DE60115782T2

DE60115782T2 - Verfahren zur Herstellung chrombeschichteten Kupfers für Leiterplatten

Info

Publication number: DE60115782T2
Application number: DE60115782T
Authority: DE
Inventors: Jiangtao Wang; John Callahan; Dan Lillie
Original assignee: Nikko Materials USA Inc
Current assignee: Gould Electronics Inc
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: CN100465341C; EP1178128A1; DE60115782D1; TW503680B; JP3452557B2; US6489035B1; CA2352929C; CA2352929A1; JP2002115082A; KR20020011072A; CN1362538A; ATE312954T1; KR100416050B1; EP1178128B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Kupfer und insbesondere ein Verfahren zum Auftragen eines Metalls auf mindestens eine Seite einer Kupferfolie.
Hintergrund der Erfindung
Kupferfolie wird in der Produktion von Leiterplatten verwendet. In der Produktion von Leiterplatten ist es im allgemeinen notwendig, eine Kupferfolie an ein dielektrisches Substrat zu binden, um die Folie mit einer Formbeständigkeit und Gefügebeständigkeit zu versehen. Obwohl sie ein ausgezeichneter elektronischer Leiter ist, gibt es Probleme, die der Verwendung der Kupferfolie innewohnen. Zum Beispiel wird Kupfer leicht oxidiert und korrodiert, und Kupfer selbst, sei es metallisiert oder gewalzt, haftet nicht gut an solchen Substraten. Es ist auch bekannt, daß Kupfer die Zersetzung der dielektrischen Substrate beschleunigt oder katalysiert. Aus diesen Gründen wird Kupferfolie typischerweise mit einer oder mehreren Schutzschichten verkauft, die auf seine Oberfläche aufgetragen sind.
Es ist bekannt, daß eine dünne Chromschicht, die auf eine Kupferfolie abgeschieden wird, viele Anwendungen für Leiterplatten hat. Es gibt zwei Arten, die dünne Chromschicht auf einer Kupferoberfläche abzuscheiden. Eine besteht aus einem elektrolytischen Abscheidungsverfahren, und die andere aus einem Vakuumbedampfungsverfahren.
Das elektrolytische Abscheidungsverfahren hat mehrere Nachteile. Zuerst verwendet das Verfahren umweltgefährdendes Material, das schwierig und kostspielig zur handhaben und zu beseitigen ist. Ferner ist dieser Verfahrenstyp ungenau und ineffizient.
Bezüglich des Vakuumbedampfungsverfahrens ist, um eine zufriedenstellende Adhäsion zwischen dem aufgetragenen Chrom und Kupfer sicherzustellen, eine ausgedehnte rigorose Vorbehandlung des Kupfers erforderlich, um Kupferoxid von dessen Oberfläche vor der Vakuumbedampfung des Chroms zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese und andere Probleme und stellt ein Verfahren zur Bildung eines metallbeschichteten Kupfers durch ein Vakuumbedampfungsverfahren bereit, das kein ausgedehntes rigoroses Vorbehandlungsverfahren erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Auftragen eines Widerstandsmaterials auf einer Kupferschicht bereitgestellt, das die Schritte aufweist:
Stabilisieren einer Oberfläche einer Kupferschicht durch Auftragen einer Stabilisierungsschicht darauf, wobei die Stabilisierungsschicht Zinkoxid, Chromoxid, Nickel, Nickeloxid oder einer Kombination davon aufweist und eine Dicke zwischen 5 Å und 70 Å aufweist; und
Aufdampfen eines elektrischen Widerstandsmaterials auf die stabilisierte Oberfläche der Kupferschicht.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Bahnenmaterial bereitgestellt, das eine rückbehandelte Kupferfolie mit einer matten Seite und einer behandelten, glänzenden Seite aufweist, die behandelt wird, damit Mikrokügelchen darauf gebildet werden. Es wird eine Stabilisierungsschicht auf der behandelten, glänzenden Seite des Kupfers bereitgestellt. Die Stabilisierungsschicht weist Zinkoxid, Chromoxid oder eine Kombination davon auf und weist eine Dicke zwischen 5 Å und 70 Å auf. Es wird ein aufgedampftes Widerstandsmaterial auf der Stabilisierungsschicht abgeschieden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine chrombeschichtete Kupferschicht zur Verwendung bei der Fertigung von Leiterplatten bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung einer chrombeschichteten Kupferschicht wie oben beschrieben durch ein Vakuumbedampfungsverfahren be reitzustellen, das keine ausgedehnte, rigorose Vorreinigung der Kupferoberfläche vor der Abscheidung des Chroms erfordert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vakuumabscheiden eines Metalls auf eine Kupferoberfläche bereitzustellen.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein im wesentlichen kontinuierliches Verfahren wie oben beschrieben bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupferkomponente mit einer Schicht aus Widerstandsmaterial darauf zur Verwendung bei der Fertigung von Leiterplatten bereitzustellen.
