DE3400879A1

DE3400879A1 - Verfahren zum verbinden aneinander grenzender metallschichten

Info

Publication number: DE3400879A1
Application number: DE19843400879
Authority: DE
Inventors: Erwin George Saratoga Springs N.Y. Siwek
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1984-01-12
Publication date: 1984-07-26
Also published as: GB2133808B; US4427716A; IT1170271B; JPS59150680A; FR2542669B1; GB8322371D0; FR2542669A1; GB2133808A; IT8324327A0

Description

Verfahren zum Verbinden aneinander grenzender Metallschichten

Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf Laminat-bzw. Verbundstoff-Vorprodukte, wie sie bei der Herstellung von kupferkaschierten Einheiten benutzt werden, die eine besondere Brauchbarkeit bei der Herstellung gedruckter Schaltungen mit hoher Auflösung haben, sowie ein neues Verfahren zum Herstellen solcher Laminat-Vorprodukte.

Die vorliegende Erfindung steht in Beziehung zu der in der DE-OS 32 OO 593 enthaltenen Erfindung, die auf ein Verfahren des direkten Aufdampfens von Kupfer auf eine Trägeroberfläche gerichtet ist, während man die Haftung zwischen dem Kupfer und der Trägeroberfläche steuert. Dies erreicht man dadurch, daß man die Trägeroberfläche bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100 bis etwa 25O°C hält, so daß die Abzugsfestigkeit, d.h. die Kraft, die erforderlich ist, die genannten Komponenten zu trennen, im Bereich von etwa 0,9 bis etwa 9 9 N/2,5 cm liegt.

Kupferkaschierte Einheiten, die die Laminat-Vorläufer der vorliegenden Erfindung benutzen, können vorteilhafterweise dadurch hergestellt werden, daß ein Bindesystem benutzt wird, das eine Metall.oxidschicht und eine Kuppelmittelschicht umfaßt, um den Kupferfilm des Laminat- bzw. Schichtstoffvorläufers mit einem harzgebundenen glasverstärkten Substrat zu verbinden.

Die·US-PS 39 69 199 ist beispielhaft für den Stand der Technik, der eine Aluminiumträgerfolie als Substrat für das Aufbringen und Handhaben einer Kupferschicht benutzt. In der vorgenannten US-PS wird das Kupfer durch Galvanisieren aufgebracht und" zum

Entwickeln der erwünschten Abziehfestigkeit verläßt man sich auf die Modifikation der Trägerfolienoberflache.

Es ist eine besonders wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, kommerziell erhältliche Aluminiumfolie als Trägerfolie bei der Herstellung des Zwischenproduktes bzw. Vorläufers des Schichtstoffes benutzen zu können, das man zur Herstellung kupferkaschierter Einheiten benutzt, die schließlich zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten verwendet werden.

Keine der kommerziell erhältlichen Folien, die für diesen Zweck fest genug ist, ist völlig frei von Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen. Die Verunreinigung der Aluminiumfolie beginnt während des Walzens der Aluminiumknüppel bei der Herstellung der Aluminiumfolie. Das Walzen erfolgt in mehreren Durchgängen, wobei die Aluminiumdicke um etwa 50 % vermindert wird. Auf jede dieser Kaltverformungsstufen folgt eine Wärme-' behandlung zur Beseitigung der Spannungen, um ein Reißen des Aluminiums und eine Kraterbildung darin während der nächsten Kaltwalzstufe zu vermeiden. Während dieser Kaltwalzstufen werden Schmiermittel zum Ziehen benutzt, von denen das üblichste die Kombination aus Kerosin und Mineralöl ist.

