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