減薄工藝對(duì)撓性覆銅板表面結(jié)構(gòu)及性能的影響

王志建 安 兵 謝新林（珠海市創(chuàng)元電子有限公司，廣東 珠海 519060）

減薄工藝對(duì)撓性覆銅板表面結(jié)構(gòu)及性能的影響

Paper Code: S-083

王志建 安 兵 謝新林
（珠海市創(chuàng)元電子有限公司，廣東 珠海 519060）

電子設(shè)備的快速發(fā)展對(duì)撓性覆銅板提出了更薄更輕的要求。本論文研究了銅箔

撓性覆銅板；減薄工藝；結(jié)構(gòu)；性能

1 前言

隨著電子設(shè)備更輕更薄智能化的發(fā)展趨勢(shì)，驅(qū)動(dòng)撓性電路板（Flexible Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱FPC）[1]-[4]向薄型化、細(xì)線化方向發(fā)展。作為FPC的基體材料，撓性覆銅板（Flexible Copper Clad Laminate，簡(jiǎn)稱FCCL）的發(fā)展有了更高的要求，一方面，在FPC細(xì)線距的線路加工時(shí)，相同刻蝕因子的條件下，撓性覆銅板的銅箔越薄，越有利于線路精細(xì)加工，另一方面，F(xiàn)PC中細(xì)孔的形成時(shí)，撓性覆銅板銅箔的厚度必須滿足一定的要求，驅(qū)使撓性覆銅板向更薄方向發(fā)展。

目前市場(chǎng)常用的撓性覆銅板的銅箔厚度為18 μm、12 μm，為了迎接電子設(shè)備的發(fā)展，12 μm以下厚度的銅箔逐漸占領(lǐng)消費(fèi)市場(chǎng)，目前生產(chǎn)FCCL的主流工藝為涂布法和壓合法[4]-[6]，其實(shí)質(zhì)都是以膠粘形成聚酰亞胺膜（PI）與銅結(jié)合界面。導(dǎo)致12 μm以下的銅箔制造困難，成本較高。目前，12 μm以下厚度的銅箔（如9 μm、6 μm），需經(jīng)過蝕刻減薄銅箔的工藝。而銅箔的減薄工藝是通過藥水對(duì)銅箔表面的微蝕作用，使銅箔厚度均勻減薄，以便于后續(xù)加工。那么研究銅箔減薄后，結(jié)構(gòu)與性能的變化關(guān)系具有重要的意義。

2 試驗(yàn)?zāi)康呐c方案

分析撓性覆銅板經(jīng)過銅減薄工藝對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能的影響，從以下方面進(jìn)行試驗(yàn)：

試驗(yàn)工藝 樣品厚度 比較項(xiàng)目減薄工藝 12μm、9μm、6μm 微觀結(jié)構(gòu)、銅箔厚度均勻性、表面粗糙度、剝離強(qiáng)度、彎折度

3 試驗(yàn)

本試驗(yàn)減薄前材料為臺(tái)灣臺(tái)虹公司用電解銅箔壓合法制備的12 μm 2L-FCCL（2FPDE1003MW），由廈門弘信電子科技股份有限公司采用H2SO4/H2O2體系減薄劑、卷對(duì)卷連續(xù)減薄工藝，獲得銅箔厚度為9微米和6微米的2L-FCCL。通過對(duì)減薄前后2L-FCCL的銅箔微觀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行比較分析，具體內(nèi)容如表1。

表1 2L-FCCL減薄后的微觀結(jié)構(gòu)與性能分析

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 微觀結(jié)構(gòu)

圖1為臺(tái)虹的2L-FCCL在減薄前后樣品的SEM圖譜，從圖1可以看出，減薄前的樣品銅表面粗糙，銅晶粒較大，均勻性較差 [見圖1（a）]，該樣品經(jīng)過減薄工藝后，表面平整度增加，銅箔表面呈鋸齒狀，部分區(qū)域有連塊的銅晶粒，銅晶粒大小均一性較差。

圖1 臺(tái)虹的2L-FCCL在減薄前后樣品的SEM圖譜，（a）12μm，（b）9μm，（c）6μm.