In vielen Fällen ist eine völlig weiche Aluminiumfolie erwünscht, und beim Herstellen der Folie für solche Fälle kann das zum Ziehen benutzte Schmiermittel verbrannt werden, indem man die Folie auf 300⁰C oder höher erhitzt. Im Falle der Verwendung der Aluminiumfolie als Trägerfolie bzw. Platte ist die Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften jedoch wichtig. Die als Trägerfolien benutzten Folien haben Dicken in der Größenordnung von etwa 0,05 mm und sie müssen fest?genug sein, um mit. einem festgelegten Zug auf-oder abgerollt zu werden. Um ein Reißen zu vermeiden, wenn ein solches Trägerfolienmaterial von der fertigen kupferkaschierten Einheit abgezogen wird, ist es bevorzugt, daß die Streckgrenze der Aluminiumträgerfolie nicht

geringer ist als etwa 69 N/mm . Diese letztgenannte Anforderung begrenzt daher die für das Austreiben von Oberflächen-verunrei-

nigenden Kohlenwasserstoffen benutzbaren Techniken.

Im Handel erhältliche chemisch gereinigte Aluminiumfolie, die im folgenden definiert wird, ist für den vorgesehenen Zweck besonders brauchbar, da dieses kommerziell erhältliche Material die völlige Härte der nicht wärmebehandelten stark kaltbearbeiteten Aluminiumfolie beibehält. Es bleibt jedoch das Problem, daß die derart gereinigte Aluminiumfolie auf ihrer Ober-

fläche noch immer mindestens 0,3 Mikrogramm/cm an Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen aufweist, was ausreicht, um die Van der Waals-Adsoption als zuverlässige Haftkraft zwischen dem aufgedampften Kupfer und der Aluminiumträgerfolie auszuschließen. '

Es ist daher erforderlich; andere Haftungskräfte zu entwickeln, um¹eine ausreichende Abziehfestigkeit zu erreichen, damit das Laminat aus Aluminiumfolie und Kupferschicht intakt bleibt, bis es.erwünscht ist, die Aluminiumfolie durch Abziehen zu entfernen.

Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, solche Haftungskräfte bei der im Handel erhältlichen Aluminiumfolie zu entwickeln.

Ein anderes Verfahren, mit dem man eine geeignete Abziehfestigkeit erzielen kann, ist das in der obigen DE-OS beschriebene Verfahren, das zur Voraussetzung hat, das die Kohlenwasserstoff-Verunreinigung auf der chemisch reinen Aluminiumfolie mit etwa

0,3 bis etwa 1,0 Mikrogramm/cm am unteren Ende des Verunreinigungsbereiches liegt. Aber selbst bei dem Verfahren nach dieser DE-OS ist zu erwarten, daß bei einer Kohlenwasserstoff-Verunreinigung der Oberfläche der Aluminiumfolie, die im oberen Bereich der Verunreinigung für chemisch reine Aluminiumfolie liegt, das Laminat-Zwischenprodukt nicht die erwünschte Abziehfestigkeit hat.

In solchen Fällen offeriert die vorliegende Erfindung eine Alternative zum Verwerfen der Laminat-Zwischenprodukte, die den Standard nicht erfüllen, weil es jetzt möglich ist, diesem Material eine vorbestimmte Abziehfestigkeit zu verleihen, so daß die zum Abziehen der Aluminiumfolie von der ultradünnen Kupferschicht erforderliche Kraft nicht so groß ist, wie die, die erforderlich ist, um den Kupferfilm von seiner Verankerung im Substrat zu reißen oder die Aluminiumfolie zu zerreißen, die zum Abziehen der Aluminiumfolie erforderliche Kraft andererseits aber auch wiederum nicht so klein ist, daß die AIuminiumfolie während der Handhabung von der ultradünnen Kupferschicht abfällt.

"Ultradünn", bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Dicke von weniger als etwa 16 um.

Die Begriffe "Film" und "Folie" bedeuten einen ultradünnen Über zug und die Kombination eines solches Überzuges mit einem oder mehreren ultradünnen Überzügen aus einem anderen Metall oder anderen Material.

