减薄工艺对挠性覆铜板表面结构及性能的影响

王志建 安 兵 谢新林（珠海市创元电子有限公司，广东 珠海 519060）

减薄工艺对挠性覆铜板表面结构及性能的影响

Paper Code: S-083

王志建 安 兵 谢新林
（珠海市创元电子有限公司，广东 珠海 519060）

电子设备的快速发展对挠性覆铜板提出了更薄更轻的要求。本论文研究了铜箔

挠性覆铜板；减薄工艺；结构；性能

1 前言

随着电子设备更轻更薄智能化的发展趋势，驱动挠性电路板（Flexible Printed Circuit Board，简称FPC）[1]-[4]向薄型化、细线化方向发展。作为FPC的基体材料，挠性覆铜板（Flexible Copper Clad Laminate，简称FCCL）的发展有了更高的要求，一方面，在FPC细线距的线路加工时，相同刻蚀因子的条件下，挠性覆铜板的铜箔越薄，越有利于线路精细加工，另一方面，FPC中细孔的形成时，挠性覆铜板铜箔的厚度必须满足一定的要求，驱使挠性覆铜板向更薄方向发展。

目前市场常用的挠性覆铜板的铜箔厚度为18 μm、12 μm，为了迎接电子设备的发展，12 μm以下厚度的铜箔逐渐占领消费市场，目前生产FCCL的主流工艺为涂布法和压合法[4]-[6]，其实质都是以胶粘形成聚酰亚胺膜（PI）与铜结合界面。导致12 μm以下的铜箔制造困难，成本较高。目前，12 μm以下厚度的铜箔（如9 μm、6 μm），需经过蚀刻减薄铜箔的工艺。而铜箔的减薄工艺是通过药水对铜箔表面的微蚀作用，使铜箔厚度均匀减薄，以便于后续加工。那么研究铜箔减薄后，结构与性能的变化关系具有重要的意义。

2 试验目的与方案

分析挠性覆铜板经过铜减薄工艺对产品的结构与性能的影响，从以下方面进行试验：

试验工艺 样品厚度 比较项目减薄工艺 12μm、9μm、6μm 微观结构、铜箔厚度均匀性、表面粗糙度、剥离强度、弯折度

3 试验

本试验减薄前材料为台湾台虹公司用电解铜箔压合法制备的12 μm 2L-FCCL（2FPDE1003MW），由厦门弘信电子科技股份有限公司采用H2SO4/H2O2体系减薄剂、卷对卷连续减薄工艺，获得铜箔厚度为9微米和6微米的2L-FCCL。通过对减薄前后2L-FCCL的铜箔微观结构和性能进行比较分析，具体内容如表1。

表1 2L-FCCL减薄后的微观结构与性能分析

4 试验结果与分析

4.1 微观结构

图1为台虹的2L-FCCL在减薄前后样品的SEM图谱，从图1可以看出，减薄前的样品铜表面粗糙，铜晶粒较大，均匀性较差 [见图1（a）]，该样品经过减薄工艺后，表面平整度增加，铜箔表面呈锯齿状，部分区域有连块的铜晶粒，铜晶粒大小均一性较差。

图1 台虹的2L-FCCL在减薄前后样品的SEM图谱，（a）12μm，（b）9μm，（c）6μm.

4.2 表面粗糙度

样品的表面粗糙度用原子力显微镜观察计算获得，样品原子力显微镜测试的区域为20 μm×20 μm，如图2所示。可以很明显的看到样品在减薄前较粗糙，经过减薄工艺后，表面平整度增加，通过计算得到的12 μm、9 μm 和6 μm的表面平均粗糙度Ra分别为0.565 μm、0.210 μm和0.145 μm，极差分别为1.26 μm、0.377 μm和0.299 μm。结果表明，减薄工艺可以降低样品铜箔的表面粗糙度，这和SEM观察的结果一致。

图2 台虹的2L-FCCL在减薄前后样品的AFM图谱，（a）12μm，（b）9μm，（c）6μm.

