劉海龍 吳科建 吳 杰

（深南電路股份有限公司，廣東 深圳 518117）

0 前言

銅箔是制造覆銅板（CCL）和印制電路板（PCB）的主要原料。隨著PCB朝著高頻高速、高密度、高可靠性方向發(fā)展，銅箔也朝著超薄、低輪廓、高強(qiáng)度、高延展性等方向發(fā)展。目前，應(yīng)用于PCB的電解銅箔有高溫高延展性銅箔（HTE)、反轉(zhuǎn)銅箔（RTF）、甚低輪廓銅箔（VLP）、超低輪廓銅箔（HVLP），不同種類銅箔除了特性差異外，對(duì)于存儲(chǔ)時(shí)效方面也有不同。本文主要研究不同銅箔存儲(chǔ)時(shí)效，得出各種銅箔的合適存儲(chǔ)時(shí)間，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于銅箔的使用和管理提供參考。

1 電解銅箔作用機(jī)理

1.1 電解銅箔生產(chǎn)工藝

電解銅箔的生產(chǎn)工藝主要包括電解原箔（生箔）和表面處理。

采用硫酸銅溶液鍍銅，以鈦金屬制電鍍輥輪為陰極，銅沉積在鈦輪上，隨著電鍍輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，生箔（raw foil）逐漸增厚，當(dāng)達(dá)到期望的厚度時(shí)，即可從鍍輪表面剝離，經(jīng)水洗、干燥后，再收卷成生箔卷。

為了提升在壓合過程中銅箔與樹脂間的接合強(qiáng)度，銅箔需進(jìn)行粗化處理，又稱瘤化的表面處理。依需求在生箔的其中一面（通常為粗糙面）進(jìn)行表面粗糙度處理、表面純化（防氧化）處理以及耐蝕與耐熱處理。

1.2 銅箔與半固化片（PP）的結(jié)合

作為CCL和PCB的重要基礎(chǔ)原材料，銅箔與半固化片的結(jié)合對(duì)于CCL和PCB的性能有重要影響。

銅箔與半固化片（PP）經(jīng)高溫高壓的壓合制程結(jié)合在一起，兩者之間的結(jié)合力分為物理結(jié)合力和化學(xué)結(jié)合力（如圖1所示）。銅箔毛面呈現(xiàn)“山峰山谷”凹凸不平的微觀結(jié)構(gòu)，壓合后嵌入PP中，形成“錨固作用”的物理結(jié)合力；銅箔表面的耦聯(lián)劑與PP樹脂在壓合過程中發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，形成“化學(xué)鍵合”。

圖1 銅箔與PP的結(jié)合圖

2 試驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)試物料見表1所示，測(cè)試內(nèi)容見表2所示。

表1 測(cè)試物料表

表2 測(cè)試項(xiàng)目表

3 測(cè)試結(jié)果與討論

3.1 外觀

取HTE、RTF、HVLP銅箔，放置生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下不同時(shí)間，觀察銅箔表面外觀變化。經(jīng)測(cè)試，HTE和RTF銅箔放置6個(gè)月、HVLP銅箔放置3個(gè)月，銅箔表面無明顯氧化變色。

3.2 粗糙度

對(duì)三種銅箔放置后狀況見表3所示。

表3 銅箔不同時(shí)效粗糙度表

從Rz、Ra、比表面積測(cè)試結(jié)果可以看出，HTE和RTF銅箔放置6個(gè)月、HVLP銅箔放置3個(gè)月，粗糙度無明顯變化。

3.3 SEM+EDS

測(cè)試數(shù)據(jù)見圖2～圖4所示。從測(cè)試結(jié)果看出，EDS分析無明顯規(guī)律，可能與樣品測(cè)量位置和儀器測(cè)量精度有關(guān)，故不能定量分析。SEM觀察銅箔毛面形貌，HTE銅箔呈現(xiàn)山峰山谷及瘤狀的銅顆粒，RTF銅箔呈現(xiàn)條紋狀、大小不一的瘤狀銅顆粒分布（RTF為反轉(zhuǎn)銅箔，其毛面為生箔光面進(jìn)行表面處理，條紋為陰極電鍍輪上轉(zhuǎn)印而來），HVLP銅箔銅顆粒較均勻。