"Bedampfen" schließt im Rahmen der vorliegenden Anmeldung das Zerstäuben, physikalische Verdampfen, z. B. mit dem Elektronenstrahl", das induktive und/oder Widerstandsverdampfen, das chemische Bedampfen und das Ionenplattieren. ein. Der Begriff "Substrat" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung den Teil der kupferkaschierten bzw. kupferüberzogenen Einheit oder des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung, der als physikalische Trägereinrichtung für den Metallfilm oder die Metallfolie dient und der geeigneterweise ein glasverstärkter Epoxyharzkörper in Form eines vorimprägnierten Körpers zur Härtung im Kontakt mit der Kupferfolie ist. Andere Materialien, die für diesen Zweck brauchbar sind, schließen mit Phenolharz imprägniertes Papier ein, wobei das Harz härtbar ist, um eine Klebebindung zwischen dem Substrat und der Metallfolie des Laminates bzw. Schichtstoffes zu erzeugen. Weitere Beispiele für solche Materialien sind Polyimide und Polyesterharze.

"Chemisch rein" im Zusammenhang mit handelsüblicher Aluminiumfolie bedeutet/ daß die Kohlenwasserstoff-Verunreinigung/ flie aufgrund der Verwendung von Schmiermitteln beim Ziehen zur Her-

. stellung der Aluminiumfolie aus Aluminiumknüppeln vorhanden ist, durch chemisches Reinigen beträchtlich vermindert worden

, ist. üblicherweise beginnt ein solches Reinigen der Aluminiumfolie mit einem Dampfentfetten in einem Lösungsmittel, wie Trichloräthylen, gefolgt von einem Reinigen mit einer geeigneten wässrigen Lösung eines alkalischen Reinigungsmittels und schließlich ein Druckwasserspülen. Bestimmungen.der Kohlenwasserstoff-Verunreinigung auf chemisch reinem Aluminium haben Rest-Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 1,0 Mikrogramm/cm ergeben.

■Die "Schutzatmosphäre" wärend des Verarbeitens, z. B. in einem Ofen, schließt Vakuum, Inertgas, wie Helium, Argon oder Stickstoff oder ein reduzierendes Gas, wie Wasserstoff ein. Vorzugweise sollte der Sauerstoffgehalt der Schutzatomosphäre geringer sein als 1 Vol.-%. Wenn Vakuum als Schutzatmosphäre benutzt wird, dann ein solches von weniger als etwa 6650 Pa (entsprechend kleiner als 2 Zoll Hg) bei etwa 22°C.

Die angegebene "Abziehfestigkeit" ist die Kraft in N, die erforderlich ist, um z. B. bei einem 2,5 cm breiten Streifen die Trägerfolie vom Kupferfilm abzuziehen, der an dem Substrat verankert ist, wenn an der TrägerfolLe in einem Winkel von 90 gezogen wird. Ungeachtet der tatsächlichen Breite des Streifens, der während des Tests abgezogen wird, wird die Abzugsfestigkeit in N/2,5 cm angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Laminat, das dadurch erhalten wurde, daß man einen Kupferfilm direkt auf eine handelsübliche chemisch reine Aluminiumfolie aufgedampft hat, wobei die Haftung zwischen dem Kupfer und dem Aluminium geringer ist als etwa 0,9 N/2,5 cm, in einer Schutzatomosphäre auf eine Temperatur von mehr als 150⁰C für eine festgelegte Zeit erhitzt, die ausreicht, eine Diffusionsverbindung zwischen dem Kupfer und dem Aluminium zu entwickeln, die eine durch-

schnittliche Kraft von etwa 0,9 bis etwa 9 N/2,5 cm erfordert, um die Aluminiumfolie von der Kupferoberfläche abzuziehen.

Das maximale Erhitzen hinsichtlich Zeit und Temperatur des Schichtstoffes soll jedoch derart erfolgen, daß die Streckgrenze der Aluminiumfolie von einem Wert, der beträchtlich

2
oberhalb von 69 N/mm liegt, nicht unter einen Wert von etwa

2
69 N/mm reduziert wird.

Danach kühlt man dieses Schichtstoff-Zwischenprodukt oder läßt es abkühlen, bis auf Umgebungstemperatur, während man es noch in einer Schutzatmosphäre beläßt. Der Sauerstoffgehalt dieser Schutzatmosphäre sollte kleiner als etwa 1 Vol.-% sein und brauchbare Schutzatmosphären können ausgewählt werden aus Vakuum, Helium, Argon, Wasserstoff und Stickstoff.

