热沉复合材料电镀处理方法及其制品技术

本发明专利技术涉及热沉复合材料电镀处理方法及其制品。具体地，一种用于处理热沉复合材料基材以提高其电镀结合力的方法，包括提供带有金属氧化层的耐腐蚀金属基材；通过离子注入在所述耐腐蚀金属基材的表面上注入第一金属离子以形成离子注入过渡层；以及通过电镀在所述离子注入过渡层上镀覆第二金属离子以形成电镀层。此外，还提供了一种电镀结合力增强的热沉复合材料，以及埋有该热沉复合材料的高频PCB板。

Electroplating treatment of heat sink composite materials and their products

The present invention relates to a heat sink composite material plating treatment method and its products. Specifically, a method for treating heat sink composite matrix to improve its electroplating adhesion includes providing a corrosion resistant metal substrate with a metal oxide layer, implanting a first metal ion onto the surface of the corrosion resistant metal substrate by ion implantation to form an ion implanted transition layer, and coating a second metal ion on the ion implanted transition layer by electroplating. Formation of electroplating. In addition, a heat sink composite material reinforced by electroplating bonding force and a high frequency PCB board embedded with the heat sink composite material are also provided.

【技术实现步骤摘要】
热沉复合材料电镀处理方法及其制品
本专利技术涉及集成电路的热沉封装领域，并且具体地涉及用于处理热沉复合材料以提高其电镀结合力的方法及其制品。
技术介绍
由于集成电路集成度迅猛增加，更高集成度和更快的运行速度会导致芯片发热量急剧上升，使得芯片寿命下降。据报道，温度每升高18℃，会导致半导体芯片寿命缩短、失效可能性提升3倍。这是因为在集成电路、大功率器件中，材料间散热性能不佳会导致热疲劳、热膨胀系数（CTE）不匹配而引起热应力所造成。因此，解决该问题的关键在于选择合适的封装热沉材料。传统的金属热沉材料有Cu、A1、Mo、W、Kovar（可伐）、Invar等，关键的导热性、CTE（10-6/k）和密度(g/cm3)性能如下表1-1所示。表1-1传统电子封装材料的性能材料导热系（W/m·k）CTE（10-6/k）密度(g/cm3)硅1504.12.3氧化铝206.73.9AlN2705.83.29BeO2108.02.86Al230232.7Cu400178.9W1744.519.3Mo1405.010.2SiC2705.03.21Invar110.48.04可伐175.98.3环氧树脂1.75.41.2对于单一的Cu或Al金属而言，虽导热性能优异，可达到200-400W/m·k，但Cu、A1的金属热膨胀系数CTE与Si的CTE差异较大，导致芯片容易受热应力影响而产生脆性裂纹。对于单一的Mo或W金属，虽然热膨胀系数较低，导热性能远高于合金Invar和合金Kovar，而且强度和硬度也高，应用较为普遍，但Mo和W存在价格昂贵、加工困难、可焊性差以及密度大的不足。由此，金属复合材料(简称MMC)已得到广泛应用。金属复合材料，例如Cu/W、Cu/Mo、CIC（Cu/invar/Cu）、CMC(Cu/Mo/Cu)、Kovar/Cu/Kovar、Cu/Kovar和Cu/钢/Cu等，具有优异的导热和低CTE性能，能够大大降低生产成本，广泛应用于半导体封装、PCB芯层和引线框架等热沉材料领域，特别是大功率电子器件(如整流管、晶闸管、功率模块、激光二极管、微波管等)和微电子器件(如计算机CPU、DSP芯片)中，而且在微波通讯、自动控制、电源转换、航空航天等领域发挥着重要作用。当前，以上所述的复合金属材料制作工艺主要有粉镀+轧压法、渗熔法、电镀法。其中，电镀法制作工艺最为简单，没有材料空隙或致密度问题，无需大型轧压机械设备，因而投资成本小。然而，电镀法面临着这样的主要问题，也即，对诸如W、Mo、不锈钢的这些耐腐蚀金属基材进行电镀，所得电镀层与金属基材的结合力较小或容易脱落。此外，近年来随着新型复合材料的发展，利用“低膨胀、高热导率、且密度小”的材料例如高模量C纤维、B纤维、石墨、金刚石、AlN等作为增强相，将其与Cu、Al、Mo、W制作成增强型复合热沉材料。例如，对于碳纤维-金属增强型复合材料，虽“热导率高、CTE和密度低”，但其制造技术还存在一定的困难，主要也是表现在碳纤维与金属基体结合力不强。此外，所得材料价格也比较高。因此，需要一种改进的提高热沉复合材料基体与电镀层的结合力的方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上问题，本专利技术的目的之一在于提供一种用于提高热沉复合材料电镀层的结合力的方法，并且通过该方法制备得到一种热沉复合材料以及埋有此种热沉复合材料的高频PCB板。具体地，本专利技术公开了一种用于处理热沉复合材料基材以提高其电镀结合力的方法。该方法包括：提供带有金属氧化层的耐腐蚀金属基材；通过离子注入在耐腐蚀金属基材的表面上注入金属离子以形成离子注入过渡层；以及通过电镀在离子注入过渡层上镀覆第二金属离子以形成电镀层。在一个实施例中，金属离子被注入到金属基材的表面氧化层上。由此，覆盖了原有氧化层并且与其发生微观表面反应，从而形成高结合力的离子注入过渡层。任选地，耐腐蚀金属基材包括W、Mo、合金Kovar、合金Invar等。在一个实施例中，该方法还包括通过离子注入在金属基材上注入金属离子之后接着又一次进行离子注入另一金属离子。任选地，金属离子包括Ni、Cu等。在另一实施例中，不同于带有金属氧化层的耐腐蚀金属基材，提供的是诸如C纤维、B纤维、石墨、金刚石、AlN等的“低膨胀、高热导率且密度小”的基材。另一方面，本专利技术提供了一种电镀结合力增强的热沉复合材料。该热沉复合材料包括基材、电镀层，以及介于基材和电镀层之间的离子注入过渡层。在一个实施例中，基材为由W、Mo、合金Kovar、合金Invar等构成的耐腐蚀金属基材。在耐腐蚀金属基材的表面由于材料的化学钝化作用，基材本身具有金属氧化层影响电镀导电性和结合力。其中，金属离子注入到金属氧化层上并将其覆盖而形成离子注入过渡层，从而提高电镀导电性和结合力。在另一实施例中，基材为由C纤维、B纤维、石墨、金刚石、AlN等构成。任选地，离子注入过渡层包括Ni、Cu、Ni+Cu。在一个实施例中，热沉复合材料还包括形成在离子注入过渡层上的Cu离子沉积过渡层。任选地，电镀层例如包括Cu、Ni、Au、Pd、Ag等的单镀层，或者Ni+Au、Ni+Cu、Ni+Pd、Ni+Ag等的双镀层。又一方面，本专利技术还提供一种高频PCB板，其埋有根据本专利技术的热沉复合材料。高频PCB板包括内层芯板和外层铜层，以及设置在内层芯板和外层铜层之间用于绝缘的基材例如高频低DK（介电常数）有机树脂材料。内层芯板由两层或多层构成，在层与层之间同样地设置有绝缘基材例如高频低DK有机树脂材料。有机树脂材料例如包括PTFE、LCP、PPE中的一种或多种。任选地，高频PCB板还提供有导通PCB板上、下外层的金属化孔。热沉复合材料埋在高频PCB板内与金属化孔间隔开。该热沉复合材料由内到外依次地包含基材、离子注入过渡层以及电镀铜层。类似于内层芯板的外部上、下铜层，热沉复合材料的电镀铜层经过棕化处理。对于上述方法的实施例的变型和改进在本专利技术的范围和精神内，且可在本文中进一步描述。附图说明下面通过参考附图并结合实例具体地描述本专利技术，本专利技术的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本专利技术的解释说明，而不构成对本专利技术的任何意义上的限制，附图仅是示意性的，并非严格地按比例绘制。在附图中：图1为根据本专利技术的用于处理热沉复合材料基材以提高其电镀结合力的方法的流程图；图2为根据本专利技术方法的具有单面离子注入过渡层的热沉复合材料；图3为根据本专利技术方法的具有双面离子注入过渡层的热沉复合材料；图4为根据本专利技术的离子注入的工作原理示意图；以及图5为根据本专利技术的埋有热沉复合材料的高频PCB板。具体实施方式现将详细地参照本专利技术的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均是以阐述本专利技术的方式提供的，而并不限制本专利技术。实际上，本领域的技术人员很清楚，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可在本专利技术中作出各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，期望的是，本专利技术包含归入所附权利要求及其等同方案范围内的这些修改和变型。实践中，在诸如W、Mo、不锈钢等的耐腐蚀金属基材上进行电镀，所得电镀层与基材结合力较小或容易脱落。专利技术人研究发现，造成此种现象的主要原因在于耐腐蚀金属基材表面的氧化层难以处理，从而影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理热沉复合材料基材以提高其电镀结合力的方法，包括：提供带有金属氧化层的耐腐蚀金属基材；通过离子注入在所述耐腐蚀金属基材的表面上注入第一金属离子以形成离子注入过渡层；以及通过电镀在所述离子注入过渡层上镀覆第二金属离子以形成电镀层。

