二层型pi膜挠性覆铜板工艺开发研究报告

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1、密级：秘密核工业西南物理研究院二层型PI膜挠性覆铜板工艺开发研究报告承担单位成都同创表面新技术工程中心委托单位珠海市创元科技有限责任公司起讫时间2011年8月——2011年12月二〇一一年十二月目录目录I引言1第一章Ni离子注入+Ar离子束溅射沉积Ni/Cu薄膜+电镀铜21、结果及讨论31.1剥离强度31.2耐折性32、结论4第二章Ni离子注入+直角弯管磁过滤直流阴极弧沉积Ni/Cu薄膜+电镀铜41、工艺筛选试验51.1Ni/Cu薄膜厚度51.2剥离强度51.3耐折性61.4弯折性测试61.5附着力测试71.6可焊性测试71.7

2、热应力测试71.8抗化学性测试71.9击穿电压测试71.10表面电阻测试81.11体积电阻率测试82、工艺验证试验83、结论9I引言覆铜板在印制电路板中起互连导通、绝缘和支撑作用，印制电路板的性能、品质、制造水平、制造成本在很大程度上取决于所使用的覆铜板。挠性电路板是以挠性覆铜板为基材，通过蚀刻在铜箔上形成线路而制成的的印制电路，具有可随意弯曲折叠、重量轻、体积小、散热性好、可靠性高、安装方便等优点，在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、数字相机等领域或产品上得到了广泛应用。传统的挠性覆铜板，主要是以PI膜/粘接剂/铜箔

3、这三层结构为主，但粘接剂的耐热性与尺寸稳定性不佳，长期使用温度限制在100—200℃，使得三层型覆铜板的使用领域受限。二层型PI膜挠性覆铜板不含粘接剂，没有卤素阻燃剂，耐热性能相当优异，能够满足无铅高温制程的要求，符合欧盟ROHS指令，长期使用温度可达300℃。二层型PI膜挠性覆铜板尺寸变化受温度影响相当小，良好的尺寸稳定性有助于细线化电路制程，可以做出更精细的线路。当今的电子产品如LCD、PDP、COF基板等都要求细线化、高密度、高尺寸稳定、耐高温及高可靠性，在电子产品逐渐走向轻薄微小的发展趋势下，二层型PI膜挠性覆铜板将成为

4、市场的主流，将逐步取代传统的三层型有胶覆铜板，成为业界今后的发展方向。由于镍不易氧化，在线路板制程中容易刻蚀，膨胀系数又较接近于PI膜，所以为了提高膜基结合力，我们考虑采用镍离子注入PI膜后沉积一层nm级的镍和铜薄膜，之后再电镀一层12um厚的铜膜制成二层型PI膜挠性覆铜板。根据成膜粒子的能量、成膜速度及致密性的不同，我们采用了两种工艺开发试验方案：（一）Ni离子注入+Ar离子束溅射沉积Ni/Cu薄膜+电镀铜；（二）Ni离子注入+直角弯管磁过滤直流阴极弧沉积Ni/Cu薄膜+电镀铜。PI膜厚为25um，幅宽260mm，单层卷绕于卷

5、筒之上，卷筒壁厚为0.5mm，直径320mm，高280mm。由于PI膜易吸潮，在注入沉积前我们对两种不同的杜邦、钟渊PI膜都进行了24小时100℃的真空烘烤除气处理。电镀时，阴极电流密度为5A/dm2，电镀液的主要成份为：150g/L的CuSO4.5H2O、80g/L的H2SO4、60mg/L的Cl-、适量添加剂10（A——1ml/L，B——2ml/L，C——5ml/L）。采用椭偏仪测试所沉积的nm级镍和铜薄膜厚度。按照中国印制电路行业协会标准《CPCA/JPCA-BM03-2005——印制电路用挠性覆铜板》进行覆铜板的可焊性、

6、热应力、剥离强度、抗化学性、弯折性、附着力等相关测试；按照日本JISP8115:2001（MIT试验机法）进行覆铜板的耐折性测试；按照美国ASTMD149-09（固体电绝缘材料在工业电源频率下的介电击穿和介电强度的试验方法）进行覆铜板的击穿电压测试；按照美国ASTMD257-1999(R2005)（固体绝缘材料直流电阻和电导试验方法）进行覆铜板的表面电阻和体积电阻率测试。第一章Ni离子注入+Ar离子束溅射沉积Ni/Cu薄膜+电镀铜Ni离子注入+Ar离子束溅射沉积Ni/Cu薄膜的试验在核工业西南物理研究院研制的多功能离子注入机上进

7、行。离子注入机的本底真空抽至8.0×10-4Pa后，送Ar气至1.0×10-2Pa进行相关的注入、溅射沉积操作。Ni离子的注入能量均为10kV，Ni、Cu靶材安装在手动控制的四工位溅射靶台上，溅射气体源的Ar离子溅射能量为1500V/100mA，卷筒的自转速度为4r/min。图1为相应的Ni离子注入+Ar离子束溅射沉积Ni/Cu薄膜的工艺示意图。采用两组不同的工艺参数进行了相关试验，具体工艺参数见表1。图1Ni离子注入+Ar离子束溅射沉积Ni/Cu薄膜工艺示意图101、结果及讨论1.1剥离强度将所制覆铜板的铜箔、PI膜一端剥离，

8、夹持在ASIDA-DL21B剥离强度测试仪上进行了相关测试。从表1中可以看出，两片覆铜板的平均剥离强度难分伯仲，但从数据离散性来看，Ni离子注入剂量较大、Ni/Cu薄膜较厚的第2片覆铜板的剥离强度较好。第2片覆铜板的剥离强度能够满足线路板厂家所提出的剥离强度≥0