江西省江铜耶兹铜箔有限公司 江西省南昌市 330096
摘要：随着科技的发展和人们生活的不断追求，电子产品不断向着轻型化、薄型化、多功能化发展，这也就对电子产品的主要基材-铜箔提出更加严格的要求。目前，我国的电解铜箔技术还处于相对落后阶段，这主要受到其生产工艺过程技术，尤其是表面处理技术。对高性能电解铜箔进行表面处理工艺技术的探讨分析，可以更好地促进电解铜箔工业的发展。
关键词：高性能;电解铜箔;表面处理;工艺技术
1引言
电解铜箔是覆铜板（CCL）及印制电路板（PCB）制造的重要的材料。在当今电子信息产业高速发展中，电解铜箔被称为电子产品信号与电力传输、沟通的“神经网络”。电子产品向轻、薄、短、小、多功能化及高附加值方向发展的趋势促进了高性能铜箔的发展。电解铜箔技术是在利用直流电流的沉积作用，在阴极表面获得一层薄铜层，在经过表面处理防止铜直接与外界环境接触，提升其使用性能[1]。电解铜箔制品的品质优劣不仅与铜箔基体有关，与其生产工艺的控制也有着重要的关系，尤其是表面处理过程。电解铜箔经过合适的表面处理技术可以获得良好的品质和性能，从而保证其优良的使用性能(耐热性、耐腐蚀性、抗剥离强度)，从而有效地保证工业生产的要求。
2电解铜箔技术的发展历史概述
1972年美国Yates公司的电解铜箔生产的专利发表，标志世界电解铜箔制造及表面处理技术跨入了新的阶段。
占据世界铜箔生产、技术首位的日本，近年由于印制电路板及覆铜板的发展，使铜箔生产与技术也有了迅速的发展。并且近年还在北美、中国大陆、台湾地区、东南亚、欧洲等国家、地区建立了日方投资的海外生产厂家。日本主要电解铜箔生产厂家有：三井金属矿业公司、日本能源公司(原日矿公司)、古河电气公司、福田金属箔粉工业公司、日本电解公司等。日本电解铜箔生产特点是：近年向着更加高技术、尖端产品发展。
台湾地区电解铜箔产量目前已在全世界列居第二位。主要大型生产厂家有：长春石化公司、台湾铜箔公司、南亚塑胶公司等。随着电子行业不断的发展，近年世界铜箔行业中，一些高性能的电解铜箔制造技术得到不断创新、不断发展。未来在高密度细线化(LIS=0.10mm/0.10mm以上)、多层化(6层以上)、薄型化(0.8mm) 及高频化的PCB将会大量的采用高性能铜箔，这种铜箔的市场占有比例在不久将来会达到40%以上。
《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020年）》指出：在基础材料制造业领域，要研究材料的清洁生产和绿色制造技术，研究材料的高性能化技术。通过国内铜箔制造技术的自主创新和升级，铜箔的工艺和质量也得到较大的改善。但对于一些高品质要求的铜箔还需要从国外进口，例如用于高密度互连板内层用铜箔、高端柔性电路板铜箔等均需要进口。据相关数据显示，我国出口的铜箔中有近9成的是低质量的铜箔[2]。由于加工设备的原因，国内的铜箔生产厂家的设备在较长时间运行的状况下，其生产的铜箔表面状况逐渐变差，引起铜箔质量的下降。对于铜箔生产企业，如何改进生产控制工艺方法，提升铜箔产品的质量至关重要，这也正是研究改进电解铜箔表面处理工艺的意义所在。
3电解铜箔表面处理工艺分析
电解铜箔的制造过程分生箔制造、表面处理和分切检验三个部分。生箔是由电解液中的铜离子在旋转的光滑阴极辊（不锈钢辊或钛辊）上沉积而成，紧贴阴极辊的成为亮面，另一面为毛面。作为覆铜板的基本材料之一，电解铜箔的应用性能与其表面处理工艺密切相关，目前电解铜箔的表面处理工艺流程为：粗化固化处理（铜合金，提高铜箔和基板的物理结合力）－镀阻挡层处理（镀镍锌，隔热）－镀钝化保护层处理（镀铬，高温防氧化保护）－涂硅烷偶联剂处理（针对毛面，提高铜箔和基板的化学结合力），其中抗氧化的目的是通过电解的方式在铜的表面生成一种结构复杂的防氧化层，从而杜绝铜与氧气的接触，达到抗氧化的目的[3]。硅烷处理的目标是提升抗氧化能力和材料与基材的结合力。
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4高性能电解铜箔表面处理工艺分析
4.1 粗化工序
