[發明專利]微型鉆頭表面改性用多元多層硬質薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200710032728.2
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101210310A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 代明江;林松盛;李洪武;朱霞高;侯惠君;劉敏;張忠誠;林凱生;況敏
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14;C23C14/35;B32B33/00;B32B9/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明涉及一種可沉積于微型鉆頭表面的多元多層硬質薄膜材料及其制備方法。

背景技術

隨著計算機、手機等微電子行業向微型化快速發展，與微型化密切相關的微電子線路板(PCB：Printed?Circuit?Board)的加工日趨高速、自動化、精密化、小型化，這就要求對微電子線路板進行精細加工的專用微型鉆頭能在高溫、高速、高磨損、強腐蝕等苛刻條件下進行長期、穩定、高速的切削。PCB板的材質主要為覆銅的玻璃纖維增強層狀復合材料，一般為幾層到十幾層。PCB微型鉆頭通用直徑為0.10～2.0mm，在進行PCB板加工時，其轉速可達16萬轉/分鐘，由于鉆速高，微鉆直徑小，排屑難，整個鉆孔過程溫度高，且PCB材料對微型鉆頭基材的腐蝕性極強，使微型鉆頭很容易因擴散、粘結、熱電磨損而失效。一方面微型鉆頭磨損會降低孔的尺寸精度及其壽命；另一方面，磨損產生的熱量會導致線路板材料中低熔點組元的熔化以及復合材料層之間的分離，在孔出口處產生拉毛、釘頭等缺陷，嚴重時則會導致電路板報廢。

針對目前PCB加工的苛刻條件，人們采用了兩種解決途徑：一種是改進硬質合金材質，但材質的改進對微型鉆頭性能和壽命提高有限；另一種是在微型鉆頭表面涂鍍一層或多層約幾個微米厚的陶瓷薄膜，利用鉆頭表層陶瓷薄膜的耐磨性、抗高溫氧化、低摩擦系數等性能，不僅可將微型鉆頭的壽命延長幾倍，還可顯著提高PCB加工的效率和鉆孔質量，大大降低PCB的加工成本。

中國專利公開號CN?1786253A和CN?1864900A報道了采用英國Teer公司的非平衡磁控濺射技術在微型鉆頭表面制備的CrTiAlN膜層。該膜層具有良好的硬度和耐磨性，可有效降低微型鉆頭的磨損速率，延長其使用壽命。但CrTiAlN膜層摩擦系數較大，約0.4～0.8，在高速切削時，容易和被加工的PCB材料粘結，產生高的熱量甚至會造成低熔點材料熔化或半熔化，以致降低了PCB的加工質量，如釘頭增大、孔位精確度下降等。為了在延長微型鉆頭使用壽命的同時，保證PCB的加工質量，這就要求微型鉆頭表面強化膜層不僅具有良好的硬度、膜/基結合力、韌性、耐高溫等特性，還要具有減摩耐蝕等特性，顯然單一膜層難以達到這一要求。此外，隨著微型鉆頭的直徑越來越小以及結構逐漸由整體式硬質合金轉為焊接式(柄為高速鋼，工作部位為硬質合金)，由于沉積溫度一般為300～500℃，常規單一的硬質薄膜制備技術容易造成微型鉆頭變形，進而導致PCB板加工孔位精確度低，難以滿足高精密微電子行業的發展需求。

發明內容

本發明的目的是克服現有薄膜制備技術存在的缺點和不足，提供一種多元多層硬質薄膜CrTiAlCN+DLC(DLC即類金剛石)材料。該材料顯微硬度高、膜/基結合力高、摩擦系數低、良好的耐磨、耐蝕等性能，提高微型鉆頭使用壽命，同時解決鉆削時“孔位精確度”、“孔壁粗糙度”、“釘頭”等性能指標超標的問題。

本發明的另一個目的是提供一種多元多層硬質薄膜材料CrTiAlCN+DLC的制備方法，該方法沉積溫度為100～200℃，膜層細膩，適宜于整體式和焊接式硬質合金微型鉆頭的表面改性。

本發明是通過以下技術方案實現的：多元多層硬質薄膜材料依次由基材1、金屬過渡層2、金屬氮化物過渡層3、硬質耐磨層4、自潤滑層5構成。

所述的基體材料1為Φ0.1～2.0mm的整體式或焊接式硬質合金微型鉆頭。

所述的金屬過渡層2為Cr，金屬氮化物過渡層3為CrN，硬質耐磨層4為CrTiAlCN，自潤滑層5為DLC。

多元多層硬質薄膜材料的制備方法是采用Cr、Ti、Al靶在達到本底真空：5.0×10^-3Pa，溫度：100～200℃，工件架轉速：2～10rpm條件下，依次包括以下步驟：

①爐內壓強：0.2～1.0Pa，Ar氣流量：150sccm，離子源：2Kw，偏壓：800V，轟擊清洗基材30min；

②爐內壓強：0.2～0.4Pa，Ar氣流量：100～150sccm，磁控Cr靶功率：2.0～10Kw，離子源：0.5Kw，偏壓：50～150V，沉積金屬過渡層Cr：5～15min；

③爐內壓強：0.3～0.6Pa，Ar氣流量：100～150sccm，N₂：10～50sccm，磁控Cr靶功率：5.0～10Kw，離子源：0.5Kw，偏壓：50～150V，沉積金屬氮化物過渡層CrN：15～30min；