李 洋，蔣少華，劉 濤，高忠強(qiáng)，李覺(jué)林

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

銅箔按生產(chǎn)工藝可分為壓延銅箔與電解銅箔兩大類［1］。銅箔作為載體在印制電路板、覆銅箔層壓板及鋰離子電池等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用［2］，作為能量傳輸與信號(hào)傳遞的重要介質(zhì)，銅箔素有“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”之稱［3］，隨著電子科學(xué)技術(shù)的飛躍式發(fā)展，其產(chǎn)品向精、薄、輕和功能齊全等方向迅猛發(fā)展。銅箔作為電子基材，對(duì)其柔性［4］、高密度互聯(lián)［5］、載流［6］等技術(shù)要求越來(lái)越高。與此同時(shí)，銅箔的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)隨著下游技術(shù)的迭代也在不斷提升。銅箔粒子類缺陷作為銅箔常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷之一，嚴(yán)重影響下游客戶的使用。江銅耶茲銅箔公司長(zhǎng)期致力于高品質(zhì)銅箔的研發(fā)生產(chǎn)，通過(guò)多年的探索積累，形成了一套粒子類缺陷的管控辦法，取得了不錯(cuò)的成效。

2 電解銅箔工藝流程

2.1 溶銅造液工藝流程

硫酸銅溶液制作工藝流程如圖1所示：

圖1 硫酸銅溶液制作工藝流程圖

制備硫酸銅溶液的主要原料有：銅原料、硫酸、去離子水；其輔助條件還需要蒸汽、空氣等。在溶銅罐中，銅原料與硫酸、氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，其化學(xué)方程式如下：

銅、酸、氯離子濃度是硫酸銅溶液系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，溶液中雜質(zhì)含量直接關(guān)系到銅箔質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.2 生箔生產(chǎn)工藝流程

生箔生產(chǎn)工藝流程如圖2所示：

圖2 生箔生產(chǎn)工藝流程圖

硫酸銅電解液中的陰陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二價(jià)銅離子電子向生箔槽內(nèi)陰極輥面移動(dòng)，硫酸根離子失去兩個(gè)電子向陽(yáng)極移動(dòng)［7］，陰極和陽(yáng)極反應(yīng)如下：

整個(gè)生箔工藝過(guò)程決定了銅箔的基本物性，如：抗拉、延伸率、亮面Ra、毛面Rz等。

2.3 熟箔生產(chǎn)工藝流程

熟箔生產(chǎn)工藝流程如圖3所示：

圖3 熟箔生產(chǎn)工藝流程圖

生箔卷經(jīng)過(guò)多道工序進(jìn)行表面處理后，其耐熱性、抗氧化、抗剝離等性能明顯改善，經(jīng)過(guò)防氧化處理后的銅箔表面附著一層致密的保護(hù)膜，保證銅箔產(chǎn)品在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)氧化變色。

3 粒子類缺陷的形貌特征與危害

粒子類缺陷主要分為：生箔銅瘤、表處鍍銅、切屑銅粉、異物等幾大類，具體形貌特征如表1所示。

表1 電解銅箔粒子類缺陷主要特征

近年來(lái)，隨著封裝技術(shù)的更新迭代，原有的PCB技術(shù)已無(wú)法滿足球陣列（BGA）、芯片級(jí)（CSP）等封裝技術(shù)的要求。此外，CCD、AOI等在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)銅箔的品質(zhì)也提出了更高的要求。梳理近5年銅箔行業(yè)的客訴信息發(fā)現(xiàn)，粒子類缺陷成為投訴最多的問(wèn)題之一。究其原因，是粒子類缺陷在板材使用中會(huì)出現(xiàn)如圖5所示蝕刻不凈的現(xiàn)象，可能導(dǎo)致線路短路等致命危害，嚴(yán)重影響產(chǎn)品合格率與終端產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

圖5 粒子蝕刻微觀圖

4 粒子類缺陷的成因分析

4.1 生箔銅瘤缺陷

經(jīng)過(guò)分析研究，造成生箔銅瘤缺陷的主要原因包括：系統(tǒng)溶液雜質(zhì)較多，添加劑配方不佳，機(jī)臺(tái)槽底密封鍍銅，進(jìn)液管密封不良等。

