淺談陶瓷薄膜

什么是薄膜？

薄膜是指許多技術(shù)，它們是沉積和加工從幾微米厚到單個(gè)原子層的薄層的工藝。用作基板的薄層材料和應(yīng)用差異很大，我們?cè)谌粘Ｉ钪斜凰鼈兯鼑河糜诂F(xiàn)代微電子的硅晶圓上的處理器和存儲(chǔ)芯片，PCB制造中鉆頭上的硬涂層，寶石上的裝飾性彩虹層，眼鏡上的防反射涂層，醫(yī)療設(shè)備上的抗菌金屬涂層， 柔性太陽(yáng)能電池，甚至是用于食品包裝和藥品的涂層。

為了能夠沉積具有明確特征的薄層，通常以非常低的壓力（真空）從氣相中收集形成層的原子和分子，以便可以密切控制濃度，也可以控制層的形成速率。當(dāng)層通過(guò)冷凝或再升華形成時(shí)，該過(guò)程稱為物理氣相沉積（PVD）。除了涂層材料和使用的方法外，還有許多參數(shù)可能會(huì)影響涂層的最終特性，例如基材溫度、撞擊顆粒的能量或基材表面上存在的化學(xué)鍵。

薄膜陶瓷電路板

在印刷電路板制造中，特別是在陶瓷PCB中，薄膜是沉積在陶瓷上的一層銅（Al2O3、AlN、SiN）基底。沉積到基板上的銅厚度通常為1μm（微米）。DPC 工藝是 PVD 工藝之一。但電鍍銅的厚度達(dá)不到PCB導(dǎo)體的高度要求.接下來(lái)，在傳統(tǒng)的PCB制造工藝中運(yùn)行薄銅層覆蓋的陶瓷基板，然后我們可以根據(jù)需要達(dá)到成品銅厚度，范圍從9μm（≈1 / 4oz）到35μm（1oz），甚至更厚。

在微電子封裝中，陶瓷金屬化是人們感興趣的主題，由于其獨(dú)特的性能，特別是在極端環(huán)境下，陶瓷金屬化已經(jīng)得到了廣泛的機(jī)械、化學(xué)和電氣研究。如何將銅金屬化并粘合到陶瓷基板上是構(gòu)建陶瓷PCB的關(guān)鍵技術(shù).

薄膜沉積技術(shù)

將薄膜施加到表面上的行為是薄膜沉積- 任何將銅薄膜沉積到陶瓷基板或先前沉積層上的技術(shù)?！氨　笔且粋€(gè)相對(duì)術(shù)語(yǔ)，但大多數(shù)沉積技術(shù)將層厚度控制在幾十納米以內(nèi)。有 3 主要陶瓷PCB制造技術(shù)：

磁控濺射銅：

直接電鍍銅（DPC）

直接鍵合銅（DBC）

磁控濺射銅薄膜工藝

銅薄膜涂覆在鋁上2O3直流磁控濺射的基板，使用稱為PVD濺射的設(shè)備。在過(guò)程開(kāi)始時(shí)，應(yīng)將腔室泵送到低于 6.66x 10 的真空度-3帕。在所需的背景壓力下，首先用氬氣（Ar）等離子體在50W下清潔目標(biāo)表面5分鐘，關(guān)閉快門(mén)以達(dá)到以下目的：

去除污染物

清理氧化表面

在足夠的時(shí)間內(nèi)為系統(tǒng)建立平衡狀態(tài)。

沉積過(guò)程在2.00 Pa的工作壓力和300 W的直流功率下進(jìn)行，Cu濺射靶材的純度為99.99%。陶瓷基板面朝下安裝，相對(duì)于目標(biāo)偏離軸10度。基板到目標(biāo)的距離保持在20.0厘米。在沉積過(guò)程中，基板支架的旋轉(zhuǎn)保持在20rpm，以獲得更好的薄膜均勻性?；鍦囟扔砂惭b在基板支架背面的熱電偶監(jiān)測(cè)。在整個(gè)工作中，除非特別說(shuō)明，否則在薄膜沉積過(guò)程中不會(huì)施加加熱。等離子體轟擊引起的基板溫度升高不超過(guò)5°C。 在上述條件下， Cu薄膜的沉積速率約為0.3 nm/s.

薄膜銅沉積后退火

Cu薄膜沉積后，在真空條件下直接在濺射室內(nèi)進(jìn)行沉積后退火步驟，以防止氧化并增加粘合強(qiáng)度。退火溫度為300°C。 陶瓷板以10°C/min的加熱速率從環(huán)境溫度加熱到目標(biāo)溫度。達(dá)到峰值溫度后，將電路板保持在該溫度下30分鐘，然后切斷電源。冷卻至室溫后，將板從腔室中取出。冷卻速率約為1°C /分鐘。

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審核編輯 黃宇