印制板用电解铜箔时效研究

刘海龙 吴科建 吴 杰

（深南电路股份有限公司，广东 深圳 518117）

0 前言

铜箔是制造覆铜板（CCL）和印制电路板（PCB）的主要原料。随着PCB朝着高频高速、高密度、高可靠性方向发展，铜箔也朝着超薄、低轮廓、高强度、高延展性等方向发展。目前，应用于PCB的电解铜箔有高温高延展性铜箔（HTE)、反转铜箔（RTF）、甚低轮廓铜箔（VLP）、超低轮廓铜箔（HVLP），不同种类铜箔除了特性差异外，对于存储时效方面也有不同。本文主要研究不同铜箔存储时效，得出各种铜箔的合适存储时间，为生产现场对于铜箔的使用和管理提供参考。

1 电解铜箔作用机理

1.1 电解铜箔生产工艺

电解铜箔的生产工艺主要包括电解原箔（生箔）和表面处理。

采用硫酸铜溶液镀铜，以钛金属制电镀辊轮为阴极，铜沉积在钛轮上，随着电镀轮的转动，生箔（raw foil）逐渐增厚，当达到期望的厚度时，即可从镀轮表面剥离，经水洗、干燥后，再收卷成生箔卷。

为了提升在压合过程中铜箔与树脂间的接合强度，铜箔需进行粗化处理，又称瘤化的表面处理。依需求在生箔的其中一面（通常为粗糙面）进行表面粗糙度处理、表面纯化（防氧化）处理以及耐蚀与耐热处理。

1.2 铜箔与半固化片（PP）的结合

作为CCL和PCB的重要基础原材料，铜箔与半固化片的结合对于CCL和PCB的性能有重要影响。

铜箔与半固化片（PP）经高温高压的压合制程结合在一起，两者之间的结合力分为物理结合力和化学结合力（如图1所示）。铜箔毛面呈现“山峰山谷”凹凸不平的微观结构，压合后嵌入PP中，形成“锚固作用”的物理结合力；铜箔表面的耦联剂与PP树脂在压合过程中发生化学交联反应，形成“化学键合”。

图1 铜箔与PP的结合图

2 试验内容

测试物料见表1所示，测试内容见表2所示。

表1 测试物料表

表2 测试项目表

3 测试结果与讨论

3.1 外观

取HTE、RTF、HVLP铜箔，放置生产现场环境下不同时间，观察铜箔表面外观变化。经测试，HTE和RTF铜箔放置6个月、HVLP铜箔放置3个月，铜箔表面无明显氧化变色。

3.2 粗糙度

对三种铜箔放置后状况见表3所示。

表3 铜箔不同时效粗糙度表

从Rz、Ra、比表面积测试结果可以看出，HTE和RTF铜箔放置6个月、HVLP铜箔放置3个月，粗糙度无明显变化。

3.3 SEM+EDS

测试数据见图2～图4所示。从测试结果看出，EDS分析无明显规律，可能与样品测量位置和仪器测量精度有关，故不能定量分析。SEM观察铜箔毛面形貌，HTE铜箔呈现山峰山谷及瘤状的铜颗粒，RTF铜箔呈现条纹状、大小不一的瘤状铜颗粒分布（RTF为反转铜箔，其毛面为生箔光面进行表面处理，条纹为阴极电镀轮上转印而来），HVLP铜箔铜颗粒较均匀。

图2 HTE铜箔不同时效SEM+EDS图

图3 RTF铜箔不同时效SEM+EDS图

图4 HVLP铜箔不同时效SEM+EDS图

随着放置时间增加，三种铜箔形貌均无明显变化。

3.4 抗剥强度

三种铜箔在各个放置时段都进行常态与回流条件下抗剥强度测试，结果为：HTE铜箔自初始至6个月各个放置时段抗剥强度在1.12 N/mm至1.28 N/mm之间，RTF铜箔自初始至6个月各个放置时段抗剥强度在0.46 N/mm至0.57 N/mm之间，HVLP铜箔自初始至3个月各个放置时段抗剥强度在0.48 N/mm至0.58 N/mm之间。

从测试结果看出，HTE、RTF、HVLP铜箔不同时效抗剥强度，均无明显差异。

3.5 爆板时间

铜箔不同时效爆板时间见表4所示。

表4 HTE＆RTF＆HVLP铜箔不同时效爆板时间表

THE和RTF铜箔放置6个月，TMA爆板时间均未下降，可达T300 120 min不爆板；而HVLP铜箔，初始时T300 120 min不爆板，放置1个月后T300 77 min爆板、2个月T300 14 min爆板，耐热性明显下降。

3.6 热应力

漂锡与浸锡试验结果见表5所示。

表5 HTE＆RTF＆HVLP铜箔不同时效热应力表

HTE＆RTF＆HVLP铜箔不同时效热应力，未出现爆板分层。

3.7 FTIR

FTIR测试谱图见图5、图6所示。

图5 HTE＆RTF＆FTIR谱图

图6 HVLP＆FTIR谱图

运用红外光谱仪ATR模式，分别对HTE＆RTF＆HVLP铜箔毛面测试表面有机物的红外光谱图。由于HTE和RTF铜箔粗糙度较大，FTIR未检测到任何红外吸收峰，而HVLP铜箔粗糙度低，检测到红外吸收峰。初始时1200～1000 cm-1为醚或酯C-O伸缩振动，3个月1126 cm-1、1065 cm-1为仲醇C-O伸缩振动。室温环境下长时间储存，铜箔表面有机硅烷耦联剂可能发生水解，导致耦联剂与PP化学交联强度下降。

4 结论

本文研究了PCB用HTE、RTF、HVLP三种铜箔不同时效的性能，分别测试了铜箔外观、粗糙度、SEM+EDS、抗剥强度、爆板时间、热应力、FTIR等，结果表明如下。

（1）HTE＆TF铜箔存储6个月，其各项性能无明显下降；

（2）HVLP铜箔存储1个月，爆板时间明显下降、FTIR测试发现其耦联剂发生变化，其耐热性降低。

随着高频高速信号传输对铜箔粗糙度要求越来越高，HVLP应用越来越多。由于HVLP铜箔粗糙度小，主要靠化学耦联剂与PP结合，故HVLP铜箔的存储和使用需特别注意时效和环境条件，其性能的监控除了抗剥强度外，还需测试TMA爆板时间和FTIR，更能反映其耐热性和可靠性能力。