【技术特征摘要】
1.一种用于处理热沉复合材料基材以提高其电镀结合力的方法，包括：提供带有金属氧化层的耐腐蚀金属基材；通过离子注入在所述耐腐蚀金属基材的表面上注入第一金属离子以形成离子注入过渡层；以及通过电镀在所述离子注入过渡层上镀覆第二金属离子以形成电镀层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金属离子被注入到所述金属氧化层上并且覆盖所述金属氧化层以形成所述离子注入过渡层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐腐蚀金属基材包括W、Mo、合金Kovar或合金Invar。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成所述离子注入过渡层的过程中，在离子注入所述第一金属离子之后接着又一次进行离子注入另一金属离子。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成所述离子注入过渡层之后再进行磁过滤沉积Cu离子以形成Cu离子沉积过渡层。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金属离子和第二金属离子分别包括Ni或Cu。7.一种用于处理热沉复合材料基材以提高其电镀结合力的方法，包括：提供基材，所述基材包括C纤维、B纤维、石墨、金刚石或AlN；通过离子注入在所述基材的表面上注入第一金属离子以形成离子注入过渡层；以及通过电镀在所述离子注入过渡层上镀覆第二金属离子以形成电镀层。8.根据权利要求7所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，杨志刚，
申请(专利权)人：武汉光谷创元电子有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42