Способ получения металлизированных изделий из полиимидной ленты в вакууме

(1 з) Ь. И ЕТ НИЯ стсльст СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССРц ОПИСАНИк авторскому с(56) Блинов ГА и др. Многослойная разводка тонкопленочных гибридных БИС.на основе полимидной пленки. - Электронная промышленность, 1974, й 76, с 68-70. (56)Патент ФРГ И 3212908, кл. С 23 С 13/02, 1982.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ.ПОЛИИМИДНОЙ ЛЕНТЫ В ВАКУУМЕ(57) Изобретение позволяет металлизировать одну или обе поверхности полиимидной пленки практически любым металлом или сплавом с толщиной наносимого металла от единиц мм до десяти мкм.При этом размеры металлизируемой полиимидной пленки могут быть шириной до 250 мм и длиной до 1000 мм, а качество металлизируемой пленки тахово, что сплошность нанесенного слоя металла и его(19) ЯУ С 11) 182814г,51) 6 С 23 С 14 35 14 56 адгезия к полиимидной пленке не нарушается после 5 перегибов под 180 с радиусом перегиба 50 мкм, Сущность изобретения заключается в том, что предварительно обработанную (химическим способом) полиимидную пленку размещают на внешней стороне металлического барабана, установленного в вакуумной камере. При этом пленка на барабане находится в натянутом с усилием 0,005-0,01 кг/мм состоянии. После откачки ваку 2умной камеры барабан с попиимидной пленкой прогревают в течение 20 - 30 мин при температуре 260 - 270 С, после чего включают вращение барабана и проводят процесс магнетронного нанесения металла на полиимидную пленку. Температура барабана в процессе металлизации поддерживается в пределах 270 - 300 С. Режим магнетронного распыления включает два этапа. Сначала наносят слой металла до толщины 30-50 А и формируют плотно, упакованную кристаллическую структуру. Затем до заданной толщины слоя наносится металл с поликристаллической структурой, 3 ил 5 табл,Изобретение относится к способам вакуумной металлизации поверхности диэлектриков, в частности подложек из гибкой диэлектрической пленки.Целью предлагаемого способа является 5 получение ровной и гибкой металлизированной подложки с увеличенной толщиной наносимого слоя металла путем повышения пластичности и прочности Его соединения с подложкой. 10На фиг,1 изображено размещение подложки из полиимидной пленки на цилиндрической поверхности внутри вакуумной установки; на фиг.2 - разрез металлизированной с одной стороны подложки из поли имидной пленки; на фиг,3 - разрез металлизированной с двух сторон подложки из полиимидной пленки.Способ металлизации подложки из полиимидной пленки заключается в том, что из 20 полиимидной пленки вырезают подложку в виде ленты. Затем проводят химическую обработку подложки, например, в растворе, состоящем из 1000 мл Н 2304,75 г К 26 ЮО 7 и 100 мл Н 20 при температуре 60 - 70 С в те чение 40 с последующей тщательной промывкой в воде, Химическая обработка создает развитый микрорельеф поверхности подложки и образует свободные радикалы за счет деструкции молекул в поверхност ном слое, что необходимо для увеличения прочности соединения слоя металлизации с полиимидной пленкой. После чего проводят термическую обработку подложки при температуре 200 С в течение 2 ч с целью удале ния влаги из подложки, наличие которой приводит к снижению прочности адгезионного соединения слоя металла с подложкой.Обработанную подложку 1 размещают на внешней стороне металлического бара бана 2, смонтированного на вращающейсякарусели 3 вакуумной напылительной установки 4. При этом с помощью пружин 5, прикрепленных к одному из зажимов 6 подложки 1, обеспечивается равномерное 45 натяжение подложки 1 на поверхности металлического барабана 2 в продольном направлении с усилием в пределах 0,005 - 0,01 кгс на мйллиметр ширины подложки.После чего в вакуумной напылительной 50 установке 4 обеспечивают вакуум не хуже 6,6 10 Па, (5 10 мм рт,ст.), включают вращение карусели 3 и производят нагрев подложки 1 нагревателем 7 до температуры 260 - 270 С в течение времени, необходимо го для удаления остатков влаги из подложки 1, Время прогрева подложки в течение 20- 30 мин можно считать достаточным, т,к, подложки после химической обработки проходят сушку в течение 2 часов, после чего они сразу размещаются в напылительной вакуумной установке, Опыт показывает, что за такое время вакуум в камере сначала падает (за счет выделения влаги из пленки), а затемсущественно улучшается, Это подтверждает тот факт, что за 20-30 мин полиимидная пленка полностью обезвоживается, т.