CN113179586A - 一种提高cof基挠性覆铜板剥离强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，包括以下步骤：a.对基材进行电晕处理，得到表面改性的基材；b.用等离子体对基材表面进行清洁；c.直接溅镀Cu/Ni层，在Cu/Ni层表面溅镀Cu层；d.在Cu层表面电镀沉铜层得到2L‑FCCL。本发明主要是采用卷对卷生产方式，电晕处理和等离子体处理工艺同时使用，对基材表面处理效果可以达到最优化；IR加热、等离子体处理、溅镀Cu/Ni层和Cu层在设备中依次完成，减少中间环节，防止污染基材；seed layer层用Cu/Ni层代替，其靶材比例为55/45，相比于Ni/Cr靶材，环境污染小。
Description
技术领域
本发明属于电子通讯技术领域，具体地说涉及一种提高覆晶薄膜基材挠性覆铜板剥离强度的方法。
背景技术
随着电子通讯产业的蓬勃发展，液晶及等离子平板显示器的需求与日俱增，大尺寸如液晶显示器、液晶电视、等离子电视，中小尺寸如手机、数码相机、数码摄像机以及其他3C产品。这些产品都以轻薄短小为发展趋势，这就要求必须有高密度、小体积、能自由安装的新一代封装技术来满足以上需求。而COF技术正是在这样的背景下迅速发展壮大，成为LCD、PDP等平板显示的驱动IC的一种主要封装形式，进而成为这些显示模组的重要组成成分。COF技术已经成为未来平板显示器的驱动IC封装的主流趋势之一。
所谓的COF，即为Chip on Film的缩写，用柔性封装基板（2L-FCCL）作为载体，将半导体芯片直接封装在柔性基板上形成的芯片封装产品。随着COF的应用市场不断扩大，对高端FCCL的需求越来越大，对FCCL的质量要求越来越高。
挠性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate,FCCL)是挠性印刷电路板的加工基板材料，通过在聚酯薄膜或者聚酰亚胺薄膜等柔性绝缘材料的单面或双面覆上铜箔并粘接在一起，与刚性覆铜板相比，具有更薄、更轻和可挠性的产品特性，广泛应用于计算机、消费类电子、汽车电子、工业控制、仪器仪表、医疗设备、航空航天、军工等领域。随着电子产品行业的快速发展，挠性覆铜板的产量不断增加，生产规模不断扩大，同时人们对挠性覆铜板的要求也越来越高。
根据产品的结构不同，聚酰亚胺挠性覆铜板有两大类：一类是通过胶粘剂将聚酰亚胺薄膜和铜箔复合在一起的有胶型覆铜板，也称三层型挠性覆铜板(3L-FCCL)，另一类是无胶粘剂，只有聚酰亚胺和铜箔构成的无胶型挠性覆铜板，也称两层型挠性覆铜板(2L-FCCL)。由于胶层的存在，3L-FCCL型的热稳定较差，不环保且增加了挠性覆铜板的厚度。随着人们对电子产品轻量化、薄型化的要求，2L-FCCL型更具有广阔的市场前景。
根据产品类型的不同，2L-FCCL型生产工艺可分为涂布法、层压法、溅镀法三种。采用溅镀法优势在于制作超薄铜层（≤9 微米），适用于高密度高精细线路的加工，FPC 细线化和薄型化技术发展方向，低轮廓或无轮廓铜金属层适合高频性能要求。在COF产品生产中，采用溅镀法制备的2L-FCCL具有巨大优势，前景十分广阔。但采用溅镀法制备的 2L-FCCL，其薄膜与铜箔的剥离强度值远小于涂布法、层压法等制备的 2L-FCCL，因此如何提高剥离强度值成为溅镀法制备2L-FCCL的技术难题。
目前业界对于COF用的2L-FCCL，主要采用以下几点提高金属层和基材间的剥离强度值：
1.在使用等离子体对基材表面进行改性处理时，一般采用Ar、O2，N2，H2等单质气体，很少采用混合气体，若通入混合气体，也是以Ar气为主，通入的O2较少，导致在对基材进行处理时，其效果达不到最优化；
2.业界一般会把等离子体前处理工艺和磁控溅射层分开完成，或者磁控溅射打底层和Cu层也是分开完成，这样的话，单独的工序会造成基材表面污染。
3.业界为提高金属层和基材之间的剥离强度值，主要是靠打底层（seed layer），但seed layer层都用的Ni/Cr层。但Cr是重金属，对环境和人体会造成损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，主要是采用卷对卷生产方式，电晕处理和等离子体处理工艺同时使用，对基材表面处理效果可以达到最优化；IR加热、等离子体处理、溅镀Cu/Ni层和Cu层在设备中依次完成，减少中间环节，防止污染基材；seed layer层用Cu/Ni层代替，其靶材比例为55/45，相比于Ni/Cr靶材，环境污染小。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，包括以下步骤：
a.对基材进行电晕处理，得到表面改性的基材；
b.用等离子体对基材表面进行清洁；
c.直接溅镀Cu/Ni层，在Cu/Ni层表面溅镀Cu层；
