世界PCB用銅箔技術(shù)的新發(fā)展

(一)世界銅箔生產(chǎn)的發(fā)展簡(jiǎn)況

1937 年美國(guó)的Anaconda公司煉銅廠開始建立了銅箔生產(chǎn)業(yè)。當(dāng)時(shí)的銅箔只是用于木層房頂?shù)姆浪矫妗?0 世紀(jì)50 年代初，由于印制電路板業(yè)的出現(xiàn)，銅箔業(yè)才成為重要的與電子信息產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián)的尖端精密工業(yè)。

1955 年美國(guó)Yates 公司脫離Anaconda公司而自組建成為世界首家專門生產(chǎn)PCB 用電解銅箔的公司。1957 年美國(guó)Gould 公司也投入此工業(yè)，平分了Yates 公司在全世界PCB用銅箔的獨(dú)占市場(chǎng)。自1968 年日本的三井金屬公司(Mitsui) 開始引進(jìn)美國(guó)銅箔制造技術(shù)后，日本的古河電氣公司(Frukawa)、日礦公司(Nippon Mining) 分別與Yates 公司、Gould 公司合作，使日本銅箔工業(yè)有了大發(fā)展。

1972 年美國(guó)Yates 公司的電解銅箔生產(chǎn)的專利(U.S.Pat 3674656) 發(fā)表，標(biāo)志世界電解銅箔制造及表面處理技術(shù)跨入了新的階段。

據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1999 年全世界PCB用電解銅箔的生產(chǎn)達(dá)到18 萬t 左右。其中日本為5 萬t ，臺(tái)灣地區(qū)為4.3 萬t ，中國(guó)大陸為1.9 萬t ，韓國(guó)約為1 萬t 。預(yù)測(cè)2001 年全世界電解銅箔的產(chǎn)量將增加到25.3 萬t 。其中增長(zhǎng)速度最快的是日本(預(yù)測(cè)2001 年為7.3 萬t) 、臺(tái)灣地區(qū)(預(yù)測(cè)為6.5 萬1)。

占據(jù)世界銅箔生產(chǎn)、技術(shù)首位的日本，近年由于印制電路板及覆銅板的發(fā)展，使銅箔生產(chǎn)與技術(shù)也有了迅速的發(fā)展。并且近年還在北美、中國(guó)大陸、臺(tái)灣地區(qū)、東南亞、歐洲等國(guó)家、地區(qū)建立了日方投資的海外生產(chǎn)廠家。日本主要電解銅箔生產(chǎn)廠家有：三井金屬礦業(yè)公司、日本能源公司(原日礦公司)、古河電氣公司、福田金屬箔粉工業(yè)公司、日本電解公司等。日本電解銅箔生產(chǎn)特點(diǎn)是：近年向著更加高技術(shù)、尖端產(chǎn)品發(fā)展。

臺(tái)灣地區(qū)電解銅箔產(chǎn)量目前已在全世界列居第二位。主要大型生產(chǎn)廠家有：長(zhǎng)春石化公司、臺(tái)灣銅箔公司、南亞塑膠公司等。

(二)高性能電解銅箔

近年世界銅箔行業(yè)中，一些高性能的電解銅箔制造技術(shù)得到不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展。一位海外的銅箔市場(chǎng)研究專家近期認(rèn)為：由于未來在高密度細(xì)線化( LIS = 0.10 mm/0 .10 mm以上)、多層化(6 層以上)、薄型化(0.8 mm) 及高頻化的PCB將會(huì)大量的采用高性能銅箔，這種銅箔的市場(chǎng)占有比例在不久將來會(huì)達(dá)到40% 以上。這些高性能的銅箔的主要類型及特性如下。

1.優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度及延伸率銅箔優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度及延伸率電解銅箔，包括在常態(tài)下和高溫下兩方面。常態(tài)下高抗拉強(qiáng)度及高延伸率，可以提高電解銅箔的加工處理性，增強(qiáng)剛性避免榴皺以提高生產(chǎn)合格率。高溫延伸性(HTE) 銅箔和高溫下高抗拉強(qiáng)度銅箔，可以提高PCB熱穩(wěn)定性，避免變形及翹曲。同時(shí)銅箔高溫?cái)嗔?一般銅宿使用在多層板內(nèi)層中，制作通孔內(nèi)環(huán)，在進(jìn)行浸焊時(shí)易出現(xiàn)裂環(huán)現(xiàn)象)問題，采用HTE 銅箔可以得到改善。

2. 低輪廓銅箔

多層板的高密度布線的技術(shù)進(jìn)步，使得繼續(xù)再采用一般傳統(tǒng)型的電解銅箔，已不適應(yīng)制造高精細(xì)化PCB圖形電路的需要。在這種情況下，一種新一代銅箔一一低輪廓(Low Profile, LP) 或超低輪廓(VLP) 的電解銅箔相繼出現(xiàn)。低輪廓銅箔是在20 世紀(jì)90 年代初(1 992-1994 年)，幾乎同期在美國(guó)(Gould 公司的Arizona 工廠)及日本(三井金屬公司、古河電氣公司、福田金屬工業(yè)公司)成功地開發(fā)出來。