粗化工序能够进一步提升铜箔表面的比表面积，从而提升铜箔与基材的有效接触面积，可以在一定程度上提升抗拉强度。具体可以分解为粗化和固化工序。在这个工序中，首先通过控制一定密度的电流，使得生箔表面产生沉积铜，再通过固化过程使之进行加固，从而有效地提升铜箔的比表面积，大大提升树脂渗透时的嵌合力，增加与树脂之间的结合力[4]。粗化工序的影响因素较多，主要包括添加剂和电流密度。
(1)添加剂对粗化过程的影响
按照工艺上的应用，镀铜的工艺有两种:酸性处理和碱性处理。酸性工艺应用更广，但后续的处理工序多，包括废水处理。在酸性处理工艺中，使用到的添加剂的形式和种类较多，包括改性剂、活性剂及燃料等。
镀铜过程中使用的添加剂按照物性分类，可以分为两种：有机添加剂和无机添加剂[5]。实验发现，在镀铜工艺上使用钼酸铵添加剂可以提升结构的比表面积，从而提升结合力，增加剥离强度，提升整个粗化工艺的处理效果。
另外，除了上述两种添加剂外，还存在一种环保型添加剂-无砷添加剂。实验发现，可以通过添加硫酸钛和钨酸钠的方法来替代含砷添加剂的使用，此种方法可以使得表面得到明显的改善，但得到的铜箔剥离强度不能达到设计要求，此种添加剂的应用还需要进一步实验分析验证。在此实验基础之上，有学者改进工艺顺序和工艺参数，得到效果较好的粗化层，另外，铜箔的剥离强度较之前有明显地提升，是一种环保高效的铜箔处理工艺方法。
(2)电流密度对粗化过程的影响
有学者通过实验研究了电流的通过密度对粗化过程的影响作用。实验结果表明，在一定的电流密度范围内，适当的增加电流密度，可以有效得提升结晶的完整性，使得晶型更加趋于规整化，从而使得强度提升。随着电流密度的进一步增加，其延伸率呈现下降的趋势，并且晶型也产生变化。因此，可以在一定程度上证明电流密度对粗化工艺的效果的具有影响。
4.2 耐热镀层工序
该处理工艺主要提升铜箔的耐热性，在进行焊接操作时，由于高温产生的温度冲击较高。树脂中的成分会在高温的作用下发生分解作用，进而引发一系列的化学反应，使得铜箔与基材的分离，降低剥离强度。而该处理工艺可以在铜箔的表面形成一层保护层，避免铜箔和基材的直接接触，增强其剥离强度。
4.3 抗氧化工序
抗氧化处理主要通过化学或者电化学的方式在铜箔表面产生致密的高复杂性的抗氧化膜，使得铜箔不能直接与空气进行接触[6]。在众多的处理工艺中，使用较广的方法是钝化法，该方法的原理是对铜箔进行电解处理，或者在一定浓度的化学试剂中，使得金属表面发生钝化，产生保护层。为了满足环境的要求，有研究对钼酸钠等多种添加剂含量、电流密度、钝化时间等因素进行考察，通过实验确定处理工艺的操作条件，经过处理后的铜箔可以达到表面光洁、耐高温性能优良等，满足环保的需求。
5结语
随着电子设备向着轻型化发展，低厚度的薄型铜箔的应用领域会越来越广，为了保证铜箔具有更好的平整度、耐高温和延伸率，必须对表面处理技术进行革新。目前，铜箔表面处理工艺的制备方法和设备是急需改进和革新的方向，不断需求先进的制造设备，改进和优化工艺方法和控制策略是铜箔表面处理的研究热点和发展方向。
参考文献
[1]郑衍年. 铜离子和杂质离子浓度对电解铜箔组织性能的影响研究[J]. 世界有色金属, 2016(24):185-186.
[2]杨祥魁,徐树民,王维河,等.高频电路用铜箔表面微细处理技术的研究[C]//中国覆铜板技术·市场研讨会.2016.
[3]孙云飞,杨祥魁,徐策,等.电解无轮廓铜箔用混合添加剂及用其制备电解铜箔的方法:,CN106637308A[P].2017.
[4]陈程,李敏,李立清,等.高性能电解铜箔表面处理工艺研究进展[J].广州化工,2016(2):10-13.
[5]樊斌锋,王建智,韩树华,等.电解铜箔的黑色化工艺[J].电镀与环保,2016,36(6):34-36.
[6]胡旭日,王海振,徐策.电解铜箔表面黑化工艺优化[J].电镀与涂饰,2017(4):198-202.
论文作者:郭立功
论文发表刊物:《科技新时代》2018年5期
论文发表时间:2018/7/18
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