一種制備聚四氟乙烯電路板的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于離子束技術(shù)在聚四氟乙烯基底表面沉積超高結(jié)合強度的金屬膜層及電路板的制備方法和設(shè)備；沉積超強結(jié)合力的金屬膜層的制備方法包括：金屬“注入+擴散層”和金屬膜層；其中，該金屬“注入+擴散層”的制備方法包括：利用氣體離子源對基底進行大束流清洗，隨后利用40KV高能金屬蒸汽真空弧(MEVVA)離子源，向基底層注入金屬元素形成金屬“注入+擴散層”；金屬膜層的制備方法包括：利用90度磁過濾陰極真空弧(FCVA)系統(tǒng)沉積1?10微米的金屬膜層。因此，采用本發(fā)明的制備方法和設(shè)備制備得到的金屬膜層和聚四氟乙烯基材具有很高結(jié)合力和抗剝離性。
【專利說明】
一種制備聚四氟乙烯電路板的方法和設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在聚四氟乙烯基層材料表面金屬“注入+擴散”層的制備方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]起初，電子線路的基板為PCB板，柔性線路板，但隨著科技進步和多種信息終端設(shè)備的發(fā)展，聚四氟乙烯基板被發(fā)現(xiàn)并且應(yīng)用在各個領(lǐng)域。聚四氟乙烯又稱PTFE，由于分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子等因素，PTFE表現(xiàn)出高度化學(xué)穩(wěn)定性、極強的耐高低溫性能、突出的不粘性、異常的潤滑性及優(yōu)異的電絕緣性能、耐老化性和抗輻射性、極小的吸水率等特點被稱為“塑料王”。廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、機械、電子電器、建筑、紡織等諸多領(lǐng)域。
[0003]近幾年暗物質(zhì)的火熱研究進展對探測暗物質(zhì)的材料有了更高的需求，由于聚四氟乙烯材料相對于其他探測材料對暗物質(zhì)的本底影響小，科學(xué)家們對于聚四氟乙烯電路板的質(zhì)量要求也有所提高。
[0004]隨著科技的不斷進步發(fā)展，對聚四氟乙烯基線路板的需求也隨之增高。目前，通常采用粘合劑將銅箔貼于聚四氟乙烯，來制備聚四氟乙烯基線路板。但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):
[0005]粘合劑形成的基底材料已不能滿足高密度的組裝要求。并且，現(xiàn)有的聚四氟乙烯所采用的基材電路板中，各膜層(如膜基材與導(dǎo)電層)之間經(jīng)過電路圖案形成工序或電解工序等后續(xù)工序時，經(jīng)常會發(fā)生結(jié)合強度下降和容易剝落等問題。可見，現(xiàn)有制造方法形成的膜層結(jié)合力不足，抗剝離強度較弱，難于適用于嚴(yán)酷環(huán)境。因此，基材電路板有待進一步提高金屬膜層與基材之間的結(jié)合力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的之一在于提出一種超高結(jié)合強度金屬膜層的制備方法和設(shè)備，能夠制備得到具有很高結(jié)合力和抗剝離性的金屬膜層。
[0007]進一步來講，該制備方法包括:利用氣體離子源對基底進行大束流清洗，隨后利用金屬蒸汽真空弧(MEVVA，Metal Vapor Vacuum Arc)離子源，向基底層注入金屬元素，形成金屬“注入-擴散層”；利用磁過濾陰極真空弧(FCVA)離子源，在金屬“注入-擴散層”表面，磁過濾沉積得到金屬膜層；
[0008]可選地，在一些實施例中，所述基底層為聚四氟乙烯。所述氣體離子源對基底進行大束流清洗中氣體為Ar或者Kr，氣體流量為20-40SCCm，負(fù)壓為500-800V，清洗時間為5-1Omin0
[0009]可選地，在一些實施例中，所述注入金屬元素為Ni或者Cu，其注入電壓為40kV，束流強度為I?10mA，注入劑量為I X 115?I X 11Vcm2，注入深度為70?320nm。
[0010]可選地，在一些實施例中，制備方法還包括:利用所述FCVA系統(tǒng)，在所述金屬“注入-擴散層”上，磁過濾沉積出金屬覆蓋層;其中，所述金屬覆蓋層的金屬元素為Ni或Cu，且厚度為I?IΟμπι;所述磁過濾沉積時，弧流為90?150Α，彎管磁場電流為1.0?4.0A。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明實施例提出的一種超高結(jié)合強度金屬膜層的制備設(shè)備用于實施上述任一所述的制備方法，該制備設(shè)備包括:表面清洗裝置，配置為氣體離子源;注入裝置，配置為利用金屬蒸汽真空弧(MEVVA)離子源，向基底層注入金屬元素;沉積裝置，配置為利用所述FCVA，在基底層表面沉積得到第金屬膜層；
