粗化和固化電流密度對壓延銅箔剝離強度的影響

吳婷，徐蛟龍,，李榮平，武明偉，張宇智，李項虎，李照華，趙紅亮

（1.靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司，河南 靈寶 472500；2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

粗化和固化電流密度對壓延銅箔剝離強度的影響

吳婷1，徐蛟龍1,*，李榮平1，武明偉1，張宇智1，李項虎1，李照華1，趙紅亮2

（1.靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司，河南 靈寶 472500；2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

在表面處理生產(chǎn)線上，先采用20 g/L Cu2++ 200 g/L硫酸溶液對壓延銅箔粗化兩次，再采用60 g/L Cu2++ 120 g/L硫酸溶液固化兩次。研究了粗化和固化電流密度對壓延銅箔剝離強度和表面粗糙度的影響。結(jié)果表明，粗化、固化電流密度分別為55 A/dm2和45 A/dm2時，銅箔的表面粗糙度為1.35 μm，剝離強度為1.14 N/mm。

壓延銅箔；粗化；固化；剝離強度；表面粗糙度

壓延銅箔呈片狀結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)越的延展性、耐折性，低粗糙度及高致密性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于撓性印制電路板(FPCB)領(lǐng)域。在FPCB制作過程中，銅箔先與樹脂壓合成撓性覆銅板(FCCL)，覆銅板經(jīng)蝕刻制作成印制電路板。若壓延銅箔表面過于光滑，與樹脂壓合時會存在壓合不牢固、剝離性能差的問題。余德超等[1]采用小型電鍍槽，在實驗室對壓延銅箔進行粗化、固化處理，研究了鍍液組分和電流密度對粗化、固化效果的影響，得到適用于壓延銅箔的粗化和固化工藝。王斌[2]在中試線上研究了壓延銅箔表面處理工藝，得到了較優(yōu)的粗化工藝條件。目前報道的銅箔粗化液多數(shù)添加了無機或有機添加劑[3-6]，粗化液的控制難度和水處理成本較高。本文在表面處理生產(chǎn)線上，采用不含添加劑的粗化液，研究了電沉積工藝參數(shù)對抗剝離層形貌及性能的影響。

1 實驗

1. 1 主要試劑

銅箔選用靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司軋制生產(chǎn)的 18 μm厚的壓延銅箔，六水合硫酸銅(質(zhì)量分數(shù)≥98%)，氫氧化鈉(化學(xué)純)，濃硫酸(質(zhì)量分數(shù)≥98%)，玻璃纖維環(huán)氧樹脂半固化片(FR-4)，去離子水，不銹鋼陽極板。

1. 2 壓延銅箔鍍銅抗剝離層處理工藝流程

在處理機生產(chǎn)線上進行處理，工藝流程如圖1所示。配制脫脂、酸洗、粗化、固化溶液，采用板式換熱器加熱至所需溫度后轉(zhuǎn)入對應(yīng)PVC(聚氯乙烯)槽中。用PVC薄膜穿帶引箔，開啟表面處理機進行處理。

1. 3 粗化、固化配方和工藝條件

粗化：Cu2+20 g/L，硫酸200 g/L，電流密度25 ～ 55 A/dm2，溫度30 °C，時間15 s。

固化：Cu2+60 g/L，硫酸120 g/L，電流密度20 ～ 55 A/dm2，溫度50 °C，時間15 s。

圖1 壓延銅箔鍍銅工藝流程Figure 1 Process flow for copper plating of rolled copper foil

1. 4 表征方法

1. 4. 1 銅箔形貌

采用日立S-3400掃描電子顯微鏡(SEM)觀察試樣的表面形貌。

1. 4. 2 抗剝離性能測試

先將銅箔試樣和FR-4壓制成覆銅板：溫度180 °C，壓力20 MPa，時間60 min。再采用日本島津AGS-X電子萬能試驗機進行抗剝離性能測試?？蛻粢筱~箔的剝離強度大于0.8 N/mm。

1. 4. 3 粗糙度

參考IPC-TM-650 2.2.17Surface Roughness and Profile of Metallic Foils (Contacting Stylus Technique)，采用日本三豐SJ-310粗糙度儀測量粗糙度Rz。

2 結(jié)果與討論

2. 1 粗化鍍層的表面形貌

采用低濃度銅離子和高濃度硫酸的鍍銅液，在55 A/dm2的高電流密度下對壓延銅箔表面進行兩道粗化處理，所得粗化層的表面形貌如圖2所示。從圖2可知，在高電流密度的沖擊下，電鍍液中銅離子潰乏，因此銅箔表面形成不均勻且不牢固的“燒焦”粗化鍍層，銅顆粒尺寸多數(shù)在1 μm左右。

圖2 銅箔表面粗化鍍層的表面形貌Figure 2 Surface morphology of copper foil after roughening treatment

2. 2 固化鍍層的表面形貌

在電流密度55 A/dm2下對壓延銅箔進行兩道粗化后，采用高濃度銅離子和低濃度硫酸的鍍銅液，在電流密度20 A/dm2下進行兩道固化，所得固化試樣的表面形貌見圖3。從圖3可知，原先的粗化層表面生成了均勻的“球囊狀”包裹層，銅顆粒大小均勻，約為1.5 μm。此包裹層在提高銅箔剝離強度的前提下，對不牢固的粗化鍍層進行加固，減少了粗化造成的掉粉現(xiàn)象。