к. теряет свободную воду.Нагрев подложки 1 производят со сто- роны металлического барабана 2, чем обеспечивается более равномерное распределение температуры по подложке 1.Затем не прекращая нагрева, осуществляют процесс металлизации поверхности подложки 1 с помощью магнетронного источника 8, расположенного с внешней стороны барабана 2,Процесс металлизации с помощью магнетронного источника 8 проводится в атмосфере рабочего газа, в связи с чем в вакуумную напылительную установку 4 производят напуск рабочего газа аргоно-водородной смеси при давлении 0,8 - 1 Па 6 - 7,5) 10 мм рт.ст.) для про.цесса напыления меди и давления 0,5 - 0,7 Па 3,8 - -5,2) 10 мм рт.ст,) для процесса напыления алюминия при этом удельную мощность разряда магнетронного источника 8 станавливают в пределах 10 - 13 Вт/см, Такой режим работы магнетронного источника 8 на первом этапе металлизации обеспечивает формирование плотноупакованной кристаллической структуры металла.Указанные режимы являются предельными для работы магнетронного источника 8 (минимальное давление аргоно-водородной смеси и максимальная удельная мощность).Процесс металлизации в таком режиме необходим для создания адгезионно-прочного соединения слоя металла с подложкой 1. Это обусловлено тем, что с понижением давления и с повышением мощности разряда магнетронного источника 8 возрастает энергия конденсирующихся частиц и создается слой атомов металла, имплантированный в поверхностные слои подложки 1.Возрастание энергии конденсирующихся атомов объясняется тем, что с уменьшением рабочего давления вероятность столкновения распыленных атомов металла с атомами остаточного газа падает, т.е. распыленные атомы имеют на подложке практически ту же энергию, что и в точке их образования - на поверхности мишени.Кроме того, при увеличении мощности разряда растет и общее число атомов, распыленных с большой кинетической энергией.Здесь следует отметить, что при рассмотре 1828140нии вопроса потерь энергии распыленных Для обеспечениястабильности пластичатомов при их транспортировке от мишени ностных свойств слоя наносимого металле кподложкеопределеннуюрольиграетрас- мишень 9 магнетронного источника 8 стояние мишень-подложка, Но поскольку впредварительно отжигают при твмпврэтуподавляющем большинстве случаев из-за 5 ре 450 С в течение трех часов в вакуум конструкции технологического оборудова,6 10 Па (5 10 мм рт.ст.). В этом слунияоносоставляетоколо 50 мм,товданном чае пластичность слоя наносимого металла случае в параметр процесса входит только независитотстепени выработки мишени. 8 рабочее давление газа. результате реализации заявляемого спосоОпыт показывает, что проводить весь 10 ба получают металлиэированную с одной процесс металлизации при низком рабочем стороны подложку из полиимидной пленки давлениинецелесообразно,т.к.из-занали- (фиг,2). В зависимости от требований нз чия высокоэнергетических атомов. возника- подложке 1 из полиимидной пленки может ют большие внутренние механические быть получен слой металла толщиной отдонапряжения, которые приводят к нежела лей микрона до сотни микрон. При этом тельным деформациям металлизируемой слой металла 10 имеет высокую пластичподложки 1. Поэтому в этом режиме слой ность, сравнимую с пластичностью фольгио из того же металла, а процесс нанесения, металла напыляют до толщины 30-50 А, выполненный па заявляемому способу сопоскольку в этом случае он еще не обладает 20 храняет подложку ровной и не приводит к ве сплошностью и. поэтому не вносит заметно- сколько-нибудь заметному короблению, го вклада в величину внутренних механиче- В табл.3 приведены примеры нзнесеских напряжений наносимого металла; т.е. ния слоя металла 10 на поверхность подсохраняет ровность подложки 1 и не пРиво- ложки 1 из полиимидной пленки (ширина дит к ее короблению(фиг.1). 