基板和铜导体之间的膜层热应力和纳米粒子间的范德华力，使铜导电层与基板间的附着力大大提高，从而使刻线更精细、制作更精密、也更为环保的光刻制板工艺可以代替现有技术的照相、化学腐蚀印制线路板工艺，提高印制线路板的功率和集成化。此外，本发明的印制线路板还具有抗干扰和屏蔽电磁波的特点，特别适用于通讯和国防工业。

表1 实施例1-6单面印制板的具体工艺数据

表2 实施例1-6和对比例的测试结果

Claims (10)

1.一种铝基印制电路板，设有铝质基板(1)，铝质基板(1)的表面形成有三氧化二铝绝缘层(2)，绝缘层(2)上覆盖有铜导电层(5)，其特征在于：所述绝缘层(2)和铜导电层(5)之间设有过渡层(3)和铜导电膜(4)，过渡层(3)涂覆在绝缘层(2)的表面，过渡层(3)为厚度30nm至80nm的铬、镍或铬镍合金膜，在过渡层(3)上涂覆有厚度为300nm以上的铜导电膜(4)，铜导电层(5)覆盖在铜导电膜(4)上。

2.根据权利要求1所述的铝基印制电路板，其特征在于：所述铝质基板(1)厚度为1.5mm至5mm，所述绝缘层(2)厚度为10μm至20μm。

3.根据权利要求2所述的铝基印制电路板，其特征在于：所述铜导电层(5)厚度为25μm至50μm。

4.根据权利要求3所述的铝基印制电路板，其特征在于：所述铝质基板(1)一面的绝缘层(2)上设有过渡层(3)、铜导电膜(4)和铜导电层(5)，在导电层(5)上面和铝质基板(1)的另一面的绝缘层(2)涂有保护层(6)。

5.根据权利要求3所述的铝基印制电路板，其特征在于：所述铝质基板(1)两面的绝缘层(2)上分别设有过渡层(3)、铜导电膜(4)和铜导电层(5)，铜导电层(5)上面涂有保护层(6)。

6.一种铝基印制电路板的制备方法，包括以下步骤：一、在厚度为1.5mm至5mm铝质基板、其两面形成有厚度为10μm至20μm的三氧化二铝绝缘层的单面或双面上，沉积厚度为30nm至80nm的过渡层铬、镍或铬镍合金膜，沉积采用磁控溅射，本底真空压力为3×10^-3Pa以下，充入氩气，使工作压力在1.5～2.5×10^-1Pa，靶面尺寸为120×800mm，靶面磁场强度300高斯，溅射功率为6kw；二、在过渡层上，沉积厚度300nm以上的铜导电膜，沉积采用磁控溅射，工作压力在1.5～2.5×10^-1Pa，靶面尺寸均为120×800mm，靶面磁场强度300高斯，溅射功率为10kw；三、在铜导电膜上，电镀厚度为25μm至50μm的铜导电层；四、在绝缘层上和铜导电层上，或在双面的铜导电层上，喷涂保护层。

7.根据权利要求6所述的铝基印制电路板的制备方法，其特征在于：所述氩气的纯度为99.99％以上。

8.根据权利要求7所述的铝基印制电路板的制备方法，其特征在于：所述靶基距为60mm～90mm。

9.根据权利要求8所述的铝基印制电路板的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射设备为进片缓冲室、溅射室、尾端缓冲室三室一字排列的结构，铝质基板样片移动速度为0.2～2.5米/分。

10.根据权利要求9所述的铝基印制电路板的制备方法，其特征在于：所述铬靶的密度不低于6.8克/厘米³，铬镍合金靶采用Cr20Ni80，铜靶采用紫铜T4。

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