Diese und andere Aufgaben werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlich werden, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen vorgenommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann eine Aufgestaltung in bestimmten Teilen und in einer Anordnung von Teilen annehmen, wobei eine bevorzugte Ausführungsform von ihr im Detail in der Beschreibung beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt wird, die einen Teil davon bilden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auftragen eines Metalls auf eine Oberfläche einer Kupferfolie;
2 eine vergrößerte Schnittansicht, die längs der Linien 2-2 der 1 aufgenommen ist, die eine Kupferfolienbahn zeigt;
3 eine vergrößerte Schnittansicht, die längs der Linien 3-3 der 1 aufgenommen ist, die die Kupferfolienbahn der 2 mit Stabilisierungsschichten darauf zeigt;
4 eine vergrößerte Schnittansicht, die längs der Linien 4-4 der 1 aufgenommen ist, die eine Kupferbahn zeigt, die ein aufgedampftes Metall auf ihrer matten Seite aufweist;
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Bahn der rückbehandelten Kupferfolie, die Mikrokügelchen auf ihrer glänzenden Seite aufweist;
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 5 gezeigten Kupferfolie mit einer Stabilisierungsschicht auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen;
7 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 6 gezeigten Kupferfolie mit einer aufgedampften Widerstandsschicht auf ihrer matten Seite;
8 eine obere perspektivische Ansicht eines Widerstandselements, das aus der Widerstandsfolie gebildet wird, die in 7 gezeigt wird;
9 eine graphische Darstellung, die den spezifischen Bahnwiderstand der Dicke für zwei Widerstandslegierungen gegenüberstellt;
10 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Bahn der rückbehandelten Kupferfolie mit Mikrokügelchen auf ihrer glänzenden Seite und einer Widerstandsschicht, die auf die Mikrokügelchen aufgedampft ist;
11 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Bahn einer herkömmlichen, galvanisch geformten Kupferfolie mit einer aufgedampften Widerstandsschicht auf ihrer glänzenden Seite;
12 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer matten Seite einer Bahn der herkömmlichen Kupferfolie, wobei die matte Seite Mikrokügelchen darauf und eine aufgedampfte Widerstandsschicht auf den Mikrokügelchen aufweist; und
12A eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 12A der 12.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines Metalls auf eine Kupferoberfläche. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „Metall" auf Metalle und Legierungen, die zur Vakuumbedampfung durch die hierin offenbarten Verfahren imstande sind. Die Erfindung ist insbesondere auf die Auftragung von Chrom auf eine Kupferfolie anwendbar und wird unter besonderer Bezugnahme darauf beschrieben, wobei jedoch erkannt werden wird, daß das offenbarte Verfahren auch bei der Auftragung eines Metalls wie Aluminium, Nickel, Kupfer, Eisen, Indium, Zink, Tantal, Zinn, Vanadium, Wolfram, Zirkon, Molybdän und Legierungen davon auf eine Kupferfolie verwendet werden kann.
Die mit dieser Erfindung verwendeten Kupferfolien können hergestellt werden, indem eine von zwei Techniken verwendet wird. Eine geschmiedete oder gewalzte Kupferfolie wird hergestellt, indem die Dicke eines Kupfer- oder Kupferlegierungsstreifens oder Blocks durch ein Verfahren wie Walzen mechanisch reduziert wird. Eine galvanisch abgeschiedene Folie wird hergestellt, indem elektrolytisch Kupferionen auf eine rotierende Kathodentrommel abgeschieden werden und dann die abgeschiedene Folie von der Kathode abgeschält wird. Es finden bei dieser Erfindung galvanisch abgeschiedene Kupferfolien eine vorteilhafte Anwendung.
Die Kupferfolien weisen typischerweise Nenndicken auf, die von etwa 0,0002 Inch (0,005 mm) bis etwa 0,02 inch (0,51 mm) reichen. Die Kupferfoliendicke wird manchmal in Form des Gewichts ausgedrückt, und typischerweise weisen die Folien der vorliegenden Erfindung Gewichte oder Dicken auf, die von etwa 1/8 bis etwa 14 Unzen pro Quadratfuß (oz/ft²) (0,004–0,43 g/cm²) reichen. Besonders nützliche Kupferfolien sind jene, die Gewichte von 1/3, 1/2, 1 oder 2 oz/ft² (0,01, 0,015, 0,305 oder 0,06 g/cm²) aufweisen.
Galvanisch abgeschiedene Kupferfolien weisen eine glatte oder glänzende (Trommel)-Seite und eine rauhe oder matte (Kupferabscheidungszüchtungsvorder)-Seite auf. Die durch das erfinderische Verfahren aufgetragene Stabilisierungsschicht kann auf eine Seite der Folie aufgetragen werden, und in einigen Fällen wird sie auf beide Seiten aufgetragen. In einer Ausführungsform wird die durch das erfinderische Verfahren aufgetragene Schicht auf die glänzende Seite der Folie aufgetragen.
Die Seite oder Seiten der Folie, auf denen die durch das erfinderische Verfahren aufgetragene Schicht liegt, können aus einer „Oberfläche mit Standardprofil", einer „Oberfläche mit niedrigem Profil" oder einer „Oberfläche mit sehr niedrigem Profil" bestehen. Nützliche Ausführungsformen umfassen die Verwendung von Folien einer Oberfläche mit niedrigem Profil und Oberflächen mit sehr niedrigem Profil. Der Ausdruck „Oberfläche mit Standardprofil" wird hierin verwendet, um eine Folienoberfläche zu bezeichnen, die ein R_lm (IPC-MF-150F) von mehr als 10,2 Mikrometern aufweist. Der Ausdruck „Oberfläche mit niedrigem Profil" bezeichnet eine Folienoberfläche mit einem R_lm (IPC-MF-150F) von weniger als 10,2 μ. Der Ausdruck „Oberfläche mit sehr niedrigem Profil" bezeichnet eine Folienoberfläche mit einem R_lm (IPC-MF-150F) von weniger als 5,1 μ. R_lm (IPC-MF-150F) ist der Mittelwert der maximalen Spitze-Tal-Vertikalmessungen aus jeder von fünf aufeinanderfolgenden Stichprobenmessungen und kann unter Verwendung eines SURTRONTC^® 3 Profilometers gemessen werden, das durch Rank Taylor Hobson, Ltd., Leicester, England vermarktet wird.
