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復(fù)合銅箔制備設(shè)備主要包含磁控濺射、蒸發(fā)鍍膜和水電鍍?nèi)愒O(shè)備
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 財達    2024-10-19

PVD真空鍍膜技術(shù)主要包含磁控濺射鍍膜、蒸發(fā)鍍膜、離子鍍膜。PVD（Physical VaporDeposition）真空鍍膜技術(shù)，又名物理氣相沉積技術(shù)，是指在真空環(huán)境下通過物理方式將材料沉積在被鍍材料表面的薄膜制備過程。PVD 鍍膜技術(shù)主要分為三類：真空濺射鍍膜、真空蒸發(fā)鍍膜和真空離子鍍膜。在復(fù)合銅箔制造環(huán)節(jié)中，真空濺射鍍膜對應(yīng)兩步法和三步法環(huán)節(jié)的第一步，真空蒸發(fā)鍍膜對應(yīng)三步法環(huán)節(jié)的第二步。

磁控濺射是復(fù)合銅箔制造流程的第一步，目的是將基材表面金屬化并形成金屬薄膜。磁控濺射被廣泛應(yīng)用于各類機械加工領(lǐng)域，技術(shù)較為成熟。由于復(fù)合銅箔的高分子基膜層是不導(dǎo)電的，且銅金屬與高分子材料的結(jié)合力不佳，很難直接沉積，因此需要在高分子基膜層上先進行磁控濺射形成 30-70nm 的基礎(chǔ)銅層，方阻約為 0.5-2 歐姆，從而實現(xiàn)基材表面金屬化。

磁控濺射的原理：將銅靶材置于陰極，然后在真空中利用荷能粒子轟擊靶表面，電子與氬氣體碰撞電離出大量的氬離子和電子，高能量的氬原子電離后撞擊靶材表面，濺射出大量的銅靶材原子，呈中性的靶原子沉積在基材上形成金屬薄膜。

目前磁控濺射技術(shù)在復(fù)合集流體上的應(yīng)用尚存在部分難點：

①磁控濺射所鍍膜層原理為原子沉積，且膜層很薄，難以控制致密性和均勻性，容易起皺；

②過程中需要靶材持續(xù)發(fā)熱，散熱要求高，溫度難以控制，復(fù)合材料基膜耐高溫能力較差，容易受損；

③高壓放電會燒穿基膜；

④張力控制較難，基膜寬度大，容易拉扯變形；

⑤鍍膜效率低，銅金屬沉積速度較慢，且質(zhì)量上佳的銅靶材價格遠超銅價。

以上問題均會對良率產(chǎn)生或多或少的影響，復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化過程中，這些問題已有部分有較好的解決方案。

磁控濺射設(shè)備國外優(yōu)勢較明顯，國內(nèi)龍頭為騰勝科技。目前，國內(nèi)磁控濺射由于起步較晚，相對國外設(shè)備廠商在技術(shù)積累方面仍然不足，但行業(yè)發(fā)展迅速，國產(chǎn)替代加速。

目前外資企業(yè)在磁控濺射設(shè)備方面占據(jù)主導(dǎo)地位，海外企業(yè)主要有美國應(yīng)材、日本發(fā)那科、德國萊寶等，國內(nèi)磁控濺射設(shè)備企業(yè)有騰勝科技、匯成真空、漢嵙新材等，東威科技和道森股份等企業(yè)也在積極研發(fā)并推出磁控濺射設(shè)備。

其中廣東騰勝科技為行業(yè)龍頭，騰勝自 2017 年研發(fā)出國內(nèi)第一臺量產(chǎn)型的復(fù)合銅箔真空鍍膜設(shè)備。2021 年推出了第二代量產(chǎn)型復(fù)合銅箔真空鍍膜設(shè)備，并實現(xiàn)了產(chǎn)品出口。公司在 2022 年推出了 2.5 代量產(chǎn)型復(fù)合銅箔真空鍍膜設(shè)備和第二代復(fù)合鋁箔真空鍍膜設(shè)備。從整個生產(chǎn)效率來看，從早期的產(chǎn)品發(fā)展到現(xiàn)在，整個生產(chǎn)效率提升了 5 倍，在 2024 年會推出第 3 代產(chǎn)品。

磁控濺射的特點導(dǎo)致大部分情況下需要其他工藝來完善鍍膜。磁控濺射鍍膜的優(yōu)勢在于穩(wěn)定性好、均勻度好、膜層致密、結(jié)合力好，但磁控濺射對金屬材料純度要求較高，靶材價格遠高于金屬價格，且加工過程需要高純氬氣等特種氣體，單位面積加工成本遠高于電鍍。另外，磁控濺射單次鍍膜厚度為納米級，若要達到微米級銅厚則需要多次濺射，效率低于電鍍工藝。因此一般會額外使用蒸發(fā)鍍膜+水電鍍或是水電鍍的方式來形成兩步和三步法。

