不同基体上磁控溅射镍铬薄膜电镀后附着力研究

ｌｌ科技探索与应用　不同基体上磁控溅射镍铬薄膜电镀后附着力研究　张俊。卢振强　（广东风华高新科技股份有限公司，广东肇庆５２６０２０）　摘要：实验研究了Ａｌ２０，陶瓷基板、银钯电极、树脂保护层三类基体材料共１２种基体与镍铬薄膜的附着力，优选得出可以获得良好薄　膜端电极附着力的材料用于片式电阻器的生产，结合薄膜与基体的附着机理解释了不同基体材料对薄膜附着力的影响。　关键词：磁控溅射；镍铬薄膜；基体：附着力　近几年来，片式电阻器行业的端电极工艺已经从传统的银　浆工艺转换到磁控溅射薄膜工艺。片式电阻器的Ａ１　Ｏ　陶瓷基　板、银钯电极、树脂保护层是薄膜端电极的附着基体。由于薄膜　与基体属于完全不同的材料，因此两者之间存在着附着力问　题。提高薄膜与基体之间的附着力是确保端电极质量的重要因　素之一。本文主要研究了在陶瓷基板、银钯电极、树脂保护层三　大类基体的不同型号材料上溅射镍铬薄膜材料并电镀镍层及　锡层后的附着力，并对比了不同入射角度溅射薄膜的附着力，　从附着力结果来优选片式电阻器用陶瓷基板、银钯电极浆料和　树脂保护浆料。　１实验　１．１实验样品制作　准备ｌ组代号Ｓ—ＪＨ和ｌ１组代号Ｓ—ＳＨ的９６％Ｍ￣　陶瓷　基板；在５组Ｓ－ＳＨ基板上分别印刷５种银钯电极浆料（表１中　序号３　７），图形尺寸为２ｍｍｘ２ｍｍ，干燥厚度为１２　ｍ±２　ｍ，在　保温区温度为８５０％±５℃、保温时间为１０ｍｉｎ￣ｌｍｉｎ的烧结炉进　行烧结；在另外５组Ｓ－ＳＨ基板上分别印刷５种树脂保护浆料　（表１中序号８　１２），图形尺寸为２ｍｍｘ２ｍｍ，干燥厚度为　２２　ｍ±２　ｍ，在保温区温度为２００％±５℃、保温时间为３５ｍｉｎ￣　５ｍｉｎ的固化炉进行固化；在Ｓ－ＪＨ、Ｓ－ＳＨ（表１中序号１，２）各１　组基板及银钯电极、树脂保护层周边基板套印镂空尺寸为　２ｍｍｘ２ｍｍ的水性掩膜浆料并烘干。　在滚筒式磁控溅射机上进行镍铬薄膜的制备，制备过程中　镍铬靶材静止不动，基板固定在圆柱形滚筒上作圆周运动，本　文将基板溅射面平行靶材放置称为正面溅射，入射角度在０。一　９０￣一１８０。之间变化，在９０。附近为主，将基板溅射面垂直靶材放　置称为侧面溅射，入射角度大约在０～２０￣之间变化。靶材成分为　Ｎｉ８０％Ｃ￣０％，溅射功率为７０（０，溅射时间为１８ｒａｉｎ，启动工作　压为０．０ｏ８Ｐａ，溅射前经８０℃烘烤１５ｍｉｎ。　考虑到片式电阻器的陶瓷基板、银钯电极上的薄膜端电极　由正面溅射及侧面溅射形成，树脂保护层上的薄膜层主要由正　面溅射形成，故将序号ｌ　７套印水性掩膜后的基板分别分成２　份，一份进行正面溅射，另一份进行侧面溅射，将序号８～１２套　印水性掩膜后的基板进行正面溅射；溅射后脱膜得到２ｍｉｎｘ　２ｍｍ的溅射薄膜层：对１９组溅射后样品电镀厚度均为３￣９￣ｍ　的镍层和锡层。　１．２附着力测试　对溅射薄膜附着力的测试一直是薄膜技术的一个重要课　题。