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明各實施例具有以下優(yōu)勢:
[0013]1、本發(fā)明實施例提出的基于低能離子束技術(shù)在聚四氟乙烯表面制備高結(jié)合強度金屬膜層的方法和設(shè)備，通過對基材進行高能量的金屬元素注入，使基材亞表面原子與注入金屬形成金屬-基材原子混合的“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)，這樣形成的“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)與基底層乃至后續(xù)磁過濾沉積出的結(jié)構(gòu)性膜層的結(jié)合力都非常好，從而使其抗剝離強度得以增強；
[0014]2、本發(fā)明實施例提出的利用蒸汽離子源對聚四氟乙烯表面進行大束流蒸汽離子束清洗的方法和設(shè)備，能夠有效地去除基層表面的粗糙和小顆粒，提高后續(xù)膜層的抗剝離強度；
[0015]3、相比磁控濺射、電子束蒸發(fā)等PVD沉積方法，磁過濾電弧沉積設(shè)備原子離化率非常高，大約在90 %以上。這樣，由于原子離化率高，可使等離子體密度增加，成膜時大顆粒減少，有利于提高薄膜硬度、耐磨性、致密性、膜基結(jié)合力等；
[0016]4、相比于傳統(tǒng)的采用粘合劑將銅箔貼于聚四氟乙烯來制備聚四氟乙烯基線路板的設(shè)備和方法，本發(fā)明中的方法和設(shè)備，能夠制備得到具有很高結(jié)合力和抗剝離性的金屬膜層。本發(fā)明中提出的一種新的沉積設(shè)備，該沉積設(shè)備由上述任一技術(shù)方案所述。
[0017]需要說明的是，對于前述的方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或者同時進行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說明書中所描述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作并不一定是本發(fā)明所必需的。
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0019]本發(fā)明實施例的更多特點和優(yōu)勢將在之后的【具體實施方式】予以說明。
【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本發(fā)明實施例一部分的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明實施例提供的金屬膜層的制備方法的流程示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例提供的金屬膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例提供的FCVA沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例提供的MEVVA注入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實施例提供的膜基結(jié)合力數(shù)據(jù)表
[0026]附圖標(biāo)記說明
[0027]100聚四氟乙烯基底
[0028]HO注入-擴散層
[0029]120金屬覆蓋層
[0030]200 FCVA陰極
[0031]210觸發(fā)電極
[0032]220 陽極
[0033]230 導(dǎo)管
[0034]240 磁場
[0035]250離子源(氣體或金屬)
[0036]300 MEWA陰極
[0037]310引出電極
[0038]320抑制二次電子電極
【具體實施方式】
[0039]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例及實施例中的特征可以相互組入口 ο
[0041 ]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的各優(yōu)選實施例作進一步說明:
[0042]方法實施例
[0043]在本實施例中，在基底層上制備金屬膜層，選用的基底層為聚四氟乙烯，參照圖1，其示出了本實施例金屬膜層的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0044]SlOO:利用氣體離子源，對工件表面進行大束流蒸汽離子束清洗，將基底表面雜質(zhì)清除，提高表面后續(xù)膜層與基底的結(jié)合力。
[0045]需要指出的是，SlOO中，清洗氣體元素可采用Ar、Kr氣體。作為一種可選實施方式，清洗的氣體流量20-40sccm，負(fù)壓為500-800V，清洗時間5-10min。