25 пленки - 140 мм) в случае использования вПосле этого проводят второй этап нане- качестве металла алюминия и меди.сения слоя металла: повышэютдавлвние ар- При меньшем; чем указано в табл.З натягоно-водородной смеси до величины, при жении подложки, она недостаточно плотно которой осаждаемый слой нв имеет вну 1- контактирует с поверхностью металличереннихнапряжений,ипроводятпроцессна ского барабана 2, что приводит к ее нерэвнесения до требуемой толщины слоя номерному нагреву, потере ровности и металла на поверхности подложки 1; появлениюкороблений. При большем нэтя- Указанному требованию на втором этапе жении- возникают складки в зоне крепления металлизации отвечают следующие пара- подложки,которыеснижаютплощздьгодной метры процесса: давление аргоно-.водород 35 металлизированной подложки (табл.4)..зной смеси - 1,3-.2,6 Па 1-2)10 мм рт.ст,) Снижение давления аргоно-водородудвльнэя мощность раз 2 рядэ магнетронного ной смеси на первом этапе по сравнению со источника 13-18 8 т/см . Этим режимы рэ- значениями, приведенными в табл.З, приво- боты магнетронного источника обеспечива- дит к неустойчивой работе магнвтронного ют формирование поликристаллической 40 источника распыления и в некоторйх случаструктуры металла, ях, к полному прекращению процесса рзсНа обоих этапах металлизацйи темпе пыления. Повышение давления вызывает ратуру подложки 1 из полиимидной пленки снижение прочности соединения слоя меоподдерживают в пределах 270-300 С, что тзллизации с подложкой за счет уменьшеобеспечивает пластичность наносимого 45 ния энергии конденсирующихся на слоя металла. Пластичность слоя металла подложкуатомов металла(табл.5)можетхврактеризоваться числом пеРегибов При удельной мощности магнетронного под углом 180 С с определенным радиусом источника на первом этапе меньших значвперегиба. В табл.2 приведено число переги- ний, указанных в табл.З снижается энергия бов с радиусом, равным 50 мкм в эависи частиц наносимого металла и соответственмости от температуры подложки 1 в но прочность соединения слоя металла с процессе металлизации и вида наносимо- подложкой (табл.5).При увеличении удельной мощностиТемпера ураподложки 1 впроцессена- больших значений, приведенных в табл.з несения металла не должна превышать 55 происходитнагревможкивыше 300 С,что 300 фС, поскольку повышение этой темпера- ухудшает вв электрофизические свойства,отуры выше 300 С в соответствии с Снижение давления зргоно-водородЫУ 0,037.078 ТУ приводит кснижвниюэлек- ной смеси на втором этапе по сравнению с трофизических свойств полиимидной плен- значениями, приведенными в табл.З, приводит к увеличению напряжения в наносимой1828140 Таблица 1 П р и м е ч а н и е: прочность сцепления слоя металла с подложкой определялась пословедения полного цикла напыления (толщина слоя металла - 12 мкм),металлизации, что обуславливает появление на пленке гофр и складок, максимальная глубина которых превышает 1 мм.Повышение давления вызывает снижение скорости металлизации и понижение прочности 5 сцепления наносимого металла с полиимидной пленкой до значений меньших 100 кГс/см .Уменьшение удельной мощности магнетронного источника на втором этапе до значений, меньших указанных в табл.З, при водит к снижению пластичности слоя металлизации, так, например, при мощности 8 Вт/см пластичность падает до 1 перегиба под 180 с радиусом 50 мкм, Увеличение удельной мощности, как и йа первом этапе, 15 приводит к нагреву подложки выше 300 С и снижение ее электрофизических свойств.По предлагаемому способу может изготавливаться подложка 1 (фиг.З) из полиимидной пленки со слоями металла 10 и 11, 20 нанесенных с обеих сторон, для чего после нанесения слоя металла с одной стороны подложки 1, ее переворачивают слоем металла к металлическому барабану 2 и осуществляют по заявляемому способу нэ пыления слоя металла 11 на другую сторону ее стороны. При этом, в зависимости от требований, толщина слоя металла на одной стороне подложки 1 может превышать толщину слоя металла на другой стороне в сто ЗО раз и более. Кроме того, заявляемый способ позволяет формировать слои металла на разных сторонах подложки из разных металлов. Заявляемый способ не накладывает ограничений на ширину подложки ровными 35 без коробления могут быть металлизированные полиимидные пленки любой ширины, выпускаемые по ЫУО.