Es wird durch Fachleute erkannt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht nur eine Kupferfolie mit einer Stabilisierungsschicht auf einer Oberfläche davon betrifft, sondern auch Kupferschichten betrifft, die auf andere Substrate abgeschieden oder geklebt worden sind und die eine Stabilisierungsschicht aufweisen, die nach der Abscheidung oder bevor oder nachdem sie auf ein anderes Substrat geklebt werden, auf eine Oberfläche davon aufgetragen wird. Solche Substrate umfassen Polyimid (siehe die US-Patente Nr. 5,685,970 und 5,681,443, andere Polymersubstrate, organische Substrate, Aluminium (siehe das US-Patent Nr. 5,153,050, Metallsubstrate (siehe das US-Patent Nr. 5,674,596 oder Laminate aus Kupfer und INVAR^®.
Nun auf die Zeichnungen bezugnehmend, wobei die Darstellungen nur zum Zweck der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen, und nicht zum Zweck, sie zu begrenzen, ist 1 eine schematische Ansicht eines im allgemeinen kontinuierlichen Fertigungsverfahrens 10 zur Auftragung eines Metalls auf eine Kupferoberfläche, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der gezeigten Ausführungsform liefert eine Rolle 11 einen im allgemeinen kontinuierlichen Streifen der Kupferfolie 12. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Kupferfolie 12.
Die Kupferfolie 12 weist eine glänzende Seite 14 und eine matte Seite 16 auf. (In den Zeichnungen wird die matte Seite 16 der Kupferfolie 12 zu Veranschauungszwecken übertrieben gezeigt).
Die Kupferfolie 12 wird vorzugsweise einem ersten Reinigungsverfahren unterzogen, das in den Zeichnungen mit 20 bezeichnet wird, um auf deren Oberflächen einen Oxidfilm zu entfernen. In der gezeigten Ausführungsform wird die Kupferfolie 12 um eine Führungswalze 24 mittels Führungsrollen 26 in einen Tank 22 befördert. Der Tank 22 enthält eine Reinigungslösung, um den Oxidfilm von den Oberflächen der Kupferfolie 12 zu entfernen. Es wird vorzugsweise eine Säurelösung verwendet, um die Kupferoxidschicht von der Kupferfolie 12 zu entfernen. Eine typische Säurelösung zur Reinigung der Kupferfolie 12 kann 10–80 g/l H₂SO₄ enthalten. In einer Ausführungsform werden 50 g/l H₂SO₄ verwendet, um die Kupferoxidschicht von der Kupferfolie 12 zu entfernen.
Nach dem Reinigungsverfahren 20 wird die Kupferfolie 12 einem Spülverfahren unterzogen, das mit 30 bezeichnet wird, wobei Sprühelemente 32, die über und unter der Kupferfolie 12 angeordnet sind, die Oberflächen der Kupferfolie 12 mit Wasser besprühen. Ein Tank 34, der unter den Sprühelementen 32 angeordnet ist, sammelt das gesprühte Wasser davon.
Anschließend an das Reinigungsverfahren 20 und das Spülverfahren 30 wird die Kupferfolie 12 einem Stabilisierungsverfahren unterzogen, das mit 40 bezeichnet ist. Die Kupferfolie 12 wird in einen Tank 42 und um eine Führungswalze 44 geleitet. Die Kupferfolie 12 wird durch Führungsrollen 46 relativ zur Führungswalze 44 angeordnet. Der Tank 42 enthält eine Elektrolytlösung. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Elektrolytlösung Zinkionen und Chromionen. Die Quelle der Zinkionen für die Elektrolytlösung kann aus irgendeinem Zinksalz bestehen, wobei Beispiele ZnSO₄, ZnCO₃, ZnCrO₄ usw. umfassen. Die Quelle der Chromionen für die Elektrolytlösung kann jedes hexavalente Chromsalz oder jede Chromverbindung sein, wobei Beispiele ZnCrO₄, CrO₃ usw. umfassen.
Die Konzentration der Zinkionen in der Elektrolytlösung liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 2 g/l, vorzugsweise etwa 0,3 bis etwa 0,6 g/l, und bevorzugter etwa 0,4 bis etwa 0,5 g/l. Die Konzentration der Chromionen in der Elektrolytlösung liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 5 g/l, vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 3 g/l, und bevorzugter etwa 0,5 bis etwa 1,0 g/l.
In einer weiteren Ausführungsform können Nickeloxid oder Nickelmetall für sich allein abgeschieden werden oder mit entweder Zinkoxid oder Chromoxid oder beiden zusammen abgeschieden werden, um die Stabilisierungsschicht zu bilden. Die Quelle der Nickelionen für die Elektrolytlösung kann irgendeine der folgenden einzeln oder in Kombination sein: Ni₂SO₄, NiCO₃ usw.
Die Konzentration der Nickelionen in der Elektrolytlösung liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,2 g/l bis etwa 1,2 g/l.
In einer weiteren Ausführungsform können andere Stabilisierungsschichten, wie jene, die Phosphor enthalten, wie im US-Patent No. 5,908,544 offenbart, verwendet werden.