系統(tǒng)溶液雜質(zhì)較多造成生箔銅瘤缺陷，主要是由過(guò)濾器過(guò)濾效果不佳或者主過(guò)濾器發(fā)生穿透造成，溶液中的活性炭等介質(zhì)類雜質(zhì)不能被過(guò)濾介質(zhì)攔截，這些雜質(zhì)分子會(huì)嚴(yán)重影響晶核的形成，在銅箔表面產(chǎn)生銅瘤。添加劑在電解銅箔生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)穩(wěn)定銅箔物性有至關(guān)重要的作用［8］，主要分為有機(jī)添加劑與無(wú)機(jī)添加劑兩大類：明膠類有機(jī)添加劑對(duì)銅箔表面的銅瘤抑制作用明顯［9］；無(wú)機(jī)添加劑Cl-過(guò)高，易使溶液中Cu2+析出速率變快，從而形成銅瘤［10］。機(jī)臺(tái)密封鍍銅造成生箔銅瘤缺陷，主要是因?yàn)槊芊饨M件與金屬機(jī)架導(dǎo)通形成閉合回路，致使陰極輥的邊部電鍍異常產(chǎn)生銅瘤。進(jìn)液管密封不良造成生箔銅瘤缺陷的問(wèn)題在耶茲生箔機(jī)上尤為突出。生箔機(jī)方槽底容易沉積一些雜質(zhì)，在溶液的沖擊作用下，方槽內(nèi)的殘液與雜質(zhì)通過(guò)密封不良處進(jìn)入陰極輥與陽(yáng)極之間，從而影響到正常電鍍過(guò)程形成銅瘤。

4.2 表處鍍銅粒子類缺陷

經(jīng)過(guò)分析研究，表處鍍銅粒子類缺陷產(chǎn)生的主要原因，包括導(dǎo)電輥工況不佳、壓制輥調(diào)整不同步、電鍍不均等。導(dǎo)電輥表面存在碰傷或者表面涂層脫落時(shí)，局部電流密度增加，在銅箔電鍍面形成導(dǎo)電輥間距的規(guī)律鍍銅；壓制輥與導(dǎo)電輥水平、平行調(diào)整不同步，導(dǎo)致壓制輥與導(dǎo)電輥之間存在縫隙，銅箔與導(dǎo)電輥輥面存在“接虛”現(xiàn)象，電流在通過(guò)銅箔與導(dǎo)電輥之間時(shí)，會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，致使銅離子在導(dǎo)電輥輥面沉積產(chǎn)生銅粉；銅箔在表面處理粗化環(huán)節(jié)，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，箔面粗化層晶粒生成與生長(zhǎng)速度過(guò)快，導(dǎo)致其與箔面原有晶粒結(jié)合不牢固，出現(xiàn)“掉粉”現(xiàn)象，在銅箔卷中會(huì)附著大量銅粉，箔面呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律粒子［11］。

4.3 切屑銅粉粒子類缺陷

生箔與裁切工序均會(huì)使用切刀，切除邊部餌料。生箔工序切除餌料是為了防止邊部偏厚導(dǎo)致后期處理階段產(chǎn)生皺褶，同時(shí)也為了避免邊部電鍍不良造成撕邊現(xiàn)象。裁切工序切除餌料是為了滿足不同客戶的寬幅要求。在切邊過(guò)程中切刀角度不固定，切刀在切邊過(guò)程中左右擺動(dòng)，將導(dǎo)致切邊外觀不均勻，極易產(chǎn)生銅屑，卷入原料卷中；切刀角度調(diào)整不到位，在切邊過(guò)程中餌料與正常箔面不是被切斷，而是被蹭斷或者壓斷，從而導(dǎo)致銅粉產(chǎn)生。

4.4 異物

銅箔生產(chǎn)要求處于潔凈環(huán)境下。當(dāng)車間環(huán)境的潔凈度超過(guò)100000級(jí)或者車間內(nèi)有較大動(dòng)作的施工作業(yè)時(shí)，空氣中的灰塵落到原料卷會(huì)產(chǎn)生粒子，在箔面顯現(xiàn)為凸點(diǎn)，無(wú)規(guī)律分布。此外，在銅箔生產(chǎn)過(guò)程中用的洗箔水中含有細(xì)菌類微生物，菌群留存在箔面，也易形成粒子。