4.2 表面粗糙度

樣品的表面粗糙度用原子力顯微鏡觀察計(jì)算獲得，樣品原子力顯微鏡測(cè)試的區(qū)域?yàn)?0 μm×20 μm，如圖2所示。可以很明顯的看到樣品在減薄前較粗糙，經(jīng)過減薄工藝后，表面平整度增加，通過計(jì)算得到的12 μm、9 μm 和6 μm的表面平均粗糙度Ra分別為0.565 μm、0.210 μm和0.145 μm，極差分別為1.26 μm、0.377 μm和0.299 μm。結(jié)果表明，減薄工藝可以降低樣品銅箔的表面粗糙度，這和SEM觀察的結(jié)果一致。

圖2 臺(tái)虹的2L-FCCL在減薄前后樣品的AFM圖譜，（a）12μm，（b）9μm，（c）6μm.

4.3 銅箔厚度均勻性

表1為不同規(guī)格的2L-FCCL的銅箔厚度。由于電解銅箔銅晶粒粗大，銅箔表面粗糙度較大導(dǎo)致銅較難溶解，所以無法用電解測(cè)試儀測(cè)出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。所以本實(shí)驗(yàn)提供的銅箔厚度數(shù)據(jù)是由切片方法，經(jīng)過光學(xué)顯微鏡測(cè)量獲得，其結(jié)果見表1. 規(guī)格為12 μm、9 μm和6 μm的銅箔厚度平均值分別為12.9 μm、9.0 μm和6.6 μm，而它們的方差分別為0.25、0.12和0.04。方差可以反映一組數(shù)值的波動(dòng)性，方差越小，數(shù)值波動(dòng)性越小。從減薄工藝的結(jié)果看，減薄工藝導(dǎo)致銅箔厚度波動(dòng)減小，銅箔厚度均勻性增加。說明減薄工藝可以使銅箔均勻減薄。

表2 不同規(guī)格的2L-FCCL的銅箔厚度

4.4 耐折性

表3為不同規(guī)格2L-FCCL的耐折性。12 μm、9 μm和6 μm的平均耐折性分別為120次、145次和310次，依次增加，說明銅箔越薄，耐折性越好，但減薄的樣品的耐折性波動(dòng)較大，見表2的方差數(shù)據(jù)。6 μm樣品的耐折性方差為17561.67，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12 μm和9 μm的方差。2L-FCCL的耐折性與銅箔表面銅晶粒大小均勻性和表面粗糙度有關(guān)，晶粒尺寸越均一、表面粗糙度越低，耐折性越好，當(dāng)12 μm的銅箔減薄到9 μm和6 μm，部分處在深凹處的大銅晶粒無法被減薄，就會(huì)以大晶粒存在于銅表面，一旦彎折在這些大晶粒處發(fā)生，2L-FCCL很容易被折斷，導(dǎo)致耐折性波動(dòng)較大。

表3 不同規(guī)格2L-FCCL的耐折性

4.5 剝離強(qiáng)度

一般認(rèn)為，按照相同工藝制成的2L-FCCL，越厚的銅箔與PI的附著力越大，所以銅箔越厚，剝離強(qiáng)度越大，因此12 μm的樣品，其平均剝離強(qiáng)度高達(dá)1.49 N/mm。但越薄的樣品剝離強(qiáng)度波動(dòng)性較小。

表4 不同規(guī)格的2L-FCCL常規(guī)測(cè)試的剝離強(qiáng)度

5 結(jié)論

（1）采用H2SO4/H2O2體系減薄劑、卷對(duì)卷連續(xù)減薄工藝減薄后，銅箔表面粗糙度降低、銅箔厚度均勻性變好，但銅箔銅晶粒尺寸均一性較差。由于減薄工藝的微蝕作用，可以將銅晶粒較大、表面粗糙的電解銅箔均勻減薄，但減薄工藝無法保證銅箔表面的每個(gè)晶粒均勻減薄。

