复合铜箔制备设备主要包含磁控溅射、蒸发镀膜和水电镀三类设备
思瀚产业研究院 财达    2024-10-19

PVD真空镀膜技术主要包含磁控溅射镀膜、蒸发镀膜、离子镀膜。PVD（Physical VaporDeposition）真空镀膜技术，又名物理气相沉积技术，是指在真空环境下通过物理方式将材料沉积在被镀材料表面的薄膜制备过程。PVD 镀膜技术主要分为三类：真空溅射镀膜、真空蒸发镀膜和真空离子镀膜。在复合铜箔制造环节中，真空溅射镀膜对应两步法和三步法环节的第一步，真空蒸发镀膜对应三步法环节的第二步。

磁控溅射是复合铜箔制造流程的第一步，目的是将基材表面金属化并形成金属薄膜。磁控溅射被广泛应用于各类机械加工领域，技术较为成熟。由于复合铜箔的高分子基膜层是不导电的，且铜金属与高分子材料的结合力不佳，很难直接沉积，因此需要在高分子基膜层上先进行磁控溅射形成 30-70nm 的基础铜层，方阻约为 0.5-2 欧姆，从而实现基材表面金属化。

磁控溅射的原理：将铜靶材置于阴极，然后在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，电子与氩气体碰撞电离出大量的氩离子和电子，高能量的氩原子电离后撞击靶材表面，溅射出大量的铜靶材原子，呈中性的靶原子沉积在基材上形成金属薄膜。

目前磁控溅射技术在复合集流体上的应用尚存在部分难点：

①磁控溅射所镀膜层原理为原子沉积，且膜层很薄，难以控制致密性和均匀性，容易起皱；

②过程中需要靶材持续发热，散热要求高，温度难以控制，复合材料基膜耐高温能力较差，容易受损；

③高压放电会烧穿基膜；

④张力控制较难，基膜宽度大，容易拉扯变形；

⑤镀膜效率低，铜金属沉积速度较慢，且质量上佳的铜靶材价格远超铜价。

以上问题均会对良率产生或多或少的影响，复合集流体产业化过程中，这些问题已有部分有较好的解决方案。

磁控溅射设备国外优势较明显，国内龙头为腾胜科技。目前，国内磁控溅射由于起步较晚，相对国外设备厂商在技术积累方面仍然不足，但行业发展迅速，国产替代加速。

目前外资企业在磁控溅射设备方面占据主导地位，海外企业主要有美国应材、日本发那科、德国莱宝等，国内磁控溅射设备企业有腾胜科技、汇成真空、汉嵙新材等，东威科技和道森股份等企业也在积极研发并推出磁控溅射设备。

其中广东腾胜科技为行业龙头，腾胜自 2017 年研发出国内第一台量产型的复合铜箔真空镀膜设备。2021 年推出了第二代量产型复合铜箔真空镀膜设备，并实现了产品出口。公司在 2022 年推出了 2.5 代量产型复合铜箔真空镀膜设备和第二代复合铝箔真空镀膜设备。从整个生产效率来看，从早期的产品发展到现在，整个生产效率提升了 5 倍，在 2024 年会推出第 3 代产品。

磁控溅射的特点导致大部分情况下需要其他工艺来完善镀膜。磁控溅射镀膜的优势在于稳定性好、均匀度好、膜层致密、结合力好，但磁控溅射对金属材料纯度要求较高，靶材价格远高于金属价格，且加工过程需要高纯氩气等特种气体，单位面积加工成本远高于电镀。另外，磁控溅射单次镀膜厚度为纳米级，若要达到微米级铜厚则需要多次溅射，效率低于电镀工艺。因此一般会额外使用蒸发镀膜+水电镀或是水电镀的方式来形成两步和三步法。

加入蒸发镀膜主要是为了节约磁控溅射的时间。真空蒸镀技术是在真空条件下，把金属加热至蒸发，使其升华为气态，并从蒸发源向基膜表面输送，均匀地蒸发镀在薄膜表面。同为干法，与磁控溅射镀膜相比，蒸镀法蒸发铜的量更大，对铜的沉积效率较高，生产效率明显高于磁控溅射环节，因此三步法中加入蒸发镀膜主要是为了减少磁控溅射镀膜的重复次数，转而使用蒸发镀膜。

蒸镀工艺环境温度高，对基材的熔点要求高。铜的熔点、沸点分别为 1083℃、2562℃，铜所需的蒸镀温度较高，对基材熔点要求高，PET/PP 等基材熔点很低，仅有 180-255℃。在高温工作环境下，基膜易出现穿孔现象，会对良率产生较大影响，因此目前行业主要使用的是两步法。

基于上述原因，采用蒸发镀膜技术的厂商较少。由于水电镀同样能够起到镀层加厚作用，所以加入蒸镀会导致设备投资进一步增长，目前仅有重庆金美提到过三步法的可行性，其子公司四川海格锐特主要研发真空磁控溅射和真空蒸镀设备，以及道森股份（洪田科技）在研的磁控溅射+蒸镀一体机。

水电镀一般作为制备流程的最后一步，目的是加厚并形成均匀镀层。水电镀是将通过磁控溅射或蒸发镀膜的方式形成的金属化 PET 膜的铜层厚度增加到 1μm，使复合铜箔整体的厚度在 6.5 ~ 8μm 之间。

水电镀过程即为氧化还原过程，利用电流电解作用将金属沉积于电镀件表面，形成金属涂层。具体来说，将待加工的镀件接通阴极放入电解质溶液（例如硫酸铜）中，将金属板接通阳极（例如铜球），在外界直流电的作用下，金属铜以二价铜离子的形式进入镀液，并不断迁移到阴极表面发生还原反应，在阴极上得到电子还原成金属铜，逐步在镀件上形成金属铜镀层。相对于磁控溅射和蒸镀，水电镀成本更低，速度更快，但会产生环保问题。

水电镀是 CVD（化学气相沉积）的一种，属于基础工业，国内的工艺流程比较成熟，生产所用溶液等辅助材料成本也较低，生产速度也明显快于 PVD 镀膜法（磁控溅射和蒸发镀膜），因此在短期内两步法将很难被完全替代。但水电镀会排放污染废水，而 PVD 镀膜不会产生任何污染，这是目前水电镀的缺陷。水电镀会因为双面夹和边缘效应损失良率，但整体可控。

水电镀两边有双面夹，两边夹点在镀膜后是无法使用的，需要报废处理。边缘效应是指水电镀在通电过程当中电力线会分布不均匀，造成基膜的镀膜厚度有差异，影响复合箔材均匀性，技术可以改进均匀性，但是无法消除边缘效应。

东威科技为国内水电镀设备龙头。与 PCB 电镀相比，复合铜箔的水电镀的基材厚度更薄、幅度更宽、镀层均匀性和生产速度要求更高，因此对镀膜设备要求更高。东威科技在 PCB 电镀领域深耕多年，在电镀方面技术积累深厚，与 2021 年率先完成了应用于复合铜箔的卷式水平电镀设备的出货，其设备在污染方面也有所控制。东威科技后续也推出了多款应用于复合铜箔制造的卷式水平镀膜设备，作为目前国内唯一一家规模量产复合铜箔水电镀设备的公司，国内两步法厂商后段设备基本采购东威设备。

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