電解銅箔組織性能及其翹曲產(chǎn)生機(jī)理研究.pdf

1、為解決企業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)的電解銅箔翹曲問題，對國內(nèi)同類銅箔產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析，選取電流密度、銅離子濃度和常用添加劑作為研究切入點(diǎn)，系統(tǒng)研究了它們對銅箔組織性能的影響。通過正交試驗(yàn)，確定了新的添加劑類型與用量，取得了較為理想的中試、生產(chǎn)試驗(yàn)效果，生產(chǎn)工藝改進(jìn)后，銅箔翹曲問題基本得到解決。全面分析了銅箔內(nèi)應(yīng)力來源與性質(zhì)，應(yīng)力與織構(gòu)的相互作用關(guān)系，創(chuàng)造性地提出了銅箔晶粒晶面生長過程假想（模型），能較好的解釋實(shí)際生產(chǎn)中銅箔織構(gòu)的生

2、長現(xiàn)象及內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）大小。
　　隨著電流密度增加，銅箔毛面顆粒、粗糙度逐漸增大；有利于（111）和（220）晶面的快速生長，但隨著電流密度的進(jìn)一步增大，（220）晶面的生長速度明顯快于（111）晶面，最終（220）晶面生長占優(yōu)；電流密度適當(dāng)增加，有利于改善銅箔力學(xué)性能，但不宜超過0.7A/cm2。
　　隨著銅離子濃度增加，毛面顆粒逐漸生長均勻、細(xì)化；粗糙度逐漸減??；對銅箔織構(gòu)的影響不明顯；銅箔抗拉強(qiáng)度、伸長率均增大。銅

3、箔銅離子濃度也不宜過大，否則容易結(jié)晶析出硫酸銅，堵塞設(shè)備管道。
　　隨著銅箔厚度的增加，毛面顆粒逐步長大，一般在0.5-10μm之間，顆粒形狀由圓粒狀變?yōu)榍鹆隊(duì)睿傧蚣忮F狀轉(zhuǎn)變；毛面粗糙度先增加，后減小，再增加；銅箔（111）織構(gòu)逐漸退化，（220）織構(gòu)逐漸增強(qiáng)；銅箔抗拉強(qiáng)度和伸長率均存在明顯尺寸效應(yīng)。
　　添加劑 SP、HEC、PEG、硫酸鈰鹽都有一定細(xì)化晶粒功能，其中 SP的效果最明顯迅速。SP、HEC、PEG利于（22

4、0）織構(gòu)生長；明膠、硫酸鈰鹽利于（111）織構(gòu)生長。一定量的 SP、明膠、硫酸鈰鹽能提高銅箔的力學(xué)性能，硫酸鈰鹽的效果最為明顯；HEC、PEG一定程度上會降低銅箔力學(xué)性能，特別是伸長率。
　　研究表明，銅箔翹曲是由內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）引起。銅箔亮面和毛面均存在壓應(yīng)力，但亮面壓應(yīng)力大于毛面壓應(yīng)力，因此殘余應(yīng)力表現(xiàn)為朝毛面的壓應(yīng)力，銅箔朝毛面翹曲。銅箔亮面的壓應(yīng)力主要來自添加劑使用的作用機(jī)制。毛面壓應(yīng)力主要來自添加劑和（220）織構(gòu)的綜

5、合作用機(jī)制。
　　HEC、PEG、SP等添加劑能有效抑制雜質(zhì)，避免銅箔針孔產(chǎn)生。但HEC、PEG、SP等添加劑的過量，會引起銅箔嚴(yán)重翹曲。電解銅箔織構(gòu)、晶粒尺寸、孿晶界及內(nèi)部空洞等因素影響銅箔內(nèi)應(yīng)力和翹曲程度。孿晶界、內(nèi)部空洞是內(nèi)應(yīng)力釋放的主要途徑，能較好緩解銅箔翹曲程度。
　　按SP用量≤0.1mg/L，HEC用量0.3-0.5mg/L，硫酸鈰鹽用量0.5-1.0mg/L，能制備各項(xiàng)性能都符合標(biāo)準(zhǔn)的12-18μm厚度電解銅

6、箔產(chǎn)品。銅箔力學(xué)性能得到改善，不產(chǎn)生針孔，無明顯翹曲。
　　通過數(shù)據(jù)曲線擬合，得出了電流密度、銅離子濃度、銅箔厚度和各類添加劑對銅箔毛面顆粒大小、粗糙度、抗拉強(qiáng)度和伸長率影響作用的數(shù)學(xué)關(guān)系式，能用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。
　　提出了銅箔晶粒晶面生長過程假想（模型），能合理闡釋銅箔內(nèi)應(yīng)力和織構(gòu)的實(shí)際情況。晶粒晶面的形成必須滿足兩個必要條件：必須有一定應(yīng)力的存在，且達(dá)到能促使其晶面應(yīng)變能大小的能量可以釋放；必須有能穩(wěn)定持續(xù)提供晶面原