[0046]S200:利用金屬蒸汽真空弧(MEVVA)離子源，向基底層注入第一金屬元素，形成金屬”注入-擴散層“。
[0047]其中，本步驟為金屬離子注入形成”注入-擴散層“，利用高能金屬離子注入基底，能夠形成金屬和基底材料的混合層，提高其表面后續(xù)膜層與基底的結(jié)合力。
[0048]需要指出的是，S200中，所述注入金屬元素為Ni或者Cu，其注入電壓為40kV，束流強度為I?10mA(含端值)，注入劑量為I X 115?I X 1017/cm2(含端值)，注入深度為70?320nm(含端值)。
[0049]S300:利用磁過濾真空弧(FCVA)系統(tǒng)，在基底”注入-擴散層“表面，磁過濾沉積得到金屬膜層。
[°05°]需要指出的是，所述金屬覆蓋層的金屬元素為Ni或Cu，且厚度為I?ΙΟμπι(含端值)；所述磁過濾沉積時，弧流為90?150Α(含端值)，彎管磁場電流為1.0?4.0Α(含端值)。
[0051]上述實施例通過聚四氟乙烯表面進行大束流蒸汽離子束清洗，再通過將更高能量的金屬元素注入，使聚四氟乙烯表面沉積的薄金屬原子獲得反沖能量進入基底層內(nèi)，形成與基底層相混合的金屬“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)，這樣形成的金屬“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)與基底層的結(jié)合力非常好，從而使其抗剝離強度得以增強。接著以所述“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)為基底，在其上利用磁過濾金屬真空弧沉積(FCVA)技術(shù)，沉積致密的金屬膜層，進一步提高了該膜層在嚴(yán)酷環(huán)境下的使用壽命。
[0052]設(shè)備實施例
[0053]為實現(xiàn)上述金屬膜層的制備方法，基于上述各實施例，本實施例提出一種金屬膜層的制備設(shè)備，該制備設(shè)備包括如下裝置:濺射清洗裝置、注入裝置及沉積裝置。
[0054]其中，氣體離子源用于在基層表面增加負(fù)壓后，利用磁陰極放電形成蒸汽離子束，對基層表面進行清洗，所用設(shè)備與基于FCVA技術(shù)的沉積裝置相近，清洗時用氣體離子源，沉積金屬膜層時用金屬離子源；
[0055]其中，注入裝置用于利用MEVVA離子源，向所述基底層注入金屬元素，形成“注入-擴散層”
[0056]需要說明的是，MEVVA離子源主要由等離子體產(chǎn)生區(qū)和離子束引出區(qū)組成，等離子體產(chǎn)生區(qū)也就是金屬蒸汽真空弧放電區(qū)。MEVVA離子注入就是采用MEVVA離子源產(chǎn)生的載能離子束轟擊材料表面，對工件表面進行離子注入，從而改變材料表面的物理、化學(xué)性能的過程，使得薄膜與工件基體能夠牢固地結(jié)合。
[0057]沉積裝置用于利用所述FCVA，在清洗后的基底層表面以及所述“注入-擴散層”表面沉積金屬膜層。
[0058]需要指出的是，上述各實施例中，清洗裝置可采用如圖3所示的FCVA離子源沉積系統(tǒng)，該FCVA離子源沉積系統(tǒng)包括:FCVA陰極200、觸發(fā)電極210、陽極220、導(dǎo)管230、磁場240以及離子源(氣體或金屬)250。
[0059]注入裝置可采用如圖4所示的MEVVA離子源注入系統(tǒng)，該MEVVA離子源注入系統(tǒng)包括:MEVVA陰極300、引出電極310以及抑制二次電子電極320。
[0060]沉積裝置可采用如圖3所示的FCVA離子源沉積系統(tǒng)，該FCVA離子源沉積系統(tǒng)包括:FCVA陰極200、觸發(fā)電極210、陽極220、導(dǎo)管230、磁場240以及離子源(氣體或金屬)250。
[0061]下面結(jié)合金屬膜層的制作工藝流程，對上述制備設(shè)備作進一步說明:
[0062]利用濺射清洗裝置，對工件表面進行大束流蒸汽離子束清洗，將基底表面雜質(zhì)清除，提尚表面后續(xù)I吳層與基底的結(jié)合力。
[0063]可選的，清洗氣體元素可采用Ar、Kr氣體，清洗的氣體流量20-40sCCm，負(fù)壓為500-800V，清洗時間 5-10min。
[0064]利用注入裝置，向基底層注入第一金屬元素，形成金屬”注入-擴散層“。
[0065]其中，本步驟為金屬離子注入形成”注入-擴散層“，利用高能金屬離子注入基底，能夠形成金屬和基底材料的混合層，提高其表面后續(xù)膜層與基底的結(jié)合力。
[0066]可選的，所述注入金屬元素為Ni或者Cu，其注入電壓為40kV，束流強度為I?1mA(含端值)，注入劑量為I X 115-1X 1017/cm2(含端值)，注入深度為70?320nm(含端值)。
[0067]利用沉積裝置，在基底”注入-擴散層“表面，磁過濾沉積得到金屬膜層。
