粗化和固化电流密度对压延铜箔剥离强度的影响

吴婷，徐蛟龙,，李荣平，武明伟，张宇智，李项虎，李照华，赵红亮

（1.灵宝金源朝辉铜业有限公司，河南 灵宝 472500；2.郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）

粗化和固化电流密度对压延铜箔剥离强度的影响

吴婷1，徐蛟龙1,*，李荣平1，武明伟1，张宇智1，李项虎1，李照华1，赵红亮2

（1.灵宝金源朝辉铜业有限公司，河南 灵宝 472500；2.郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）

在表面处理生产线上，先采用20 g/L Cu2++ 200 g/L硫酸溶液对压延铜箔粗化两次，再采用60 g/L Cu2++ 120 g/L硫酸溶液固化两次。研究了粗化和固化电流密度对压延铜箔剥离强度和表面粗糙度的影响。结果表明，粗化、固化电流密度分别为55 A/dm2和45 A/dm2时，铜箔的表面粗糙度为1.35 μm，剥离强度为1.14 N/mm。

压延铜箔；粗化；固化；剥离强度；表面粗糙度

压延铜箔呈片状结晶组织结构，具备优越的延展性、耐折性，低粗糙度及高致密性等优点，被广泛应用于挠性印制电路板(FPCB)领域。在FPCB制作过程中，铜箔先与树脂压合成挠性覆铜板(FCCL)，覆铜板经蚀刻制作成印制电路板。若压延铜箔表面过于光滑，与树脂压合时会存在压合不牢固、剥离性能差的问题。余德超等[1]采用小型电镀槽，在实验室对压延铜箔进行粗化、固化处理，研究了镀液组分和电流密度对粗化、固化效果的影响，得到适用于压延铜箔的粗化和固化工艺。王斌[2]在中试线上研究了压延铜箔表面处理工艺，得到了较优的粗化工艺条件。目前报道的铜箔粗化液多数添加了无机或有机添加剂[3-6]，粗化液的控制难度和水处理成本较高。本文在表面处理生产线上，采用不含添加剂的粗化液，研究了电沉积工艺参数对抗剥离层形貌及性能的影响。

1 实验

1. 1 主要试剂

铜箔选用灵宝金源朝辉铜业有限公司轧制生产的 18 μm厚的压延铜箔，六水合硫酸铜(质量分数≥98%)，氢氧化钠(化学纯)，浓硫酸(质量分数≥98%)，玻璃纤维环氧树脂半固化片(FR-4)，去离子水，不锈钢阳极板。

1. 2 压延铜箔镀铜抗剥离层处理工艺流程

在处理机生产线上进行处理，工艺流程如图1所示。配制脱脂、酸洗、粗化、固化溶液，采用板式换热器加热至所需温度后转入对应PVC(聚氯乙烯)槽中。用PVC薄膜穿带引箔，开启表面处理机进行处理。

1. 3 粗化、固化配方和工艺条件

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

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

图1 压延铜箔镀铜工艺流程Figure 1 Process flow for copper plating of rolled copper foil

1. 4 表征方法

1. 4. 1 铜箔形貌

采用日立S-3400扫描电子显微镜(SEM)观察试样的表面形貌。

1. 4. 2 抗剥离性能测试

先将铜箔试样和FR-4压制成覆铜板：温度180 °C，压力20 MPa，时间60 min。再采用日本岛津AGS-X电子万能试验机进行抗剥离性能测试。客户要求铜箔的剥离强度大于0.8 N/mm。

1. 4. 3 粗糙度

参考IPC-TM-650 2.2.17Surface Roughness and Profile of Metallic Foils (Contacting Stylus Technique)，采用日本三丰SJ-310粗糙度仪测量粗糙度Rz。

2 结果与讨论

2. 1 粗化镀层的表面形貌

采用低浓度铜离子和高浓度硫酸的镀铜液，在55 A/dm2的高电流密度下对压延铜箔表面进行两道粗化处理，所得粗化层的表面形貌如图2所示。从图2可知，在高电流密度的冲击下，电镀液中铜离子溃乏，因此铜箔表面形成不均匀且不牢固的“烧焦”粗化镀层，铜颗粒尺寸多数在1 μm左右。

图2 铜箔表面粗化镀层的表面形貌Figure 2 Surface morphology of copper foil after roughening treatment