Um eine besonders glänzende, kosmetisch attraktive Kupferoberfläche zu erzielen, wird als Schutzatmosphäre ein Vakuum von etwa 6650 Pa oder weniger, Wasserstoff oder eine Kombination aus Vakuum und Wasserstoff benutzt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine .schematische Darstellung des Laminat-Zwischenproduktes gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt,

Figur 2 eine Ansicht ähnlich der der Figur 1, die eine Einheit unmittelbar vor dem Fertigstellen der in Figur 3 gezeigten kupferkaschierten Einheit zeigt, wenn man das oben beschriebene Bindesystem benutzt,

Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht der kupferkasohierten Einheit, von der die Aluminiumträgerfolie teilweise abgezogen ist.

Der Kupferfilm 13 wird direkt auf der Oberfläche der handelsüblichen chemisch reinen Aluminiumfolie gebildet, die als Trägerplatte 12 Wirkt. Im Optimalfall werden die Bedingungen für das Aufbringen des Kupfers, z. B. Druck, Umgebung, Aufbringtemperatur, -geschwindigkeit und -zeit (d. h. Bandgeschwindigkeit der Aluminiumfolie) so eingestellt, daß die Schicht 13 gleichmäßig dick,zusammenhängend glatt und nadellochfrei ist, sowie eine theoretische Dichte bei einem säulenförmigen Gefüge aufweist. Die Dicke der Schicht 13 sollte ultradünn sein, kann jedoch, wenn erwünscht, auch dicker sein, ζ. Β bis zu 25 yum. Die durchschnittliche Korngröße des Kupfers sollte im Bereich von einigen 10 nm bis zu etwa 1 um liegen.

Es gibt z. B. wegen der Veränderlichkeit der Oberflächenverunreinigung der im Handel erhaltenen Aluminiumfolie natürlich keine Sicherheit, daß durch Einhalten der richtigen Parameter beim Bedampfen die Bindung zwischen dem Kupferfilm und der Aluminiumträgerfolie die richtige Abziehfestigkeit hat.

Während des Bedampfens schlägt atomares Kupfer aus der Gasphase auf das Aluminiumsubstrat auf, doch bleibt es beweglich, bis■es ausreichend Energie verloren hat und selbst an einem sauberen Fleck auf dem Aluminium haften bleibt. Wenn ein solcher sauberer Fleck nicht zur Verfügung steht und das Kupferatom aber ausreichend Energie verloren hat, dann wird es an einem Verunreinigungsatom haften. Beim Bewegen über das Aluminium gibt jedes Kupferatom thermische Energie mit einer Geschwindigkeit ab, die abhängt von der Temperaturdifferenz zwischen dem gasförmigen atomaren Kupfer und dem Aluminiumsubstrat. Je heißer daher das Aluminiumsubstrat, um so langer kann das Kupfer auf dem Aluminiumsubstrat beweglich bleiben und um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß es an einem sauberen Fleck auf dem Aluminium haften bleibt. Vorzugsweise bleibt das Kupferatom an einem anderen Kupferatom haften, das vorher am Aluminium haften geblieben ist. Die zweite'Präferenz für das Kupfer ist ein sauberer Fleck auf dem Aluminium. Aus

diesen Gründen wird das Kupfer nicht als gleichmäßiger Film im

sondern/Aggregaten oder Molekülinseln aufgebracht. Schließlich

verbinden sich die Kupferinseln unter Bildung eines zusammenhängenden Kupferfilmes. Hat das Aluminium nur wenige saubere Flecke pro Flächeneinheit, dann werden diese Flecke die primären Kristallkernbildungsstellen des Kupfers am Aluminium sein, und das Kupfer wird nur über diese wenigen primären Kristallkernbildungsstellen sowie einige sekundäre Kristallkernbildungsstellen an das Aluminium gebunden sein. Die bevorzugte Haftung des Kupfers am Aluminium resultiert aus vielen kleinen Kristallkernbildungsstellen, verglichen mit einigen wenigen großen Kristallkernbildungsstellen. Sauberes Aluminium begünstigt die Bildung vieler Kristallkernbildungsstellen, da das atomare Kupfer mehr Aluminiumfläche zur Kristallkernbildung verfügbar hat. Das atomare Kupfer haftet weniger wahrscheinlich an einem vorher aufgebrachten Kupferatom oder einem unsauberen Bereich der Aluminiumfolie. Ein erhitztes Aluminiumsubstrat begünstigt ebenfalls viele Kristallkernbildungstellen, da es dem gasförmigen atomaren Kupfer mehr Beweglichkeit gestattet und damit mehr Zeit, um an reinem Aluminium zu haften. Die schlechteste Haftung resultiert aus einem Aufbringen von Kupfer auf eine unsaubere Aluminiumoberfläche.

