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臺式掃描電鏡和離子研磨儀在銅箔品質檢測中的應用

 釋出時間╃↟↟✘₪:2022-06-07 點選量╃↟↟✘₪:241
銅箔是製作印刷電路板(PCB)╃✘、覆銅板(CCL)和鋰離子電池*的主要原材料◕•╃▩•。工業用銅箔✘•,根據製造工藝✘•,通常分為電解銅箔和壓延銅箔兩大類◕•╃▩•。

電解銅箔是指以銅料為主要原料✘•,採用電解法生產的金屬銅箔◕•╃▩•。壓延銅箔即用壓延法生產的銅箔✘•,是將銅板經過多次重複輥軋而製成原箔◕•╃▩•。兩類銅箔生產工藝不同✘•,純度要求╃✘、晶型╃✘、效能等也有所不同◕•╃▩•。
 

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電解銅箔晶型.PNG

掃描電鏡(SEM)下電解銅箔的晶型


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壓延銅箔晶型.JPG

掃描電鏡(SEM)下壓延銅箔的晶型

電解銅箔的晶格為球型✘•,結構較為疏散◕•╃▩•。壓延銅箔的加工工藝有所不同✘•,結晶也有所不同✘•,其內部組織結構主要為扁長型結晶✘•,且結構比較密實◕•╃▩•。

電解銅箔

電解銅箔具有成本低的優勢✘•,是目前市場上的主流銅箔產品✘•,根據應用領域不同✘•,主要分為鋰電銅箔和標準銅箔兩大類◕•╃▩•。通常純度要求 98% 以上◕•╃▩•。

為了嚴格控制電解銅箔的品質✘•,通常需要進行重量╃✘、各面光澤度╃✘、微觀結構等進行檢測◕•╃▩•。為了觀察到銅箔內部真實的結晶情況✘•,制樣的過程非常重要◕•╃▩•。使用離子研磨儀進行表面拋光處理✘•,結合方便快捷的飛納臺式掃描電鏡✘•,可以快速╃✘、清晰地觀察銅箔的晶型結構◕•╃▩•。

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Technoorg Linda 離子研磨儀

Pharos G2.jpg

Phenom 飛納掃描電鏡

鋰電銅箔

鋰電銅箔的主要生產工序有溶銅╃✘、生箔╃✘、分切三步✘•,一般厚度為 4.5-20μm 的雙光銅箔◕•╃▩•。目前鋰電池銅箔已經向極薄銅箔發展✘•,未來 4μm 及以下會成為主流產品◕•╃▩•。
 

鋰電池截面.PNG

飛納電鏡下鋰電池截面 (5,500X)


鋰電銅箔晶型.JPG

飛納電鏡下鋰電銅箔的晶型 (10,000X)


對於銅箔結晶✘•,需要特別注意銅晶粒大小均勻性╃✘、幾何形狀╃✘、晶粒結晶方向╃✘、晶粒的晶軸排列一致性╃✘、晶粒分佈密集及電場能的均勻一致性等✘•,因此✘•,銅箔結晶異常✘•,會影響最終產品的力學╃✘、加工及使用效能等◕•╃▩•。

結晶異常-孔洞.JPG

鋰電銅箔結晶異常(孔洞)

結晶異常-開裂.JPG

鋰電銅箔結晶異常(開裂)
 

標準銅箔

和鋰電銅箔的生產工序有所不同✘•,主要有╃↟↟✘₪:溶銅╃✘、生箔╃✘、表面處理(後處理)╃✘、分切四步工序◕•╃▩•。表面處理工序是對原箔進行酸洗╃✘、有機防氧化╃✘、粗化固化等處理✘•,使得產品的質量技術指標符合客戶要求◕•╃▩•。因此✘•,標準銅箔具有光面和毛面✘•,兩面的微觀結構有明顯的不同◕•╃▩•。

銅箔光面結構.PNG

標準銅箔光面結構 (5,000X)

銅箔毛面結構.JPG

標準銅箔毛面結構 (5,000X)


表面處理後的銅箔毛面✘•,會有微突起形狀的結構產生◕•╃▩•。這種結構增加了銅箔跟絕緣材料的粘合力✘•,也就是我們標準銅箔的檢測效能裡關注的抗剝離效能◕•╃▩•。電流引數等設定不同✘•,單個微突起的形狀✘•,單位表面積的密度以及微峰和微谷的分佈等也有所不同✘•,其抗剝離效能和機械強度也有所不同✘•,以滿足不同的使用需求◕•╃▩•。

標準銅箔毛面.JPG

表面處理工序後的標準銅箔毛面 (10,000X)


壓延銅箔

壓延銅箔是利用塑性加工原理✘•,透過對銅錠反覆進行軋製 - 退火而成✘•,由於延展性較好✘•,通常用於撓性電路板✘•,5G 通訊╃✘、無人機╃✘、可穿戴電子產品等領域◕•╃▩•。通常純度要求 99% 以上◕•╃▩•。

通常情況下✘•,需要對內部結構進行微觀結構的觀察和分析✘•,內部的孔隙╃✘、不均勻等會導致其在使用過程中產生故障◕•╃▩•。使用離子研磨儀制樣處理後✘•,結合飛納臺式電鏡✘•,便可以快速檢測內部的結晶情況◕•╃▩•。

壓延結晶-不均勻.PNG

壓延銅箔結晶異常 (不均勻)

壓延結晶-空隙.PNG

壓延銅箔結晶異常 (明顯孔隙)

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全自動離子研磨儀 SC-2100 配備高低能量兩支離子槍◕•╃▩•。標準配置的高能量離子槍進行快速切削◕•╃▩•。低能量離子槍用於表面的精細拋光和清潔✘•,製備適用出半導體故障分析和銅箔等材料分析的 SEM 用橫斷面樣品◕•╃▩•。SC-2000 還可用於改善和清潔機械拋光後的 SEM 樣品✘•,製備精緻的無損傷樣本應用於 EBSD 分析◕•╃▩•。可選配更強大的 16 keV 超高能量離子槍用於超硬材料和更快速切削樣本◕•╃▩•。可選配液氮或 Peltie 冷卻臺✘•,保護對熱敏感的樣品◕•╃▩•。具備的氣鎖系統✘•,利於大通量樣本快速交換樣品✘•,顯著縮短換樣時間◕•╃▩•。完全自動化作業系統✘•,可程式設計✘•,儲存和再現制樣引數✘•,避免不同操作者的造成的人為差異✘•,保證製備高品質無人為假象的樣本✘•,用於 SEM / EBSD 等成像和分析◕•╃▩•。

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