一般原箔由電鍍法制成，所用的電流密度很高，所以原箔的微結(jié)晶非常粗糙，呈粗大的柱狀結(jié)晶。其切片橫斷層的“棱線”，起伏較大。而LP 銅箔的結(jié)晶很細(xì)膩(2μm 以下) ,為等軸晶粒，不含柱狀晶體，是呈成片層結(jié)晶，且棱線平坦。表面粗化度低。VLP 銅箔經(jīng)實(shí)際測(cè)定，平均粗化度(R.) 為0.55μm (一般銅箔為1. 40μm) 。最大粗化度( R m?x ) 為5.04μm( 一般銅箔為12.50μm) 由各類銅箔特性對(duì)比見表5-1-8 (本表數(shù)據(jù)以日本三井金屬公司的各類銅箔產(chǎn)品為例)。

VLP, LP 銅箔除能保證普通銅筒一般性能外，還具有以下幾個(gè)特性。

① VLP 、LP 銅箔初期析出的是保持一定距離的結(jié)晶層，其結(jié)晶并不成縱向連接疊積向上狀，而是形成略凹凸的平面片狀。這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)可阻止金屬晶粒間的滑動(dòng)，有較大的力可去抵抗外界條件影響造成的變形。因而銅箔抗張強(qiáng)度、延伸率(常態(tài)、熱態(tài))優(yōu)于一般電解銅箔。

② LP 銅箔比一般銅箔在粗化面上較平滑、細(xì)膩。在銅箔與基板的交接界面上，不會(huì)在蝕刻后發(fā)生殘留的銅粉(銅粉轉(zhuǎn)移現(xiàn)象) ，提高了PCB的表面電阻和層間電阻特性，提高了介電性能的可靠性。

③具有高的熱穩(wěn)定性，不會(huì)在薄型基板上由于多次層壓，而產(chǎn)生銅的再結(jié)晶。

④蝕刻圖形電路的時(shí)間，比一般電解銅箔減少。減少了側(cè)蝕現(xiàn)象。蝕刻后的白斑減少。適于精細(xì)線路的制作。

⑤ LP 銅箔具有高硬度，對(duì)多層板的鉆孔性有所改進(jìn)和提高。也較適于激光鉆孔。

⑤ LP 銅箔表面，在多層板壓制成形后，較為平坦，適用于精線線路制作。

⑦ LP 銅箔厚度均勻，制成PCB后信號(hào)傳輸延遲性小，特性阻抗控制優(yōu)良，不會(huì)產(chǎn)生線與線間、層與層間的雜訊等。

低輪廓銅箔在微細(xì)結(jié)構(gòu)，如晶粒大小、分布、結(jié)晶位向及分布等方面與一般電解銅箔有很大的差別。低輪廓銅箔制造技術(shù)是在原傳統(tǒng)的一般電解銅箔生產(chǎn)中電解液配方、添加劑、電鍍條件等基礎(chǔ)上，進(jìn)行了很大的改進(jìn)和技術(shù)上的進(jìn)步。

3. 超薄銅箔

以移動(dòng)電話、筆記本電腦為代表的攜帶型電子產(chǎn)品用含微細(xì)埋、盲通孔的多層板以及BGA 、CSP 等有機(jī)樹脂類封裝基板，所用的銅箔向采用薄箔型、超薄箔型推進(jìn)。同時(shí)CO2激光蝕孔加工，也需求基板材料采用極薄銅箔，以便可以對(duì)銅箔層進(jìn)行直接的微線孔加工。

在日本、美國(guó)等近幾年來12μm 厚的薄型銅箔已經(jīng)在應(yīng)用上走向一般化。9μm 、5μm 、3μm 的電解銅循已可以工業(yè)化生產(chǎn)。

當(dāng)前，超薄銅箔的生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)，主要表現(xiàn)在兩方面：其一是9μm 厚超薄銅箔脫離載體(支持體)而直接生產(chǎn)，并保持高的產(chǎn)品合格率。其二是開發(fā)新型超薄銅箔的載體。在采用載體種類上，目前有銅、鋁、薄膜等。鋁載體使用量較大，但在去除鋁載體時(shí)需要強(qiáng)堿的蝕刻加工，因而面臨著廢液處理問題。用銅載體在去除時(shí)是采用剝離方法，但它的剝離性以及剝離銅層的處理也是存在問題。日本有的銅箔生產(chǎn)廠家，開發(fā)出一種薄膜型載體，它具有質(zhì)量輕、取拿方便，板成型壓制后剝離性良好的優(yōu)點(diǎn)。