2.1.1 导电铜箔

导电铜箔主要分为压延铜箔（Rolled Copper Foil，RD铜箔）和电解铜箔（Electrode Deposited Copper Foil，ED铜箔）两大类。IPC标准（IPC-MF-150）将这两类铜箔分别称为W类和E类。

1.压延铜箔

压延铜箔由铜材经辊轧制造而成，生产过程为：原料铜材→熔融/铸造→铜锭加热→回火韧化→刨消去垢→重冷轧机冷轧→连续回火韧化、去垢→逐片焊合→轧薄处理→回火韧化→切边→收卷得到毛箔。毛箔经过粗化处理，得到压延铜箔产品。由于压延铜箔的幅宽最高只能达到650mm，并且成本较高，限制了这种材料在刚性高密度封装基板中的广泛应用［1］。

压延铜箔具有优良的耐折性，弹性模量高，热处理韧化后，相比电解铜箔具有更好的延展性，纯度（大于99.9%）比电解铜箔（大于99.8%）要高，表面粗糙度更低，适合制作细微布线的挠性封装基板，有利于高频高速信号的传输。

近年来，国外还推出了一些新型的压延铜箔。例如，在压延铜箔中加入Nb、Ti、Ni、Zn、Mn、Ta、S等元素的合金压延铜箔，在挠性、弯曲性、导电性等方面都获得了明显的提高和改善；另外，还有超纯压延铜箔（纯度大于99.9999%）、高韧性压延铜箔、低温结晶性压延铜箔等。表2.1比较了压延铜箔与电解铜箔的主要性能。

2.电解铜箔

按照IPC标准（IPC-MF-150），电解铜箔可分为4类，分别为标准型（STD）、常温高延展型（HD）、高温高延展型（THE）和低轮廓型（LP）。电解铜箔制造过程：在电解铜箔连续生产线上先生产出毛箔，再将其单面或双面进行表面处理，得到电解铜箔产品。毛箔的耐热层需要进行钝化处理，处理方法包括：①镀黄铜处理（TC处理）；②镀锌处理（TS处理或TW处理），处理面呈灰色；③镀镍和镀锌处理（GT处理），处理面呈红色；④镀镍和镀锌处理（GY处理），处理面呈黄色。目前市场上电解铜箔产品的厚度有9μm、12μm、18μm、35μm、70μm等几种。有机封装基板常用的电解铜箔厚度为12μm、18μm。为了适应电子封装市场的需求，市场上已经出现带有PI薄膜载体（9μm、12.5μm等）的超薄铜箔（3μm、5μm、7μm等）。

电解铜箔的生产流程为：造液（生成硫酸铜溶液）→电解生成毛箔→表面处理（粗化处理、耐热钝化层形成、光面处理）。造液是在造液槽中搅拌铜粉与硫酸并通过化学反应形成硫酸铜溶液的过程，化学反应在加热条件下（70～90℃）进行。电解生成毛箔在电解设备中进行。电解设备由钛合金制成的阴极辊筒、半圆形铅锌阳极板、硫酸铜电解槽等组成。硫酸铜电解液在大电流作用下通过电解反应生成电解铜初级产品（毛箔）。在直流电压作用下，电解槽中硫酸铜的二价铜离子不断移至阴极辊表面，经过还原反应获得两个电子后生成铜原子，并在不断转动的光滑阴极辊表面上集聚结晶。随着电解过程的持续进行，辊筒表面形成铜结晶核，并逐渐长大，最终形成均匀、细小的等轴结晶铜。待电解铜箔沉积到一定厚度后，形成了内部致密、无缺陷的金属铜层。当辊筒从电解槽电解液中滚动离开后，将形成的连续毛箔从阴极辊表面持续剥离下来，再经烘干、切边、收卷，得到毛箔。毛箔贴在阴极一侧的为光面（Shin面，S面），另一侧为毛面（Matt面，M面）。在电解铜的生产过程中，阴极辊表面抛光精度、辊表面维护情况、杂质的清除程度等都会影响电解铜箔的产品质量。电解铜箔M面是封装基板的黏结面，其表面粗糙度与硫酸铜溶液的过滤精度、添加剂种类及组成、施加的电流密度、辊筒旋转速度等的控制精度密切相关［2］。

毛箔不能直接用于制作封装基板，在制作前需要对其毛面和光面进行表面处理。毛面处理包括3个步骤：①通过镀铜粗化处理在毛面上形成突出的小凸点，在这些小凸点表面再镀一层铜层，把小凸点封闭起来，达到“固化”效果，使之与铜箔毛面紧密结合；②在粗化层表面上镀一薄层单一金属或合金，如黄铜、锌、镍-锌、锌-钴等，建立耐热钝化层；③在钝化层上涂敷一层有机物涂层，形成耦合层。经过上述处理后，铜箔与基材的黏结力、耐热性、耐化学腐蚀性等都有明显的提高和改善。

为了保证毛箔光面具有优异的耐高温变色性、焊料浸润性、防修饰性和耐树脂粉末性等，通常在光面上蒸镀一层锌、镍、磷等物质及其混合物，并涂敷一层含铬类有机化合物，以提高防氧化性。

电解铜箔的主要性能如表2.2所示。

电解铜箔综合性能对封装基板的加工及使用具有重要影响，主要表现在厚度、外观、力学性能、剥离强度等9个方面。

（1）厚度。在IPC、IEC、JIS标准中，铜箔厚度以标称厚度、质量厚度（单位面积质量）来表示。铜箔产品的质量厚度、标称厚度及允许厚度公差都与厚度有关。

（2）外观。铜箔产品表面必须无异物、无铜粉、无变色。不允许光面（S面）出现凹凸不平，不允许存在针孔、渗透孔。在铜箔运输、储存、高温压制层合板过程中，铜箔表面的光面应保持不生锈、不变色。