ОЗ 7,078 ТУ и ТУ 6- 19.121-85. Основным требованием для этого является: высота зоны равномерного напыления магнетронно должна быть не менее ширины подложки.Отсутствие коробления наряду с высокойпрочностью соединения слоя металла с подложкой, достигаемых по заявляемому способу позволяет с высокой точностью и большим раз- решением формировать рисунок проводников в слоях нанесенного металла, что существенно расширяет возможность применения заявляемого способа для изготовления одно- и двусторонних гибких печатных плат.Высокая пластичность наносимого по заявляемому способу слоя металла, обеспечивающая многократное огибание получаемого материала с малыми радиусами без разрыва слоев металла позволяет создавать многослойные печатные сборки, коммутационные платы для гибридных интегральных схем, печатные индуктивности и трансформаторы.Дополнительным преимуществом пред-, лагаемого способа является возможность создания рэзнотолщинных слоев металла на одной подложке, что дает возможность эффективно использовать площадь гибкой печатной платы, например, размещением на одной ее стороне слаботочных цепей схемы (в тонком слое нанесенного металла), а на другой ее стороне сильноточных цепей (в толстом слое нанесенного металла), которые в случае формирования их в тонком слое занимали бы значительные площади и обуславливали бы высокий уровень парэзитных наводок на слаботочные элементы.10 1828140 Таблица 2 ТаблицаЭ гуПараметры технологической операции процессов ки 1 - 0,7.1,4 кГс(0,005-0,01 кГс на милли- (0,005-0,01 кГс на миллиметр ширины подложки) метр ширины подложки) Нагрев подложки а) давление аргоно-водо- а) давление аргоно-водородной смеси -родной смесиб) удельная мощность раэ- б) удельная мощность разряда магнетронного ис- ряда магнетронного источника 8 - 10+13 Вт/см точника 8 - 10 13 Вт/см ЬНФ и/и Наименование технологической операции(фиг. 1) на металлическом барабане 2нанесение меди Сила натяжения подлож а) температурананесение алюминия Сила натяжения подложки 1 -0,7.ф 1,4 кГс1828140 Продолжение табл. 3 Параметры технологической операции процессов нанесение алюминия нанесение меди а) давление аргоно-водотолщиной 1 мкм -8 мин Таблица 4 И.й пlи Наименование технологической операцииб) удельная мощность разряда магнетронного источника 8-13+18 Втсмв) время процесса для нанесения своя металла, г) температура подложки"+" 290 й 10 С а) давление аргоно-водородной смесиб) удельная мощность разряда магнетронного источника 8 - 13-18 Вт/смв) время процесса для нанесения слоя металла 1 мкм - 8 мин1828140 Таблицаб формула изобретения СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИИМИДНОЙ ЛЕНТЫ В ВАКУУМЕ, включающий предварительную химическую обработку ленты, размещение ее в вакууме с постоянным натягом в продольном направлении на внешней стороне металлического барабана, нанесение пленки металла на внешней стороне 5 металлического барабана, нанесение пленки металла на движущуюся ленту и ее нагрев, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий за счет повышения пластичности слоя металла и прочности соединения его с полиимидной лентой, ленту выбирают длиной, не превышающей периметра барабана и фиксируют на нем с равномерным по поверхности ленты натягом 0,005 - 0,01 кг/мм, затем ленту контактно через барабан прогревают в течение 20 - 30 мин при температуре 260- 270 С и далее магнетронным распылением наносят пленку металла заданной толщины, одновременно с распылением нагревают ленту до 270-300 С причем первые 30 50" пленки осаждают с образованием несплошного слоя плотно упакованной кристаллической структуры при взаимно подобранных для аффективной работы магнетронного источника максимальной мощности и минимальном давлении рабочей атмосферы, а затем повышают давление и корректируют мощность до значений, обеспечивающих образование слоя поли кристаллической структуры..Трубченко Реда Заказ 13 Тираж НПО "Поиск" Роспате113035, Москва, Ж, Рауш одписно скал наб Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101