Role of microstructure on the electro-mechanical behaviour of copper films on polyimide

Titel in Übersetzung: Mikrostruktureller Einfluss auf das elektro-mechanische Verhalten von Kupferschichten auf Polyimid

Julia Berger

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

Auf Kunststoffsubstrat abgeschiedene Metallfilme finden häufig Einsatz in flexiblen elektronischen Geräten und werden während Produktion und Anwendung wiederholt enormen Verformungen ausgesetzt. Um eine möglichst lange Lebensdauer dieser Bauteile gewährleisten zu können, müssen diese Verbundsysteme robust und zuverlässig bei Dehnung und Stauchung sein, ohne mechanisch oder elektrisch zu versagen. Ziel dieser Arbeit war es, einen tieferen Einblick in das elektromechanische Verformungsverhalten von Kupfer-Kunststoff-Verbunden zu erlangen und festzustellen, in wie fern Variationen bezüglich Schichtdicke und Mikrostruktur sowie zusätzliche Glühbehandlungen das Deformations-verhalten der Metallschichten beeinflussen. Hierfür wurden auf 50 µm dickes Polyimid-substrat aufgedampfte Kupferschichten mit unterschiedlichen Schichtdicken (50 nm, 100 nm und 200 nm) und Korngrößen untersucht. Abhängig von der Schichtdicke des Metallfilms wurde das Gefüge der Kupfer-dünnschichten im Rasterelektronenmikroskop mittels Elektronenrückstrahlbeugung, mit fokussiertem Ionenstrahl oder mit Hilfe des Transmissionselektronenmikroskops bestimmt. Die durchschnittliche Korngröße lag hierbei in der Größenordnung der Schichtdicke. 200 nm dicke Kupferschichten wiesen zusätzlich zu ihrer im Nanometerbereich liegenden Matrix µm-große Körner auf, wobei der Anteil letzterer durch die Glühbehandlung zunahm. Das Deformationsverhalten der Kupfer-Kunststoff-Verbunde wurde mittels in-situ Zugversuchen mechanischer (mittels Fragmentierungstest) und elektrischer Natur (mittels 4-Punkt-Widerstandsmessung) untersucht. Erste Zeichen plastischer Verformung in Form von lokaler Querschnittsabnahme der Metallschicht (Einschnürung) wurden bereits bei niedrigen Dehnungen bei allen Schichtdicken entdeckt. Diese Einschnürungen bildeten sich umso früher aus, je größer Schichtdicken und Körner der Kupferfilme waren. Obwohl die Dichte derartiger Verformungen mit zunehmender Dehnung anstieg, verschlechterte sich die elektrische Leitfähigkeit der 100 nm und 200 nm dicken Kupferschichten nicht übermäßig. Bei den 50 nm dicken Schichten hingegen bildeten sich während des Dehnens Risse im Cu-Film, welche zu einer enormen Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit führten. Kupferfilme mit Schichtdicken <100 nm neigten aufgrund ihres nanokristallinen Gefüges zu spröder Verformung, welche sich in Form von Rissbildung veranschaulichte. Bei Schichtdicken > 100 nm wurde ein duktiles Deformationsverhalten beobachtet. Anstelle der Risse bildeten sich während der Zugbeanspruchung lediglich Einschnürungen im Kupferfilm aus, wobei dieses Verhalten auf die vorhandenen µm-großen Körner zurückgeführt wurde.
Titel in ÜbersetzungMikrostruktureller Einfluss auf das elektro-mechanische Verhalten von Kupferschichten auf Polyimid
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pippan, Reinhard, Betreuer (intern)
  • Cordill, Megan, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung27 Juni 2014
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2014

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Dünnschichten
  • flexible elektronische Bauteile
  • Cu
  • in-situ
  • Fragmentierungstest
  • 4 Punkt Widerstandsmessung
  • RKM

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