4.3 铜箔厚度均匀性

表1为不同规格的2L-FCCL的铜箔厚度。由于电解铜箔铜晶粒粗大，铜箔表面粗糙度较大导致铜较难溶解，所以无法用电解测试仪测出准确的数据。所以本实验提供的铜箔厚度数据是由切片方法，经过光学显微镜测量获得，其结果见表1. 规格为12 μm、9 μm和6 μm的铜箔厚度平均值分别为12.9 μm、9.0 μm和6.6 μm，而它们的方差分别为0.25、0.12和0.04。方差可以反映一组数值的波动性，方差越小，数值波动性越小。从减薄工艺的结果看，减薄工艺导致铜箔厚度波动减小，铜箔厚度均匀性增加。说明减薄工艺可以使铜箔均匀减薄。

表2 不同规格的2L-FCCL的铜箔厚度

4.4 耐折性

表3为不同规格2L-FCCL的耐折性。12 μm、9 μm和6 μm的平均耐折性分别为120次、145次和310次，依次增加，说明铜箔越薄，耐折性越好，但减薄的样品的耐折性波动较大，见表2的方差数据。6 μm样品的耐折性方差为17561.67，远远大于12 μm和9 μm的方差。2L-FCCL的耐折性与铜箔表面铜晶粒大小均匀性和表面粗糙度有关，晶粒尺寸越均一、表面粗糙度越低，耐折性越好，当12 μm的铜箔减薄到9 μm和6 μm，部分处在深凹处的大铜晶粒无法被减薄，就会以大晶粒存在于铜表面，一旦弯折在这些大晶粒处发生，2L-FCCL很容易被折断，导致耐折性波动较大。

表3 不同规格2L-FCCL的耐折性

4.5 剥离强度

一般认为，按照相同工艺制成的2L-FCCL，越厚的铜箔与PI的附着力越大，所以铜箔越厚，剥离强度越大，因此12 μm的样品，其平均剥离强度高达1.49 N/mm。但越薄的样品剥离强度波动性较小。

表4 不同规格的2L-FCCL常规测试的剥离强度

5 结论

（1）采用H2SO4/H2O2体系减薄剂、卷对卷连续减薄工艺减薄后，铜箔表面粗糙度降低、铜箔厚度均匀性变好，但铜箔铜晶粒尺寸均一性较差。由于减薄工艺的微蚀作用，可以将铜晶粒较大、表面粗糙的电解铜箔均匀减薄，但减薄工艺无法保证铜箔表面的每个晶粒均匀减薄。

（2）采用H2SO4/H2O2体系减薄剂、卷对卷连续减薄工艺减薄后，2L-FCCL的耐折性变好，但波动性较大。由于减薄前，铜箔表面粗糙、晶粒较大，所以耐折性较差；经减薄后，铜箔表面粗糙度减小、耐折性变好，但由于铜箔表面铜晶粒尺寸均一性差，所以耐折性波动增大。

（3）采用H2SO4/H2O2体系减薄剂、卷对卷连续减薄工艺减薄后，剥离强度降低，但剥离强度波动性变好，这主要是由于铜表面粗糙度变好的缘故。

6 展望

随着电子产品的快速发展，铜箔厚度小于12 μm的FCCL逐渐成为市场的主流，制备出表面粗糙度低，铜晶粒尺寸均一、厚度均匀性好的FCCL，才能保证FCCL各项性能的可靠稳定。如珠海市创元电子有限公司利用离子注入和连续电镀的加成法工艺，制备出的2L-FCCL铜箔厚度2～10 μm，铜晶粒大小约为20 nm，平均表面粗糙度Ra约为11 nm，且铜箔厚度均匀，铜箔表面平整致密，各向性能优异，其9 μm和6 μm的2L-FCCL的SEM图如下：

图3 珠海市创元电子有限公司生产的2L-FCCL铜箔表面SEM图谱，(a) 6μm，(b) 9μm

[1] 祝大同. 挠性覆铜板行业与市场现况调查[J]. 覆铜板资讯, 2014(2)∶15-22

[2] 辜信实. 挠性覆铜板技术发展[J]. 印制电路信息, 2007(09)∶7-9

[3] 刘生鹏. 浅述二层挠性覆铜板的进展及市场分布[J]. 印制电路信息, 2007(05)∶42-44

[4] 辜信实. 挠性覆铜板[J]. 印制电路信息, 2004(4)∶29-33.

[5] 李斌. 浅析真空压合[J]. 印制电路信息, 2002(12)∶23-25.

[6] 祝大同. 对PCB基板材料重大发明案例经纬和思路的浅析(3)——涂布法二层型挠性覆铜板的技术进步[J]. 印制电路信息, 2007(3)∶ 13-19.

王志建，研发部研究员，武汉理工大学材料物理与化学专业博士，主要从事电子材料的研发与制备工作。

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

减薄工艺对挠性覆铜板的结构与性能的影响，包括对铜箔减薄前后的微观结构、表面粗糙度、厚度均匀性、耐折性以及剥离强度的研究。结果表明：铜箔经过减薄后，表面粗糙度降低、铜箔厚度均匀性变好、耐折性变好，但波动性增大，剥离强度随铜箔厚度减小而减小，最后展望了未来挠性覆铜板的发展趋势。