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CN115206809A - 一种透明聚合物表面覆铜的工艺 - Google Patents

一种透明聚合物表面覆铜的工艺 Download PDF

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CN115206809A CN202210852126.6A CN202210852126A CN115206809A CN 115206809 A CN115206809 A CN 115206809A CN 202210852126 A CN202210852126 A CN 202210852126A CN 115206809 A CN115206809 A CN 115206809A
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庞盼
程文雅
陈小曼
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Abstract

本发明公开了一种透明聚合物表面覆铜的工艺，包括：S01对透明聚合物进行表面等离子体清洗，S02对透明聚合物表面沉积多层氧化物，S03对透明聚合物表面进行等离子体刻蚀，S04对透明聚合物表面进行覆铜。本发明通过设计一种特殊的透明聚合物表面覆铜的工艺，并用该工艺制备的覆铜聚合物刻蚀的精细线路可完全解决在线宽线距窄的环境下产生枝晶的技术难题。

Description

一种透明聚合物表面覆铜的工艺
技术领域
本发明公开了一种透明聚合物表面覆铜的工艺。
背景技术
柔性显示是指由柔软材料制成的可变形、可弯曲的显示装置。目前的主流是柔性LED、OLED，另外柔性液晶显示(LCD)也在同步发展中。随着LED、OLED技术的越发成熟，应用于LED、OLED技术的各种产品也应运而生。发光二极管LED显示屏是一种通过控制LED矩阵的发光而进行信息显示的器件系统。在某些特殊场合，如玻璃幕墙、商店橱窗、立体广告牌、舞台背景等环境需要LED显示模块透光性好，同时显示屏如能弯曲、伸缩等，就能便于在非平面区域安装、搬运和维修；高结合强度及长寿命的透明聚合物覆铜基材一直是该行业的技术难点，同时在实际使用时精细线路中电迁移导致的枝晶问题也是影响透明器件寿命的最重要因素。
精细线路在使用过程中产生枝晶导致线路报废一直是行业的技术瓶颈问题；精细线路线宽线距窄，透明聚合物易吸水，在电场的作用下导致铜的迁移和枝晶的生长，因致两两线路相通，而使线路报废；传统的方法是加覆盖膜，但覆盖膜只能解决上表面的问题，下表面铜在聚合物基体吸水后仍然存在枝晶生长问题。本发明主要是解决枝晶的技术难题而设计一种特殊的透明聚合物表面覆铜的方法，用该方法制备的覆铜聚合物刻蚀的精细线路可完全避免在线宽线距窄的环境下产生枝晶。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种透明聚合物表面覆铜的工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种透明聚合物表面覆铜的工艺，所述工艺具体包括如下步骤：
S01对透明聚合物进行表面等离子体清洗：
对透明聚合物表面依次进行潘宁源清洗和考夫曼源清洗，以实现氧的嵌入与氧的加成，备用；
其中，在潘宁源清洗过程中，因氧离子能量偏高以便于O和H的结合，从而实现氢氧自由基的形成，且透明聚合物表面的氢氧自由基数目不应小于10％；
以及，在考夫曼源清洗过程中，为实现氧的加成，而使电阻低于1016Ω；且氧与C结合成键，C-O键有利于表面能的增加；但若表面电阻超过1016Ω时，则重新进行潘宁源处理，待气体等离子体清洗完成后透光度下降不超过5％。(因为电阻越高说明表面的C-O键和OH基以及C形成的数量不够，这些和聚合物的表面亲水有着直接的关系)。
此外，在进行所述低能清洗后，所述基体表面的粗糙度为0.1-0.4微米。粗糙度过高或过低均不能满足实用要求，且粗糙度参数需要通过调整进气量等参数得以控制。
S02对透明聚合物表面沉积多层氧化物：
利用低能离子束技术对经S01处理后的透明聚合物表面先沉积一层氧化物，待沉积结束后停止氧气供给，沉积一层薄金属，并将氧化物层和薄金属层设定为一个单元周期，重复周期1-20次，以完成多层氧化物的沉积；
S03对透明聚合物表面多层氧化物进行等离子体刻蚀：
利用等离子体技术对经S02处理后的透明聚合物表面氧化物进行等离子体刻蚀：
S04对透明聚合物的氧化层表面覆铜：
利用低能离子束技术和电子束蒸发技术沉积极薄铜，即完成所述透明聚合物表面覆铜的工艺。
需要说明的是，S02步骤中，可为同种氧化物多层，也可为混合氧化物多层；且待沉积完成后氧化物表面粗糙度在0.01-0.1μm之间，透过率下降不超过8％。
另外，金属层的添加不仅可大幅提高氧化物的韧性，降低50％以上的内应力，还可实现水氧等的吸收和固化，大幅提高整体的水汽稳定性；且控制金属层和氧化层的厚度比值在0.02-0.2之间，以明显增强光的透过率，保持透明聚合物的透光性；再者，金属/金属氧化物多层结构对于整体抗水汽侵入铜有着至关重要的作用，对于吸水率大的透明聚合物而言，其能大幅降低聚合物该侧进入铜的水汽，大幅降低形成枝晶的概率。
