浅谈陶瓷薄膜

什么是薄膜？

薄膜是指许多技术，它们是沉积和加工从几微米厚到单个原子层的薄层的工艺。用作基板的薄层材料和应用差异很大，我们在日常生活中被它们所包围：用于现代微电子的硅晶圆上的处理器和存储芯片，PCB制造中钻头上的硬涂层，宝石上的装饰性彩虹层，眼镜上的防反射涂层，医疗设备上的抗菌金属涂层， 柔性太阳能电池，甚至是用于食品包装和药品的涂层。

为了能够沉积具有明确特征的薄层，通常以非常低的压力（真空）从气相中收集形成层的原子和分子，以便可以密切控制浓度，也可以控制层的形成速率。当层通过冷凝或再升华形成时，该过程称为物理气相沉积（PVD）。除了涂层材料和使用的方法外，还有许多参数可能会影响涂层的最终特性，例如基材温度、撞击颗粒的能量或基材表面上存在的化学键。

薄膜陶瓷电路板

在印刷电路板制造中，特别是在陶瓷PCB中，薄膜是沉积在陶瓷上的一层铜（Al2O3、AlN、SiN）基底。沉积到基板上的铜厚度通常为1μm（微米）。DPC 工艺是 PVD 工艺之一。但电镀铜的厚度达不到PCB导体的高度要求.接下来，在传统的PCB制造工艺中运行薄铜层覆盖的陶瓷基板，然后我们可以根据需要达到成品铜厚度，范围从9μm（≈1 / 4oz）到35μm（1oz），甚至更厚。

在微电子封装中，陶瓷金属化是人们感兴趣的主题，由于其独特的性能，特别是在极端环境下，陶瓷金属化已经得到了广泛的机械、化学和电气研究。如何将铜金属化并粘合到陶瓷基板上是构建陶瓷PCB的关键技术.

薄膜沉积技术

将薄膜施加到表面上的行为是薄膜沉积- 任何将铜薄膜沉积到陶瓷基板或先前沉积层上的技术。“薄”是一个相对术语，但大多数沉积技术将层厚度控制在几十纳米以内。有 3 主要陶瓷PCB制造技术：

磁控溅射铜：

直接电镀铜（DPC）

直接键合铜（DBC）

磁控溅射铜薄膜工艺

铜薄膜涂覆在铝上2O3直流磁控溅射的基板，使用称为PVD溅射的设备。在过程开始时，应将腔室泵送到低于 6.66x 10 的真空度-3帕。在所需的背景压力下，首先用氩气（Ar）等离子体在50W下清洁目标表面5分钟，关闭快门以达到以下目的：

去除污染物

清理氧化表面

在足够的时间内为系统建立平衡状态。

沉积过程在2.00 Pa的工作压力和300 W的直流功率下进行，Cu溅射靶材的纯度为99.99%。陶瓷基板面朝下安装，相对于目标偏离轴10度。基板到目标的距离保持在20.0厘米。在沉积过程中，基板支架的旋转保持在20rpm，以获得更好的薄膜均匀性。基板温度由安装在基板支架背面的热电偶监测。在整个工作中，除非特别说明，否则在薄膜沉积过程中不会施加加热。等离子体轰击引起的基板温度升高不超过5°C。 在上述条件下， Cu薄膜的沉积速率约为0.3 nm/s.

薄膜铜沉积后退火

Cu薄膜沉积后，在真空条件下直接在溅射室内进行沉积后退火步骤，以防止氧化并增加粘合强度。退火温度为300°C。 陶瓷板以10°C/min的加热速率从环境温度加热到目标温度。达到峰值温度后，将电路板保持在该温度下30分钟，然后切断电源。冷却至室温后，将板从腔室中取出。冷却速率约为1°C /分钟。

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审核编辑 黄宇