Die Elektrolytlösung kann andere herkömmliche Additive wie Na₂SO₄ mit Konzentrationen im Bereich von etwa 1 bis etwa 50 g/l, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 20 g/l und bevorzugter etwa 12 bis etwa 18 g/l enthalten. Der pH der Elektrolytlösung liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 3 bis etwa 6, vorzugsweise etwa 4 bis etwa 5, und bevorzugter etwa 4,8 bis 5,0.
Die Temperatur der Elektrolytlösung liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 20°C bis etwa 100°C, vorzugsweise etwa 25°C bis etwa 45°C, und bevorzugter von etwa 26°C bis etwa 44°C.
Wie in 1 zu erkennen ist, sind benachbart zu jeder Seite der Kupferfolie 12 Anoden 48 angeordnet, um eine Stromdichte an die Kupferfolie 12 anzulegen. Die Führungsrollen 46 bestehen aus kathodischen Rollen, wobei eine Stabilisierungsschicht 49, die aus Zinkoxid und Chromoxid besteht, auf die freiliegende glänzende Seite 14 und matte Seite 16 der Kupferfolie 12 abgeschieden wird, wenn die Anoden 48 durch eine (nicht gezeigte) Stromquelle mit Strom versorgt werden. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Kupferfolie 12 mit Stabilisierungsschichten 49 auf der glänzenden Seite 14 und der matten Seite 16 zeigt.
Die Stromdichte liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 1 bis etwa 100 amps/ft² (0,001 bis 0,11 A/cm²) vorzugsweise etwa 25 bis etwa 50 amps/ft² (0,027 bis 0,054 A/cm²) und bevorzugter etwa 30 amps/ft² (0,032 A/cm²). Wo mehrere Anoden eingesetzt werden, kann sie zwischen den Anoden variiert werden.
Die Metallisierungszeit, die verwendet wird, liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 1 bis etwa 30 Sekunden, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 20 Sekunden, und bevorzugter etwa 15 Sekunden. In einer Ausführungsform beträgt die Gesamtbehandlungszeit auf der glänzenden oder glatten Seite etwa 3 bis 10 Sekunden, und auf der matten Seite etwa 1 bis etwa 5 Sekunden.
In einer Ausführungsform liegt das molare Verhältnis der Chromionen zu den Zinkionen in der Elektrolytlösung im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 10, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 5, und beträgt bevorzugter etwa 1,4.
Erfindungsgemäß liegt die Dicke der Stabilisierungsschichten 49, die auf die Kupferfolie 12 aufgetragen werden, zwischen etwa 5 Å und etwa 70 Å und vorzugsweise zwischen etwa 20 Å und etwa 50 Å.
In der vorher beschriebenen Ausführungsform besteht die Stabilisierungsschicht 49 aus Chromoxid und Zinkoxid. Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung besteht die Stabilisierungsschicht 49 nur aus Chromoxid. Die Badchemie und die Verfahrensbedingungen zur Auftragung einer Chromoxidstabilisierungsschicht sind wie folgt:
1–10 g/l CrO₃-Lösung
Bevorzugt 5 g/l CrO₃
pH –2
Badtemperatur: 25°C
10–30 amps/ft² (0,01–0,03 A/cm²) für 5–10 Sekunden
oder Tauchbehandlung: 10 Sekunden
Anschließend an das Stabilisierungsverfahren 40 wird die Kupferfolie 12 mit den Stabilisierungsschichten 49 darauf einem Spülverfahren unterzogen, das in den Zeichnungen mit 50 bezeichnet wird. Sprühelemente 52, die über und unter der Kupferfolie 12 angeordnet sind, sprühen Wasser auf die Oberflächen der Kupferfolie 12 (mit den Stabilisierungsschichten 49), um sie zu spülen und zu reinigen und um jede restliche Elektrolytlösung davon zu entfernen. Ein Tank 54, der unter den Sprühdüsen 52 angeordnet ist, sammelt die Spüllösung.
Die Kupferfolie 12 mit den Stabilisierungsschichten 49 darauf wird einem Trocknungsverfahren 60 unterzogen, das schematisch in 1 gezeigt wird. In der gezeigten Ausführungsform sind Gebläsetrockner 62 über und unter der Kupferfolie 12 angeordnet, um Luft auf die Kupferfolie 12 zu leiten, um deren Oberfläche zu trocknen.
