高性能电解铜箔表面处理工艺研究

高性能电解铜箔表面处理工艺研究

温丙台

广东嘉元科技股份有限公司514759

摘要：文章主要介绍国内外的生产现状和电解铜箔的发展历程，并指出随着电子产品薄型化、小型化和多功能化的发展趋势，铜箔对作为电子产品的主要基材之一，也对它提出了更高的要求，现今国内电解铜箔在国际市场上的竞争力比较弱，主要是受限制于电解铜箔的生产工艺技术，特别是表面处理工艺。本文分析了针对近几年来国内外在电解铜箔表面处理技术方面的研究进展，提出对高性能电解铜箔表面处理工艺未来发展的展望。

关键词：电解铜箔；添加剂；表面处理工艺

电解铜箔在电子工业中是基础材料之一，广泛的应用于电子行业中，对整个电子行业的发展起着非常重要的作用。电解铜箔品质优劣除了有关生箔基体外，也和铜箔的表面处理技术有着不可分割的关系。电解铜箔在经过合适的表面处理工艺的处理后，可以使产品的性能和品质有效改善，从而具有优良的耐腐蚀性、耐热性及较高的抗剥离强度，从而使工业生产的更高要求得到满足。

一、电解铜箔发展史及国内外电解铜箔生产现状

电解铜箔可分为三个发展期：发展起步期（1955－1970年），在这个时期中，印刷电路板用铜箔开始生产，厚度是70～100μm。快速发展期（1970－2000年），这个时期中，18～35μm的铜箔在市场出现，且被日本的铜箔企业垄断。发展成熟期（2000年至今），主要是在电池上应用生产3～5μm的铜箔，世界各个国家对此都有着不同程度的研究进展。

材料加工精度参差不齐，在国内铜箔生产企业购置的生箔机在长时间的不断运行后，材料的表面状况不好，造成铜箔品质的下降。对这些企业来说，为了对铜箔产品的性能品质起到进一步的改善和提高作用，有效的方法就是研究与改进电解铜箔的表面处理工艺。

二、电解铜箔表面处理工艺

目前来看，国内外各个铜箔生产企业采用的工艺参数与表面处理工艺流程都不一样，但通常来说都包含防氧化、耐热、粗化这三种处理工艺。比较常见的电解铜箔表面处理的工艺过程能分为：原箔（生箔）→预处理→粗化→固化→电镀异种金属（合金镀）→抗氧化→硅烷处理→烘干。

通常来说，原箔指的是从企业生产出来，还没有进行任何处理过的箔片，我们也将其称之为生箔。预处理指的是用在对原箔表面进行清洗时使用特定溶液，对表面进行浸蚀及去除表面氧化层的过程，原箔经过制箔机生产出后有比较短的一个存放过程，其表面非常容易产生氧化层，在对其进行粗化处理之前首先要去除。粗化指的是在特定电解液中通过电解的作用，在铜箔毛面（阴极）发生铜沉积的过程，我们能提高铜箔的表面积，从而使电解铜箔的抗剥离强度提高。固化指的是基于粗化的基础上，稳固粗化效果，使铜箔的抗剥离强度进一步提高。合金镀指的是在铜箔粗化层面上再镀一层其他金属或者合金，使铜箔不和树脂基材发生直接接触，从而提高多层板后的耐热性及铜箔压制覆铜板及高温抗剥离强度。抗氧化处理通常是使铜箔作为阴极，通直流电，在铜箔表面沉积一层结构复杂的抗氧化膜，使铜箔表面与空气不会直接发生接触，从而达到抗氧化的目的。硅烷处理指的是在铜箔表面涂敷上一层硅烷有机膜，有两个作用：一是使其抗氧化能力能够进一步提高；二是有利于铜箔与基材结合力能够进一步提高。

三、粗化工序

为了使基材和铜箔之间的结合力更强，对铜箔需要进行粗化处理，包括固化和粗话这两个工艺过程。在这个过程之中，通过对较高的电流密度进行控制，产生铜瘤，通过固化处理来固化，使铜箔表面能够达到高比表面积。这样就可以使树脂渗入时的附着嵌合力大大提升，同时使铜箔与树脂的结合力增加，这样铜箔就不易剥落了。对粗化效果造成的因素有很多，其中电流密度与添加剂对粗化效果有非常重要的影响。

