详解铜箔制造流程

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【维文信PCBWorld】铜箔生产的方法有哪些？铜箔生产的工艺流程又是如何的呢？铜箔生产中会有哪些问题呢？我们还是先了解下什么是铜箔吧。铜箔是锂离子电池及印制电路板中关键性的导电材料。铜箔是一种阴质性电解材料，沉淀于电路板基底层上的一层薄的、连续的金属箔。
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铜箔根据不同的分法，可以分成很多种。铜箔根据厚度可以分为：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)等。铜箔也可以根据表面状况分为：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）铜箔等。最后铜箔根据生产方式的不同分为：电解铜箔和压延铜箔。那么今天我们就要重点来说说电解铜箔和压延铜箔的生产方式。


" b, B0 l6 L( O6 h# g; a2 `9 w* n铜箔生产
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5 |0 x% q' L. x; f- M6 B/ a在说铜箔生产的方法前，我们先来了解一下电解铜箔的定义：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。/ D+ x) k) y( |8 h; P& m
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电解铜箔生产的方法：目前国内多采用辊式阴极、不溶性阳极以连续法生产电解铜箔。7 s  T& U+ C" O# s

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辊式连续电解法生产电解铜箔的工艺流程图：: g  p9 M  C- x5 u& _$ Q
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3 n& y5 q; H! f# }2 t6 m辊式连续电解法生产电解铜箔的具体步骤：
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  Q$ w7 c8 H* I/ S5 ^7 f1、电解溶铜。以电解铜或同等纯度的电线返回料为原料，在含有硫酸铜溶液中溶解，在以不溶性材料为阳极、底部浸在硫酸铜电解液中恒速旋的阴极辊为阴极的电解槽中进行电解，溶液中的铜沉积到阴极辊筒的表面形成铜箔，铜箔的厚度由阴极电流密度和阴极辊的转速所控制。待铜箔随辊筒转出液面后，再连续地从阴极辊上剥离，经水洗、干燥、卷取，生成原箔。# [, f7 f  w- E; B: P
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2、进行的是仍以电化学反应为主体的表面处理工序。该工序分三段进行:第一阶段为保持铜及氧化铜组成的枝状结晶组织的粗化层。第二阶黄铜或锌做为阻挡层。具有阻挡层的铜箔在生产印刷电路的过程中，才能保证没有微粒迁移等基板污染现象。第三阶段，为了防止搬运、存放或层压时发生氧化，在铜箔的表面镀锌、镍、锡及其它金属或合金做为防氧化镀层。' o4 p( x* C- A- ^
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3、即分剪包装。由于分剪包装部分设备自带控制装置，我们在此不作考虑。这样整个生产工艺可分为：电解溶铜，表面溶铜，10空调机组，30万空调机组四部分。

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' w1 i8 c2 j( k3 T4 }$ v1 S) ~电解铜箔生产的方法中铜溶解过程：( F' U. B- l3 j7 |
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/ t$ n+ c/ E: z0 _' N4 V1、原理：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。  J7 a8 [- E6 g( G! D+ l& i
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2、制箔原料要求：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%。1 L! s2 p% Y0 C. p4 k5 j+ y2 c

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制箔的设备和原理：
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9 Y! h( t! R! b) h! R, y1、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。< p="">
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, q$ h6 {/ b9 D8 l5 j/ e2 b2、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。: R& F" o1 m2 j! x# ^  }3 `+ U


, B: J, o5 B% g1 g, k6 P) p3、生箔制造：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。) N8 e- V5 x& w  _
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/ g% ]0 T4 J# g. d, r' z电解铜箔生产后续工序处理：/ s( Z3 J5 u: X- H
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1、固化处理：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。: v% |( d" i. D' E
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固化处理后的铜箔

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2、镀锌阻挡层：铜箔毛面通过镀锌处理后，形成一层阻挡层，以提高铜箔在自然空气中的防氧化能力，铜箔镀锌后外观看上去会有变灰的感觉，经过一段时间的存放此灰色会转化为铜黄色，镀得锌越多铜箔则越黄。
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0 R& ]. G% b, y" [7 k& v5 p3、表面钝化：镀阻挡层后的铜箔用铬酸盐(或铬酸盐和锌盐)溶液进行表面钝化(即防氧化处理)，使铜箔表面形成以铬(或铬锌)为主体的结构复杂的膜层，使铜箔不会因直接与空气接触而氧化变色，同时也提高了铜箔的耐热性(锌含量高一些，则耐高温较好)，保证了铜箔能达到3个月的储存期限。6 j5 Y  {* U+ R) b2 U; r# W2 W" q
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4 D6 |: L* R, V# ?4、硅烷偶联剂处理：在防氧化处理后表面喷涂硅烷，一方面可提高铜箔常温下的抗氧化能力;另一方面在高温压板时，硅烷能通过偶联使铜箔和树脂基材结合得更好，提高剥离强度。后处理工序-烘干。为防止残留水分对铜箔的危害，最后还必须在不低于100℃下烘干，烘干时温度也不能太高。
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. s" M  s! E& X) ?电解铜箔生产后续工序处理图：
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除了铜箔生产的方法介绍，再来说一下压延铜箔：
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压延铜箔的定义：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。。) ~8 N8 E% `! s( B
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4 m! w* w) @; E压延铜箔的缺陷：
. p, {( C$ j7 J# Y& o* W1、生产工艺复杂、流程长、一次性投入高，成本高。# d, ]! T4 J/ k$ y. ^# C. t
" [7 G% {& J. j# k: i( R' J2、铜箔的极限厚度受到限制。
3、对轧辊的质量要求也极高。轧辊直径的大小必须满足最小轧件厚度的要求，但铜箔的厚度愈小，则要求轧辊的直径也愈小，轧辊的加工精度也愈高。
- s9 d+ M: ]' G4、铜箔的宽度也受到轧辊的限制，由于轧辊的长度增加，轧辊的摆差也随之增大。
2 `3 [( y6 s& }3 h5 u( m4 [$ ]5、压延铜箔表面粗糙度低，平坦度和外观一致性比电解铜箔差，但具有较高的延展性。
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: v9 L2 l4 [7 K7 J压延铜箔的生产流程图：; v  e% }% Y0 \  w
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国内压延铜箔生产的主要问题：
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1、关键生产设备落后：生产厚度小于0.05mm的优质压延铜箔，应当使用幅面宽度符合用户要求的多辊轧机。国内有些铜加工厂的轧机由于其他设备不配套、或工厂内部传统产品结构等原因，无法正常投入压延箔材生产。而有些小型铜箔加工厂，因缺少关键设备或投资能力，不得不沿用陈旧过时的生产设备和工艺，铜箔产品规格和技术指标不及国外产品。
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8 x2 |# |% O- w6 G( b+ ?7 B2、退火工艺：采用罩式退火炉不能保证软态成品退火性能的均匀稳定性，很难得到均匀细小的再结晶结晶组织。通过式退火炉目前还不能有效解决铜箔表面擦伤问题。
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3、表面处理：目前的表面钝化工艺，还不能有效防止压延铜箔软态产品存放期表面氧化变色问题。同时没有进行粗化及表面着色(镀层)处理。
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来源：电池中国网

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