Bei Verwendung einer chemisch reinen Aluminiumfolie mit einer durchschnittlichen Kohlenwasserstoff-Verunreinigung auf der Oberfläche nahe dem unteren Ende des Bereiches, den man bei handelsüblicher chemisch gereinigter Aluminiumfolie antrifft

2
(d. h. bei etwa 0,3 Mikrogramm/cm ) und unter Verwendung der in der obengenannten DE-OS beschriebenen Erfindung, bei der die Trägerfolie 12 bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100 bis 25O°C während des Aufbringens gehalten wird, das man im Vakuum ausführt, kann erwartet werden, daß der durch Bedampfen direkt auf einer solchen Folie gebildete Kupferfilm an der Trägerfolie 12 derart haften wird, daß die Abziehfestigkeit zum.Trennen dieser Schichten im Bereich von etwa 0,9 bis etwa 9 N/2,5 cm und vorzugsweise im Bereich von etwa 1,8 bis etwa 4,5 N/2,5 cm liegen wird. Wegen der Unterschiede, die man von Rolle zu Rolle bei der handelsüblichen chemisch reinen Aluminiumfolie antrifft, kann man jedoch davon ausgehen,

-Λ -

daß zumindest periodisch unangemesseneAbziehfestigkeiten, d. h. von weniger als ifcwa 0,45 N/2,5 cm im Durchschnitt angetroffen werden.

Ob man daher das Verfahren nach der obengenannten DE-OS benutzt und ein Laminatmaterial aus Kupfer und Aluminiumträger erhält, das gelegentlich eine unangemessene Abziehfestigkeit hat oder ob der Kupferfilm auf eine Aluminiumfolie aufgedampft wird, wobei man die Folie nicht wie nach der obigen DE-OS auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 25O°C erhitzt, wird nach der vorliegenden Erfindung das nach einem der genannten Verfahren erhaltene Laminat in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur von mehr als etwa 150°C für eine Zeit erhitzt, die ausreicht eine Diffüsionsbindung zwischen dem Kupferfilm und der Aluminiumfolie auszubilden, die eine Kraft von 0,9 bis etwa 9 N/2,5 cm erfordert, um das Aluminium· von dem Kupferfilm abzuziehen. Das maximale Erhitzen, dem das Laminat ausgesetzt wird, sollte derart sein, daß es die Streckgrenze der Aluminiumfolie von dem ursprünglichen Wert von beträchtlich mehr

2 "■■■·' '

als 69 N/mm nicht bis zu einer Streckgrenze von unterhalb

etwa 69 N/mm vermindert. Das maximale Erhitzen, dem eine gegebene Aluminiumträgerfolie ausgesetzt werden kann/ 1st routinemäßig bestimmbar, da dies eine Eigenschaft der Trägerfolienzusammensetzung ist.

Nach dem vorgenannten Erhitzen sollte das Laminat entweder abgekühlt werden oder man sollte es abkühlen lassen und zwar bis zur Umgebungstemperatur in der gleichen oder in einer anderen Schutzatmosphäre« Das Erhitzen des Laminates, das keine angemessene Abziehfestigkeit aufweist, kann entweder durch Abrollen oder durch Wiederaufrollen des Laminates erfolgen, so daß eine geeignete Länge der Aluminiumfolie primär erhitzt wird oder man kann die Rolle eines solchen Laminates bei der geeigneten Temperatur für die erforderliche Zeit durchwärmen, damit sich die erwünschte Abziehfestigkeit entwickelt.