加入蒸發(fā)鍍膜主要是為了節(jié)約磁控濺射的時間。真空蒸鍍技術(shù)是在真空條件下，把金屬加熱至蒸發(fā)，使其升華為氣態(tài)，并從蒸發(fā)源向基膜表面輸送，均勻地蒸發(fā)鍍在薄膜表面。同為干法，與磁控濺射鍍膜相比，蒸鍍法蒸發(fā)銅的量更大，對銅的沉積效率較高，生產(chǎn)效率明顯高于磁控濺射環(huán)節(jié)，因此三步法中加入蒸發(fā)鍍膜主要是為了減少磁控濺射鍍膜的重復(fù)次數(shù)，轉(zhuǎn)而使用蒸發(fā)鍍膜。

蒸鍍工藝環(huán)境溫度高，對基材的熔點要求高。銅的熔點、沸點分別為 1083℃、2562℃，銅所需的蒸鍍溫度較高，對基材熔點要求高，PET/PP 等基材熔點很低，僅有 180-255℃。在高溫工作環(huán)境下，基膜易出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，會對良率產(chǎn)生較大影響，因此目前行業(yè)主要使用的是兩步法。

基于上述原因，采用蒸發(fā)鍍膜技術(shù)的廠商較少。由于水電鍍同樣能夠起到鍍層加厚作用，所以加入蒸鍍會導(dǎo)致設(shè)備投資進一步增長，目前僅有重慶金美提到過三步法的可行性，其子公司四川海格銳特主要研發(fā)真空磁控濺射和真空蒸鍍設(shè)備，以及道森股份（洪田科技）在研的磁控濺射+蒸鍍一體機。

水電鍍一般作為制備流程的最后一步，目的是加厚并形成均勻鍍層。水電鍍是將通過磁控濺射或蒸發(fā)鍍膜的方式形成的金屬化 PET 膜的銅層厚度增加到 1μm，使復(fù)合銅箔整體的厚度在 6.5 ~ 8μm 之間。

水電鍍過程即為氧化還原過程，利用電流電解作用將金屬沉積于電鍍件表面，形成金屬涂層。具體來說，將待加工的鍍件接通陰極放入電解質(zhì)溶液（例如硫酸銅）中，將金屬板接通陽極（例如銅球），在外界直流電的作用下，金屬銅以二價銅離子的形式進入鍍液，并不斷遷移到陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極上得到電子還原成金屬銅，逐步在鍍件上形成金屬銅鍍層。相對于磁控濺射和蒸鍍，水電鍍成本更低，速度更快，但會產(chǎn)生環(huán)保問題。

水電鍍是 CVD（化學(xué)氣相沉積）的一種，屬于基礎(chǔ)工業(yè)，國內(nèi)的工藝流程比較成熟，生產(chǎn)所用溶液等輔助材料成本也較低，生產(chǎn)速度也明顯快于 PVD 鍍膜法（磁控濺射和蒸發(fā)鍍膜），因此在短期內(nèi)兩步法將很難被完全替代。但水電鍍會排放污染廢水，而 PVD 鍍膜不會產(chǎn)生任何污染，這是目前水電鍍的缺陷。水電鍍會因為雙面夾和邊緣效應(yīng)損失良率，但整體可控。

水電鍍兩邊有雙面夾，兩邊夾點在鍍膜后是無法使用的，需要報廢處理。邊緣效應(yīng)是指水電鍍在通電過程當(dāng)中電力線會分布不均勻，造成基膜的鍍膜厚度有差異，影響復(fù)合箔材均勻性，技術(shù)可以改進均勻性，但是無法消除邊緣效應(yīng)。

東威科技為國內(nèi)水電鍍設(shè)備龍頭。與 PCB 電鍍相比，復(fù)合銅箔的水電鍍的基材厚度更薄、幅度更寬、鍍層均勻性和生產(chǎn)速度要求更高，因此對鍍膜設(shè)備要求更高。東威科技在 PCB 電鍍領(lǐng)域深耕多年，在電鍍方面技術(shù)積累深厚，與 2021 年率先完成了應(yīng)用于復(fù)合銅箔的卷式水平電鍍設(shè)備的出貨，其設(shè)備在污染方面也有所控制。東威科技后續(xù)也推出了多款應(yīng)用于復(fù)合銅箔制造的卷式水平鍍膜設(shè)備，作為目前國內(nèi)唯一一家規(guī)模量產(chǎn)復(fù)合銅箔水電鍍設(shè)備的公司，國內(nèi)兩步法廠商后段設(shè)備基本采購東威設(shè)備。

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