对硬质基体上的金属镀层的附着力测试方法有２０多种，包　括拉伸法、剪切法、打磨法等，不同方法之间几乎不存在联系，　其数据差异可能达两个数量级，各种方法所得的数据是不能通　用的［１】。　本实验参照ＧＢｆｆ１７４７３．４—２００８￣的测试方法检测样品的附　２１２广东科技２０１２．７第１３期　着力，该方法实质是拉伸法。由于样品的叠加膜层多，用该方法　并不能绝对得出溅射薄膜层的附着力，但可以对比出不同样品　之间综合附着力的相对高低。　在样品锡层上焊接引线后用拉力试验机从基板上拉引线，　记录从基板上拉脱膜层所需的最大拉力及失效模式，失效模式　主要说明被拉脱的膜层。被拉脱的膜层即为多层膜层之间附着　力最小的膜层，其余膜层之间的附着力均大于该膜层的附着　力。　２结果与讨论　２．１试验结果　１９组样品附着力测试结果的平均值如表１所示。　表１附着力测试结果　序　号　基体材料类型　基体代号　着力　正面溅射附　侧面溅射　失效模式（脱落的膜　附着力，Ｎ　层）　１　９６％Ａ￣　陶瓷基板　Ｓ＿ＪＨ　３３．０３　３０－２８　脱电镀层／脱电镀层　２　９６％Ａ１￣，陶瓷基板　Ｓ－ＳＨ　３１．８５　２９．Ｏ１　脱电镀层／脱电镀层　３　银钯电极浆料　Ｃ一５Ｅ　３０．６７　３０．４８　脱电极／脱电极　４　银钯电极浆料　Ｃ—Ｏ５　２７．７３　２０．２９　脱电镀层／脱电镀层　５　银钯电极浆料　Ｃ一７Ａ　１２．６４　１０．０９　脱薄膜层／脱薄膜层　６　银钯电极浆料　Ｃ一１Ｓ　６．９６　５．７８　脱薄膜层／脱薄膜层　７　银钯电极浆料　Ｃ一１Ｈ　７．３５　４．０２　脱薄膜层／脱薄膜层　８　树脂保护浆料　Ｇ一９９　２５＿８７　脱电镀层　９　树脂保护浆料　Ｇ一３Ｏ　２１．２７　脱电镀层或薄膜层　１０　树脂保护浆料　Ｇ一７Ｋ　ｌ６．９５　脱电镀层　ｌ１　树脂保护浆料　（　５５　１５．４８　脱电镀层　１２　树脂保护浆料　Ｇ一２１　９．９０　脱薄膜层　从附着力测试结果可见：　溅射薄膜层与两种陶瓷基板的附着力平均值大于２９．０１Ｎ，　无法准确测定。　溅射薄膜层与五种银钯电极浆料的附着力差异很大，序号　３　７综合附着力依次减小。薄膜与Ｃ一５Ｅ电极的附着力平均值　大于３０．４８Ｎ，薄膜与Ｃ一０５电极的附着力平均值大于２０．２９Ｎ，　均无法准确测定。薄膜与Ｃ～７Ａ　Ｃ　ＩＳ及Ｃ一１Ｈ电极的附着力　平均值均可准确测定，拉脱层为薄膜层，数值明显低于Ｃ一５Ｅ、　Ｃ一０５电极与薄膜的附着力。　溅射薄膜层与五种树脂保护浆料的附着力差异较大，序号　８　１２综合附着力依次减小。薄膜与Ｇ～９９树脂保护的附着力平　均值大于２５．８７Ｎ，无法准确测定。薄膜与Ｇ一３０树脂保护的附　着力平均值大于或等于２１．２７Ｎ，拉脱层为薄膜层或电镀层。薄　膜与Ｇ一７Ｋ及Ｇ一５５树脂保护的附着力平均值大于１５．４８Ｎ，无　法准确测定。薄膜与Ｇ一２１树脂保护的附着力平均值可准确测　定，拉脱层为薄膜层。　正面溅射的综合附着力比侧面溅射的综合附着力高一些。　从以上试验结果优选出可以获得良好镍铬薄膜端电极附　着力的材料：Ｓ－ＪＨ及Ｓ－ＳＨ陶瓷基板、Ｃ一５Ｅ及Ｃ一０５银钯电极