Geeignete Schutzatmosphären zur Durchführung der vorliegenden Erfindung können durch die Verwendung von Vakuum oder eine gasförmige Umgebung geschaffen werden, welche letztere z. B. aus Helium, Argon, Wasserstoff und Stickstoff ausgewählt wird. Die Sauerstoffkonzentrationen der Schutzatmosphäre sollte weniger als 1 Vol.-% und vorzugsweise viel weniger als die genannte Menge betragen. Die sehr geringe Sauerstoffkonzentration in der Schutzatmosphäre ist von besonderer Notwendigkeit, wenn das oben beschriebene Bindesystem zum Befestigen des Laminat-Zwischenproduktes an dem Substrat zur Herstellung der kupferkaschierten Einheit benutzt werden soll.

Wenn der Kupferfilm auf chemisch reine Aluminiumfolie aufgebracht ist und nachfolgend eine dünne Schicht aus Metalloxid, die in Figur 2 als Schicht 14 gezeigt, und die z. B. eine Zinkoxidschicht sein kann, auf die Oberfläche des Kupferfilmes vor dem Erhitzen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird/ dann können auf dem Kupfer schwarze Flecken erscheinen. Obwohl solche Flecke die Brauchbarkeit des Kupferfilmes, wie bei der Herstellung, einer gedruckten Schaltungsplatte nicht beeinträchtigen, bedeuten sie eine Wertverminderung des Produktes vom Gesichtspunkt des Aussehens. Das Auftreten solcher schwarzen Flecken kann bei Anwesenheit der Metalloxidschicht vermieden werden, indem man entweder eine reduzierende Atmosphäre, z. B. Wasserstoff oder ein Vakuum von etwa 6650 Pa oder weniger bei 22°C benutzt. Es ist darauf zu achten, daß vorhandene Oxide, die keine Kupferoxide sind, nicht reduziert werden.

Das Erhitzen gemäß der vorliegenden Erfindung wird benutzt, um eine bevorzugte Diffusionsverbindung zwischen dem Kupferfilm ·· und der Aluminium-Trägerfolie zu schaffen. Anders als die van der Waals-Adsorption, die relativ schwache Adhäsionskräfte zwischen dem aufgedampften Kupfer und der Aluminiumfolie hervorbringt, liefert diese Diffusionsverbindung eine chemische oder primäre Bindung. Wissenschaftliche Untersuchungen der Diffusionserscheinung werden mit außerordentlich reinen■Grenzflächen zwischen den untersuchten Metallen ausgeführt. Derartige Diffusionsstudien von Kupfer in dünne Aluminiumfilme _f

wie sie von Chamberlain et al in "Lattice and Grain Boundary Diffusion of Copper In Thin Aluminium Films" in "Thin Solid Films", £5, Seiten 189 bis 194 (1977) beschrieben sind, ergöben unzureichende Hinweise hinsichtlich der Diffusionsfähigkeit von Kupfer in Aluminium, wenn die Aluminiumoberfläche mit Kohlenwasserstoff resten verunreinigt ist. Zumindest eine Untersuchung hinsichtlich der Wirkung von Verunreinigungen beim Vermeiden von Verschweißungen fester Phasen wurde von J. L. Jellison in "Effect of Surface Contamination On Solid Phase Welding - An Overview'¹ in "Surface Contamination" herausgegeben von K.. L. Mittal, Band 2, Plenum Press (1979) beschrieben. In dieser Arbeit ist auf Seite 908 ausgeführt, daß Beobachtungen ergeben haben, daß der Adhäsionskoeffizient zwischen Metallen umgekehrt proportional der Länge der Kohlenwasserstoffkette ist und daß er sehr stark von der Dicke der Kohlenwasserstoff-Verunreinigungsschicht abhängt, so daß die Adhäsion zwischen Metalloberflächen durch die Anwesenheit dazwischen befindlicher Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen stark beeinflußt wird.

