电解铜箔生产实践的关键

电解铜箔生产实践的关键，是通过应用一系列的生产技术和技巧，来控制铜箔的质量满足要求。众所周知，国际标准IPC4562将印制线路用金属电解铜箔按照特性的质量保证水平差异分为三级：

1级：适用于要求电路功能完整，机械性能和外观缺陷不重要的应用场合。

2级：适用于电路设计、工艺及规范一致性要求允许局部区域不一致的应用场合。

3级：适用于要求保证等级最高的应用场合。

在这三个等级中，3级的质量保证水平最高，2级的质量保证水平适中，1级的质量保证水平最低。

电解铜箔的质量缺陷主要有外观缺陷（箔材存在针孔和气隙度，麻点和压痕，缺口和撕裂，皱折，划痕）、尺寸缺陷（面积质量及厚度及偏差，箔轮廓超标）、物理性能缺陷（拉伸强度，疲劳延展性，延伸率，剥离强度，载体分离强度，金属箔表面粗糙度不能满足要求）、工艺性能不能满足要求（可蚀刻性，可焊性）以及其它性能（如纯度、质量电阻率）。

电解铜箔的最终性能，除剥离强度、可焊性等个别指标外，大多数是由生箔的性能所决定的。而这些性能，如拉伸强度、疲劳延展性、延伸率、金属箔表面粗糙度等均与生箔（毛箔）的晶体学织构有关。材料的晶体学织构表达了组成晶体材料的无数晶粒的取向分布方式。晶体的每个晶粒都是各向异性的，即其性能随着测量方位的变化而变化。用于测量这种晶体学织构的传统方法是X射线衍射法。在大多数工程材料及常用电沉积层中，其正常晶体的取向为优势取向，这就是所谓残余各向异性，电解铜箔的织构与其自身的沉积过程密切相关，电解沉积层的形成是由形核及晶体长大两个不同的过程所控制的，而织构的发展也可能是这两个过程相互竞争的结果。

沉积超电势及间接影响超电势的每个工艺参数，如流体动力学，添加剂等在织构形成中起着首要作用。有关研究表明，电解铜箔的生箔铜箔在小于12μm的情况下，XRD衍射图谱中的主峰为（111）面，并目（311）面呈现一定的择优取向。随着厚度的增加，其（220）衍射峰强度不断提高，其他晶面衍射强度则逐渐降低，当铜箔厚度达到21μm时，（220）晶面的织构系数达到92%。很显然，依靠简单技术使电解铜箔的性能达到压延铜箔的性能指标几乎不现实。

在生箔电解过程中，阴极基体材料的表面条件也是影响织构发展的重要因素。电解铜箔是铜离子在阴极辊表面晶体上结晶结构的延续，铜离子电沉积在钛晶体上，并由此而生长成铜箔。阴极钛辊表面的晶体结构决定着电解铜箔最初的结晶状态。随着电解沉积层的增加，阴极表面基体组织对铜沉积层结晶结构的影响越来越小。这可以从电解铜箔的毛面和光面的晶向变化上看出。

普通电解铜箔在高温时延伸率比压延铜箔低，这与其冶金结构有关。电解铜箔竖直结构不受加热到180℃、持续1时的影响，而压延铜箔的水平结构在较低的温度下退火而重新结晶。

5.1 铜箔的内应力

内应力是电解铜箔固有性能之一，其符号及数值大小与所选择的电解沉积条件有很大关系。虽然IPC4562标准并未对电解铜箔的内应力作出明确的要求，但在实际生产中，电解铜箔的这种内应力的出现是很有害的。例如，对于厚度小于18微米的铜箔，如果内应力过大，铜箔在裁片后卷边，导致覆铜板在叠配〔三明治）时操作困难、无法自动叠配。

对于电解铜箔内应力的起源，现有不同的理论给出了不同的解释，但都是真实应力的部分起因。例如电解铜箔内应力的起源与阴极表面原子氢的吸附以及反应的分子氢的脱附析出有关；由于电解液条件的改变引起的外来物质及杂质共沉积会导致很复杂的内应力；另一个原因是与铜箔电沉积自身形成过程的驱动力有关；阳离子在阴极的还原需要一定的外界能量输入，其中部分能量在镀层生长时以缺陷的形式存在于晶格之中。在电解过程中，电流密度增加时，内应力从压应力向拉应力逐渐转变，但在每个电流密度区间铜箔沉积层形貌结构几乎保持不变，内应力导致的另一个结果是当时效或加热时，铜箔沉积层结构发生转变。电解铜箔的内应力与一系列相关的参数有关，如阴极表面材料的结构、表面条件、镀液组成和电解条件。铜箔沉积层内应力可以通过测量设备测量，最简单的方法就是在电沉积时使用一个柔软阴极。在同样表面条件、镀液组成和电解条件，细长的条状阴极当受到其上电沉积铜箔内应力的作用时就会发生形变，这样应力就可通过阴极材料的挠度计算出来，这也是常用的螺旋应力计的测试原理，或通过阴极材料的延伸率计算出来。使用螺旋应力计测试仪，已知厚度的箔层的平均应力可以通过镀后螺旋金属片的挠度计算出来。一般，我们将铜箔镀层使阴极薄片向阳极弯曲的内应力称为拉应力（张应力），使阴极薄片背向阳极弯曲的内应力称为压应力。

