Determining the grain growth tendency of copper on a laboratory scale

Abstract

This thesis investigates the grain growth tendency of a copper strip in further processing involving heat treatment, where the copper is joined with ceramic. The work aims to find a laboratory-scale testing method that can verify the grain growth tendency before the material is sent to the customer for further processing.

The work investigates the role and significance of printed circuit board technology and copper in today's electrifying society, delving into the most common printed circuit board technologies and the properties and requirements of the materials used in them. Factors affecting grain growth are studied and the significance of changes that occur during copper processing in the formation of final material properties are identified.

In the experimental part, the aim was to detect differences in the grain growth tendency of copper between different materials. Laboratory tests were carried out by annealing sample copper under various conditions that modelled the customer's process and by analysing the grain structure after annealing and comparing the grain size with the specified limit values.

In the tests, differences in grain growth tendency between materials were observed and critical points were found, at which the material begins to react in an undesirable way regardless of other test parameters. Critical points were identified in annealing temperatures and oxygen concentrations. These findings can be utilized in further research, where the parameters and test reproducibility are sought through repetitions.

Tässä työssä tutkitaan kuparisen nauhan rakeenkasvutaipumusta lämpökäsittelyä sisältävässä jatkoprosessoinnissa, jossa kupari liitetään yhteen keraamin kanssa. Työssä pyritään löytämään laboratoriomittakaavassa toimiva testausmenetelmä, jolla rakeenkasvutaipumus voidaan todentaa ennen materiaalin lähettämistä asiakkaalle jatkoprosessoitavaksi.

Työssä selvitetään piirilevyteknologian roolia ja kuparin merkitystä sähköistyvässä nyky-yhteiskunnassa, syvennytään yleisimpiin piirilevyteknologioihin sekä niissä käytettävien materiaalien ominaisuuksiin ja vaatimuksiin. Rakeenkasvuun vaikuttavia tekijöitä tutkitaan ja kuparin prosessoinnin aikana tapahtuvien muutosten merkitystä tunnistetaan lopullisten materiaaliominaisuuksien muodostumisessa.

Työn kokeellisessa osuudessa kuparin rakeenkasvutaipumuksessa pyrittiin havaitsemaan eroja erilaisten materiaalien välillä. Laboratoriokokeet toteutettiin hehkuttamalla näytekuparia erilaisissa asiakkaan prosessia mallintavissa olosuhteissa ja analysoimalla hehkutuksen jälkeistä raerakennetta sekä vertaamalla raekokoa määritettyihin raja-arvoihin.

Työn puitteissa suoritetuissa testeissä havaittiin rakeenkasvutaipumuksessa eroja materiaalien välillä ja löydettiin kriittisiä pisteitä, jolloin materiaali alkaa reagoida ei-toivotusti muista koeparametreistä huolimatta. Kriittisiä pisteitä tunnistettiin hehkutuslämpötiloissa ja happipitoisuuksissa. Näitä löydöksiä voidaan hyödyntää jatkotutkimuksessa, jossa parametrejä ja kokeen toistettavuutta pyritään toistojen kautta tarkentamaan.