复合铜箔生产工艺及优势介绍

当前干湿混合两步法为主流，工艺路线尚未明晰。

实现高分子表面金属化的技术主要分为干法镀膜和湿法镀膜两种。干法镀膜又称为真 空镀膜法，应用较多的是真空蒸镀和磁控溅射。磁控溅射电镀层细密，均匀性好，但有靶 材利用率低下、微粒飞溅影响品质等问题；真空蒸镀方法简单、效率高，但是温度高导致 膜材容易热失效。湿法镀膜分为水电镀和化学镀，水电镀上镀速率高、结合力好，缺点是 废水污染问题；化学镀能耗低，镀层均匀性好、纯度高，但成本较高、效率低，也有环保 问题。复合集流体镀铜现阶段往往选择其中一种或配合使用。

复合铜箔的生产方式主要有“一步法”“两步法”和“三步法”，目前“两步法”使 用最广泛。“一步法”分为一步全干法与一步全湿法。1）一步全干法：指仅利用磁控溅射 方式镀铜，效率高但对设备要求高；2）一步全湿法：指仅利用化学镀的方式沉积铜膜，所 获得的复合铜箔良率高同时无“边缘效应”，但有效率低和污染问题；3）“两步法”为磁控 溅射+水电镀，首先通过磁控溅射在塑料薄膜表面镀上一层金属层，使其能够导电，其次再 通过水电镀的方式加厚金属层，技术成熟，成本较低，目前使用最广泛；4）“三步法”：针对二步法磁控溅射后不平整的问题进行改善，在磁控溅射后进行真空蒸镀最后进行水电镀， 利用蒸镀加速金属层的沉积，效率高，但是工序复杂且成本高、良率低，使用少。

以重庆金美为例，主要采用“两步法”即通过真空溅射及离子置换方式生产复合复合 铜箔。复合铜箔的制作工艺包含真空溅射活化、真空溅射镀铜、碱性离子置换、酸性离子 置换、防氧化处理、分切、烘干等，以高真空磁控溅射在基膜上金属化，再以离子置换的 方式增厚金属层达到一定量的金属铜覆盖，提高复合材料对外导电性。

真空磁控溅射活化/镀铜工艺采用真空磁控溅射方式，在真空磁控溅射设备中进行两次 镀膜。通过物理气相沉积（PVD）原理，在 10 -3Pa 的真空环境下通入纯净氩气，纯度＞ 99.99%。电子在真空条件下，在飞跃过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出 Ar 正离子 和新的电子；受磁控溅射靶材背部磁场的约束，大多数电子被约束在磁场周围，Ar 离子在 电场作用下加速飞向阴极靶，以高能量轰击 Cu 合金靶表面，使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子或部分离子沉积在复合基膜上形成薄膜，真空磁控溅射活化过程的镀膜 厚度一般为 5-20nm，这样在膜表上形成的铜堆积层的导电性为 10000-3000Ω/m。真空溅射 镀铜工艺则以活化工艺后的物料作为基膜，以相同的原理在基膜上形成 10-40nm 的铜箔， 镀铜层的导电性提升至 10-20Ω/m。

真空磁控溅射过程会产生不良区域，是工艺成本控制的关键步骤之一。真空镀铜后需 要进入分切过程，切除膜面两边未被真空磁控溅射镀到的区域或镀膜不良区域，保障整个 膜面的导电性，便于后续铜堆积层工艺的进行。分切工序会产生一定程度的材料浪费，因 此需要优化真空磁控溅射过程控制工艺，提升镀铜层的均一性和边缘镀层的利用率，通过 良率改善带来材料成本的降低、生产效率的提高。 两次离子置换实现镀铜层增厚，导电性提升至目标水平。经过真空磁控溅射后的膜面 导电性达到离子置换的门槛，碱性离子置换工艺以无氧铜为阳极，真空磁控溅射镀铜后的 基膜为阴极，在焦磷酸铜、焦磷酸钾、柠檬酸铵溶液为碱性离子置换药剂，将阳极放入钛 蓝制作的阳极袋中，膜面以 0.5-3m/min 速度在药剂槽液下辊穿行，阴、阳极浸入药剂槽中 发生离子置换反应，膜面上的电子形成铜堆积层厚度约为 100nm，膜面导电性提升至 500m Ω/m。经过水洗、分切、烘干工艺去除膜面表面药剂，切去置换过程由于膜面边缘增厚效 应引起的 10-15μm 增厚边缘，避免卷边和导电性分布不均匀。酸性离子置换工艺则以碱性 置换后的物料作为基膜，以硫酸、铜离子、氯离子为酸性药剂，膜面以 3-5m/min 速度在酸性药剂槽液下辊穿行，以相同的原理形成铜堆积层厚度约为 900nm，镀铜层的导电性提升 至 10-20Ω/m。

后处理过程主要涉及抗氧化工艺。由于铜很容易发生氧化反应，在空气中与氧气、水 蒸气反应生成氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜，采用阻隔空气方法对铜堆积层进行抗氧化处 理，形成厚度约为 30-60nm 的抗氧化膜，同时溶液中加入芳香烃化合物防止铜及其合金腐 蚀变色。在经过烘干、分切工艺形成不同宽度、长度的产品。 为了提升水电镀前材料表层平整度，可引入真空蒸镀工艺。真空磁控溅射工艺后铜表 面平整度较低，为提升水电镀过程质量，三步法工艺会在真空磁控溅射工艺后增加真空蒸 镀过程。真空蒸镀过程通过蒸发源使金属加热蒸发，当蒸发分子的平均自由程大于蒸发源 与基片间的线尺寸后，蒸发的粒子从蒸发源表面上逸出，在基片表面上凝结而生成薄膜。 真空蒸镀法制备膜的质量好，厚度可较准确控制，成膜速率快，效率高，缺点在于蒸镀温 度较高，对基材的耐温性要求严格。

传统纯铜箔生产基于电解原理，存在流程复杂，污染物多等问题。传统纯铜箔生产工 艺是利用电解原理在某些金属表面上镀一层其他金属或者合金的过程，主要生产工艺流程 包括电解液制备、生箔制造、表面处理、分切包装以及相关的检测控制等工序，通过调节 生箔制造过程的电解工艺参数及配方、阴极辊转速、电流等，即可生产出不同厚度的铜箔， 生产流程较长、且更为复杂，生产过程的污染物更多，废料处理成本更高。 复合铜箔生产过程工艺控制是关键，核心设备是量产产能释放的先决条件。复合铜箔 对生产技术要求高，工艺控制不佳会导致电镀层难增厚、掉粉、镀铜层一致性差等问题。 现阶段的产品良率较低，优化量产工艺控制、保证产品输出质量是实现复合铜箔大规模量 产及供应的关键。复合铜箔生产的核心设备包括真空磁控溅射设备、真空蒸镀设备和水平 镀铜设备，核心设备供应是新增产线建设、量产产能释放的基础，而核心设备需求作为产 能建设的先决条件，目前需求确定性强。