Erfindungsgemäß wird anschließend an die Auftragung der Stabilisierungsschichten 49 ein Metall auf eine oder beide stabilisierten Oberflächen der Kupferfolie 12 vakuumbedampft. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Metall auf die matte Seite 16 der Kupferfolie 12 aufgetragen. Das Metall kann jedes Metall sein, das zur Vakuumbedampfung imstande ist, einschließlich jenen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Aluminium, Nickel, Chrom, Kupfer, Eisen, Indium, Zink, Tantal, Zinn, Vanadium, Wolfram, Zirkon, Molybdän und Legierungen davon besteht. Erfindungsgemäß wird das Metall auf die Stabilisierungsschicht 49 auf der Kupferfolie 12 ohne eine zusätzliche Reinigung oder Oberflächenvorbereitung vakuumbedampft. Das Metall wird direkt auf die Stabilisierungsschicht 49 durch Vakuumbedampfungstechniken wie Zerstäubung, chemische Gasphasenabscheidung, Elektronenstrahlbedampfung, thermische Verdampfung, Ionenplattierung (über ein Substrat) oder eine Kombination solcher Verfahren aufgetragen. In der gezeigten Ausführungsform wird schematisch ein Zerstäubungsverfahren 70 dargestellt. Wie in 1 gezeigt, wird eine Kupferfolie 12 mit Stabilisierungsschichten 49 darauf in eine Abscheidungskammer befördert, die mit 72 bezeichnet ist. Eine Elektronenstrahlkanone 74 richtet einen Elektronenstrom auf ein Target 76, das aus einem Metall besteht, so daß Metallarten herausgeschlagen werden und auf einer Oberfläche der Kupferfolie 12 abgeschieden werden. In der gezeigten Ausführungsform trägt das Abscheidungsverfahren ein Metall auf die matte Seite der Kupferfolie 12 auf. Das aufgetragene Metall weist vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 50 Å und 5000 Å auf. In der gezeigten Ausfüh rungsform wird ein einzelnes Target 76 dargestellt. Wie erkannt werden wird, können mehrere Targets verwendet werden, und falls erwünscht kann das Metall sowohl auf die matte Seite 16 als auch auf die glänzende Seite 14 der Folie 12 aufgetragen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Chrom auf die matte Seite 16 einer Kupferfolie 12 als Adhäsionsschicht zerstäubungsabgeschieden, um die Adhäsion der Kupferfolie an einem Substrat zu verbessern. Es ist festgestellt worden, daß das vorhergehende Verfahren eine chrombeschichtete Kupferfolie mit guten Hafteigenschaften bereitstellt.
Die folgenden Beispiele werden zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung bereitgestellt. Wenn nicht anders angegeben, sind im folgenden Beispiel ebenso wie durch die Beschreibung und Ansprüche hindurch, alle Anteile und Prozentsätze auf die Masse bezogen, alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben, und alle Drücke beziehen sich auf den Luftdruck.
Beispiel 1
Beide Seiten einer rohen galvanisch abgeschiedenen Kupferfolie 1/3 oz/ft² (0,01 g/cm²) werden mit Stabilisierungsschichten wie folgt vorbehandelt:
Stabilisierungsbehandlung:
0,53 g/l Zink als ZnSO₄, 0,6 g/l Cr als CrO₃, 11 g/l Na₂SO₄
Bad-pH: 5,0
Badtemperatur: 42°C.
Stromdichte: 8–15 amps/ft² (0,009–0,016 A/cm²) für matte Seite 2–2,5 amps/ft² (0,002–0,026 A/cm²) für glänzende Seite
Metallisierungszeit:
glänzende Seite: 6–8 Sekunden
matte Seite: 3–4 Sekunden
Es wird dann Chrom auf die Stabilisierungsschicht(en) wie folgt aufgetragen:
Chromzerstäubung:
14''- (35,56 cm-) Zerstäuberanlage
Leistung: 5–8 Kilowatt
Lineargeschwindigkeit: 1,4 bis 2,2 ft/min (42,56–66,88 cm/min)
Chromdicke:
1200 Å für matte Seite
1300 Å für glänzende Seite
Beispiel 2
Beide Seiten eines Polyimidfilms werden mit Kupfer metallisiert (18 μ Kupfer/50 μ Polyimidfilm/5 μ Kupfer; dieses Produkt ist eines einer Familie von Gould^®flex-Produkten, die durch Gould Electronics Inc. hergestellt werden) und wie folgt behandelt:
Stabilisierungsbehandlung:
0,53 g/l Zink als ZnSO₄ 0,6 g/l Cr als CrO₃, 11 g/l Na₂SO₄
Bad-pH: 5,0
Badtemperatur: 42°C.
Stromdichte: 25 amps/ft² (0,027 A/cm²) für beide Seiten
Metallisierungszeit: für eine oder beide Seiten: 3–8 Sekunden
Chrom wird dann auf die Stabilisierungsschicht(en) wie folgt aufgetragen:
Chromzerstäubung:
14''- (35,56 cm-) Zerstäuberanlage
Leistung: 5–8 Kilowatt
Lineargeschwindigkeit: 1,8 bis 2,8 ft/min (54,72–85,12 cm/min)
Chromdicke: 1000 Å für 18 μ-Kupferseite
Kein Chrom auf 5 μ-Kupferseite aufgetragen
Beispiel 3
Beide Seiten eines Polyimidfilms werden mit Kupfer metallisiert (18 μ Kupfer/50 μ Polyimidfilm/5 μ Kupfer; dieses Produkt ist eines einer Familie von Gould^®flex-Produkten, die durch Gould Electronics Inc. hergestellt werden) und wie folgt behandelt:
Stabilisierungsbehandlung:
5 g/l Cr als CrO₃
Bad-pH: 2,0
Badtemperatur: 25°C.
Tauchbehandlung
Chrom wird dann auf die Stabilisierungsschicht(en) wie folgt aufgetragen:
Chromzerstäubung:
14''- (35,56 cm-) Zerstäuberanlage
Leistung: 5–8 Kilowatt
Lineargeschwindigkeit: 1,8 bis 2,8 ft/min (54,72–85,12 cm/min)
Chromdicke: 1000 Å für 18 μ-Kupferseite
Beispiel 4
Beide Seiten von galvanisiertem 8 μ-Kupfer auf INVAR^® (8 μ Cu/1,5 mil INVAR^®/8 μ Cu) werden mit Stabilisierungsschichten wie folgt vorbehandelt:
Stabilisierungsbehandlung:
0,53 g/l Zink als ZnSO₄, 0,6 g/l Cr als CrO₃, 11 g/l Na₂SO₄
Bad-pH: 5,0
Badtemperatur: 42°C.
