一种镀有高结合强度铜层的玻璃基板及其制备方法

本发明属于电子封装技术和功能薄膜制备，具体涉及一种镀有高结合强度铜层的玻璃基板及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃基板(包括印刷电路板)具有良好的电绝缘性和化学稳定性，且其与元器件本身具有相近的热膨胀系数，有望取代传统有机基板作为器件封装基板材料，因此，在pcb、led和功率器件封装等领域具有广阔的应用前景。玻璃基板在封装使用前需对其表面进行金属化，然而由于玻璃基板表面的高平整度、低表面能、化学惰性，特别是与金属固有的热膨胀系数差使二者界面产生较大的应力，导致金属层附着力差、结合力低、容易剥离，进一步导致玻璃基板失效。此外，在玻璃基底表面制备连续完整的薄膜非常困难，传统制备方法如电镀、化学镀制备的金属薄膜与玻璃基底的结合强度差，限制了其大规模生产应用。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种镀有高结合强度铜层的玻璃基板及其制备方法，所述铜层与玻璃基底的结合力强，不易剥离，提高了玻璃基板的综合性能。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种镀有高结合强度铜层的玻璃基板，包括玻璃基底，所述玻璃基底上依次层叠设置有梯度过渡层和铜层；所述梯度过渡层包括至少一层复合层，所述复合层由层叠设置的zr层和zrn层组成；所述zr层位于靠近玻璃基底的一侧，所述zrn层位于靠近铜层的一侧。

4、优选的，所述复合层的层数为1～5。

5、优选的，所述复合层的厚度为200～500nm，所述梯度过渡层的厚度为0.2～1.5μm。

6、优选的，所述铜层的厚度为1～2μm。

7、所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，包括：

8、s1，通过磁控溅射的方式，在玻璃基底上依次沉积zr层和zrn层，重复该过程直至得到所需层数的复合层，形成梯度过渡层；

9、s2，通过磁控溅射的方式，在梯度过渡层上沉积铜层，得到镀有高结合强度铜层的玻璃基板。

10、优选的，s1具体为：以zr靶为靶材，在通入ar气条件下，通过磁控溅射的方式在玻璃基底上沉积zr层；然后，停止溅射，通入ar气和n2气，再通过磁控溅射的方式在zr层上沉积zrn层；重复该过程直至得到所需层数的复合层，形成梯度过渡层。

11、进一步的，在沉积zr层时，工艺参数为：工作气压为0.30～1.00pa，直流溅射功率为50～80w，沉积时间为30～60min；在沉积zrn层时，工艺参数为：n2气的流量为2～10sccm，工作气压为0.30～1.00pa，直流溅射功率为80w，沉积时间为60～120min。

12、进一步的，s1中，当沉积复合层的层数超过一层时，在沉积除第一层复合层外的其他复合层中的zr层之前，先将靶材挡板关闭，进行靶材溅射清洁，清洁完成后再打开靶材挡板，溅射沉积zr层。

13、优选的，s2具体为：采用cu靶为靶材，在通入ar气条件下，通过磁控溅射的方式在梯度过渡层上沉积铜层。

14、进一步的，沉积铜层时，工艺参数为：直流溅射功率为80～120w，工作气压为0.5～1pa，溅射沉积时间为1～2h。

15、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

16、本发明所述的玻璃基板，在玻璃基底与铜层之间设置了(zrn/zr)x(x为正整数)梯度过渡层，所述梯度过渡层是由交替层叠的zr层和zrn层组成，二者的热膨胀系数均介于玻璃基底和铜层之间，仅zr层或zrn层亦存在热膨胀系数差问题，不能缓解界面应力，zr层和zrn层联用，热膨胀系数梯度变化，可以解决玻璃基底和铜层之间的热膨胀系数不匹配问题，进一步增强界面相容性，提高界面结合强度。所述镀有高结合强度铜层的玻璃基板表面致密平整，呈均匀颗粒状态，电学性能优异。

17、进一步的，本发明玻璃基板，通过调整梯度过渡层厚度可以优化玻璃基底与铜层的界面结构，随着其中复合层层数的增加，铜层/玻璃基底界面结合强度逐渐提高，因此可以通过调整复合层层数调整铜/玻璃基底界面结合强度，提高铜层/玻璃基底界面结合性能。

18、本发明采用磁控溅射技术，在玻璃基底上沉积zr层、zrn层和铜层，制备方法简单，可控性强，易于制备大规模制备。

19、进一步的，通过调节锆靶溅射工作气压的大小，可以调节zr层和zrn层中各颗粒尺寸大小，调节其微观结构。

技术特征：

1.一种镀有高结合强度铜层的玻璃基板，其特征在于，包括玻璃基底，所述玻璃基底上依次层叠设置有梯度过渡层和铜层；所述梯度过渡层包括至少一层复合层，所述复合层由层叠设置的zr层和zrn层组成；所述zr层位于靠近玻璃基底的一侧，所述zrn层位于靠近铜层的一侧。

2.根据权利要求1所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板，其特征在于，所述复合层的层数为1～5。

3.根据权利要求1所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板，其特征在于，所述复合层的厚度为200～500nm，所述梯度过渡层的厚度为0.2～1.5μm。

4.根据权利要求1所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板，其特征在于，所述铜层的厚度为1～2μm。

5.权利要求1～4任一项所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，其特征在于，s1具体为：以zr靶为靶材，在通入ar气条件下，通过磁控溅射的方式在玻璃基底上沉积zr层；然后，停止溅射，通入ar气和n2气，再通过磁控溅射的方式在zr层上沉积zrn层；重复该过程直至得到所需层数的复合层，形成梯度过渡层。

7.根据权利要求6所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，其特征在于，在沉积zr层时，工艺参数为：工作气压为0.30～1.00pa，直流溅射功率为50～80w，沉积时间为30～60min；在沉积zrn层时，工艺参数为：n2气的流量为2～10sccm，工作气压为0.30～1.00pa，直流溅射功率为80w，沉积时间为60～120min。

8.根据权利要求6所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，其特征在于，s1中，当沉积复合层的层数超过一层时，在沉积除第一层复合层外的其他复合层中的zr层之前，先将靶材挡板关闭，进行靶材溅射清洁，清洁完成后再打开靶材挡板，溅射沉积zr层。

9.根据权利要求5所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，其特征在于，s2具体为：采用cu靶为靶材，在通入ar气条件下，通过磁控溅射的方式在梯度过渡层上沉积铜层。

10.根据权利要求9所述的镀有高结合强度铜层的玻璃基板的制备方法，其特征在于，沉积铜层时，工艺参数为：直流溅射功率为80～120w，工作气压为0.5～1pa，溅射沉积时间为1～2h。

技术总结
本发明提供一种镀有高结合强度铜层的玻璃基板及其制备方法，所述玻璃基板包括玻璃基底，所述玻璃基底上依次层叠设置有梯度过渡层和铜层；所述梯度过渡层包括至少一层复合层，所述复合层由层叠设置的Zr层和ZrN层组成；所述Zr层位于靠近玻璃基底的一侧，所述ZrN层位于靠近铜层的一侧。所述铜层与玻璃基底的结合力强，不易剥离，提高了玻璃基板的综合性能。

技术研发人员：孟瑜,张成城,尹志福,官鑫,李雷,李海燕
受保护的技术使用者：西安文理学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19