Glühen gewalzter Kupferfolie: Leistungssteigerung für anspruchsvolle Anwendungen

In High-Tech-Branchen wie der Elektronikfertigung, der erneuerbaren Energien und der Luft- und Raumfahrtgewalzte Kupferfoliewird für seine hervorragende Leitfähigkeit, Formbarkeit und glatte Oberfläche geschätzt. Ohne ordnungsgemäßes Glühen kann es jedoch zu Kaltverfestigung und Eigenspannungen bei gewalzter Kupferfolie kommen, was ihre Verwendbarkeit einschränkt. Das Glühen ist ein kritischer Prozess, der die Mikrostruktur vonKupferfolie, wodurch seine Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen verbessert werden. Dieser Artikel befasst sich mit den Prinzipien des Glühens, seinen Auswirkungen auf die Materialleistung und seiner Eignung für verschiedene High-End-Produkte.

1. Der Glühprozess: Veränderung der Mikrostruktur für bessere Eigenschaften

Beim Walzen werden Kupferkristalle komprimiert und gedehnt, wodurch eine faserige Struktur mit Versetzungen und Eigenspannungen entsteht. Diese Kaltverfestigung führt zu erhöhter Härte, verringerter Duktilität (Dehnung von nur 3–5 %) und einer leichten Abnahme der Leitfähigkeit auf etwa 98 % IACS (International Annealed Copper Standard). Das Glühen behebt diese Probleme durch eine kontrollierte Heiz-Halte-Kühl-Sequenz:

1. Aufheizphase: DerKupferfoliewird auf seine Rekristallisationstemperatur erhitzt, bei reinem Kupfer normalerweise zwischen 200 und 300 °C, um die Atombewegung zu aktivieren.
2. Haltephase: Durch das Halten dieser Temperatur für 2–4 Stunden können sich verzerrte Körner zersetzen und neue, gleichachsige Körner mit Größen von 10–30 μm bilden.
3. Abkühlphase: Eine langsame Abkühlrate von ≤5°C/min verhindert die Entstehung neuer Spannungen.

Unterstützende Daten:

• Die Glühtemperatur beeinflusst direkt die Korngröße. Beispielsweise werden bei 250 °C Körner von etwa 15 μm erreicht, was eine Zugfestigkeit von 280 MPa ergibt. Eine Erhöhung der Temperatur auf 300 °C vergrößert die Körner auf 25 μm, wodurch die Festigkeit auf 220 MPa sinkt.
• Die richtige Haltezeit ist entscheidend. Bei 280 °C gewährleistet eine 3-stündige Haltezeit eine Rekristallisation von über 98 %, wie durch Röntgenbeugungsanalyse bestätigt wurde.

2. Moderne Glühanlagen: Präzision und Oxidationsschutz

Für ein effektives Glühen sind spezielle gasgeschützte Öfen erforderlich, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten und Oxidation zu verhindern:

1. Ofendesign: Eine unabhängige Temperaturregelung für mehrere Zonen (z. B. eine Sechs-Zonen-Konfiguration) stellt sicher, dass die Temperaturschwankung über die gesamte Folienbreite innerhalb von ±1,5 °C bleibt.
2. Schutzatmosphäre: Durch die Zufuhr von hochreinem Stickstoff (≥99,999 %) oder einer Stickstoff-Wasserstoff-Mischung (3–5 % H₂) wird der Sauerstoffgehalt unter 5 ppm gehalten und die Bildung von Kupferoxiden (Oxidschichtdicke <10 nm) verhindert.
3. Fördersystem: Spannungsfreier Rollentransport sorgt für die Planlage der Folie. Moderne vertikale Glühöfen können mit Geschwindigkeiten von bis zu 120 Metern pro Minute arbeiten und haben eine Tageskapazität von 20 Tonnen pro Ofen.

Fallstudie: Ein Kunde, der einen Glühofen ohne Inertgas verwendet, stellte fest, dass rötliche Oxidation auf derKupferfolieOberfläche (Sauerstoffgehalt bis zu 50 ppm), was beim Ätzen zur Gratebildung führte. Durch die Umstellung auf einen Schutzatmosphärenofen wurde eine Oberflächenrauheit (Ra) von ≤0,4 μm erreicht und die Ätzausbeute auf 99,6 % verbessert.

3. Leistungssteigerung: Vom „Industrierohstoff“ zum „Funktionswerkstoff“

Geglühte Kupferfolieweist deutliche Verbesserungen auf:

Diese Verbesserungen machen geglühte Kupferfolie ideal für:

1. Flexible gedruckte Schaltungen (FPCs): Mit einer Dehnung von über 20 % hält die Folie über 100.000 dynamischen Biegezyklen stand und erfüllt damit die Anforderungen faltbarer Geräte.
2. Stromabnehmer für Lithium-Ionen-Batterien: Weichere Folien (HV < 90) widerstehen der Rissbildung während der Elektrodenbeschichtung und ultradünne 6-μm-Folien halten die Gewichtskonsistenz innerhalb von ± 3 %.
3. Hochfrequenzsubstrate: Eine Oberflächenrauheit unter 0,5 μm verringert den Signalverlust und senkt den Einfügungsverlust bei 28 GHz um 15 %.
4. Elektromagnetische Abschirmmaterialien: Eine Leitfähigkeit von 101 % IACS gewährleistet eine Schirmdämpfung von mindestens 80 dB bei 1 GHz.

4. CIVEN METAL: Bahnbrechende, branchenführende Glühtechnologie

CIVEN METAL hat mehrere Fortschritte in der Glühtechnologie erzielt:

1. Intelligente Temperaturregelung: Durch die Verwendung von PID-Algorithmen mit Infrarot-Feedback wird eine Temperaturregelungspräzision von ±1 °C erreicht.
2. Verbesserte Versiegelung: Doppelschichtige Ofenwände mit dynamischem Druckausgleich reduzieren den Gasverbrauch um 30 %.
3. Kontrolle der Kornorientierung: Durch Gradientenglühen entstehen Folien mit unterschiedlicher Härte über die Länge, mit lokalen Festigkeitsunterschieden von bis zu 20 %, geeignet für komplexe Stanzteile.

Validierung: Die nach dem Glühen rückseitig behandelte RTF-3-Folie von CIVEN METAL wurde von Kunden für den Einsatz in Leiterplatten von 5G-Basisstationen validiert. Sie reduziert den dielektrischen Verlust bei 10 GHz auf 0,0015 und erhöht die Übertragungsraten um 12 %.

5. Fazit: Die strategische Bedeutung des Glühens in der Kupferfolienproduktion

Glühen ist mehr als ein „Heiz-Kühl“-Prozess; es ist eine ausgeklügelte Integration von Materialwissenschaft und Ingenieurwesen. Durch die Manipulation mikrostruktureller Merkmale wie Korngrenzen und VersetzungenKupferfolieÜbergänge vom kaltverfestigten in den funktionsfähigen Zustand, was Fortschritte in der 5G-Kommunikation, bei Elektrofahrzeugen und in der tragbaren Technologie ermöglicht. Da sich Glühprozesse immer intelligenter und nachhaltiger entwickeln – wie beispielsweise die Entwicklung wasserstoffbetriebener Öfen durch CIVEN METAL, die den CO₂-Ausstoß um 40 % reduzieren –, steht gewalzte Kupferfolie vor der Möglichkeit, neue Potenziale in hochmodernen Anwendungen zu erschließen.