其次,发现铜在两个导线面(＜3.3%)和聚酰亚胺面(0.4%)采用镍铬连接层厚度为50A样品背面剥离.这些样品板进行观察发现不同铜层量,通过连接层直到聚酰亚胺材料上却变化轻微.但发现在另外一个无铜样品上,背面剥离的镍铬连接层曝露后其厚度为200A.并且认为契在不同量的铜对背面剥离无有影响.
镍铬连接层通过加热老化期间的功能类似早期研究的所采用的铬金属连接层(Ref.3).镍铬连接层的作用对于铜的扩散形成的阻挡层的作用.它有效地抑制界面的不稳定性和防止粘结能力和快速减小.而粘结力快速减小是指观察的材料没有采用连接层样品板.增加镍铬连接层的厚度大约在50A以上,会起到更有效地阻挡层的作用.而减少扩散形成的阻挡层的有效性说明,所观察的连接层厚度为50A样品,并曝露168小时后,其粘结力大大的减小.
压力锅试验后的粘结性能:
剥防强度的测量对于不同的连接层结构,经过温度121℃,2个大气压力和相对湿度100%RH后,测试结果见图
铜厚度：
无连接层的样品板随着时间其剥离强度快速地减小。大约48小时曝露后，直接影响其粘结能力的保持。研究后表明所有采用连接层的样品板，其剥离强度都不同程度的改善，并且保持其有效性。样品板采用镍铬连接层，经过168小时的曝露后，其剥离强度大约在1.5磅/英寸。样品板采用铬连接层完成后其变化更轻微。它与早期研究1.4%(Ref.4)样品板经过168小时的曝露后，保持大约2.5磅/英寸是一致的。但是，并没有出现镍铬连接层附加粘结力保持与蒙乃尔相比较。相类似的，也没有出现增加镍铬连接层的厚度性能改善的情况。
金属面和层压板面背面剥离后，样品板使用镍铬连接层的厚度为50A-200A。它是在压力锅曝露168小时后，是通过XPS分析的结果。在聚酰亚胺面任何一个样品板的表面检测,无铜或无金属连接层.而且发现在导线面背面剥离后,除了有碳,氧和和氮之外,而镍的百分率却很小.在样品板连接层的厚度只有50A的情况下,发现镍只有2.3;而在样品连接层厚度200A的情况下,发现镍只有1.4%.经过观察故障主要发生在聚酰亚胺材料上.这种故障多半出现在曝露部位的金属连接层或聚酰亚胺厚度比较薄,以及认为交界面结合力降低.但这样做不会出现,其证据就是铜通过镍铬扩散的结晶果.
镍铬连接层在铜与聚酰亚胺之间起到阻挡层的作用.在上述的研究工作中,聚酰亚胺机械性能的下降,多半是水解作用,认为有可能样品在压力锅条件下(Ref.4),曝露后所产生剥离强度减小的原因.
电镀金后的粘结性能:
样品板具有不同的连接层结构,经过电镀金后剥离强度的测定数据,见表2.
在每个情况相同的条件下,在导线和间距为8mil电路图形表面实行电镀金,厚度为30微英寸(μ in),电镀时为为13分钟.
从表中所提供的数据可知,当样品没有任何连接层时,其粘结力完全损失.第二个样品板的表面由1/8英寸宽导线构成,也没有连接层,电镀金后进行测试其粘结力减小.即第二个样品其粘结力减少了37%.这是由于电镀金是在中性的金氰化钾镀液内进行,该镀液具有较高的浸蚀性而导致粘结力减小.但是,采用镍铬和铬的连接层却有效的改善了电镀金后的粘结能力.经观察发现其剥离强度没有下降.实事上,这些样品板剥离强度电镀金后实际上是增加的.剥离强度的增加,可以理解为理想的剥离强度实际测量的是粘结力,及其值也包括与构成的固有的粘结力相比(Ref.10-11).电镀镍和金增加导线的厚度和宽度.也就是不同的金属和组成的界面应该要求,比纯铜在相等的厚度和宽度工作时更能弯曲.最后,采用样品所构成的1/8英寸导线,其剥离强度增加证实,也就是表明样品板在电镀金后剥离强度增加.
样品采用蒙乃尔连接层比没有采用连接层相比较,也有效地提供了改善剥离强度的可能性.所以,在采用蒙乃尔连接层情况下,经观察其剥离强度却增加的很小.因此,采用镍铬连接层比蒙乃尔连接层更有效地减少电镀金后剥离强度减小.蒙乃尔连接层样品采用1/8英寸导线,电镀金前后也进行了测定.在这种情况下,电镀金剥离强度增加,这与其它连接层材料增加的相类似.
