吳婷，徐蛟龍,，李榮平，武明偉，張宇智，李項(xiàng)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(duì)壓延銅箔剝離強(qiáng)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(xiàng)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(xiàn)上，先采用20 g/L Cu2++ 200 g/L硫酸溶液對(duì)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(duì)壓延銅箔剝離強(qiáng)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(shí)，銅箔的表面粗糙度為1.35 μm，剝離強(qiáng)度為1.14 N/mm。

壓延銅箔；粗化；固化；剝離強(qiáng)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于撓性印制電路板(FPCB)領(lǐng)域。在FPCB制作過(guò)程中，銅箔先與樹(shù)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(guò)于光滑，與樹(shù)脂壓合時(shí)會(huì)存在壓合不牢固、剝離性能差的問(wèn)題。余德超等[1]采用小型電鍍槽，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)壓延銅箔進(jìn)行粗化、固化處理，研究了鍍液組分和電流密度對(duì)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(xiàn)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(bào)道的銅箔粗化液多數(shù)添加了無(wú)機(jī)或有機(jī)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(xiàn)上，采用不含添加劑的粗化液，研究了電沉積工藝參數(shù)對(duì)抗剝離層形貌及性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

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?jǐn)?shù)≥98%)，氫氧化鈉(化學(xué)純)，濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)，玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂半固化片(FR-4)，去離子水，不銹鋼陽(yáng)極板。

1. 2 壓延銅箔鍍銅抗剝離層處理工藝流程

在處理機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)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(duì)應(yīng)PVC(聚氯乙烯)槽中。用PVC薄膜穿帶引箔，開(kāi)啟表面處理機(jī)進(jìn)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(shí)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(shí)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(cè)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(shí)間60 min。再采用日本島津AGS-X電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗剝離性能測(cè)試。客戶(hù)要求銅箔的剝離強(qiáng)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(cè)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(duì)壓延銅箔表面進(jìn)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(duì)壓延銅箔進(jìn)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(jìn)行兩道固化，所得固化試樣的表面形貌見(jiàn)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(qiáng)度的前提下，對(duì)不牢固的粗化鍍層進(jìn)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(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響

粗化電流密度對(duì)兩道粗化試樣剝離強(qiáng)度和粗糙度的影響見(jiàn)圖4。從圖4可知，隨粗化電流密度升高，粗化層的剝離強(qiáng)度和粗糙度均呈增大的趨勢(shì)。對(duì)只經(jīng)粗化處理的壓延銅箔而言，當(dāng)電流密度為55 A/dm2時(shí)，已經(jīng)可以達(dá)到較高的剝離強(qiáng)度(1.31 N/mm)，此時(shí)Rz為1.15 μm。增大粗化電流密度時(shí)，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(qiáng)度。但若只進(jìn)行粗化處理，則銅箔試樣在與覆銅板壓合時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重“掉粉”，并且粗化電流密度越高，“掉粉”越嚴(yán)重，對(duì)下游線(xiàn)路板廠商造成影響，因此銅箔粗化后必須進(jìn)行固化。

圖4 粗化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)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(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響

在電流密度40 A/dm2下對(duì)銅箔進(jìn)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(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可知，隨固化電流密度的增大，銅箔的剝離強(qiáng)度和粗糙度均呈先升后降的變化趨勢(shì)。固化電流密度為45 A/dm2時(shí)，銅箔的Rz為1.35 μm，剝離強(qiáng)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(qiáng)度降低。這主要是因?yàn)椤扒蚰覡睢钡墓袒瘜訉⒋只瘜影饋?lái)，使銅箔表面較平滑，因而剝離強(qiáng)度下降。

圖5 固化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度高達(dá)1.14 N/mm，滿(mǎn)足剝離強(qiáng)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(hù), 2010, 43 (7)： 24-26.

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

[6] 徐樹(shù)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。