[0068]可選的，所述金屬覆蓋層的金屬元素為Ni或Cu，且厚度為I?10μπι(含端值)；所述磁過濾沉積時，弧流為90?150Α(含端值)，彎管磁場電流為1.0?4.0Α(含端值)。
[0069]綜上，采用MEVVA源以及FCVA系統(tǒng)在聚四氟乙烯的表面形成一層結(jié)合力好的金屬膜層，形成釘扎層后在其上通過電解電鍍等堆積金屬，刻蝕堆積的金屬形成所需電路圖案。這類結(jié)構(gòu)結(jié)合力非常好，原因可分析如下:
[0070]1、前期大束流蒸汽離子束濺射清洗能夠濺射掉表面吸附微塵氣體和小顆粒，提高其表面清潔度。
[0071]2、前期高能金屬離子注入基層能夠提高其表面能，增強其表面浸潤性，能夠使后續(xù)沉積的薄金屬能夠最大限度的基層表面。
[0072]3、后期更高能量的離子注入能夠使聚四氟乙烯表面沉積的薄金屬原子獲得反沖能量進入基層內(nèi)，能夠形成50nm左右的金屬與聚四氟乙烯混合的“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)，所以這樣形成金屬“注入-擴散層”結(jié)構(gòu)與基底結(jié)合力很好。
[0073]綜合三個方面的原因，這種制造方法形成的膜層不存在經(jīng)過電路圖案形成工序或電解工序等后續(xù)工序時聚四氟乙烯基層和金屬膜層之間的結(jié)合強度下降和容易剝落的問題。
[0074]另外，由于上述任一種“注入-擴散層”的制備方法和設(shè)備具有上述技術(shù)效果，因此，使用上述金屬“注入-擴散層”的制備方法和設(shè)備獲得的金屬“注入-擴散層”、以及設(shè)置有該“注入-擴散層”的基板也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)效果，
[0075]其具體實施過程與上述實施例類似，茲不贅述。
[0076]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種聚四氟乙烯基底表面沉積超高結(jié)合強度的金屬膜層的制備方法，其特征在于，包括: 利用氣體離子源，向基底層大束流濺射清洗，得到超凈以及粗糙度小的表面； 利用所述MEVVA離子源，向所述基體表面注入金屬元素，形成金屬“注入+擴散層”； 利用磁過濾陰極真空弧(FCVA)離子源，在金屬“注入+擴散層”表面，磁過濾沉積得到金屬膜層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬“注入+擴散層”的制備方法，其特征在于: 所述基底層為聚四氟乙烯； 所述氣體離子源為考夫曼源、雙等離子體源等，氣體為Ar，Kr等惰性氣體，束流強度為50_200mA; 所述注入金屬元素為41，附或者(:11，其注入電壓為401^，束流強度為1?1011^，注入劑量為I X 115?I X 1017/cm2，注入深度為70?320nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高結(jié)合強度的金屬膜層的制備方法，其特征在于，該方法還包括: 利用所述FCVA離子源，在所述金屬“注入+擴散層”上，磁過濾沉積出金屬覆蓋層； 其中，所述金屬覆蓋層的金屬元素為Ni或Cu，且厚度為I?ΙΟμπι;所述磁過濾沉積時，弧流為90?150Α，彎管磁場電流為1.0?4.0A。4.一種超高結(jié)合強度的金屬膜層的制備設(shè)備，其特征在于，包括: 清洗裝置，配置為氣體離子源，對基體進行大束流清洗； 注入裝置，配置為利用金屬蒸汽真空弧(MEVVA)離子源，向基底層注入金屬元素； 沉積裝置，配置為利用所述FCVA，在金屬“注入+擴散層”表面沉積得到金屬膜層。5.—種聚四氟乙烯基材電路板的制備方法，其特征在于，包括: 清洗聚四氟乙烯； 在所述基材表面，根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的金屬膜的制備方法制備金屬層； 在所述金屬覆蓋層上刻蝕所需的電路。6.—種聚四氟乙烯基材電路板的制備設(shè)備，其特征在于，包括: 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬層的制備設(shè)備； 刻蝕裝置，配置為在所述金屬覆蓋層上刻蝕所需的電路。7.—種采用如權(quán)利要求6所述的聚四氟乙烯基材電路板的制備方法制造的聚四氟乙烯基材電路板;其中，所述聚四氟乙烯基材電路板包括:金屬“注入+擴散層”、沉積于所述金屬“注入+擴散層”之上的金屬覆蓋層、以及在所述金屬覆蓋層上的電路層。8.—種終端設(shè)備，其特征在于，該終端設(shè)備設(shè)置有權(quán)利要求7所述的聚四氟乙烯基材電路板。
【文檔編號】C23C14/02GK105908134SQ201610227227
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】廖斌, 王宇東, 羅軍, 張旭, 吳先映
【申請人】北京師范大學(xué)