[发明专利]一种集成电路陶瓷电路板表面铜-石墨烯复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一种集成电路陶瓷电路板表面铜‑石墨烯复合涂层及其制备方法。该复合涂层从里到外由过渡金属（M）扩散层、过渡金属结合层、M/Cu交替多层过渡层、中频磁控Cu加厚支撑层以及冷喷加厚Cu层构成。为了克服电镀铜的污染问题，本发明将电弧离子镀、中频磁控溅射、冷喷和真空热处理等技术联合使用。本发明充分利用多层复合涂层技术，形成结构和成分渐变，涂层和基体为冶金结合，具有良好的附着力；与常规热扩散方法相比，本发明采用涂层技术可以大幅度降低基体温度，但可以获得更优的铜镀层；本发明利用石墨烯的高导热和高导电特性，大幅度提高常规铜涂层的性能。开发出色环保型的陶瓷电路板表面镀铜技术，工业应用前景良好。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，特别涉及一种集成电路陶瓷电路板表面铜-石墨烯复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着电子技术在各应用领域的逐步加深，线路板高度集成化成为必然趋势，高度的集成化封装模块要求良好的散热承载系统，而传统线路板在导热系数上的劣势已经成为制约电子技术发展的一个瓶颈。陶瓷基板电绝缘性能优良，有优异的软钎焊特点、导热性极高。它的载流能力十分强大，能够为大功率的电子电力电路结构技术和互相连接技术提供最为基础的材料，它的使用使得原始电力半导体模块的体积相对同功能类型的模块体积减小。陶瓷衬底覆铜基板的出现给电子工业的发展提供了另一个新的方向以及更为广阔的空间与前景。近些年来发展迅猛的LED产业，也对其承载线路板的导热系数指标提出了更高的要求。在大功率LED封装设备中，散热是限制其发展的瓶颈，也是必须解决的关键问题。

LED的发光原理是直接将电能转换为光能，其电光转换效率大约为20％—30％，光热转换效率大约为70％—80％。随着芯片尺寸的减小以及功率的大幅度提高，导致LED温度居高不下，引起了光强降低、元器件加速老化等一系列问题，大大降低了LED的使用寿命。目前全球LED产业解决散热问题无非从三个方面提升，一个是封装结构，一个是封装材料，还有就是散热基板。只有把热量散发出去才能解决根本问题。其中陶瓷散热基板是发展的一个主要方向。随陶瓷基板的逐步应用，其表面铜涂层的研究成了国内外研究的热点。尤其是通孔陶瓷线路板电镀铜层质量控制是非常重要的，因为多层或积层板向高密度、高精度、多功能化方向的发展，对镀铜层的结合力、均匀细致性、抗张强度及延伸率等要求越来越严，也越来越高，因此对陶瓷线路板铜镀层的质量控制就显得特别重要。现有陶瓷基板表面镀铜一般采用电镀，满足快速和低成本的要求。但电镀铜有污染，不能满足绿色环保的要求。随着对环保问题的日益重视，发达国家已经禁止电镀技术的使用，全部转包到包括中国在内的发展中国家，对环境造成了严重的污染。目前国际国内对化学镀、热喷涂、电刷镀、蒸发镀、化学气相沉积以及物理气相沉积等进行了深入的研究，以期找到替代镀铜技术。但由于制备方法上的缺陷，迄今为止，低成本的替代技术的研究仍然没有取得较大突破，随着环境污染的日趋严重和国家对环境保护的日益重视，环保型替代电镀铜技术的研究具有非常重要的意义。

磁控溅射是广泛应用的镀金属技术，具有绿色环保等特点。Holber等采用ECR-PEMS溅射铜材料获得将近100％的离化率，可以获得良好的铜膜。但磁控溅射镀膜速率低，不能满足电路板上百微米的厚度要求。冷喷涂是一种基于高速粒子固态沉积的涂层制备方法，相较于常规涂层技术，冷喷涂具有热影响小、设备简单、成本低廉等特点。不同于传统热喷涂技术固有的熔化-凝固过程，冷喷涂中金属颗粒的氧化、分解、相变、晶粒长大等缺陷得到避免。自从2000年加拿大国际热喷涂会议设立专门讨论组以来，冷喷涂在国际上受到越来越广泛的关注。由于在对温度敏感的低熔点材料喷涂方面具有突出的优势。并且由于冷喷涂过程涂层粉末颗粒可达到500-1000米/秒，使得涂层结构致密、残余应力为压应力，可以制备超厚的涂层材料。而且，由于冷喷低温的工艺特点，对喷涂材料无明显影响、对基体影响也较小，目前可以沉积Al、Mg、Cu、银、Ti、不锈钢、高温合金以及合金和金属陶瓷等涂层。