（2）采用H2SO4/H2O2體系減薄劑、卷對(duì)卷連續(xù)減薄工藝減薄后，2L-FCCL的耐折性變好，但波動(dòng)性較大。由于減薄前，銅箔表面粗糙、晶粒較大，所以耐折性較差；經(jīng)減薄后，銅箔表面粗糙度減小、耐折性變好，但由于銅箔表面銅晶粒尺寸均一性差，所以耐折性波動(dòng)增大。

（3）采用H2SO4/H2O2體系減薄劑、卷對(duì)卷連續(xù)減薄工藝減薄后，剝離強(qiáng)度降低，但剝離強(qiáng)度波動(dòng)性變好，這主要是由于銅表面粗糙度變好的緣故。

6 展望

隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，銅箔厚度小于12 μm的FCCL逐漸成為市場(chǎng)的主流，制備出表面粗糙度低，銅晶粒尺寸均一、厚度均勻性好的FCCL，才能保證FCCL各項(xiàng)性能的可靠穩(wěn)定。如珠海市創(chuàng)元電子有限公司利用離子注入和連續(xù)電鍍的加成法工藝，制備出的2L-FCCL銅箔厚度2～10 μm，銅晶粒大小約為20 nm，平均表面粗糙度Ra約為11 nm，且銅箔厚度均勻，銅箔表面平整致密，各向性能優(yōu)異，其9 μm和6 μm的2L-FCCL的SEM圖如下：

圖3 珠海市創(chuàng)元電子有限公司生產(chǎn)的2L-FCCL銅箔表面SEM圖譜，(a) 6μm，(b) 9μm

[1] 祝大同. 撓性覆銅板行業(yè)與市場(chǎng)現(xiàn)況調(diào)查[J]. 覆銅板資訊, 2014(2)∶15-22

[2] 辜信實(shí). 撓性覆銅板技術(shù)發(fā)展[J]. 印制電路信息, 2007(09)∶7-9

[3] 劉生鵬. 淺述二層撓性覆銅板的進(jìn)展及市場(chǎng)分布[J]. 印制電路信息, 2007(05)∶42-44

[4] 辜信實(shí). 撓性覆銅板[J]. 印制電路信息, 2004(4)∶29-33.

[5] 李斌. 淺析真空壓合[J]. 印制電路信息, 2002(12)∶23-25.

[6] 祝大同. 對(duì)PCB基板材料重大發(fā)明案例經(jīng)緯和思路的淺析(3)——涂布法二層型撓性覆銅板的技術(shù)進(jìn)步[J]. 印制電路信息, 2007(3)∶ 13-19.

王志建，研發(fā)部研究員，武漢理工大學(xué)材料物理與化學(xué)專業(yè)博士，主要從事電子材料的研發(fā)與制備工作。

Effects of copper reduction process on the structures and properties of Flexible Copper Clad Laminate

WANG Zhi-jian AN Bing XIE Xin-lin

Rapid Development of electronic equipment sets higher demands for Flexible Copper Clad Laminate with thinner and lighter feature. This paper has investigated the effects of copper reduction process on product’s structures and properties of Flexible Copper Clad Laminate, including microstructure, surface roughness, thickness uniformity, folding quality and peel strength. Results showed that after copper reduction, surface roughness decreased, thickness uniformity was improved, folding quality got better, but volatile. Peel strength decreased with the thickness of copper foil decreasing. At last the development trends of Flexible Copper Clad Laminate in future were explored.

Flexible Copper Clad Laminate; Copper Reduction Process; Structure; Properties

TN41

A

1009-0096（2015）03-0165-04

減薄工藝對(duì)撓性覆銅板的結(jié)構(gòu)與性能的影響，包括對(duì)銅箔減薄前后的微觀結(jié)構(gòu)、表面粗糙度、厚度均勻性、耐折性以及剝離強(qiáng)度的研究。結(jié)果表明：銅箔經(jīng)過減薄后，表面粗糙度降低、銅箔厚度均勻性變好、耐折性變好，但波動(dòng)性增大，剝離強(qiáng)度隨銅箔厚度減小而減小，最后展望了未來撓性覆銅板的發(fā)展趨勢(shì)。