Stromdichte: 25 amps/ft² (0,027 A/cm²)
Metallisierungszeit: 3–4 Sekunden
Chrom wird dann auf die Stabilisierungsschicht(en) wie folgt aufgetragen:
Chromzerstäubung:
14''- (35,56 cm-) Zerstäuberanlage
Leistung: 5–8 Kilowatt
Lineargeschwindigkeit: 1,8 bis 2,8 ft/mm (54,72–85,12 cm/min)
Chromdicke: 1000 Å für 8 μ-Kupferseite
Der vorhergehende Text und die Beispiele offenbaren die Auftragung einer Metalladhäsionsüberzugsschicht auf eine herkömmliche Kupferfolienbahn. Die vorliegende Erfindung findet außerdem eine vorteilhafte Anwendung bei der Auftragung einer Schicht eines Widerstandsmaterials auf eine Kupferfolie zur Verwendung als eine Widerstandsfolie in einer Leiterplatte.
5 ist eine Querschnittsansicht einer rückbehandelten Kupferfolie. Der Ausdruck „rückbehandelte Kupferfolie" wird in der Technik herkömmlicherweise verwendet, um eine Kupferfolie zu bezeichnen, die behandelt ist, um Mikrokügelchen aus Kupfer auf deren glänzender Seite zu erzeugen. Die Mikrokügelchen sind als eine adhäsionsfördernde Schicht vorgesehen. Die Bildung von Kügelchen als adhäsionsfördernde Schicht auf einer glänzenden Seite oder einer matten Seite einer Kupferfolie ist herkömmlicherweise bekannt, und bildet an für sich keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
In der in den 5–7 gezeigten Ausführungsform wird eine Basiskupferfolie 112 mit einer matten Seite 116 und einer glänzenden Seite 114 behandelt, um Mikrokügelchen 115 zur glänzenden Seite 114 hinzuzufügen. Die rückbehandelte Kupferfolie 112, die in 5 am besten zu sehen ist, wird denselben Verfahren unterzogen, die in 1 gezeigt werden. In dieser Hinsicht wird die Kupferfolie 112 dem Reinigungsverfahren 20 und Spülverfahren 30 unterzogen, wie im vorhergehenden beschrieben, um Kupferoxidschichten von den Oberflächen der Kupferfolie 112 zu entfernen. Nach dem Reinigungsverfahren 20 und dem Spülverfahren 30, wird die Kupferfolie 112 dem Stabilisierungsverfahren 40 unterzogen, wobei Stabilisierungsschichten 149 auf jede Seite der Kupferfolie 112 aufgetragen werden.
Die Kupferfolie 112 mit den Stabilisierungsschichten 149 darauf wird dann einem Trocknungsverfahren 60 unterzogen, wie schematisch in 1 gezeigt. Anschließend an die Auftragung der Stabilisierungsschicht 149 wird ein Widerstandsmetall 179 auf eine stabilisierte Oberfläche der Kupferfolie 112 vakuumbedampft. In der in 7 gezeigten Ausführungsform wird das Widerstandsmetall 179 auf die stabilisierte, matte Seite 116 der Kupferfolie 112 aufgetragen. Legierungen von Nickel und Chrom, oder Nickel und Chrom zusammen mit Aluminium und Silizium als Dotierstoffe, sind bei der Bildung von Widerstandskupferfolien bekannt. Andere Arten von Metallen und leitenden Materialien, die vorzugsweise einen spezifischen Volumen-Widerstand aufweisen, der größer als Kupfer ist, können ebenfalls bei der Bildung der Widerstandsschicht(en) 179 verwendet werden. Beispielsweise und nicht einschränkend können Platin, Tan tal, Chrom, Chromsilicid, Tantalnitride und Tantaloxide verwendet werden, um die Widerstandsschicht(en) 179 zu bilden.
Erfindungsgemäß wird ein Widerstandsmaterial 179 direkt auf die Stabilisierungsschichten 149 durch Vakuumbedampfungstechniken wie Zerstäubung, chemische Gasphasenabscheidung, Elektronenstrahlbedampfung, thermische Verdampfung, Ionenplattierung (über ein Substrat) oder eine Kombination solcher Verfahren aufgetragen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird schematisch ein Zerstäubungsverfahren 70 dargestellt. Vorzugsweise trägt das Abscheidungsverfahren 70 eine Widerstandslegierungsschicht 179 auf die matte Seite 116 der Kupferfolie 112 auf, so daß sie eine Dicke von zwischen etwa 50 Å und 1000 Å und bevorzugter zwischen etwa 100 Å und 500 Å aufweist.
Die werden Beispiele zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung bereitgestellt. Wenn nicht anders angegeben, sind im folgenden Beispiel ebenso wie durch die Beschreibung und Ansprüche hindurch alle Anteile und Prozentsätze auf die Masse bezogen, sind alle Temperaturen in Grad Celsius angegeben, und beziehen sich alle Drücke auf den Luftdruck.
Beispiel 5
Beide Seiten einer rückbehandelten galvanisch abgeschiedenen Kupferfolie 12 μm werden mit Stabilisierungsschichten wie folgt vorbehandelt:
Stabilisierungsbehandlung:
0,53 g/l Zink als ZnSO₄, 0,6 g/l Cr als CrO₃, 11 g/l Na₂SO₄
Bad-pH: 5,0
Badtemperatur: 42°C.