d.在Cu层表面电镀沉铜层得到2L-FCCL。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述步骤b，对改性基材进行IR加热，除去基材中水分，同时用等离子体对基材表面进行清洁。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述步骤b，等离子处理时，采用混合气体Ar和O2，O2的通入量大于Ar的通入量。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述步骤a电晕处理、步骤b等离子体和步骤c均在真空环境下进行，且在同一真空镀膜设备中进行。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述电晕处理功率为1.5-3.5kw。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述基材在真空镀膜设备中运行速度为2-6m/s。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述电镀环境如下：碱性电镀液为30-100g/l的焦磷酸铜和200-400g/l的焦磷酸钾混合而成，pH值为8-10，基材运行速度1-3m/s，电流100-400A。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述Cu/Ni层的Cu/Ni比例为55/45。
上述提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，所述IR加热温度300℃，等离子体功率2kw，混合气体Ar/O2量20/80sccm，Cu/Ni靶功率6-15kw，Ar流量350sccm，Cu靶功率6-18kw，Ar流量350sccm，基材运行速度2-6m/s。
采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）对基材做电晕处理，以降低基材水滴角值，增加与镀层附着性；
（2）对基材表面等离子体处理时，采用混合气体Ar和O2，并保证O2的通入量大于Ar的通入量，气体总量控制在100sccm，这样处理效果更佳，可以更有效增大基材表面粗糙度；
（3）电晕处理和等离子体处理工艺必须同时使用，对基材表面处理效果可以达到最优化；
（4）IR加热、等离子体处理、溅镀Cu/Ni层和Cu层在设备中依次完成，减少中间环节，防止污染基材；
（5）seed layer层用Cu/Ni层代替，其靶材比例为55/45，相比于Ni/Cr靶材，环境污染小。
附图说明
图1是本发明COF基膜层结构图。
其中，1、电镀Cu层，2、溅镀Cu层，3、溅镀Cu/Ni层，4、基材。
具体实施方式
以下结合附图1具体详细地说明本发明的模型及方法。
目前本领域为提高COF用溅镀法制备2L-FCCL的剥离强度值，大多采用对基材表面改性处理和改变金属层结构设计，从而达到所需规格值，最终满足市场需求。
本领域对基材表面改性用的最多的方法就是等离子体处理技术。等离子处理也是最有效的对基材表面进行清洗、活化处理工艺之一。利用等离子体可以将薄膜表面脏污、灰尘颗粒、油污之类的各种污染物质清除，提高薄膜表面的微观粗糙度，从而增加基材与镀层之间的结合力。
等离子体与基材表面的相互作用能够产生三种作用：加热、溅射和刻蚀。三种作用下薄膜表面的脏污才能够更好的被清除，并且会在表面产生具有活化性质的悬挂键，来提高表面活性。加热主要是由电子、离子对材料表面轰击以及等离子体辐射所引起的，加热效应可以清除基材表面物理吸附或松散的脏污。溅射是最常见的一种清洗手段，表面所有原子都有可能被清除，溅射过程中并不具有选择性，清洗时有可能伴随着表面材料原子的清除，溅射率取决于材料表面性质和污染物类型。刻蚀清洗是原子或者自由基与表面脏污分子发生化学反应的过程，其反应产物通常具有一定的挥发性，很容易从基材的表面解离。
通常情况下用来去除有机脏污的等离子体主要有Ar、O2和H2等。其中Ar等离子体清洗方式主要以表面溅射为主。Ar离子在电场中获得足够的能量去轰击表面，以去除表面分子和原子，使得污染物从表面去除，改善表面的粘附功，同时也会改变基材表面粗糙度。由于Ar是惰性气体，不与基材表面发生反应，能够处理一些易于被氧化的物质表面，但也会对基材表面有比较大的损伤和热效应。
O2等离子体和H2等离子体都具有活泼的化学性质，是等离子体清洗中典型的化学反应清洗。O2等离子体处理可以有效的去除有机物，中性的氧原子具有非常活泼的化学性质，能够与有机脏污迅速的发生反应，生成易挥发性的气体（CO、CO2和H2O）脱离物体表面，但此方法不适合处理易氧化的材料。H2等离子体通过活性原子H的还原性，可以很容易的去除金属表层的氧化层，而且也可以和有机碳氢化合物反应生成挥发性的物质，比如CH4。化学清洗的特点是速度快，而且选择性非常好。
