• 发布日期：2022-05-09
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​随着超薄电解铜箔市场的需求扩增，国内厚度≤１８μｍ 的电解铜箔产能在逐年扩大。超薄电解铜箔的生产对设备、工艺和环境的要求极为苛刻，铜箔产品易形成针孔、翘曲、花斑、截面多孔等缺陷。翘曲是超薄电解铜箔生产过程中较常碰到的问题，一般都是由生产工艺导致，但在双亮面电解铜箔生产过程中较少出现。讲一讲电解铜箔翘曲原因分析！
铜箔翘曲，一方面影响机器叠版、裁切；另一方面影响铜箔与基板之间的平整均匀粘贴，容易使铜箔产生皱褶、气泡等，严重影响了覆铜板和印制电路板的品质。

1　电解铜箔性能测试及翘曲原因分析

对５家生产的厚度为１８μｍ、不同翘曲程度的电解铜箔进行取样，进行内应力、织构、毛面形貌和断面分析。

1.1　残余应力

利用X-350A 型Ｘ射线应力测定仪，采用侧倾固定φ法，测量残余应力。测试前，采用XF-１电解抛光机对试样进行电解抛光，消除试样表面应力、氧化层、表面处理层和污染层。可知各厂铜箔试样亮面和毛面均处于压应力状态，因亮面晶粒较毛面小得多，亮面晶界较多，残余应力主要存在于晶界处。因此，亮面压应力总是大于毛面压应力，残余应力表现为向毛面的压应力，铜箔朝毛面翘曲，与实际情况符合。此外还可以发现，残余应力越大，铜箔翘曲程度越大。

１.2　织构、孪晶界与晶粒尺寸

铜箔的电沉积过程中，由于各晶面的生长速度不同，将会出现晶面的择优生长。这会影响铜箔性能。

采用Oxford-instruments HKLEBSD 系统对样品织构、孪晶界与晶粒尺寸进行测试分析。技术人员解析，晶粒越小，翘曲越明显；孪晶界越多，翘曲程度越低，原因是孪晶界有利于铜箔残余应力的释放。数据显示，铜箔试样以（220）织构为主，同时还有（111）、（200）、（311）等织构。翘曲程度较大试样的（220）织构明显偏大，且孪晶界较少，晶粒尺寸偏小。

１.３　毛面形貌

面颗粒尺寸为５～１０μｍ，颗粒形状多为尖锥状。从图1可知，除ＪＴ 厂外其他厂家翘曲程度较低，其表面熟化处理电镀层一般生长在颗粒的尖锥顶部，且颗粒均匀，尖锥状明显；而ＪＴ厂试样表面熟化处理电镀层不仅生长在铜颗粒顶部，且在大颗粒间隙的谷底处大量生长，与其他厂试样有着明显区别。

再取ＪＴ 厂熟箔对应的生箔试样进行扫描电镜分析，发现颗粒顶部较为圆润，呈丘陵状，且颗粒尺寸不均匀，大尺寸颗粒的谷底生长着大量小尺寸颗粒，可知ＪＴ 厂铜箔毛面颗粒细化程度较其他厂家高。

１.４　断面分析

采用ＦＥＩＱｕａｎｔａ２００Ｆ 环境扫描电镜对各厂试样作断面分析，见图３。在电沉积过程中，由于晶体塌陷、晶粒错位、晶粒吞并、析氢或添加剂、杂质等夹杂，会形成一些孔洞。从图2可知，ＪＴ厂铜箔断面晶粒结合良好，空洞相对较少，并且分布不均匀。其余厂家试样有较多的空洞，且分布在整个断面。空洞有利于铜箔残余应力的释放。

１.5　翘曲原因分析

铜箔亮面、毛面均存在压应力，且亮面压应力大于毛面，因此整体表现为朝毛面的残余应力，使铜箔朝毛面翘曲，与实际情况相符。

铜箔残余应力与织构、孪晶界、晶粒尺寸及内部孔洞有一定关系。从产品抽样分析来看，铜箔（220）织构越多，翘曲越明显。孪晶界有利于残余应力的释放，能降低铜箔翘曲。晶粒越细，晶界越多，残余应力越大且不易释放铜箔翘曲越明显。

内部孔洞有利于残余应力的释放，空隙越多且分布越均匀，翘曲程度越小。通过不同厂家工艺对比分析及试验论证发现，添加剂、电沉积参数与阴极辊表面粗糙度等对上述因素影响大，会引起铜箔翘曲。

２　添加剂对铜箔翘曲的影响

试验表明某些添加剂的使用，会引起铜箔翘曲。电解液循环流速过快，添加剂在电解液中的浓度就高，会引起铜箔翘曲。添加剂ＳＰ（聚二硫二丙烷磺酸钠）、ＨＥＣ（羟乙基纤维素）、ＰＥＧ（聚乙二醇）对铜箔翘曲影响显著，且都是随着用量的增加，翘曲加剧。

随着ＳＰ 用量增加，铜箔（220）织构增加，（111）织构和孪晶界减少，晶粒逐渐变小；而铜箔残余应力及翘曲程度增加。图６ 为ＳＰ 对铜箔毛面颗粒的细化整平效果。当SP 用量为1.3 ｍｇ／Ｌ 时，铜箔毛面呈现出亮面所具有的光亮度，毛面颗粒大大细化、整平。SP 吸附阴极上，提高了电极电化学反应的极化，阻碍铜粒子的过分长大，提高形核率，使晶粒细小。SP 能与Cu离子形成表面络合物，改变晶粒生长方式，能促进铜箔（220）织构生长，抑制（111）织构生长。

随着ＨＥＣ 用量增加，铜箔（２２０）织构增加，（１１１）织构、孪晶界减少，晶粒尺寸无一定影响规律；而铜箔残余应力与翘曲程度加剧。ＨＥＣ 在吸附电解液中Ｐｂ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｓ、Ｃｒ等杂质离子时，也与Ｃｕ 离子络合，进入沉积层，进而影响晶粒织构生长。

随着ＰＥＧ 用量增加，铜箔（２２０）织构增加，晶粒变小，（１１１）织构和孪晶界无一定规律变化；而铜箔残余应力与翘曲有一定程度加剧。在ＰＥＧ 作用下，能增大形核率，ＰＥＧ 能与Ｃｕ离子形成复杂的络合物，并且吸附在电极表面，从而增大了阻化效果。随着过电位的增大，成核机理逐渐由连续成核转变为瞬时成核，进而影响晶粒织构生长，能细化整平颗粒，防止颗粒异常长大。

由此可见，某些添加剂的使用会引起铜箔翘曲。添加剂通过提高阴极极化、增大阻化、改变成核密度，进而影响铜箔晶粒生长，促进晶粒向（２２０）织构生长，或细化铜箔晶粒等作用机理来影响铜箔的内应力（残余应力），进而影响铜箔翘曲程度。