（3）力学性能。铜箔在高温下的延伸率及抗张强度会明显下降。在封装基板制作过程中，高温下延展性的下降有可能导致铜箔断裂。

（4）剥离强度。铜箔与基材在高温条件下经压合形成覆铜板，其铜箔与基材之间的剥离强度称为铜箔剥离强度。刚性封装基板的剥离强度测定其90°方向（垂直）的剥离强度，挠性封装基板通常测定其180°方向（水平）的剥离强度。从铜箔角度讲，决定铜箔剥离强度的因素，主要包括铜箔的种类、粗化处理水平及质量、耐热层处理方式及水平等。除在常态条件测定铜箔剥离强度外，还可以在其他处理条件下测定铜箔剥离强度，包括浸焊锡后（260℃）、高温下（125℃）、高温处理后（180℃/48h）、吸湿处理后（122℃/1h高压锅蒸煮）、热应力试验后（180℃/48h）、盐酸浸泡后（18%HCl，21℃/20min）、氢氧化钠浸泡处理后（10%NaOH，80℃/2h）等。

（5）表面粗糙度。Ra表示粗糙轮廓线到中心线的距离平均值；Rt表示铜箔表面最高凸点和最低凹点的高度差。对于铜箔毛面（M面）的粗糙度，采用IPC-MF-50F标准规定的Rz来表示。低粗糙度（又称低轮廓）铜箔的Rz低于10.2μm，称为LP（Low Profile）；超低粗糙度（又称超低轮廓）铜箔的Rz低于5.1μm，称为VLP（Very Low Profile）。低轮廓型电解铜箔的结晶粒子尺寸为0.2～0.4μm，远小于标准型电解铜箔的5～10μm。表2.3比较了3种铜箔的粗糙度。

（6）耐折性。耐折性是铜箔十分重要的性能指标。压延铜箔耐折性强于电解铜箔耐折性，但纵向与横向的性能差异较大。在不同热处理条件下，压延铜箔纵向耐折性比较稳定，而横向耐折性在低于150℃的热处理后弱于电解铜箔，在高于150℃的热处理后耐折性才逐渐加强。电解铜箔的横向耐折性强于纵向耐折性。

（7）质量电阻率（ρ_w）。ρ_w是通过测定电阻率后，再将其除以质量得到的，它对于封装基板的信号传输速度具有明显影响。日本JIS标准规定，标称厚度为18μm的标准电解铜箔，其质量电阻率应低于1.64Ω·g/m2；标称厚度为18μm的低轮廓电解铜箔，其质量电阻率应低于1.60Ω·g/m2。据此换算，标称厚度为18μm的标准电解铜箔的相对电导率大于93.5%，标称厚度为18μm的低轮廓电解铜箔的相对电导率大于95.8%。

（8）刻蚀性。由于低轮廓型电解铜箔粗糙度小于STD电解铜箔粗糙度，结晶粒子细腻，具有更好的刻蚀性，刻蚀时间短，细线宽度的尺寸精度高，克服了“侧蚀”难题。

（9）抗高温氧化性。电解铜箔抗高温氧化性的测试方法为，在180℃/0.5h空气中处理后，观察光面是否变色。在覆铜板加热成型过程中，铜箔承受高温处理（160～180℃/2h）后，其光面不能改变颜色或出现颜色不均匀现象。电解铜箔的抗高温氧化性与光面钝化处理过程有关。

近年来，为了满足先进电子封装的使用需求，导电铜箔制造技术正在朝着下述几个方向发展。

（1）超薄铜箔制造技术。超薄铜箔是指厚度为5～9μm的铜箔。目前普遍使用的电解铜箔厚度为12μm和18μm，现在对厚度为9μm以下的铜箔也具有迫切的使用需求。日本公司已经研制出5μm的超薄铜箔。这种铜箔通常以铝箔为载体制造，也有采用铜箔、不锈钢箔作为载体的。采用超薄铜箔制造的积层多层封装基板，可在激光穿孔加工过程中，极大地简化加工工序，降低加工成本，从而制作更细微的导体线路。

（2）高可靠性铜箔制造技术。通过严格控制电解铜箔生产过程中阳极辊表面的偏光度，可制造出光面不变色的电解铜箔；另外，通过精确控制生产工艺参数，可以制造在纵向与横向性能差距更小的电解铜箔，以及具有更高表面清洁度和极低杂质含量的铜箔，有利于精确控制封装基板的特性阻抗，提高信号传输稳定性。

（3）双光面粗化电解铜箔制造技术。电解铜箔分为单面粗化铜箔（Single Side Treatment，ST）和双面粗化铜箔（Double Side Treatment，DT）。DT铜箔是将毛箔的光面和毛面都进行粗化处理的铜箔。国外市场上出现了两面都为光面的电解毛箔（WD），对WD毛箔进行特殊处理后，再在毛箔两面进行粗化处理，所制成的粗化铜箔比DT铜箔的粗化粒子更细腻、均一性更好，适合制造超微细布线的封装基板。

（4）高热态延伸性铜箔。薄型（9/12μm）电解铜箔室温下延伸率都比较低，一般不超过10%，在高温（180℃）下还会进一步降低（小于5%）。在高密度封装基板的高温加工过程中，铜箔由于热应力会产生微裂等问题。通过改进电解铜箔的生产工艺，提高铜箔在高温下的延伸率，缩小铜箔在纵向与横向的性能差异，对于高密度封装基板而言具有重要意义。

表2.4比较了国外公司近年来研制的低轮廓型电解铜箔的主要性能。可以看出，国外公司在超薄型电解铜箔和低轮廓型电解铜箔制造技术方面确实取得了很大的进展。