本领域也有用电晕处理对基材进行表面处理。电晕处理是一种电击处理，它可以使基材的表面具有更高的附着性。其原理是利用高频率高电压在被处理的基材表面电晕放电，产生低温等离子体使基材表面产生游离基反应而使聚合物发生交联，能诱发基材表面分子的化学键断裂而降解，增大基材表面粗糙度。在电晕放电时，还会产生大量的臭氧，臭氧是一种强氧化剂，可使基材表面层分子氧化，产生羧基化合物、过氧化合物等。另外电晕处理还会除去基材表面油污、水汽和尘垢等。经过上述物理和化学改性后，能明显改善基材表面的润湿性和附着性。
本领域对于改变金属层结构设计，目前行业中用的最多的打底层（seed layer）是Ni/Cr层，其靶材比例为80/20。Ni/Cr靶材与PI匹配性好，膜层应力小，与PI结合后不容易脱落。但seed layer层都用的Ni/Cr层。但Cr是重金属，对环境和人体会造成损伤。
本发明为提高镀层与基材之间的剥离强度值，主要做了以下改进：（1）对基材做电晕处理，以降低基材水滴角值，增加与镀层附着性；（2）对基材表面等离子体处理时，采用混合气体Ar和O2，并保证O2的通入量大于Ar的通入量，这样处理效果更佳，可以更有效增大基材表面粗糙度；（3）电晕处理和等离子体处理工艺同时使用，对基材表面处理效果可以达到最优化；（4）IR加热、等离子体处理、溅镀Cu/Ni层和Cu层在设备中依次完成，减少中间环节，防止污染基材；（5）seed layer层用Cu/Ni层代替，其靶材比例为55/45，相比于Ni/Cr靶材，环境污染小。
本发明提供一种提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，包括以下步骤：a.对基材进行电晕处理，得到表面改性的基材；b.用等离子体对基材表面进行清洁；c.直接溅镀Cu/Ni层，在Cu/Ni层表面溅镀Cu层；d.在Cu层表面电镀沉铜层得到2L-FCCL。
进一步的，所述步骤b，对改性基材进行IR加热，除去基材中水分，同时用等离子体对基材表面进行清洁。
进一步的，所述步骤b，等离子处理时，采用混合气体Ar和O2，O2的通入量大于Ar的通入量。
进一步的，所述步骤a电晕处理、步骤b等离子体和步骤c均在真空环境下进行，且在同一真空镀膜设备中进行。
进一步的，所述电晕处理功率为1.5-3.5kw。
进一步的，所述基材在真空镀膜设备中运行速度为2-6m/s。
进一步的，所述电镀环境如下：碱性电镀液为30-100g/l的焦磷酸铜和200-400g/l的焦磷酸钾混合而成，pH值为8-10，基材运行速度1-3m/s，电流100-400A。
进一步的，所述Cu/Ni层的Cu/Ni比例为55/45。
进一步的，所述IR加热温度300℃，等离子体功率2kw，混合气体Ar/O2量20/80sccm，Cu/Ni靶功率6-15kw，Ar流量350sccm，Cu靶功率6-18kw，Ar流量350sccm，基材运行速度2-6m/s。
本发明的详细步骤如下：
1.真空环境下对基材进行电晕处理，得到表面改性基材。电晕处理的功率可根据实际情况作出调整，不宜过高，也不易过低，以1.5-3.5kw为宜。若电晕处理的工艺过高，容易击穿基材膜层，对膜层造成损伤，反之若功率过低，则不能有效降低膜层的表面粗糙度，从而导致基材膜层与镀层间结合力较差。
2.在镀膜设备中，IR加热、等离子体处理、溅镀Cu/Ni层和Cu层按照前后顺序可依次完成。首先设置IR温度、等离子体工艺参数、Cu/Ni靶材功率和Cu靶功率，详细参数如下：IR温度300℃，等离子体功率2kw，混合气体Ar/O2量20/80sccm，Cu/Ni靶功率6-15kw，Ar流量350sccm，Cu靶功率6-18kw，Ar流量350sccm，基材运行速度2-6m/s。
3.将电晕处理后的基材放置卷对卷镀膜设备放卷室中，真空条件下对基材IR加热，除去基材内残余水分，若基材残余水分过多，会影响后续成膜的质量，容易导致膜层脱落。
4.真空条件下对IR加热后的基材进行等离子体处理，通入混合气体Ar/O2量20/80sccm，打开等离子体靶位，功率2kw。等离子体处理可将将基材表面脏污、灰尘颗粒、油污之类的各种污染物质清除，提高薄膜表面的微观粗糙度，从而增加基材与镀层之间的结合力。
5.真空条件下，对进行等离子体清洗后的基材进行溅射电镀Cu/Ni层。通入Ar气350sccm，打开Cu/Ni靶，功率6-15kw，溅射25nm seed layer层。靶材腔室通入Ar气的主要作用是产生氩离子，氩离子轰击靶材产生金属原子，沉积到基材表面，形成Cu/Ni层薄膜。Cu/Ni靶靶位可根据实际情况作出调整，可以是2-4个靶位。
6.真空条件下，对溅射电镀Cu/Ni层的基材溅射电镀Cu层。通入Ar气350sccm，打开Cu靶，功率6-18kw，溅射300nm Cu层。靶材腔室通入Ar气的主要作用是产生氩离子，氩离子轰击靶材产生金属Cu原子，沉积到基材表面，形成铜膜。Cu靶靶位可根据实际情况作出调整，可以是6-8个靶位。