圖3 銅箔表面固化鍍層的表面形貌Figure 3 Surface morphology of copper foil after bonding treatment

2. 3 粗化電流密度對銅箔剝離強度和表面粗糙度的影響

粗化電流密度對兩道粗化試樣剝離強度和粗糙度的影響見圖4。從圖4可知，隨粗化電流密度升高，粗化層的剝離強度和粗糙度均呈增大的趨勢。對只經(jīng)粗化處理的壓延銅箔而言，當電流密度為55 A/dm2時，已經(jīng)可以達到較高的剝離強度(1.31 N/mm)，此時Rz為1.15 μm。增大粗化電流密度時，銅箔表面生成很多高度不一的“枝狀”銅晶粒，Rz增大，具有較高的剝離強度。但若只進行粗化處理，則銅箔試樣在與覆銅板壓合時會出現(xiàn)嚴重“掉粉”，并且粗化電流密度越高，“掉粉”越嚴重，對下游線路板廠商造成影響，因此銅箔粗化后必須進行固化。

圖4 粗化電流密度對銅箔剝離強度和表面粗糙度的影響Figure 4 Effect of roughening current density on peeling strength and surface roughness of copper foil

2. 4 固化電流密度對銅箔剝離強度和表面粗糙度的影響

在電流密度40 A/dm2下對銅箔進行兩道粗化后，再在不同電流密度下固化，以研究固化電流密度對銅箔剝離強度和表面粗糙度的影響，結(jié)果見圖5。從圖5可知，隨固化電流密度的增大，銅箔的剝離強度和粗糙度均呈先升后降的變化趨勢。固化電流密度為45 A/dm2時，銅箔的Rz為1.35 μm，剝離強度為1.14 N/mm，抗剝離性能最好。

與只經(jīng)粗化處理、未經(jīng)固化處理的銅箔樣品相比，經(jīng)兩道固化處理后，銅箔的剝離強度降低。這主要是因為“球囊狀”的固化層將粗化層包裹起來，使銅箔表面較平滑，因而剝離強度下降。

圖5 固化電流密度對銅箔剝離強度和表面粗糙度的影響Figure 5 Effect of bonding current density on peeling strength and surface roughness of copper foil

3 結(jié)論

粗化電流密度、固化電流密度與剝離強度和粗糙度有一定的關(guān)聯(lián)性。不使用添加劑的條件下，壓延銅箔經(jīng)55 A/dm2兩道粗化和45 A/dm2兩道固化即可形成牢固的抗剝離層，剝離強度高達1.14 N/mm，滿足剝離強度應(yīng)高于0.8 N/mm的要求。

[1] 余德超, 談定生, 王松泰, 等. 印制板用壓延銅箔鍍銅粗化工藝[J]. 電鍍與涂飾, 2007, 26 (10)： 33-35, 44.

[2] 王斌. 壓延銅箔表面處理工藝的初步研究[J]. 銅業(yè)工程, 2013 (4)： 16-18.

[3] 張世超, 石偉玉, 白致銘. 銅箔表面粗化工藝的研究[J]. 電鍍與精飾, 2005, 27 (5)： 1-3.

[4] 馮紹彬, 李振興, 胡芳紅, 等. 銅箔表面電鍍銅粗化工藝[J]. 材料保護, 2010, 43 (7)： 24-26.

[5] 安徽銅冠銅箔有限公司, 合肥銅冠國軒銅材有限公司. 一種增強電子銅箔抗剝離強度的處理工藝： 201510075145.2 [P]. 2015-06-03.

[6] 徐樹民, 楊祥魁, 劉建廣, 等. 撓性印刷電路板用超低輪廓銅箔的表面處理工藝[J]. 電鍍與涂飾, 2011, 30 (7)： 28-33.

[ 編輯：周新莉 ]

Effects of roughening and bonding current densities on peeling strength of rolled copper foil

WU Ting, XU Jiao-long*, LI Rong-ping, WU Ming-wei, ZHANG Yu-zhi, LI Xiang-hu, LI Zhao-hua, ZHAO Hong-liang

The rolled copper foil was roughened twice in a 20 g/L Cu2++ 200 g/L H2SO4solution on a surface treatment production line, and then bonded twice in a 60 g/L Cu2++ 120 g/L H2SO4solution. The effects of roughening and bonding current densities on peeling strength and surface roughness of rolled copper foil were studied. The results showed that the copper foil obtained at a roughening current density of 55 A/dm2and a bonding current density of 45 A/dm2features a surface roughness of 1.35 μm and a peeling strength of 1.14 N/mm.

rolled copper foil; roughening; bonding; peeling strength; surface roughness

Lingbao Jinyuan Zhaohui Copper Co., Ltd., Lingbao 472500, China

TQ153.14

A

1004 - 227X (2017) 12 - 0623 - 03

10.19289/j.1004-227x.2017.12.003

2017-02-27

2017-05-02

吳婷（1987-），女，江西南城人，碩士，工程師，主要從事銅箔表面處理工藝技術(shù)研究工作。

徐蛟龍，碩士，工程師，(E-mail) xjl2013@126.com。