Die Ergebnisse von Tests zur Bestimmung der Auswirkung der Wärmebehandlung auf das Ausmaß der Diffusionsverbindung zwischen einem durch Aufdampfen aufgebrachten Kupferfilm und einer Trägerfolie aus handelsüblicher chemisch reiner Aluminiumfolie sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Bei den Untersuchungen wurde die Temperatur bei der Wärmebehandlung variiert und gleichermaßen wurde die Erwärmungszeit bei den meisten Behandlungstemperaturen variiert. Jede Testprobe hatte eine Breite von 2,5 cm und eine Länge von 30 cm. Die Abziehfestigkeit wurde nach der Wärmebehandlung durch Abziehen der Aluminiumfolie vom Kupfer, das mit einem glasverstärkten Epoxysubstrat verbunden war, über seine 2,5 cm-Breite bestimmt. Die Werte der Abziehfestigkeit wurden aufgezeichnet, als die volle Länge der Aluminiumfolie von 30 cm entfernt war. Die in der Tabelle angegebene Abziehfestigkeit für jede Probe ist ein Durchschnittswert für die 30 cm Länge. Die verschiedenen Proben, bei denen die in der Tabelle genannten Werte erhalten wurden, hatten vor

der Behandlung Abziehfestigkeiten von weniger als 0,45 N/2,5 cm. Die Variabilität der Abziehfestigkeiten bei einigen Proben ist wahrscheinlich der Variabilität der Verunreinigungsmengen auf den verschiedenen Alum'iniumf öl ienpr oben zuzuschreiben. Die Abziehfestigkeiten repräsentieren die Zahl der Adhäsion/ Diffusions-Stellen pro Flächeneinheit. Wie der folgenden Tabelle entnommen werden kann, beginnt der bevorzugte Temperaturbereich für die Wärmebehandlung bei etwa 2OO°C.

Tabelle

Temp.(⁰C)	Zeit (h)	Abziehfestigkeit des Trägers	(ÜS-Pfund/Zoll)
		N/2,5 cm	(0,1)
150	9	0,45	(0,1)
150	9	0,45	(0,70)
200	0,5	3,15	(2,68)
200	1	12,06	(0, 1)
200	1	0,45	(0,1
200	1	0,45	(0,2)
200	4	0,9	(0,34)
200	4	1,53	(0,1)
200	6	0,45	(0,91)
200	6	4,10	(0,14)
200	6	0,63	(1,82)
200	15	8,19	(0,34)
200	20	1,53	(1,66)
250	6	7,56	(0,26)
300	0,5 .	1,17	(3,85)
300	1	17,33	(0,60)
300	1	2,70	(2,14)
300	1	9,63	(0,55)
300	2	2,48	(1,14)
300	2	5,13	(0,39)
300 '	3,5	1,76	(0,?7)
300	4	3,47	(1,68)
300	4	7,56	(1,77)
300	4	7,97	(0,77)
300	4	3,47

Bei Verwendung des oben beschriebenen Bindungssystems wurde der Kupferfilm 13 nach dem Aufbringen in einer bevorzugten Dicke von 1 - 16 um, wobei dickere Schichten möglich sind, mit einer Schicht 14, d. h. einer Schicht aus einem Metalloxid oder einer Mischung von Metalloxiden überzogen, und zwar durch Bedampfen, das üblicherweise in der gleichen Kammer ausgeführt wurde. Die Metalloxidschicht 14 hat eine relativ gleichmäßige Dicke von

—7 — 6

etwa 10 bis 5 χ 10 cm und vorzugsweise eine solche von

-7 -6
10 bis 10 cm. Das Aufbringen der Metalloxidschicht erfolgte im Vakuum mit einem kontrollierten Sauerstoff- und Wasserdampfgehalt, der durch einen Restgasanalysator Überwacht wurde. Wenn das Laminat-Zwischenprodukt der Figur 1 nicht schon dem erfindungsgemäßen Erhitzen unterworfen worden war, um eine vorbestimmte Abziehfestigkeit sicherzustellen, dann kann das mit der Oxidschicht 14 versehene Produkt einem solchen Erhitzen unterworfen werden, ohne daß die Oxidschicht 14 reduziert wird.

