# 【79】持续高功率磁控溅射技术高速制备挠性覆铜板Cu膜

## 基本信息
- **作者**：刘亮亮等（北京大学深圳研究生院、深圳后浪铜箔科技）
- **来源**：《真空与低温》2020年第26卷第5期
- **路径**：源文件/文献/阴极电源相关/持续高功率磁控溅射技术高速制备挠性覆铜板 Cu 膜.pdf
- **阅读日期**：2026-04-11
- **理解程度**：⭐⭐⭐⭐⭐（极其详细，与XC03高度相关）
- **关联度**：⭐⭐⭐⭐⭐ **极高！挠性覆铜板 = XC03同类工艺！**

## 核心内容

### FCCL挠性覆铜板背景

#### 传统FCCL制造问题
| 问题 | 说明 |
|------|------|
| 层压法 | 使用黏结胶→介电损耗大 |
| 压延Cu箔 | 厚度下限>6μm |
| 溅射法 | 沉积速率低、致密度差、结合力差 |

#### 杜邦技术优势
| 技术 | 说明 |
|------|------|
| PI上直接聚合Cu膜 | 全球首家 |
| 卷对卷连续生产 | 高端FCCL |
| 专利壁垒 | 几乎垄断 |

### C-HPMS技术核心优势

| 优势 | 说明 |
|------|------|
| **高离化率** | 等离子体密度高 |
| **高沉积速率** | 高达1.72 μm/min |
| **致密结构** | 纳米晶堆积 |
| **低电阻率** | 4.3×10⁻⁸ Ω·m |

### 实验配置

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 基材 | PI薄膜(15μm) + 单晶硅片 |
| 靶材 | Cu靶，99.99% |
| 本底真空 | 5×10⁻³ Pa |
| 工作气压 | 0.8 Pa |
| Ar流量 | 30 mL/min |
| 溅射电源 | AE 60kW直流电源 |
| 偏压电源 | 脉冲偏压(-2000V, 50μs, 50Hz) |

### 关键发现1：功率密度↑ → 沉积速率↑

| 功率密度 | 沉积速率 |
|----------|----------|
| 20 W/cm² | 0.25 μm/min |
| 60 W/cm² | 大幅提升 |
| 100 W/cm² | 显著提升 |
| **140 W/cm²** | **1.72 μm/min** |

**辉光颜色变化**：
| 功率密度 | 辉光颜色 |
|----------|----------|
| 20 W/cm² | 微弱粉绿色（Ar放电为主） |
| 100 W/cm² | **亮绿色（C-HPMS放电）** |

### 关键发现2：功率密度↑ → 表面形貌改善

| 功率密度 | 表面形貌 |
|----------|----------|
| 20 W/cm² | **疏松岛状堆积，大量孔洞** |
| 60 W/cm² | 鹅卵石堆积，空隙减小 |
| 100 W/cm² | **无明显孔隙，致密** |
| 140 W/cm² | 晶粒粗大，晶界缺陷增加 |

**机制**：高功率→高离化率→高迁移率→致密沉积

### 关键发现3：低温控制 → 致密度↑

| 条件 | 晶粒尺寸 | 致密度 |
|------|----------|--------|
| 不冷却 | 数百纳米 | 有孔洞 |
| **20℃水冷** | **极细小（非晶态）** | **极高** |

**机制**：低温限制晶粒长大→增加形核→提升堆积密度

### 偏压优化

| 偏压 | 效果 |
|------|------|
| -2000V, 50μs, 50Hz | 离子能量控制 |
| 效果 | 表面活化+结构调控 |

### 与其他方法对比

#### 表面形貌对比
| 方法 | 表面状态 |
|------|----------|
| 压延Cu | 有织构，扁条状，微小凸起 |
| 电镀Cu | 颗粒状，疏松，晶界缺陷 |
| **C-HPMS Cu** | **平整，无微孔，无明显晶界** |

#### XRD对比
| 方法 | 晶粒尺寸 |
|------|----------|
| 压延Cu | 大 |
| 电镀Cu | 数百纳米 |
| **C-HPMS Cu** | **数十纳米，峰宽化** |

### 电阻率对比

| 方法 | 电阻率(×10⁻⁸ Ω·m) |
|------|-------------------|
| 压延Cu | 4.6 |
| 电镀Cu | **9.5（最高）** |
| **C-HPMS Cu** | **4.3（最低）** |

**C-HPMS Cu电阻率比电镀低约一半！**

### 结合力测试

#### 测试方法
| 方法 | 标准 |
|------|------|
| 乙醇/橡皮擦测试 | ASTM1966*2058 |
| 百格测试 | GB9286-98 |
| 剥离强度测试 | GB/T13557-2017 |

#### 结合力结果
| 指标 | 值 |
|------|-----|
| 胶带测试 | **全部通过** |
| 剥离强度 | **0.76-0.87 N/mm** |

### 阳极层离子源作用

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 电压 | 800V |
| 电流 | 0.44A |
| 作用 | **Ar等离子体清洗20min** |
| 效果 | 基片表面活化 |

### 工艺参数总结

| 参数 | 最优值 |
|------|--------|
| 功率密度 | **100-140 W/cm²** |
| 工作气压 | **0.8 Pa** |
| Ar流量 | **30 mL/min** |
| 偏压 | **-2000V, 50μs, 50Hz** |
| 基底温度 | **20℃水冷** |
| 本底真空 | **5×10⁻³ Pa** |
| **沉积速率** | **1.72 μm/min** |

### 沉积速率对比

| 方法 | 沉积速率 |
|------|----------|
| 常规溅射 | 20-30 nm/min |
| **C-HPMS** | **1.72 μm/min = 1720 nm/min** |
| **提升** | **约60倍！** |

### 膜厚与电阻率

| 膜厚 | 电阻率 |
|------|--------|
| 2μm（C-HPMS） | **4.3×10⁻⁸ Ω·m** |
| 8μm（压延/电镀） | 4.6-9.5×10⁻⁸ Ω·m |

**C-HPMS用2μm达到甚至优于8μm压延Cu的电阻率！**

## 与XC03项目关联

### 直接相关点
| 项目 | 说明 |
|------|------|
| 基材 | PI薄膜（XC03用PET，可能类似） |
| 工艺 | 溅射Cu膜 |
| 目标 | 挠性覆铜板 |
| 设备 | 多功能等离子体系统 |

### 可借鉴参数
| 参数 | C-HPMS值 | XC03参考 |
|------|----------|----------|
| 功率密度 | 100-140 W/cm² | 需验证 |
| 工作气压 | 0.8 Pa | 接近 |
| Ar流量 | 30 mL/min | 参考 |
| 偏压 | -2000V, 50μs | 参考 |
| 基底温度 | 20℃水冷 | **重要！** |
| 阳极层离子源 | 清洗20min | **重要！** |

### 关键工艺步骤
```
1. 基片清洗（丙酮+乙醇+纯水超声）
     ↓
2. 本底真空抽至5×10⁻³ Pa
     ↓
3. 阳极层离子源Ar等离子体清洗20min
     ↓
4. Cu靶直流溅射（功率密度100-140 W/cm²）
     ↓
5. 脉冲偏压-2000V
     ↓
6. 基底水冷20℃
     ↓
7. 沉积速率1.72 μm/min
```

## 与其他文献的关联

### 印证点
- 与《HiPIMS综述_张蕊2025》印证：高离化率优势
- 与《辅助阳极_文献》印证：离子源清洗作用
- 与《PI基材_文献》印证：PI基材处理
- 与《Cu膜电阻_李爱丽》印证：纳米