圖2 HTE銅箔不同時(shí)效SEM+EDS圖

圖3 RTF銅箔不同時(shí)效SEM+EDS圖

圖4 HVLP銅箔不同時(shí)效SEM+EDS圖

隨著放置時(shí)間增加，三種銅箔形貌均無明顯變化。

3.4 抗剝強(qiáng)度

三種銅箔在各個(gè)放置時(shí)段都進(jìn)行常態(tài)與回流條件下抗剝強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果為：HTE銅箔自初始至6個(gè)月各個(gè)放置時(shí)段抗剝強(qiáng)度在1.12 N/mm至1.28 N/mm之間，RTF銅箔自初始至6個(gè)月各個(gè)放置時(shí)段抗剝強(qiáng)度在0.46 N/mm至0.57 N/mm之間，HVLP銅箔自初始至3個(gè)月各個(gè)放置時(shí)段抗剝強(qiáng)度在0.48 N/mm至0.58 N/mm之間。

從測(cè)試結(jié)果看出，HTE、RTF、HVLP銅箔不同時(shí)效抗剝強(qiáng)度，均無明顯差異。

3.5 爆板時(shí)間

銅箔不同時(shí)效爆板時(shí)間見表4所示。

表4 HTE＆RTF＆HVLP銅箔不同時(shí)效爆板時(shí)間表

THE和RTF銅箔放置6個(gè)月，TMA爆板時(shí)間均未下降，可達(dá)T300 120 min不爆板；而HVLP銅箔，初始時(shí)T300 120 min不爆板，放置1個(gè)月后T300 77 min爆板、2個(gè)月T300 14 min爆板，耐熱性明顯下降。

3.6 熱應(yīng)力

漂錫與浸錫試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。

表5 HTE＆RTF＆HVLP銅箔不同時(shí)效熱應(yīng)力表

HTE＆RTF＆HVLP銅箔不同時(shí)效熱應(yīng)力，未出現(xiàn)爆板分層。

3.7 FTIR

FTIR測(cè)試譜圖見圖5、圖6所示。

圖5 HTE＆RTF＆FTIR譜圖

圖6 HVLP＆FTIR譜圖

運(yùn)用紅外光譜儀ATR模式，分別對(duì)HTE＆RTF＆HVLP銅箔毛面測(cè)試表面有機(jī)物的紅外光譜圖。由于HTE和RTF銅箔粗糙度較大，F(xiàn)TIR未檢測(cè)到任何紅外吸收峰，而HVLP銅箔粗糙度低，檢測(cè)到紅外吸收峰。初始時(shí)1200～1000 cm-1為醚或酯C-O伸縮振動(dòng)，3個(gè)月1126 cm-1、1065 cm-1為仲醇C-O伸縮振動(dòng)。室溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，銅箔表面有機(jī)硅烷耦聯(lián)劑可能發(fā)生水解，導(dǎo)致耦聯(lián)劑與PP化學(xué)交聯(lián)強(qiáng)度下降。

4 結(jié)論

本文研究了PCB用HTE、RTF、HVLP三種銅箔不同時(shí)效的性能，分別測(cè)試了銅箔外觀、粗糙度、SEM+EDS、抗剝強(qiáng)度、爆板時(shí)間、熱應(yīng)力、FTIR等，結(jié)果表明如下。

（1）HTE＆TF銅箔存儲(chǔ)6個(gè)月，其各項(xiàng)性能無明顯下降；

（2）HVLP銅箔存儲(chǔ)1個(gè)月，爆板時(shí)間明顯下降、FTIR測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耦聯(lián)劑發(fā)生變化，其耐熱性降低。

隨著高頻高速信號(hào)傳輸對(duì)銅箔粗糙度要求越來越高，HVLP應(yīng)用越來越多。由于HVLP銅箔粗糙度小，主要靠化學(xué)耦聯(lián)劑與PP結(jié)合，故HVLP銅箔的存儲(chǔ)和使用需特別注意時(shí)效和環(huán)境條件，其性能的監(jiān)控除了抗剝強(qiáng)度外，還需測(cè)試TMA爆板時(shí)間和FTIR，更能反映其耐熱性和可靠性能力。