Danach bringt man auf die Oxidschicht eine Schicht 16 aus einer Lösung des Kupplungjsmittels. Das Kupplungsmittel umfaßt vorzugsweise ein Organosilan. Ist das KupplungsmittelBiaterial ge-^ trocknet, dann wird die gesamte Einheit aus Trägerfolie .12, Kupferfilm 13, Oxidschicht 14 und Kupplungsmittelschicht 16 mit der in Figur 3 gezeigten glasverstärkten Expoxyharzplatte 17 verbunden, wozu man eine Temperatur von etwa 175 C und einen Druck von etwa 10,5 bar für eine Zeit von etwa 30 bis 40 Minuten benutzt. Man erhält eine kupferkaschierte Einheit aus den Komponenten 13, 14', 16 und 17. Will man diese Einheit benutzen, dann wird die Aluminiumträgerfolie 12 davon abgezogen, um die Schicht 13 freizulegen.

Im Falle von Einheiten geringerer Fläche von bis zu etwa 30 χ 30 cm, kann das Abziehen der Trägerfolie 12 von der Einheit leicht von Hand erfolgen, obwohl es bequemer sein mag ein mechanisches Gerät hierfür einzusetzen. Im Falle sehr großer Flächeneinheiten ist es bevorzugt, eine mechanische Unterstützung zu benutzen, um eine gleichbleibendere gleichmäß verteilte Kraft auf die Trägerfolie auszuüben.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden aneinander grenzender Metallschichten, wobei die entstehende Bindung eine vorbestimmte mittlere . Einheitsstärke aufweist,
gekennzeichnet durch folgende Stufen:

(a) Bilden eines Kupferfilmes auf einer flexiblen Aluminiumträgerfolie zum Herstellen eines Laminates, indem man Kupfer direkt auf eine Hauptoberfläche der Aluminiumfolie durch Bedampfen aufbringt, wobei die Kristalle des Kupferfilmes vorherrschend säulenförmig ausgebildet sind, die Streckgrenze der Aluminiumfolie deutlich grö-

ßer ist als 69 N/mm und die genannte Oberfläche während des Bedampfens in einem Ausmaß von Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen frei ist, daß sie zumindest dem chemisch reinen Zustand vergleichbar ist,

(b) Erhitzen des erhaltenen Laminates in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur oberhalb von etwa 15O°C für eine vorher festgelegte Zeit, die ausreicht, eine Diffu-

sionsverbindung zwischen dem Kupferfilm und der Aluminiumfolie Ku entwickeln, die eine Kraft von €twa 0,9 bis etwa 9 N/2,5 cm erfordert, um die Aluminiumfolie von dem Kupferfilm abzuziehen, wobei das Erhitzen maximal soweit erfolgt, daß die Streckgrenze der

2 Aluminiumfolie nicht auf weniger als etwa 69 N/mm reduziert wird, und

(c) Kühlen des Laminates auf Zimmertemperatur in einer Schutzatmosphäre.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzatmosphäre ausgewählt ist aus Vakuum, Helium, Argon, . Wasserstoff und Stickstoff.

.3. . Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoffgehalt von weniger als 1 Vol.-% in der verwendeten Schutzatmosphäre vorhanden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abziehfestigkeit des Laminates zwischen etwa 1,9 und etwa 4,5 N pro 2,5 cm liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß nach ■ der Bildung des Kupferfilmes auf der Aluminiumfolie eine Schicht aus einem Oxid eines zweiten Metalles unter Bedingungen der Temperatur und des Druckes auf den Kupferfilm aufgebracht wird, die die Bildung von Kupferoxid im wesentlichen' ausschließen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, ' ■ . dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in einer Schutzatmosphäre ausgeführt wird, die ausgewählt ist entweder aus einem Vakuum von weniger als

- 3 etwa 6650 Pa oder einem reduzierendem Gas.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzatmosphäre aus Wasserstoff besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Erhitzens im Bereich von 200 bis 300⁰C liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen und Abkühlen in der gleichen Schutzatmospäre ausgeführt werden.