样品没有采用连接层经过电镀金后,其背面剥离是通过SEM装置进行分析.就是分析1/8英寸宽度导线背面剥离状态.其结果通过SEM显微镜显示,见图3所示.在图像中A的范围表示曝露的聚酰亚胺的表面,而B面表示背面剥离的金属特征的接触界面.而B面很低的部位相当于铜导线蚀刻后边缘.
A表示上部分的范围是被破坏聚酰亚胺的表示.这充分显示了优良的粘结性能.在A低的部分范围表示不滑的表面,显示了粘结力很小,没有粘结能力.相类似的特征就是B范围内1/8英寸宽导线侧蚀现象.电镀后故障底切现象明显.金电镀液的组成对铜与聚酰亚胺-铜的交界面受到镀液的浸蚀.浸蚀是从导线边缘和随时间向内部发展.样品在这种条件下,没有连接层,大约电镀时间13分钟后,底切约近200μm.当浸蚀后其粘结力变小,甚至无粘结性能.所以,采用没有连接层其特征要比400μm宽还小,而还有可能彻底分层.而采用较大宽度的导线以保持材料的粘结力,但所显示出来的剥离强度很小.这就是为什么采用导线宽度为8μm面导致分层,而当采用1/8英寸导线宽度,在样品板没有采用连接层还能保持.
使有SEM显微镜对采用蒙乃尔连接层样品板背面剥离进行分析结果,见图4表示.样品板经过曝露到电镀金后,再一次显示A范围表示曝露的聚酰亚胺的表面,则B范围表示背面剥离有金属特征的交界面.通过SEM显微镜分析确定小量的底切,大约10μm,经观察发现底切在导线的两边缘.这种类型的底切比观察到的没有连接层样品和说明其剥离强度有改善的非常小.它也说明了介于8mil和1/8英剥离不同性能的样品.20μm的底切(10μm在另一边)是8μm(200μm)的10%,与大的1/8英寸导线比较是轻微的.
使用SEM分析电镀金表面50A镍铬连接层背面剥离的样品.经观察发现仅有3μm的底切比观察到的蒙乃尔连接层样品更小.从减少底切说明,采用镍铬连接层样品和用蒙乃尔连接层样品的比较,更具有优良的剥离强度.
样品剥离强度减小是经过电镀金后,从样品的铜导线底切分析,它在中性金氰化钾镀液内铜与聚酰亚胺交界面受到镀液成分的浸蚀的结果.镍铬和铬连接层提供了抵抗浸蚀的能力.蒙乃尔连接层也提供了防止镀液浸蚀的能力,但不如镍铬连接层有效.精细导线的特征就更容易受到浸蚀的影响.甚至粘结力减小,从底切分析也比较大.
加工和应用的例子:
在早期的研究文章(Ref.12)中,加工所使用的材料为无粘结剂的挠性材料,连接层使用蒙乃尔和铬为基础的讨论.一般加工的特点就是采用镍铬为基础材料是相同的.使用蒙乃尔,镍铬也能在简单的氯化铜蚀刻液工艺进行蚀刻.所以,镍铬连接层与蒙乃尔比较稍为减小而快速地蚀刻.调节和保持稍微高的酸浓度,建议采用大约60g/L的盐酸(HCl).
镍铬连接层的优点经过观察,应用的环境最好是精密的医疗设施.该和类型的加工具有挑战性,它涉及到有高温负载到激光钻微孔制造以及中性金氰化钾镀液内电镀金等应用.蒙乃尔连接层材料的选择到电路制造应用.所以,观察到的低的粘结力和分层现象.因此,采用工艺对策控制来完成产品性能的改善,但也不排除争论.转换到镍铬连接层以排除导致粘结力的损失,并且能成功的制造相关部分.因此,镍铬层能提供成功地抵抗电镀金后粘结力的减少是以上讨论的关键原因.
摘要和结论:
铜在聚酰亚胺材料表面上使用镍-铬连接层是研究的主要特点.通过热老化,压力锅试验,以及曝露在电镀金过程后,剥离强度的测定和结果与其它连接层结构的比较.
镍铬连接层的作用是介于铜和聚酰亚胺之间的阻挡层和经过加热老化与无连接层的比较,以减少粘结力的损失.镍铬连接层比铬连接层更有效,其粘结力损失是轻微的,但是比采用蒙乃尔连接层损失很小,而更有效.镍铬连接层的厚度比50A大,长期曝露时间内可以提供一些优势.
，铜箔与聚酰亚胺材料“粘结”用镍铬连接镀层