Stromdichte:
8–15 amps/ft² (0,009–0,016 A/cm²) für matte Seite
2–2,5 amps/ft² (0,002–0,026 A/cm²) für glänzende Seite
Metallisierungszeit:
glänzende Seite: 6–8 Sekunden
matte Seite: 3–4 Sekunden
Eine Legierung, die aus 80% Nickel (Ni) und 20% Chrom (Cr) besteht, wird dann auf die Stabilisierungsschicht(en) wie folgt aufgetragen:
Ni/Cr-Legierungszerstäubung:
14''- (35,56 cm-) Zerstäuberanlage
Leistung: 5–8 Kilowatt
Lineargeschwindigkeit: 1,4 bis 2,2 ft/min (42,56–66,88 cm/min)
Ni/Cr Legierungsdicke: annähernd 100 Å für matte Seite spezifischer Bahnwiderstand: annähernd 160 W (Ohm)/⎕ (0,17 W/cm²)
Beispiel 6
Beide Seiten einer rückbehandelten, galvanisch abgeschiedenen Kupferfolie mit 12 μm werden mit Stabilisierungsschichten wie folgt vorbehandelt:
Stabilisierungsbehandlung:
0,53 g/l Zink als ZnSO₄, 0,6 g/l Cr als CrO₃, 11 g/l Na₂SO₄
Bad-pH: 5,0
Badtemperatur: 42°C
Stromdichte:
8–15 amps/ft² (0,009–0,016 A/cm²) für matte Seite
2–2,5 amps/ft² (0,002–0,026 A/cm²) für glänzende Seite
Metallisierungszeit:
glänzende Seite: 6–8 Sekunden
matte Seite: 3–4 Sekunden
Eine Legierung, die aus 56% Nickel (Ni), 38% Chrom (Cr) besteht und mit 2% Aluminium (Al) und 4% Silizium (Si) als Dotierstoffe wird dann auf die Stabilisierungsschicht(en) wie folgt aufgetragen:
Ni/Cr/Al/Si-Legierungszerstäubung:
14''- (35,56 cm-) Zerstäuberanlage
Leistung: 5–8 Kilowatt
Lineargeschwindigkeit: 1,4 bis 2,2 ft/min (42,56–66,88 cm/min)
Ni/Cr/Al/Si Legierungsdicke: annähernd 100 Å für matte Seite
Spezifischer Bahnwiderstand: annähernd 290 Ω (Ohm)/⎕ (0,312 Ω/cm²)
8 ist eine schematische Ansicht eines Widerstandselements 200, das aus einer Widerstandsfolie gebildet wird, die in 7 gezeigt wird. Wie bei den anderen Figuren sind die jeweiligen Komponenten des Widerstandselements 200 zu Veranschaulichungszwecken übertrieben. Die matte Seite einer Widerstandsfolie, die in 7 gezeigt wird, ist durch Laminierung durch herkömmlicherweise bekannte Techniken an das Substrat 202 angeklebt. Unter Verwendung von herkömmlicherweise bekannten Maskierungs- und Ätztechniken wird eine Leiterbahn 212 längs eines Abschnitts der Oberfläche des Substrats 202 gebildet. Ein Abschnitt der Kupferschicht 112 der Leiterbahn 212 wird entfernt, um nur die Widerstandsschicht 179 auf dem Substrat 202 zu lassen. Der freiliegende Abschnitt der Widerstandsschicht 179 bildet einen elektrischen Leiter zwischen den getrennten Enden der Kupferschicht 112. Da das Metall, das die Widerstandsschicht 179 bildet, typischerweise eine kleinere Leitfähigkeit als die Kupferschicht 112 aufweist, wirkt sie im wesentlichen wie ein Widerstand zwischen den getrennten Enden der Kupferschicht 112. Wie durch Fachleute erkannt werden wird, werden die Dicke und Breite der Widerstandsschicht 179, ebenso wie der Abstand zwischen den Enden der Kupferschicht 112, d.h. die Länge der Lücke, die in der Leiterbahn 212 ausgebildet ist, den Widerstand des Widerstandselements 200 beeinflussen.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke der Widerstandsschicht 179 und dem spezifischen Widerstand der Kupferfolienkomponente für die Nickel- (Ni) und Chrom- (Cr) Legierungen zeigt, die oben erläutert werden. Wie in der graphischen Darstellung gezeigt, fällt der spezifische Gesamtbahnwiderstand, wenn die Dicke der Widerstandsschicht 179 zunimmt.
Die 5–7 zeigen eine rückbehandelte Kupferfolie, die eine Widerstandsschicht auf ihrer matten Seite aufweist. Die 10–12A zeigen, daß anderen Arten von Widerstandsfolien aus anderen Arten von stabilisierten Kupferfolien gebildet werden können.
10 zeigt eine Widerstandsfolie, die aus einer rückbehandelten Kupferfolie gebildet wird, die zu jener der 7 ähnlich ist, die eine Widerstandsschicht 179 aufweist, die auf Mikrokügelchen 115 auf der glänzenden Seite 114 der Kupferfolie 112 aufgedampft ist.
11 zeigt eine herkömmliche, galvanisch geformte Kupferfolie 112 ohne eine Mikrokügelchenoberflächenbehandlung. Die Kupferfolie ist stabilisiert (Schicht 149) und weist eine Widerstandsschicht 179 auf, die auf ihre glänzende Seite 114 aufgedampft ist.