7.步骤3-6是在同一台真空镀膜设备中依次完成的，每个工序都可以独立设置参数，相互不影响。基材在设备中运行的速率是一定的，根据实际情况，其速度可在2-6m/s间设定。步骤6中Cu膜厚度也可根据实际情况做出调整，但不能低于200nm，若厚度太小，不易后续电镀铜层。
8.将溅镀完成的材料置于电镀槽中，碱性电镀液为30-100g/L的焦磷酸铜和200-400g/L的焦磷酸钾混合而成，其PH值控制在9左右。设定基材走速1-3m/s，电流100-400A，在溅镀铜层上镀一次加厚铜层。
9.一次电镀完成后用去离子水对基材表面进行清洗，除去基材残留电镀液，同时对基材进行干燥处理，防止残余水分氧化铜膜。
10.将一次电镀完成的材料置于电镀槽中，进行二次电镀铜层，已达到所需要的铜层厚度。碱性电镀液为30-100g/L的焦磷酸铜和200-400g/L的焦磷酸钾混合而成，其PH值控制在9左右。设定基材走速1-3m/s，电流100-400A，在溅镀铜层上镀二次加厚铜层。
11.对二次电镀完成的铜膜表面做氧化处理，抗氧化液为含有甲基苯并三氮唑的有机溶剂。将甲基苯并三氮唑溶于乙醇、丙醇等有机溶剂中即可得到抗氧化液，甲基苯并三氮唑的质量比为1%-10%。电镀完成时打开抗氧化处理槽即可，让铜膜表面经过抗氧化液，即可形成一层致密的氧化层。
12.二次电镀完成后用去离子水对基材表面进行清洗，以除去基材残留电镀液和抗氧化液，同时对基材进行干燥处理，防止残余水分氧化铜膜。
本发明电晕处理、IR加热、等离子体处理、溅镀Cu/Ni层、溅镀Cu层在同一台真空镀膜依次完成的，每个工序都可以独立设置参数，相互不影响。基材在设备中运行的速度是一定的，根据实际情况，其速度可在2-6m/s间设定。Cu层厚度也可根据实际情况任做出调整，但不能低于200nm，若厚度太小，不易后续电镀铜层。沉镀铜层时根据实际所需要厚度也可分几次完成，不影响成膜结构。
电镀Cu层1可根据所需产品的要求，厚度范围0.3-10μm。溅镀Cu层一般控制在200-300nm为宜，膜层太小会对电镀铜工艺造成影响。溅镀Cu/Ni层3厚度一般控制在20-30nm，厚度太小与基材结合力太差，厚度太大会影响后续产品的蚀刻工艺。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (9)
1.一种提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
a.对基材进行电晕处理，得到表面改性的基材；
b.用等离子体对基材表面进行清洁；
c.直接溅镀Cu/Ni层，在Cu/Ni层表面溅镀Cu层；
d.在Cu层表面电镀沉铜层得到2L-FCCL。
2.根据权利要求1所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述步骤b，对改性基材进行IR加热，除去基材中水分，同时用等离子体对基材表面进行清洁。
3.根据权利要求1所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述步骤b，等离子处理时，采用混合气体Ar和O2，O2的通入量大于Ar的通入量。
4.根据权利要求1所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述步骤a电晕处理、步骤b等离子体和步骤c均在真空环境下进行，且在同一真空镀膜设备中进行。
5.根据权利要求1所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述电晕处理功率为1.5-3.5kw。
6.根据权利要求4所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述基材在真空镀膜设备中运行速度为2-6m/s。
7.根据权利要求1所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述电镀环境如下：碱性电镀液为30-100g/l的焦磷酸铜和200-400g/l的焦磷酸钾混合而成，pH值为8-10，基材运行速度1-3m/s，电流100-400A。
8.根据权利要求1所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述Cu/Ni层的Cu/Ni比例为55/45。
9.根据权利要求2所述的提高COF基挠性覆铜板剥离强度的方法，其特征在于：所述IR加热温度300℃，等离子体功率2kw，混合气体Ar/O2量20/80sccm，Cu/Ni靶功率6-15kw，Ar流量350sccm，Cu靶功率6-18kw，Ar流量350sccm，基材运行速度2-6m/s。
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