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昕沐化学--锂电复合铜箔电镀工艺分析和添加剂的选择.pdf

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1、Confidential Document2024锂电复合铜箔电镀工艺分析和添加剂选择锂电复合铜箔电镀工艺分析和添加剂选择Confidential Document目录 List01工艺简介02工艺问题03问题分析0405目标实现添加剂选择Confidential Document01工艺简介Confidential Document工艺简介锂电复合铜箔生产工艺流程示意锂电复合铜箔生产工艺流程示意原膜（PP/PET）磁控溅射种子层Cu/Ni/Cr磁控溅射种子层真空蒸镀酸性电镀铜两步法三步法酸性电镀铜在硫酸和硫酸铜溶液的电解质体系中，在添加剂的作用下，在导电种子层上电镀表观无缺陷、物理性能优异、

2、1微米厚度左右金属铜层的工艺。工艺简介锂电复合铜箔酸性电镀铜工艺锂电复合铜箔酸性电镀铜工艺酸性电镀铜工艺原理双边夹卷式供电导电辊供电幅宽尺寸固定，种子层要求高，厚度均匀性一般幅宽尺寸可调，厚度均匀性提高，但因为导电辊镀铜压迫铜面，导致表观问题Confidential Document02工艺问题Confidential Document工艺问题导电辊上铜粉碾压到铜箔上，在电镀过程中生成多条白色条痕，影响铜箔表观（导电辊供电）基底铜箔表面存在孔洞，电镀导致孔口位置出现铜瘤（双边夹卷式供电）或色差（导电辊供电）。132铜箔表面缺陷问题铜箔表面缺陷问题铜箔复卷过程中出现条状褶皱，俗称“串泡”（双边夹

3、卷式供电比导电辊供电更明显）Confidential Document标准方阻下，铜箔超厚超重，超出客户接受标准；铜箔力学性能恶化，延展性和抗拉强度不达标；45铜箔性能问题铜箔性能问题工艺问题Confidential Document03问题分析Confidential Document问题分析12i（电电流流密密度度）Factors（影响因素：阴阳极距离、溶液循环、挡板位置、影响因素：阴阳极距离、溶液循环、挡板位置、添加剂添加剂）依据法拉第定律，1、阳极-铜球或DSA阳极2、电解质-硫酸铜溶液3、阴极-导电辊三要素在外界电场作用下，铜离子在溶液中定向移动，并在阴极表面沉积放电构成回路基膜在

4、溅射或蒸镀工艺中易发生穿孔，孔口边缘由于尖端效应属于高电流区域，此处镀层沉积速度较快，容易出现铜粒和烧焦缺陷阳极反应：Cu 2e Cu2+（可溶阳极）4OH 2e O2+2H2O（不溶阳极）阴极反应：Cu2+2e Cu Confidential Document问题分析4 基膜种子层铜离子添加剂基团H 氢离子缺少添加剂或添加剂能力不足时，电镀晶粒纵向生长，得到无光泽，力学性能恶化的镀层添加剂的吸附增加电化学极化，提高形核率，抑制晶粒纵向生长，得到结晶细腻，力学性能优异的镀层电镀复合铜箔的力学性能基本标准：抗拉强度125mpa，延伸率3.5%SEM Sectional ViewSEM Se

5、ctional ViewConfidential Document问题分析基膜种子层铜离子添加剂基团H 氢离子沉积态铜箔沉积态铜箔As-deposited copper foil时效后铜箔时效后铜箔Aging copper foil1、渗氢-氢气进入镀层2、镀层结晶生长-晶体形变和晶体缺陷3、添加剂-影响形核与生长，进入镀层应力来源烘烤或长时间放置应力释放1、延伸率提高，抗拉强度下降2、方阻降低3、铜箔出现褶皱，发生“串泡”3Confidential Document问题分析5电镀铜箔的电阻为：R=L1/(dL2)方阻为：R=/d为电镀铜箔的电阻率，决定了铜箔的导电性能。铜箔镀层中的晶

6、体缺陷会使电阻率增大，此时必须增加铜箔厚度d以使方阻R保持标准值，由此导致铜箔超厚超重。位错、空位等晶体缺陷会导致铜的电阻率增加当添加剂在阴极表面电化学极化能力不足时，阴极电化学反应Cu2+2e Cu 阻力较小，铜原子沉积速度较快，导致镀层结晶粗糙，晶格缺陷增多，电阻率增加，相同厚度下方阻R增加。Confidential Document03添加剂选择Confidential Document添加剂选择使用含有双（3-磺酸）二硫化物为代表的有机磺酸基化合物如SPS、MPS、DPS、ZPS、SH-110等HO3S（CH2）3SS（CH2）3SO3H光亮剂Brightener抑制剂Suppress

7、or以聚乙二醇（PEG)为代表的聚醚化合物如PEG、PPG、50HB、Ucon系列等HOCH2CH2OHnHOCH2CH2OHn整平剂LevelerClNNNNN（CH3）2（C2H5）2NClNNNNN（CH3）2（C2H5）2NNNNNN（CH3）2（C2H5）2N分为染料和非染料体系，包括水溶性含氮整平剂、硫脲衍生物、聚烷醇季铵盐、烷基化多亚烷基亚胺等34减小高低电流差异，调整速度2131235Leveler电镀复合铜箔4Confidential Document添加剂选择添加剂对阴极极化曲线的影响如图所示，抑制剂与整平剂起抑制作用，光亮剂起促进作用1、光亮剂与整平剂通过竞争吸附的机制改