1、添加剂对粗化效果的影响

镀铜工艺分碱性和酸性两种，其中酸性镀铜操作相对比较简单，也容易控制，在后续的处理中对于废水的处理简单，并且在添加剂上，可选用的添加剂种类较多。硫酸－硫酸铜电解液在电子元件的制造中被广泛应用，因为它有较快速的电镀速率，低的毒性，低成本，并且得到的铜箔延伸率和强度稳定。酸性镀铜添加剂的种类比较多，主要由有机染料、有机多硫化物、改性有机物及表面活性剂和稀土添加剂等组合而成的。

2、电流密度对粗化效果的影响

电流密度对粗化效果也有着一定的影响。分别在不同的铜离子浓度、电流密度、聚乙二醇（PEG）添加剂这3种工艺参数之下，电沉积制备铜箔试样。从实验结果我们可以看出，在0.5～0.6A/cm2的电流密度范围之内，电流的密度初始增加的同时，铜箔毛面晶粒也在增大，从而使延伸率增大，抗拉强度减小；但是随着电流密度的在不断增加，晶粒形状由丘陵状向尖锥状逐渐转变，晶粒就会变得大小不一，造成延伸率下降。由于在实验的过程中中加入了有机添加剂，而有机物在在铜箔表面的附着性和水中的分散性都会影响铜箔产品品质的稳定性和均匀性，不便于实际生产工艺过程的调节和控制。

四、耐热镀层工序

处理铜箔镀耐热层，主要是为了提高多层板后及铜箔压制覆铜板的高温抗剥强度及耐热性。这是由于电路板在整机元器件装配焊接的时候，无铅焊的过程中，由于冲击温度较高，树脂中的固化剂双氰胺非常容易裂解而产生胺类物，和裸铜表面产生反应而出现水分，并且汽化所产生的气泡基板与会铜箔分离。铜箔的耐热层处理通常采用的是电镀异种金属的方法，在铜箔粗化的层面上再镀上一层或者多层其他金属，防止铜表面和基材发生直接接触。

五、抗氧化

抗氧化处理通常指的是在铜箔表面经过电化学或者化学方法形成结构致密的一层抗氧化膜，使铜箔表面与空气无法直接接触。目前来看，钝化法是最为常见的抗氧化处理方法，即在铬酸溶液化学钝化或者在铬酸盐下电解钝化，这两种钝化方法都能够在铜箔表面上形成“铬化层”，把铜箔和空气进行隔绝，从而使抗氧化的目的可以达到。

六、展望

1、目前来看，现有的PCB用电解铜箔在对其表面处理中大都具有工序步骤多、工艺流程长的特点，这样不但使生产的成本增加，也对产品的品质产生了制约。按照产品性能要求对表面工艺进行优化处理，通过与生箔工艺相结合，开发效率高、能耗低的短流程“一体机”生产工艺，在能够对生产成本有效降低的同时获取高性能铜箔产品。

2、对于超低轮廓铜箔、锂电池铜箔等产品高性能的市场需求，研究开发经济、环保、高效的专用复合型添加剂，对现有的电解铜箔产品品质能够有效的改善和提升。

3、为了适应电子设备轻量化、小型化的功能需求，超薄铜箔或12μm以下的薄型铜箔越来越广的被应用，为保证铜箔具有较好的平整度、延伸率以及抗氧化、耐高温等高性能要求，传统的铜箔表面处理技术是没有办法解决的。针对载体来生产超薄铜箔仍是目前比较主流的一种生产方式方式的特点，寻找一种环保、廉价、无残留、易剥离的剥离层及制备工在目前来说是研究的热点，快速高效、条件温和、镀层结晶细腻致密的表面处理工艺也是一项十分重要的研究内容。

结语：近几年年来，国内的铜箔生产企业在铜箔产品质量方面以及生产工艺流程上都有非常大的改善，但和国际先进的铜箔生产企业－日本相比还是有着相当大的一定差距。我国的进口铜箔主要为高档铜箔，而在出口的铜箔中有90%以上都是低档的铜箔。对于附加值和技术含量较高的高密度柔性电路板（简称FPC）用铜箔和互连板（简称HDI）内层用铜箔，几乎都是从台湾、韩国、日本等地进口过来的，所以有选择性的吸收、引进国外先进装备、先进工艺，对国内电子工业的发展是有利的。

参考文献：

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