Electrodeposited (ED) Copper Foil Manufacturing – Key Processes

Elektrolytisch abgeschiedene Kupferfolie ist in den letzten Jahren aufgrund der Energiewende, der Nachhaltigkeit und geopolitischer Probleme in der globalen Lieferkette zu einem viel diskutierten Thema geworden. Darüber hinaus ist elektrolytisch abgeschiedene Kupferfolie ein Schlüsselwerkstoff in unserer modernen digitalen Welt; sie kommt in allen elektronischen Geräten zum Einsatz, von Computern und Mobiltelefonen bis hin zu den einfachsten elektronischen Geräten. Daher gilt elektrolytisch abgeschiedene Kupferfolie als entscheidender und strategisch wichtiger Werkstoff für die Zukunft unserer Gesellschaft.

In diesem Blog-Artikel werden wir uns die wichtigsten Prozesse bei der Herstellung von galvanisch abgeschiedener Kupferfolie ansehen. Wir beginnen mit dem wichtigsten Teil, dem Galvanisierungsprozess mit den Titantrommeln als Kathoden und den Anoden, gefolgt von der Oberflächenbehandlung mit diesen Anoden.

Beim Elektrolyseprozess werden gelöste Kupferionen mithilfe von elektrischem Strom reduziert und abgeschieden, wodurch sich auf der Oberfläche der Kathode – einer Titantrommel – eine dünne Metallschicht in Form einer Metallfolie bildet.

Die Qualität der elektrolytischen Kupferfolie variiert stark in Abhängigkeit vom Rohmaterial, der Stromdichte und den für die Elektrolyse verwendeten Zusatzstoffen. Auch der Wert der Oberflächenrauheit der elektrolytischen Kupferfolie ändert sich. Warum ist die Rauheit der elektrolytischen Kupferfolie wichtig? Die Glätte und Rauheit der Oberfläche der galvanisch abgeschiedenen Kupferfolie haben einen erheblichen Einfluss (Leiterverlust) auf die Haftung an verschiedenen Substratmaterialien und den Stromfluss durch die Kupferfolie auf Leiterplatten. Mit anderen Worten: Je glatter die Oberfläche der galvanisch abgeschiedenen Kupferfolie ist, desto besser ist der Stromfluss (geringerer Leiterverlust) und desto gleichmäßiger ist der Signalfluss im Hochfrequenzbereich (Reduzierung der Übertragungsverluste).

Der Elektrolyseprozess zur Herstellung von elektrolytischer Kupferfolie erfordert zwei Arten von Elektroden: Kathode und Anode. Elektrolyseanlagen bestehen in der Regel aus einer Kathoden-Titantrommel und einer Anode, DSA®.

Kathode (Titantrommel)

Durch einen Elektrolyseprozess wird Kupferfolie reduziert und auf der Oberfläche der Titan-Kathodentrommel abgeschieden. Da diese Kathode gekrümmt ist, weist sie eine trommelartige Struktur auf. Die Dicke der Kupferfolie lässt sich durch die Drehzahl und die Stromdichte der Trommel steuern. Darüber hinaus beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit der Titan-Kathodentrommel die Rauheit der Kupferfolienoberfläche. Dadurch lassen sich sowohl glänzende als auch matte Kupferfolien erzielen, die der Trommel zugewandt sind.

Anoden und Anodenstrukturen

Auch die Anode spielt im elektrolytischen Kupferherstellungsprozess eine wichtige Rolle. Zur Optimierung des Herstellungsprozesses muss die Anode so geformt sein, dass sie der Struktur der Kathoden-Titantrommel entspricht. Daher wäre theoretisch eine radiale Anode die beste Wahl. Unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte wie Kosten und Wartungsaufwand lässt sich jedoch sagen, dass der Einsatz einer austauschbaren Anode die am besten geeignete Anodenstruktur darstellt (siehe Abbildung oben).

Tatsächlich produziert De Nora Anoden für einen solchen elektrolytischen Kupferherstellungsprozess. DSA®-Anoden bieten gegenüber anderen Anoden zahlreiche Vorteile, darunter eine lange Lebensdauer der Anode und Energieeinsparungen. Die Lebensdauer von DSA®-Anoden ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die DSA®-Anode eine längere Lebensdauer aufweist als die platinbeschichtete Titanelektrode. Das Grundmaterial der DSA®-Elektrode verformt sich kaum und nutzt sich durch die Elektrolyse kaum ab.

Abbildung 4 zeigt das Potenzial der Anode in Schwefelsäure. Es ist ersichtlich, dass die DSA®-Anode zur Energieeinsparung und zur Senkung der Energiekosten beiträgt.

• Alle Anoden und Anodenkonstruktionen (abnehmbare Anode, radiale Anode, segmentierte Anode) basieren auf fortschrittlicher oder patentierter Technologie.

• De Nora-Anoden können unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen eingesetzt werden und ermöglichen die Herstellung von Folien aller Qualitäten und Stärken (einschließlich ultradünner Folien).

Je nach Verwendungszweck kommen bei der Herstellung von elektrolytischer Kupferfolie verschiedene Oberflächenbehandlungen zum Einsatz. Zunächst wird die Oberfläche der Kupferfolie gewaschen, um Kupferknötchen abzulagern. Dadurch verändert sich die Rauheit der Folie. Anschließend wird ein Korrosionsschutzverfahren durchgeführt, um eine Oxidation der Oberfläche der Kupferfolie zu verhindern (Verhinderung von Kupferoxid). So wird verhindert, dass sich die Leitfähigkeit der Kupferfolie im Laufe der Zeit verschlechtert. Als letzten Schritt schützen wir die Kupferfolie vor Chemikalien und Hitze. Dadurch wird die Kupferfolie beständig gegen eine Vielzahl von Chemikalien und Hitze sowie gegen bestimmte physikalische Einflüsse.

Je nach Anwendungsbereich gibt es verschiedene Arten der Oberflächenbehandlung, und um der Kupferfolie die entsprechenden Eigenschaften zu verleihen, wird jede Anode individuell an diese Anforderungen angepasst.

Tatsächlich stellt De Nora Anoden für den Herstellungsprozess der Oberflächenbehandlung von galvanisch hergestellter Kupferfolie her. DSA®-Anoden bieten gegenüber anderen Anoden mehrere Vorteile, darunter:

• Energieeinsparung

• Lange Lebensdauer der Anode

• Auf diese Anwendung zugeschnittene spezifische Eigenschaften

Anoden spielen in jedem Prozess eine wichtige Rolle, und ohne sie wäre der Fertigungsprozess nicht effizient durchführbar. Deshalb ist es das Ziel von De Nora, für die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden die beste Lösung anzubieten und ihn dabei zu unterstützen, seine Fertigungsziele zu erreichen.