8、变镀层的形核与生长。如前所述，光亮剂吸附在镀层晶核的生长点上，抑制镀层晶核的纵向生长，提高形核率，得到结晶细腻，力学性能优异的镀层；整平剂优先吸附在高电流密度区域，抑制金属还原沉积，降低镀层生长速度，减少铜粒烧焦等缺陷，降低镀层内应力；2、抑制剂通过络合亚铜离子增大电化学极化，抑制镀层的形核与生长，提高镀层均匀性，同时起到细化晶粒，降低镀速的作用。Confidential Document添加剂选择如左图所示，抑制剂获取1价铜成为阳离子，与铜表面异常附着的氯离子发生静电作用形成单分子膜。電流線单分子膜电力线集中区域电力线集中在凸起部位，此处金属沉积速度快，镀层较厚；孔内区域电力线较稀疏，沉积速

9、度慢，镀层较薄。无抑制剂添加添加抑制剂添加抑制剂后形成单分子膜，降低了电力线密集区域的沉积速度，缓和了局部电流集中的现象，提高了镀层厚度均匀性。Confidential Document添加剂选择整平剂是含氮的阳离子表面活性剂，将优先吸附在高电流密度区域，由此抑制金属离子的还原沉积，从而增加极化，降低沉积速度，改善镀层质量，同时得到微观平整的镀层。在光亮剂、抑制剂和整平剂的共同作用下可得到结晶细腻、厚度均匀、平整光泽的电镀铜镀层。图片源于日本电化学和光谱电化学公司网站图片源于日本电化学和光谱电化学公司网站Confidential Document添加剂选择Cu Crystal内应力来源杂质：氢

10、气、添加剂进入镀层晶体缺陷：镀层形核与生长过程基底状况工艺参数添加剂沉积态铜箔晶体结构沉积态铜箔晶体结构As-deposited copper foil时效后铜箔晶体结构时效后铜箔晶体结构Aging copper foil在工艺参数和基底状况一定的情况下，通过选择合适的添加剂控制析氢，调节镀层的形核与生长，减少晶体缺陷，降低复合铜箔的内应力。Confidential Document添加剂选择342131235Leveler电镀复合铜箔4在现有设备、工艺和参数一定的情况下，通过选择合适的光亮剂、整平剂、抑制剂，得到结晶细腻、力学性能优异、表观平整均匀、内应力较低的复合铜箔电镀铜层，同时尽可能克

11、服复合铜箔电镀工艺中存在的问题。Confidential Document05目标实现Confidential Document目标实现合作案例一通过选择合适添加剂，解决导电辊镀铜问题导电辊镀铜严重，影响铜箔表观。导电辊镀铜轻微，不影响铜箔表观。调整添加剂后Confidential Document目标实现合作案例一通过选择合适添加剂，解决导电辊镀铜问题调整添加剂后由于导电辊镀铜严重，挤压铜箔表面存在条纹、孔洞和色差等缺陷。铜箔表面无明显缺陷铜箔所有性能项目全检合格电镀工艺参数Confidential Document目标实现合作案例二通过选择合适添加剂，解决铜箔超厚问题已解决合作案例三通过

12、选择合适添加剂，解决阳极掉膜问题已解决目前合作案例三通过选择合适添加剂，解决串泡问题进行中最终合作案例为锂电复合铜箔厂提供添加剂配置和应用方案，有效降低锂电复合铜箔电镀工艺的添加剂成本锂电复合铜箔制造商Confidential Document目标实现上海昕沐化学科技有限公司上海昕沐化学科技有限公司集方案、研发、应用一站式服务的高新技术企业，整合产业链资源，服务于新能源电池、半导体芯片和印制电路板生产和供应商。方案Design应用Application研发Research服务Service检测ExamineConfidential Document目标实现上海昕沐化学科技有限公司上海昕

13、沐化学科技有限公司技术方案配套新能源电池、半导体制造、半导体封装和印制电路板工艺，推出前处理、金属化和电镀、图形转移、最终表面处理与绿色回用系统等5个方向近100种方案。应用客户群美国TTM集团，中芯国际，无锡长电，苏州安捷利，昆山沪士，上海日月光、惠州胜宏科技，韩国世一电子、苏杭集团等30多家知名半导体和印制电路板制造商。已已授权授权8 8件件电子化学品电子化学品发明专利发明专利Confidential Document目标实现应用于太阳能栅线电极电镀光剂应用于PCB盲孔电镀填充光剂应用于IC载板通孔电镀填充光剂应用于汽车背板高厚径比通孔脉冲电镀光剂典型电镀添加剂产品方案典型电镀添加剂产品方案Confidential Document我们的客户利用公司资源为客户定制产品及方案确保客户信赖、满意、无忧目标实现Confidential Document2024谢谢您的关注章磊博士for4th复合集流体会议上海昕沐化学科技有限公司

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