Die 12 und 12A zeigen eine herkömmliche, galvanisch geformte Kupferfolie 112, die auf ihrer matten Seite 116 eine Mikrokügelchenoberflächenbehandlung aufweist. Die Kupferfolie ist wie oben beschrieben stabilisiert, und die Widerstandsschicht 179 ist auf die stabilisierte matte Seite 116 aufgedampft.
Die vorhergehende Beschreibung ist eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es sollte erkannt werden, daß diese Ausführungsform nur zu Veranschaulichungszwecken beschrieben wird, und daß zahlreiche Abänderungen und Modifikationen durch Fachleute umgesetzt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann das Reinigungsverfahren 20 nicht benötigt werden, wenn das Verfahren 10 eine Erweiterung eines Galvanoformungsverfahrens ist, wobei gediegenes Kupfer gebildet wird und in die Verarbeitungsanlage 10 geleitet wird. Während das vorhergehende Verfahren bezüglich einer Kupferfolie beschrieben worden ist, kann das Verfahren ferner verwendet werden, um ein Metall wie Chrom auf Kupfer aufzutragen, das Teil eines kupferbeschichteten Polymers ist. Es wird beabsichtigt, daß alle solchen Modifikationen und Abänderungen eingeschlossen sind, insoweit sie in den Rahmen der beanspruchten Erfindung oder deren Äquivalente gelangen.

Claims

Verfahren zum Auftragen eines Widerstandsmaterials auf eine Kupferschicht, das die Schritte aufweist: Stabilisieren einer Oberfläche einer Kupferschicht durch Auftragen einer Stabilisierungsschicht darauf, wobei die Stabilisierungsschicht Zinkoxid, Chromoxid, Nickel, Nickeloxid oder einer Kombination davon aufweist und eine Dicke zwischen 5 Å und 70 Å aufweist; und Aufdampfen eines elektrischen Widerstandsmaterials auf die stabilisierte Oberfläche der Kupferschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Widerstandsmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einer Chrom (Cr)/Nickel (Ni)-Legierung, Platin, Chromsilicid, Tantal, Tantalnitriden und Tantaloxiden besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Widerstandsmaterial aus einer Legierung besteht, die hauptsächlich aus Chrom (Cr) und Nickel (Ni) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Stabilisierungsschicht aus der Kombination von Zinkoxid und Chromoxid besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Kupferfolie galvanisch geformt wird und eine matte Seite und eine glänzende Seite aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Kupferfolie eine rückbehandelte Kupferfolie ist, die eine glänzende Seite mit einer darauf angewendeten Mikrokügelchenbehandlung und eine matte Seite aufweist, und die Chrom/Nickel-Legierung auf die matte Seite aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Stabilisierungsschicht aus Chromoxid besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Legierung in Gewichtsanteilen etwa 80% Nickel (Ni) und etwa 20% Chrom (Cr) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Legierung in Gewichtsanteilen etwa 56% Nickel (Ni), etwa 38% Chrom (Cr) und Dotierstoffen aufweist, die in Gewichtsanteilen aus etwa 2% Aluminium (Al) und etwa 4% Silizium (Si) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kupferfolie eine glatte Oberfläche aufweist und das Widerstandsmaterial auf die glatte Oberfläche aufgetragen wird.
Bahnenmaterial, das aufweist: eine rückbehandelte Kupferfolie mit einer matten Seite und einer behandelten, glänzenden Seite, die behandelt wird, damit Mikrokügelchen darauf gebildet werden; eine Stabilisierungsschicht auf einer Seite des Kupfers, wobei die Stabilisierungsschicht Zinkoxid, Chromoxid oder eine Kombination davon aufweist, die eine Dicke zwischen 5 Å und 70 Å aufweist; und ein aufgedampftes Widerstandsmaterial auf der Stabilisierungsschicht.
Bahnenmaterial nach Anspruch 11, wobei sich die Stabilisierung auf der matten Seite des Kupfers befindet.
Bahnenmaterial nach Anspruch 11, wobei sich die Stabilisierung auf der glänzenden Seite des Kupfers befindet.
Bahnenmaterial nach Anspruch 11, wobei das Widerstandsmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Chrom (Cr)/Nickel (Ni)-Legierung, Platin, Chromsilicid, Tantal, Tantalnitriden und Tantaloxiden besteht.
Bahnenmaterial nach Anspruch 14, wobei das Widerstandsmaterial eine Legierung ist, die hauptsächlich aus Chrom (Cr) und Nickel (Ni) besteht.
Bahnenmaterial nach Anspruch 15, wobei die Stabilisierungsschicht aus Zinkoxid und Chromoxid besteht.
Bahnenmaterial nach Anspruch 15, wobei die Stabilisierungsschicht aus Chromoxid besteht.
Bahnenmaterial nach Anspruch 14, wobei das Chromoxid eine Dicke von 50 Å bis 1000 Å aufweist.
Bahnenmaterial nach Anspruch 14, wobei die Legierung in Gewichtsanteilen etwa 80% Nickel (Ni) und etwa 20% Chrom (Cr) aufweist.
Bahnenmaterial nach Anspruch 14, wobei die Legierung in Gewichtsanteilen etwa 56% Nickel (Ni), etwa 38% Chrom (Cr) und Dotierstoffen aufweist, die in Gewichtsanteilen aus etwa 2% Aluminium (Al) und etwa 4% Silizium (Si) bestehen.