臺灣博碩士論文加值系統

本研究是以應用電化學陽極溶解的原理，並針對PCB銅箔作電化學電解減銅之製程開發，利用電解反應作用在銅箔表面上產生溶解，以達到陽極銅箔厚度的減薄，可使印刷電路板上銅線的線寬及線距減小，這將可以改善至未來電子產品輕薄短小而提高可攜帶性，並可改善因銅箔厚度過厚而蝕刻線路時所造成的銅線剝落及側蝕。最後，取代目前以化學蝕刻的方式來達到薄銅的效果，來降低成本以及大量廢水排放之問題，由以上訴求之理想來作為整體減薄技術的基礎研究。
利用電化學原理對銅箔表面進行電解減銅的研究，以不同的酸性電解液，透過調變製程時間、電壓值後，對各電解液進行電解減薄，分析出最佳之電解參數。並以銅箔厚度的量測及表面形貌的觀察，探討電解減銅前後對銅箔厚度的影響，最後選定了對銅箔的表面腐蝕情況較佳之電解液。
將初步選定之最佳電解液，以田口式實驗設計分析法得到最佳的參數組合，並且透過實驗驗證後，於1.5M的硫酸電解液，電解時間120秒，輸出電壓值為1.25V時，銅箔厚度可以達到9.07μm，其厚度約為1/4 oz的銅箔厚度。最後證明利用電化學電解加工的方式確實能將銅箔厚度減薄，進而改善利用化學蝕刻藥劑減銅所產生的廢液處理成本及環保問題，並且使後續蝕刻線路製程的良率提升。

This study applied to the principle of anodic dissolution of electrochemical principle, and used the electrochemical technology to reduce the copper foil thickness for PCB. The dissolution takes place on the surface of the copper foil by the effects of the electrolysis reaction. It achieved thickness reduction of the copper foil on the anode, and it also reduced the line width and line distance of the copper layout on the printed circuit board. It will improve the compactness and the portability of the electronic products in the future. It could also eliminate the difficulties when the thickness of copper foil is too thick to etch causing spalling and lateral erosion. In this study, various electrolytes, temperature ranges, processing times and applied voltages were tested to explore the best parameters for the electrolytic roughening. By measuring the uniformity of thickness and surface roughness of the copper foil, the the effectiveness of these process parameters were studied.
The best electrolyte of 1.5M H2SO4 was selected from pre-study. From the analysis results of Taguchi method of experimental design, the best process parameters are 120 sec. processing time and 1.25 V applied voltage with 9.07μm copper foil thickness which is equivalent to 1/4 oz thickness of copper foil. It verified the feasibility of employing electrochemical technology for copper foil thinning. The proposed electrochemical technology could replace current chemical etching process which may result in significant waste in water treatment and cost of special chemicals.

書名頁 I
英文書名頁 II
審定書 III
授權書 IV
中文摘要 VII
英文摘要 VIII
誌謝 X
目錄 XI
圖目錄 XIV
表目錄 XVI
一、 緒論 1
1.1 前言與研究背景 1
1.2 研究動機與目標 2
1.3 論文架構 3
二、 基礎理論與文獻回顧 4
2.1 印刷電路板概述 4
2.1.1 印刷電路板產業介紹 4
2.1.2 印刷電路板之環境衝擊 6
2.2 銅箔短述與製作方法[4] 6
2.2.1 輾軋法(Rolled or Wrought) 7
2.2.2 電鍍電解法(Electro-deposited) 7
2.3 常見的薄銅處理方法 8
2.3.1 機械刷磨法(Mechanical Polishing) 8
2.3.2 化學蝕刻法(Etching) 9
2.3.3 常見薄銅方法比較 9
2.4 電解減銅原理 10
2.5 電化學加工與化學蝕刻法之比較 11
2.6 銅箔厚度量測原理 12
2.7 相關文獻回顧 14
三、 研究方法與實驗設備 18
3.1 研究架構 18
3.2 銅箔電解減銅之製作流程 19
3.2.1 試片前處理 19
3.2.2 電解減銅 19
3.2.3 試片後處理 21
3.3 試片規格 21
3.4 陰極材料 22
3.5 電解液 22
3.6 實驗參數設計 23
3.7 電解減銅實驗步驟 23
3.8 研究設備 24
四、 電解減銅製程之製作流程 30
4.1 電解減銅製程參數研究 30
4.1.1 市售1/2 oz (17μm)銅箔基板厚度 30
4.1.2 市售1/3 oz (12μm)銅箔基板厚度 31
4.1.3 市售化學減銅藥水 32
4.2 不同電解液對銅箔電解減銅之提升效果 34
4.2.1 電解液2M H2SO4 + 0.5M CuSO4對減銅效果之影響 35
4.2.2 電解液1M Cu(NO3)2對減銅效果之影響 38
4.2.3 電解液CuCl2對減銅效果之影響 42
4.3 不同電解液之表面形貌及厚度 42
4.3.1 電解液2M H2SO4 + 0.5M CuSO4表面形貌之比較 42
4.3.2 電解液1M Cu(NO3)2表面形貌之比較 43
4.4 電解液之初步研究結果 43
4.5 實驗設計法進行最佳化參數研究 46
4.5.1 田口式實驗設計 46
4.5.2 銅箔厚度數據分析 49
4.5.3 最佳化預測值之驗證 59
4.5.4 結果與討論 60
五、 結論與未來展望 61
未來展望 61
參考文獻 62

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