2. 2 固化镀层的表面形貌

在电流密度55 A/dm2下对压延铜箔进行两道粗化后，采用高浓度铜离子和低浓度硫酸的镀铜液，在电流密度20 A/dm2下进行两道固化，所得固化试样的表面形貌见图3。从图3可知，原先的粗化层表面生成了均匀的“球囊状”包裹层，铜颗粒大小均匀，约为1.5 μm。此包裹层在提高铜箔剥离强度的前提下，对不牢固的粗化镀层进行加固，减少了粗化造成的掉粉现象。

图3 铜箔表面固化镀层的表面形貌Figure 3 Surface morphology of copper foil after bonding treatment

2. 3 粗化电流密度对铜箔剥离强度和表面粗糙度的影响

粗化电流密度对两道粗化试样剥离强度和粗糙度的影响见图4。从图4可知，随粗化电流密度升高，粗化层的剥离强度和粗糙度均呈增大的趋势。对只经粗化处理的压延铜箔而言，当电流密度为55 A/dm2时，已经可以达到较高的剥离强度(1.31 N/mm)，此时Rz为1.15 μm。增大粗化电流密度时，铜箔表面生成很多高度不一的“枝状”铜晶粒，Rz增大，具有较高的剥离强度。但若只进行粗化处理，则铜箔试样在与覆铜板压合时会出现严重“掉粉”，并且粗化电流密度越高，“掉粉”越严重，对下游线路板厂商造成影响，因此铜箔粗化后必须进行固化。

图4 粗化电流密度对铜箔剥离强度和表面粗糙度的影响Figure 4 Effect of roughening current density on peeling strength and surface roughness of copper foil

2. 4 固化电流密度对铜箔剥离强度和表面粗糙度的影响

在电流密度40 A/dm2下对铜箔进行两道粗化后，再在不同电流密度下固化，以研究固化电流密度对铜箔剥离强度和表面粗糙度的影响，结果见图5。从图5可知，随固化电流密度的增大，铜箔的剥离强度和粗糙度均呈先升后降的变化趋势。固化电流密度为45 A/dm2时，铜箔的Rz为1.35 μm，剥离强度为1.14 N/mm，抗剥离性能最好。

与只经粗化处理、未经固化处理的铜箔样品相比，经两道固化处理后，铜箔的剥离强度降低。这主要是因为“球囊状”的固化层将粗化层包裹起来，使铜箔表面较平滑，因而剥离强度下降。

图5 固化电流密度对铜箔剥离强度和表面粗糙度的影响Figure 5 Effect of bonding current density on peeling strength and surface roughness of copper foil

3 结论

粗化电流密度、固化电流密度与剥离强度和粗糙度有一定的关联性。不使用添加剂的条件下，压延铜箔经55 A/dm2两道粗化和45 A/dm2两道固化即可形成牢固的抗剥离层，剥离强度高达1.14 N/mm，满足剥离强度应高于0.8 N/mm的要求。

[1] 余德超, 谈定生, 王松泰, 等. 印制板用压延铜箔镀铜粗化工艺[J]. 电镀与涂饰, 2007, 26 (10)： 33-35, 44.

[2] 王斌. 压延铜箔表面处理工艺的初步研究[J]. 铜业工程, 2013 (4)： 16-18.

[3] 张世超, 石伟玉, 白致铭. 铜箔表面粗化工艺的研究[J]. 电镀与精饰, 2005, 27 (5)： 1-3.

[4] 冯绍彬, 李振兴, 胡芳红, 等. 铜箔表面电镀铜粗化工艺[J]. 材料保护, 2010, 43 (7)： 24-26.

[5] 安徽铜冠铜箔有限公司, 合肥铜冠国轩铜材有限公司. 一种增强电子铜箔抗剥离强度的处理工艺： 201510075145.2 [P]. 2015-06-03.

[6] 徐树民, 杨祥魁, 刘建广, 等. 挠性印刷电路板用超低轮廓铜箔的表面处理工艺[J]. 电镀与涂饰, 2011, 30 (7)： 28-33.

[ 编辑：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

吴婷（1987-），女，江西南城人，硕士，工程师，主要从事铜箔表面处理工艺技术研究工作。

徐蛟龙，硕士，工程师，(E-mail) xjl2013@126.com。