[发明专利]一种高延伸性电解铜箔及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高延伸性电解铜箔以及制备方法，属于覆铜板用电解铜箔制备技术领域。首先通过直流电解沉积技术制备纳米孪晶铜箔，再对纳米孪晶铜箔进行退火处理，即获得所述高延伸性电解铜箔，其厚度在3‑100微米范围内可控调节。该电解铜箔沿其厚度方向存在一个或多个晶粒，晶粒尺寸范围为0.5‑20微米；晶粒内部存在一个或多个孪晶片层。该电解铜箔的厚度为12微米时，其延伸率高达15％，抗拉强度为191MPa，在挠性覆铜板领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及覆铜板用电解铜箔制备技术领域，具体涉及一种高延伸性电解铜箔及其制备方法。

背景技术

铜箔是现代工业的关键基础材料之一，按照用途主要分为覆铜板(PCB)用铜箔和离子电池用铜箔。覆铜板作为电子元器件的“神经”，铜箔是覆铜板的关键材料，在电子元器件中发挥支撑作用。随着社会的高度发展，电子设备逐步向普及化、智能化、微型化、柔性化方向发展，对铜箔的需求和性能要求越来越高。中国铜箔产量迅速增加，到2017年时，中国铜箔产量占全球总量的比值已达到72.1％。但是，令人担忧的是，目前大多数的高端铜箔仍由国外垄断，成为了国内的“卡脖子”技术。比如，国内柔性覆铜板(FCCL)用铜箔基本被日本铜箔生产企业垄断，国内铜箔生产商仍未取得突破性进展。

柔性覆铜板由于其微变形的使用条件要求铜箔材料具有优异的延展性或抗挠性。目前柔性覆铜板大多数使用压延铜箔，其原因在于压延铜箔在制备过程中形成了纳米量级的晶粒或位错胞的超细结构，其织构为(110)。这种结构极其不稳定，经较高温度烘烤或退火后，转变为晶粒尺寸较大的(100)织构。一方面100织构的弹性模量较低，另一方面晶粒尺寸较大有利于塑性变形，致使该铜箔具有良好的延展性或抗挠性，可满足柔性覆铜板的大部分使用场景。但是这种铜箔的强度或抗弯折性较差，其使用场景依然有限。尽管如此，国内覆铜板使用的压延铜箔仍然需要进口，其价格较为昂贵，约为普通铜箔的5倍左右。

与压延铜箔相比，电解铜箔的成本和价格较低。但是电解铜箔的晶粒尺寸往往处于亚微米量级，微观结构相对稳定，在退火时，晶粒尺寸变化不大，能够保持较高的强度，但是塑性的提升较小。另外一方面，电解铜箔一般为随机取向无明显织构，当晶粒尺寸增加时，由于晶粒间变形差异较大，退火过程容易形成褶皱，并且致使其塑性相对较低。因此，以上种种不利因素限制了普通电解铜箔在柔性覆铜板上的应用。

针对薄膜材料变形机制的研究表明，薄膜金属材料的塑性不仅与晶粒尺寸相关并随着晶粒尺寸增加而增加，还与样品厚度与晶粒尺寸的比值或者沿着厚度方向的晶粒数量相关并随着该比值或晶粒数量的增加而增加。究其原因是，处于表层的晶粒在变形过程中受到的约束较小，容易率先软化、失效。当样品厚度减小或者晶粒尺寸增加时，处于表面的晶粒数量占比增加，薄膜材料(铜箔)往往表现出较低的塑性和强度，即为常见的“表面软化”效应。而最近的研究表明，在晶粒内部引入共格的孪晶界面能够改善这种软化现象，有利于提高材料的塑性与强度，这得益于孪晶片层结构或共格孪晶界面对表层晶粒的约束作用。

由以上技术背景可知，针对电解铜箔，在保持厚度不变的条件下，增强铜箔织构、增加晶粒尺寸的同时引入孪晶结构，有望获得一种廉价、高延展性(抗挠曲性)、高强度(抗弯折性)的柔性覆铜板用铜箔。

发明内容

为了解决现有技术中存在的柔性覆铜板用铜箔延展性、强度以及成本无法兼顾的问题，本发明提供一种高延伸性电解铜箔及其制备方法，通过借助“引入共格孪晶界面降低表面弱化效应”的设计原理，首先通过直流电解沉积制备技术得到纳米孪晶铜箔，然后退火处理，获得大晶粒尺寸并含有孪晶片层的高延伸性铜箔。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高延伸性电解铜箔，沿其厚度方向存在一个或多个晶粒，晶粒尺寸范围为0.5-20微米；晶粒内部存在一个或多个孪晶界，孪晶界与最近邻的孪晶或晶界的间距范围为0.1-10微米。

该电解铜箔的厚度为3-100μm。