電沉積參數(shù)對(duì)電解銅箔性能影響研究

徐建平

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

隨著近些年來(lái)我國(guó)電子制造業(yè)不斷的發(fā)展的同時(shí)，也大大的促進(jìn)了印制電路業(yè)的發(fā)展，這也很大程度的帶動(dòng)了銅箔制造的發(fā)展。目前來(lái)說(shuō)，電路板整體氛圍FPC與PCB兩種，但電路板所用的銅箔則分為電解銅箔與壓延銅箔[1]。在生產(chǎn)工藝上，壓延銅箔主要是用工涂布方式進(jìn)行生產(chǎn)，原料采用銅錠，經(jīng)過(guò)多道工藝最后經(jīng)過(guò)脫脂干燥等工序制成，壓延銅箔的延展性與抗彎曲性都大大優(yōu)于電解銅箔，其主要用于FPC制作，但是壓延銅箔在制作過(guò)程中由于受到制造方式與制造成本的約束，難以滿足市場(chǎng)需求，因此，電解銅箔成為市場(chǎng)的主要發(fā)展方向。為滿足今后的發(fā)展需求，對(duì)電沉積參數(shù)對(duì)電解銅箔性能影響進(jìn)行研究，為工業(yè)生產(chǎn)銅箔和新型銅箔的研發(fā)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)[2]。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與過(guò)程

在對(duì)電沉積參數(shù)對(duì)電解銅箔性能影響研究過(guò)程中，其實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備的材料主要包括CuSO4、體積為10%的稀硫酸、鹽酸、無(wú)水酒精、濃硫酸、環(huán)氧樹(shù)脂、氯化鐵、去離子水、硫酸鉛等。在實(shí)驗(yàn)中，主要用到的設(shè)備為生箔電沉積儀器，其儀器主要包括電源、循環(huán)泵、電解槽、陰極、陽(yáng)極、烘干器以及超聲波清洗器等幾個(gè)部分組成。其中電源為HMFB-200A/20V高頻開(kāi)關(guān)電源；循環(huán)泵為Y-100L-2三相異步電動(dòng)機(jī)；電解槽為聚氯乙烯電解槽；陰極為工業(yè)純鈦板，其有效尺寸為16×12cm；陽(yáng)極為尺寸穩(wěn)定的鉛板，其有效尺寸為16×12cm；超聲波清洗器為KQ-500E型超聲波清洗器；烘干器為摩登卡倫特自動(dòng)烘干機(jī)。在電解制樣過(guò)程中，主要采取直流電擊技術(shù)，對(duì)尺寸穩(wěn)定的DSA與工業(yè)純鈦陰極，在CuSO4的電解液體系中，通過(guò)對(duì)電解銅箔材料在儀器中的作用，電解液體的溫度保持在60℃，流速保持在0.7m/s。其中，PEG濃度、電流密度以及銅離子為變量，通過(guò)控制電沉積時(shí)間得對(duì)銅箔厚度進(jìn)行控制。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著電流密度的增加，若一味的增加電位，則會(huì)出現(xiàn)Cu點(diǎn)結(jié)晶速度增大的情況出現(xiàn)，同時(shí)也有利于晶核的形成。在電解液中無(wú)添加且濃度為90g/L的情況下，分別記錄電流密度在0.5A/cm2、0.60.5A/cm2、0.70.5A/cm2的情況下電沉積18μm銅箔時(shí)的力學(xué)性。銅箔抗拉強(qiáng)度、銅箔延伸度與電流密度關(guān)系，如圖1所示：

圖1 銅箔抗拉強(qiáng)度與電流密度關(guān)系

根據(jù)上圖可以看出，通過(guò)對(duì)銅箔抗拉強(qiáng)度、銅箔延伸度變化曲線的分析，銅箔的抗拉強(qiáng)度變化趨勢(shì)與延伸度變化趨勢(shì)完全不相同。分析上圖可以看出銅箔抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著電流密度的增加而減小，但銅箔延伸度主要出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象，銅箔延伸度在電流密度為0.6A/cm2時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)觀察銅箔毛面晶粒大小可以看出，其主要通過(guò)電流密度的增加，導(dǎo)致晶界比例減少，從而使銅箔抗拉強(qiáng)度減小，增加其延伸度。但在其電流0.7A/cm2密度時(shí)，銅箔的生長(zhǎng)方式開(kāi)始發(fā)生改變，其均勻性下降，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，導(dǎo)致銅箔抗拉強(qiáng)度與延伸率下降，因此，銅箔延伸率會(huì)隨著電流的增加先增加后減小。而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，銅箔的電沉積隨著銅離子的遷移，Cu2+的數(shù)量會(huì)影響銅離子的遷移速度與擴(kuò)散速度，因此，在相同的電位下，低濃度CU2+的還原速度也很慢，也證明了CU2+濃度是影響電解銅箔的重要參數(shù)之一。實(shí)驗(yàn)中，在電流密度為0.65A/cm2時(shí)，電解液無(wú)添加的情況下，電解液中銅離子的升高會(huì)導(dǎo)致銅箔抗拉強(qiáng)度與延伸率的降低，如表1所示：

表1 銅箔抗拉強(qiáng)度與銅離子濃度關(guān)系

根據(jù)上表可以看出，雖然電解液中銅離子濃度的增加可以提高電流密度上線，但是卻在很大程度上降低了電解液的分散能力。因此，電解液中銅離子濃度對(duì)銅箔抗拉強(qiáng)度影響較大。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著近些年來(lái)我國(guó)電子制造業(yè)不斷的發(fā)展的同時(shí)，也大大的促進(jìn)了印制電路業(yè)的發(fā)展，這也很大程度的帶動(dòng)了銅箔制造的發(fā)展。銅箔作為目前電子制造行業(yè)中一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)性能材料，其主要作用于印制線路板與覆銅板制作。為滿足我國(guó)印刷電路板PCB向著“平、密、薄”的方向發(fā)展的需求，對(duì)電解銅箔進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)電沉積參數(shù)對(duì)電解銅箔性能影響進(jìn)行研究，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)銅箔抗拉強(qiáng)度、銅箔延伸度變化曲線的分析，銅箔的抗拉強(qiáng)度變化趨勢(shì)與延伸度變化趨勢(shì)完全不相同。因此，銅箔延伸率會(huì)隨著電流的增加先增加后減小。而電解液中銅離子濃度的增加可以提高電流密度上線，但是卻在很大程度上降低了電解液的分散能力，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果為工業(yè)生產(chǎn)銅箔和新型銅箔的研發(fā)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。