5 粒子類缺陷的管控措施

5.1 針對(duì)生箔銅瘤的管控措施

（1）加入系統(tǒng)的主過(guò)濾器投用前，需要在入口側(cè)加入少量活性炭，在出口側(cè)檢測(cè)溶液濁度，以驗(yàn)證過(guò)濾器效果。大流量濾芯的過(guò)濾效果往往好于同精度的濾袋，可優(yōu)先選擇，同時(shí)根據(jù)濾材壽命制定過(guò)濾器更換周期。

（2）添加劑配方是銅箔企業(yè)最核心的技術(shù)秘密，明膠類有機(jī)添加劑對(duì)銅瘤的控制作用是先升高再降低，以氯離子為主的無(wú)機(jī)類添加劑不僅影響銅離子的擴(kuò)散系數(shù)，而且會(huì)改變結(jié)晶成核方式，目前各大銅箔企業(yè)均利用控制變量法使用復(fù)合添加劑來(lái)調(diào)控銅箔物性。

（3）為避免生箔槽底密封性問(wèn)題導(dǎo)致粒子類缺陷產(chǎn)生，要做好機(jī)架絕緣，從根源上杜絕機(jī)臺(tái)本身的導(dǎo)通回路現(xiàn)象。與此同時(shí)，要加強(qiáng)生箔槽底密封情況檢查，當(dāng)出現(xiàn)鍍銅或者燒焦情況，應(yīng)及時(shí)更換槽底密封。

（4）進(jìn)液管密封不良會(huì)導(dǎo)致生箔機(jī)方槽底部的雜質(zhì)通過(guò)進(jìn)液管縫隙進(jìn)入陰極和陽(yáng)極之間，其原因主要是PVC材質(zhì)的進(jìn)液管與金屬材料的護(hù)板屬于硬連接，密封效果不佳?？梢栽谠薪饘倩“寤A(chǔ)上加裝四氟條與PVC墊板，再將進(jìn)液管安裝并焊接在PVC墊板上，這樣進(jìn)液管密封由硬連接改為軟連接，可以大幅增強(qiáng)密封效果。

5.2 針對(duì)表處鍍銅粒子類缺陷的管控措施

（1）建立處理機(jī)導(dǎo)電輥等重要備品備件臺(tái)賬，全程跟蹤導(dǎo)電輥使用壽命與輥軸工況，當(dāng)導(dǎo)電輥輥面Ra高于0.5μm后需要重點(diǎn)跟蹤，當(dāng)導(dǎo)電輥輥面Ra高于5μm后，需要立即更換。

（2）更換完壓制輥要進(jìn)行水平、平行校正，以工作狀態(tài)下壓制輥與導(dǎo)電輥間不透光為準(zhǔn)。另外在處理機(jī)加裝“壓制輥抬起-斷電”“斷箔-斷電”等連鎖傳感器，有效避免導(dǎo)電輥電擊事故，降低殘銅發(fā)生概率。

（3）在表面處理粗化段時(shí)，電流密度與溶液中銅濃度、酸濃度、系統(tǒng)溫度等一樣，直接關(guān)系到粗化的致密程度，調(diào)控好溶液各項(xiàng)指標(biāo)以及電流密度，對(duì)避免出現(xiàn)電鍍不均有著至關(guān)重要的作用。

5.3 針對(duì)切屑銅粉的管控措施

（1）對(duì)破口、生銹的切刀進(jìn)行更換，并根據(jù)產(chǎn)品的厚薄確定切刀定期更換的頻次。

（2）調(diào)整切刀角度，切刀以不觸碰刀槽且與垂直方向偏2°角為宜。

5.4 針對(duì)異物的管控措施

（1）保證空調(diào)過(guò)濾系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保車間內(nèi)潔凈度在100000級(jí)以下。

（2）對(duì)純水站輸水箱同時(shí)使用殺菌劑與紫外殺菌燈，防止細(xì)菌繁殖滋生，降低DI水中細(xì)菌類微生物含量。

6 結(jié)束語(yǔ)

粒子類缺陷作為電解銅箔最常見(jiàn)且典型的缺陷之一，主要受溶液濁度、添加劑、導(dǎo)電輥、切刀、作業(yè)環(huán)境等多種因素影響，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控過(guò)濾器的效果與壽命、處理生箔機(jī)臺(tái)絕緣與密封、優(yōu)化添加劑配方、管控處理機(jī)導(dǎo)電輥工況、調(diào)整并更換切刀，保障潔凈作業(yè)環(huán)境等全過(guò)程管控，能有效減少和防止粒子類缺陷的發(fā)生。