优选的，S01步骤中，所述潘宁源清洗电压为20-40KV，处理时间1-5min，氧气流量为10-50sccm。
以及，S01步骤中，所述考夫曼源清洗电压为10-20KV，处理时间1-5min，氧气流量为10-50sccm。
优选的，所述氧化物的沉积厚度为10-20nm，所述薄金属层的沉积厚度为1-5nm；且所述氧化物至少为氧化铝、氧化镁、氧化锆中的一种。
进一步的，沉积束流为100-400mA，及沉积过程中温度为100-150℃，沉积速率为10-40nm/min，氧气流量为20-80sccm。
优选的，S03步骤中，刻蚀束流为100-800mA，刻蚀时间为1-5min，刻蚀深度为1-5nm，宽度为3-10nm。
值得说明的是，通过对透明聚合物表面多层氧化物进行等离子体刻蚀不仅可使整体透光率提升1-7％，还可使透明聚合物表面悬挂键数量提高10％以上。
优选的，S04步骤中，离子束沉积时电流为90-200A，束流>600mA，沉积速率不低于10nm/min；电子束蒸发功率不低于30KW，沉积速率不大于5μm/min，卷对卷走速不低于3m/min，铜箔的厚度为3-8μm，铜箔表面粗糙度为0.05-0.2μm。
通过在透明聚合物的氧化层表面覆铜，才能使得其在500mm宽幅的范围内厚度均匀性差别不大于8％，铜箔耐折次数不低于1500次，消耗因子<0.04，吸水率<4％，扩展撕裂强度>4g。
与现有技术相比，本发明公开保护的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，优点在于：
1、本发明提出了一种透明聚合物表面覆铜的工艺，通过对聚合物进行清洗，加成使聚合物基体与氧化物层、以及与后续的铜膜层的结合力都非常好，从而使其抗剥离强度得以增强；
2、基于气体离子源在清洗方面可操作性很强，使得聚合物处理后的物理化学稳定性好；
3、基于霍尔离子源微刻蚀的纳米结构，因其本身具有亲水结构与比表面积大，而使之能够大幅提高表面能，同时具备增透性能；
4、本发明可完美避免在使用过程中因水汽而导致的电迁移，从而形成的枝晶，解决超细线路的技术瓶颈问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为透明聚合物表面覆铜工艺的流程图。
图2为透明聚合物表面覆铜的结构示意图。
图3为实施例1-4的铜箔结合强度图。
图4为实施例1-4每平方毫米枝晶数目(双85环境下100h，电压50V)。
图2中：
201透明聚合物基体，202多层氧化物调节层，203覆铜层。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为更好地理解本发明，下面结合附图1，并通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
实施例1：
S01：无
S02:对透明聚合物沉积多层氧化物，利用低能离子束技术聚合物进行多层氧化沉积，先沉积第一层氧化物，为氧化铝，沉积厚度10-20nm，沉积参数为束流在100-400mA，沉积过程中温度在100-150℃，沉积速率在10-40nm/min，氧气流量为20-80sccm；第一层氧化物结束后停止氧气供给，沉积第二层极薄金属层，沉积厚度1-5nm；第一层氧化物和第二层金属层为一个单元周期，重复周期数1-20次；
S03：对透明聚合物表面多层氧化物进行等离子体刻蚀
利用等离子体对聚合物表面氧化物进行刻蚀，刻蚀束流100-800mA，刻蚀时间1-5min，刻蚀深度1-5nm，宽度3-10nm。
S04：在透明聚合物的氧化层表面覆铜
利用低能离子束技术和电子束蒸发技术沉积极薄铜，离子束沉积时电流90-200A，束流>600mA，沉积速率10nm/min；电子束蒸发功率不低于30KW，沉积速率3μm/min，卷对卷走速3m/min，铜箔的厚度为5μm。
实施例2：
S01：对透明聚合物进行卷对等离子体清洗，依次潘宁源清洗、考夫曼清洗：潘宁源电压20-40KV，处理时间1-5min，氧气流量10-50sccm；考夫曼源电压10-20KV，处理时间1-5min，氧气流量10-50sccm，电阻低于1016Ω；
S02:无
S03：无
S04：在透明聚合物的氧化层表面覆铜
利用低能离子束技术和电子束蒸发技术沉积极薄铜，离子束沉积时电流90-200A，束流>600mA，沉积速率10nm/min；电子束蒸发功率不低于30KW，沉积速率3μm/min，卷对卷走速3m/min，铜箔的厚度为5μm。
实施例3：
S01：对透明聚合物进行卷对等离子体清洗，依次潘宁源清洗、考夫曼清洗：潘宁源电压20-40KV，处理时间1-5min，氧气流量10-50sccm；考夫曼源电压10-20KV，处理时间1-5min，氧气流量10-50sccm，电阻低于1016Ω；
S02:对透明聚合物沉积多层氧化物，利用低能离子束技术聚合物进行多层氧化沉积，先沉积第一层氧化物，为氧化铝，沉积厚度15nm，沉积参数为束流在100-400mA，沉积过程中温度在100-150℃，沉积速率在20nm/min，氧气流量为20-80sccm；第一层氧化物结束后停止氧气供给，沉积第二层极薄金属层，沉积厚度1nm；第一层氧化物和第二层金属层为一个单元周期，重复周期数15次；
