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台式扫描电镜和离子研磨仪在铜箔品质检测中的应用

 发布时间:2022-06-07 点击量:243
铜箔是制作印刷电路板(PCB)、覆铜板(CCL)和锂离子电池*的主要原材料。工业用铜箔,根据制造工艺,通常分为电解铜箔和压延铜箔两大类。

电解铜箔是指以铜料为主要原料,采用电解法生产的金属铜箔。压延铜箔即用压延法生产的铜箔,是将铜板经过多次重复辊轧而制成原箔。两类铜箔生产工艺不同,纯度要求、晶型、性能等也有所不同。
 

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电解铜箔晶型.PNG

扫描电镜(SEM)下电解铜箔的晶型


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压延铜箔晶型.JPG

扫描电镜(SEM)下压延铜箔的晶型

电解铜箔的晶格为球型,结构较为疏散。压延铜箔的加工工艺有所不同,结晶也有所不同,其内部组织结构主要为扁长型结晶,且结构比较密实。

电解铜箔

电解铜箔具有成本低的优势,是目前市场上的主流铜箔产品,根据应用领域不同,主要分为锂电铜箔和标准铜箔两大类。通常纯度要求 98% 以上。

为了严格控制电解铜箔的品质,通常需要进行重量、各面光泽度、微观结构等进行检测。为了观察到铜箔内部真实的结晶情况,制样的过程非常重要。使用离子研磨仪进行表面抛光处理,结合方便快捷的飞纳台式扫描电镜,可以快速、清晰地观察铜箔的晶型结构。

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Technoorg Linda 离子研磨仪

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Phenom 飞纳扫描电镜

锂电铜箔

锂电铜箔的主要生产工序有溶铜、生箔、分切三步,一般厚度为 4.5-20μm 的双光铜箔。目前锂电池铜箔已经向极薄铜箔发展,未来 4μm 及以下会成为主流产品。
 

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飞纳电镜下锂电池截面 (5,500X)


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飞纳电镜下锂电铜箔的晶型 (10,000X)


对于铜箔结晶,需要特别注意铜晶粒大小均匀性、几何形状、晶粒结晶方向、晶粒的晶轴排列一致性、晶粒分布密集及电场能的均匀一致性等,因此,铜箔结晶异常,会影响最终产品的力学、加工及使用性能等。

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锂电铜箔结晶异常(孔洞)

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锂电铜箔结晶异常(开裂)
 

标准铜箔

和锂电铜箔的生产工序有所不同,主要有:溶铜、生箔、表面处理(后处理)、分切四步工序。表面处理工序是对原箔进行酸洗、有机防氧化、粗化固化等处理,使得产品的质量技术指标符合客户要求。因此,标准铜箔具有光面和毛面,两面的微观结构有明显的不同。

铜箔光面结构.PNG

标准铜箔光面结构 (5,000X)

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标准铜箔毛面结构 (5,000X)


表面处理后的铜箔毛面,会有微突起形状的结构产生。这种结构增加了铜箔跟绝缘材料的粘合力,也就是我们标准铜箔的检测性能里关注的抗剥离性能。电流参数等设置不同,单个微突起的形状,单位表面积的密度以及微峰和微谷的分布等也有所不同,其抗剥离性能和机械强度也有所不同,以满足不同的使用需求。

标准铜箔毛面.JPG

表面处理工序后的标准铜箔毛面 (10,000X)


压延铜箔

压延铜箔是利用塑性加工原理,通过对铜锭反复进行轧制 - 退火而成,由于延展性较好,通常用于挠性电路板,5G 通讯、无人机、可穿戴电子产品等领域。通常纯度要求 99% 以上。

通常情况下,需要对内部结构进行微观结构的观察和分析,内部的孔隙、不均匀等会导致其在使用过程中产生故障。使用离子研磨仪制样处理后,结合飞纳台式电镜,便可以快速检测内部的结晶情况。

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压延铜箔结晶异常 (不均匀)

压延结晶-空隙.PNG

压延铜箔结晶异常 (明显孔隙)

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全自动离子研磨仪 SC-2100 配备高低能量两支离子枪。标准配置的高能量离子枪进行快速切削。低能量离子枪用于表面的精细抛光和清洁,制备适用出半导体故障分析和铜箔等材料分析的 SEM 用横断面样品。SC-2000 还可用于改善和清洁机械抛光后的 SEM 样品,制备精致的无损伤样本应用于 EBSD 分析。可选配更强大的 16 keV 超高能量离子枪用于超硬材料和更快速切削样本。可选配液氮或 Peltie 冷却台,保护对热敏感的样品。具备的气锁系统,利于大通量样本快速交换样品,显著缩短换样时间。完全自动化操作系统,可编程,保存和再现制样参数,避免不同操作者的造成的人为差异,保证制备高品质无人为假象的样本,用于 SEM / EBSD 等成像和分析。

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