铜箔生产工艺公司培训资料

铜箔生产工艺

金象铜箔有限公司技术部2011.2.20

主要内容

❖引言

❖铜箔分类

❖电解铜箔制造工序

❖电解铜箔后处理工序

❖电解铜箔分切工序

引言

铜箔是锂离子电池及印制电路板中关键性的导电材料。目前，我公司大部分的铜箔是用在锂离子电池负极材料上。随着锂离子电池朝着高容量化、薄型化、高密度化、高速化方向发展，铜箔也朝着具有超薄、低轮廓（铜箔表面粗糙度为2μm以下）、高强度、高延展性等高品质高性能的方向发展，而其性能与铜箔结构及表面处理密切相关。目前，先进的铜箔生产技术和铜箔表面处理技术都由美国和日本垄断。

铜箔分类

❖按厚度可以分为厚铜箔(大于70μm)、常规厚度铜箔(大于18μm而小于70μm)、薄铜箔(大于12μm而小于18μm)、超薄铜箔(小于12μm)；

❖按表面状况可以分为单面处理铜箔（单面毛）、双面处理铜箔（双面粗）、光面处理铜箔（双面毛）、双面光铜箔（双光）和甚低轮廓铜箔（VLP铜箔）铜箔；

❖按生产方式可分为电解铜箔和压延铜箔。

1、电解铜箔是由电解液中的铜离子在光滑旋转不锈钢板(或钛板)圆形阴极滚筒上沉积而成，铜箔紧贴阴极滚筒面的面称为光面，而另一面称为毛面。

2、压延铜箔一般是由铜锭做原材料，经热压、回火韧化、削垢、冷轧、连续韧化、酸洗、压延及脱脂干燥等工序制成。

压延铜箔与电解铜箔的比较

压延铜箔表面更为平滑，且致密度较高，大多用于挠性印制电路板，压延铜箔为片状晶结构，在柔韧性方面要优于柱状织结构的电解铜箔，电解铜箔则主要应用于刚性印制电路板及锂电池制造中，在生产过程中电解铜箔比压延铜箔有较简化的生产流程，以及更低的生产成本，所以，如果在对铜箔韧性无特殊的情况，选用电解铜箔的较多。

电解铜箔工艺

❖目前国内外大都采用辊式阴极、不溶性阳极以连续法生产电解铜箔：

铜溶解的基本原理

❖铜溶解过程是将处理好的铜料加入到溶铜槽内，铜料的表面积越大越好，铜料之间要有较小的缝隙，以增大反应面积。加入一定数量的纯水和硫酸后，通入压缩空气进行氧化化合反应，生成硫酸铜溶液。其化学反应式为：

2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O

该反应属固-液、固-气、液-气多相反应。反应速度与槽内铜料的总表面积有关，表面积越大，反应速度加快。其次与风量有关，风量增加，反应速度也加快。

制箔工序－原料要求

❖铜箔厚度越薄，质量档次越高，要求电解液中的杂质含量越低。为了保证铜箔质量，铜材的纯度必须大于99.9%

制箔工序－设备

❖阴极辊：

随着客户要求的提高与技术的发展，阴极辊直径由原来的1m、1.5m增加到2.2m、2.7m，宽度为1400mm~1500mm，材料现在多为纯钛。阴极辊具有良好的耐腐蚀性，而其表面质量直接影响到生（原）箔的表面质量和视觉效果，因此辊面粗糙度Ra<0·3μm。

制箔工序－设备

❖阳极座：

阳极座为不溶性阳极，目前使用的材料，一种为铅锑合金（或铅银合金），另一种为钛。而前者随着使用时间的延长，合金腐蚀越来越多，致使极距不断增大，槽电压上升，电耗增加；同时由于腐蚀不很均匀，也影响极距的一致性，从而使铜箔均匀性亦差。后者由钛基质和涂层组成。涂层是铱(56%)和钽(44%)混合物，这种阳极耐腐蚀性较好，在一定限度内槽电压基本不会升高，故生箔厚度均匀性好，但一次性投资较大。即使涂层受损减薄，也可通过重新涂覆得到修复。

生箔制造的基本原理

❖生箔制造是采用硫酸铜作电解液，其主要成分是Cu2+和H+。在直流电的作用下，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。在阴极上Cu2+得到2个电子还原成Cu，并在阴极辊上结晶形成生箔。电解液经过电解过程后，其Cu2+含量下降，H2SO4含量升高。电解液回到溶铜槽调整，使电解液Cu2+升高而H2SO4含量下降。通过电解和溶铜两个过程，电解液中的Cu2+和H2SO4含量保持平衡。

生箔制造中的工艺参数

❖电流密度：

提高电流密度是提高产量的重要措施。目前生箔生产的电流强度在20000A~50000A，电流密度为5000A/m2~10000A/m2。电流密度的提高将使电化学极化及浓度极化增大，生成晶核数目增加，生箔结晶变细。

生箔制造中的工艺参数

❖铜离子浓度：

电流强度增加，电解液的铜离子浓度也应相应增加，以保证电解需要。铜离子浓度大，铜箔更加致密，其硬度、强度和延伸率均较高。但也必须结合溶解度考虑，过分接近饱和浓度，易受温度微小波动引起异常结晶而影响产品质量。铜离子浓度一般控制在65g/L~100g/L为宜。

生箔制造中的工艺参数

❖硫酸浓度：

硫酸铜溶液电解时，85%以上的电荷靠加入硫酸的H+传递，生产上以含酸90g/L~110g/L的硫酸铜溶液电解的生箔质量较好。低酸，则电流密度相对下降，易使材质疏松，延伸率下降；而含酸过高则铜箔硬度过大，发脆，并增加对设备的腐蚀。

❖电解液温度：

升高电解液温度可提高电流密度：温度升高10℃，极限电流密度可提高10%。然而温度提高会降低阴极极化作用，使结晶变粗，造成金属箔电导率、弹性、硬度及强度下降。所以在生产中温度不宜有大的波动，一般控制在48℃~52℃。

后处理工序

❖该工序主要有酸洗、粗化、固化、灰化与钝化、喷涂硅烷、烘干等过程。

后处理工序－预处理

铜箔由于在运输和存储过程中容易受到油脂、汗迹等污染，而且表面活性大，容易在表面生成氧化层，所以铜箔在粗化处理前必须进行除油、酸洗处理。

后处理工序－粗化

预处理后的铜箔，如果直接与绝缘树脂基板压合，铜箔与基板的粘结强度不高，容易脱落；为了增加铜箔与基板的粘结力，必须对铜箔与基板结合的毛面进行粗化固化处理。粗化处理就是在铜箔毛面电镀一层瘤状的铜颗粒，不仅能增加铜箔毛面的表面积，还能与绝缘树脂基板材料产生机械紧固作用。粗化后的铜箔若直接用于压板生产，由于瘤状的铜颗粒比较松散，粗化层往往会与毛箔基体分离。所以粗化处理后的铜箔还要进行固化处理。

后处理工序

固化

❖固化处理就是在粗化层的瘤状颗粒间隙中沉积一层致密的金属铜，增大粗化层与毛箔基体的接触面，降低粗化层表面的粗糙度。微观上铜箔毛面粗化处理后，箔面凹凸不平，起伏极大，而经固化处理后铜箔表面较平坦。固化处理后，粗糙度虽有降低，但因增加了粗化层与毛箔的接触面积，导致处理层与绝缘基板材料的粘结强度却提高了，从根本上消除了处理层与毛箔分层的现象。

经过粗固

标准箔

化处理后

双光箔