S03：对透明聚合物表面多层氧化物进行等离子体刻蚀
利用等离子体对聚合物表面氧化物进行刻蚀，刻蚀束流100-800mA，刻蚀时间1-5min，刻蚀深度1-5nm，宽度3-10nm。
S04：在透明聚合物的氧化层表面覆铜
利用低能离子束技术和电子束蒸发技术沉积极薄铜，离子束沉积时电流90-200A，束流>600mA，沉积速率10nm/min；电子束蒸发功率不低于30KW，沉积速率3μm/min，卷对卷走速3m/min，铜箔的厚度为5μm。
实施例4：
S01：对透明聚合物进行卷对等离子体清洗，依次潘宁源清洗、考夫曼清洗：潘宁源电压20-40KV，处理时间1-5min，氧气流量10-50sccm；考夫曼源电压10-20KV，处理时间1-5min，氧气流量10-50sccm，电阻低于1016Ω；
S02:对透明聚合物沉积多层氧化物，利用低能离子束技术聚合物进行多层氧化沉积，先沉积第一层氧化物，为氧化铝，沉积厚度20nm，沉积参数为束流在100-400mA，沉积过程中温度在100-150℃，沉积速率在20nm/min，氧气流量为20-80sccm；第一层氧化物结束后停止氧气供给，沉积第二层极薄金属层，沉积厚度3nm；第一层氧化物和第二层金属层为一个单元周期，重复周期数15次；
S03：对透明聚合物表面多层氧化物进行等离子体刻蚀
利用等离子体对聚合物表面氧化物进行刻蚀，刻蚀束流100-800mA，刻蚀时间1-5min，刻蚀深度1-5nm，宽度3-10nm。
S04：在透明聚合物的氧化层表面覆铜
利用低能离子束技术和电子束蒸发技术沉积极薄铜，离子束沉积时电流90-200A，束流>600mA，沉积速率10nm/min；电子束蒸发功率不低于30KW，沉积速率3μm/min，卷对卷走速3m/min，铜箔的厚度为5μm。
由图3所示，实施例1无等离子体清洗对结合强度影响比较大，结合强度0.32N/cm，实施例2结合强度为0.81N/cm，实施3和4的结合强度分别为0.79和0.76N/cm，多层氧化物的加入对结合强度有副影响，通过多层的引入能明显降低对结合强度的影响。
由图4所示，实施例1无等离子体清洗对多层氧化物的致密性影响较大，在双85环境下100h，电压50V枝晶数目每平方毫米为8个。但影响最大的还是无多层氧化物，其枝晶数目高达32个，已完全失效。实施3和4的枝晶数目均为0，多层氧化物的加入对枝晶的产生有明显的抑制效果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，所述工艺具体包括如下步骤：
S01对透明聚合物进行表面等离子体清洗：
对透明聚合物表面依次进行潘宁源清洗和考夫曼源清洗，以实现氧的嵌入与氧的加成，备用；
S02对透明聚合物表面沉积多层氧化物：
利用低能离子束技术对经S01处理后的透明聚合物表面先沉积一层氧化物，待沉积结束后停止氧气供给，沉积一层薄金属，并将氧化物层和薄金属层设定为一个单元周期，重复周期1-20次，以完成多层氧化物的沉积；
S03对透明聚合物表面多层氧化物进行等离子体刻蚀：
利用等离子体技术对经S02处理后的透明聚合物表面氧化物进行等离子体刻蚀：
S04对透明聚合物的氧化层表面覆铜：
利用低能离子束技术和电子束蒸发技术沉积极薄铜，即完成所述透明聚合物表面覆铜的工艺。
2.根据权利要求1所述的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，S01步骤中，所述潘宁源清洗电压为20-40KV，处理时间1-5min，氧气流量为10-50sccm。
3.根据权利要求1或2所述的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，S01步骤中，所述考夫曼源清洗电压为10-20KV，处理时间1-5min，氧气流量为10-50sccm。
4.根据权利要求1所述的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，所述氧化物的沉积厚度为10-20nm，所述薄金属层的沉积厚度为1-5nm；且所述氧化物至少为氧化铝、氧化镁、氧化锆中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，沉积束流为100-400mA，及沉积过程中温度为100-150℃，沉积速率为10-40nm/min，氧气流量为20-80sccm。
6.根据权利要求1所述的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，S03步骤中，刻蚀束流为100-800mA，刻蚀时间为1-5min，刻蚀深度为1-5nm，宽度为3-10nm。
7.根据权利要求1所述的一种透明聚合物表面覆铜的工艺，其特征在于，S04步骤中，离子束沉积时电流为90-200A，束流>600mA，沉积速率不低于10nm/min；电子束蒸发功率不低于30KW，沉积速率不大于5μm/min，卷对卷走速不低于3m/min，铜箔的厚度为3-8μm，铜箔表面粗糙度为0.05-0.2μm。
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