过大的电解铜箔内应力可以通过适当调整生箔的生产工艺来减小。在实际操作中，我们发现铜箔内应力和电解时的电流密度大小有关。铜箔内应力会随着电流密度的增加而增加。事实上，由于各个铜箔企业生产工艺并不完全相同，铜箔内应力的表现方式也不相同：有的是压应力，有的表现为拉应力。所以，对于铜箔内应力控制，没有固定的解决方案可以套用，必须根据具体的生产工艺条件而确定。

5.2、外观缺陷

电解铜箔的外观缺陷主要是指箔材存在针孔和渗透点、麻点、压痕、缺口以及撕裂、皱折、划痕等缺陷。

5.2.1 针孔和渗透点

所谓针孔，就是铜箔在暗室中透光检查，有直径小于1毫米的零星的微小透光孔。渗透点则是不透光但在铜箔的一面用用渗透剂染色，在反面出现染色剂斑点的现象。简单的讲，针孔为直孔，渗透点是曲孔。

对于PCB用电解铜箔，针孔和渗透点过去一直是电解铜箔厂家深感头疼的问题。有关铜箔孔隙产生原因及孔隙程度是电解铜箔生产技术中一个重要的参数，尤其对于厚度小于18微米的电解铜箔，产生空隙频率更高。目前铜箔制造厂在生产线上只能用精密仪器监测约15微米以上的针孔，对于小于15微米的针孔和所有的渗透点，只能采用染色评价法抽样测试。针孔和渗透点在覆铜板压合过程中，融化的树脂会从铜箔孔隙中流出，在铜箔表面形成树脂点，影响覆铜板质量。

根据有关研究，电解铜箔孔隙可分为夹杂性孔隙及结晶学孔隙。夹杂性孔隙是在电沉积初期阴极辊表面某些小面积范围内金属沉积不能发生造成的，即使后续的沉积具有一定桥接覆盖作用，这样的小面积也会孔隙核心，也叫孔隙母体。阴极辊表面的非金属夹杂物，包括附着在阴极辊表面的溶液净化工序中漏滤的活性炭微粒、电解液中的胶质、油污和灰尘等；另一种孔隙母体为阴极辊筒表面的微孔。电沉积不会在这些孔隙母体上形成，这是由于这些母体的导电性不好，或是由于这些孔隙母体具有与洁净基体金属材料完全不同的电化学特征，因而具有完全不同的电极反应动力学特征，有利于另一些沉积副反应的发生如氢的析出等。

由于阴辊基体金属或电解参数引起的结构缺陷产生的孔隙称做结晶学孔隙，这种情况下伪同晶现象及外延生长可能使部分镀层与基体失去良好结合和共格。其中伪同晶现象是指铜箔镀层生长延续了阴极基体材料晶界或微观几何特征；外延生长则是在镀层与基村界面上镀层沿基体晶格完全有序地生长。研究和生产实践证实了阴极基体的表面粗糙度及阴极辊筒金属预处理如机械磨光、化学及电化学抛光对电解铜箔的孔隙产生有巨大的决定作用。

阴极辊基体金属对电解铜箔的影响，随着基体材料上的连续吸附层的迁移引起孔隙性的周期性变化。随着铜箔厚度的增加，基体材料通过伪同晶及外延的影响作用逐渐消失，于是铜箔铜层生长将只由电解液镀层界面的电沉积条件控制。实际上，电解参数如电解液组成，电流密度、电流形式，电解温度及电解液流速（搅拌）都会对铜箔孔隙的形成产生巨大影响，因此，获得无孔隙铜箔的厚度将随电沉积时使用的电解液的过滤精度、添加剂及阴极材料的情况而变化。

IPC4562印制线路板用金属箔规范中提到两种评价方法：一种是等同采用IPC-TM650中2.1.2染料渗透法；另一种是取铜箔箔面朝上置于灯箱上，计算300mm x 300mm尺寸透光产生的亮点数用作评价针孔的数量，尺寸测量的分辨率要求达到25微米。上述两种方法都是用来评价铜箔的，后一种方法的分辨率