Glühen von gewalzter Kupferfolie: Erschließung verbesserter Leistung für anspruchsvolle Anwendungen

In Hightech-Branchen wie der Elektronikfertigung, der erneuerbaren Energien und der Luft- und Raumfahrt,gerollte KupferfolieKupferfolie wird aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit, Formbarkeit und glatten Oberfläche geschätzt. Ohne entsprechendes Glühen kann gewalzte Kupferfolie jedoch Kaltverfestigung und Eigenspannungen aufweisen, was ihre Verwendbarkeit einschränkt. Das Glühen ist ein entscheidender Prozess, der die Mikrostruktur der Kupferfolie verfeinert.KupferfolieDadurch werden die Materialeigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen verbessert. Dieser Artikel befasst sich mit den Prinzipien des Glühens, dessen Auswirkungen auf die Materialeigenschaften und dessen Eignung für verschiedene High-End-Produkte.

1. Der Glühprozess: Umwandlung der Mikrostruktur für überlegene Eigenschaften

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

1. Aufheizphase: DerKupferfoliewird auf seine Rekristallisationstemperatur erhitzt, die typischerweise zwischen 200 und 300 °C für reines Kupfer liegt, um die atomare Bewegung zu aktivieren.
2. HaltephaseDurch das Halten dieser Temperatur über 2-4 Stunden können sich verzerrte Körner zersetzen und neue, gleichachsige Körner mit einer Größe von 10-30 μm bilden.
3. KühlphaseEine langsame Abkühlrate von ≤5°C/min verhindert das Auftreten neuer Spannungen.

Unterstützende Daten:

• Die Glühtemperatur beeinflusst die Korngröße direkt. Beispielsweise werden bei 250 °C Körner von etwa 15 μm Größe erreicht, was zu einer Zugfestigkeit von 280 MPa führt. Eine Erhöhung der Temperatur auf 300 °C vergrößert die Körner auf 25 μm und reduziert die Festigkeit auf 220 MPa.
• Die richtige Haltezeit ist entscheidend. Bei 280 °C gewährleistet eine Haltezeit von 3 Stunden 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. Ofenkonstruktion: Die unabhängige Temperaturregelung mehrerer Zonen (z. B. Sechs-Zonen-Konfiguration) gewährleistet, dass die Temperaturschwankungen über die Breite der Folie innerhalb von ±1,5°C bleiben.
2. SchutzatmosphäreDurch die Zufuhr von hochreinem Stickstoff (≥99,999%) oder eines Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches (3%-5% H₂) wird der Sauerstoffgehalt unter 5 ppm gehalten, wodurch die Bildung von Kupferoxiden verhindert wird (Oxidschichtdicke <10 nm).
3. FördersystemSpannungsfreier Walzentransport erhält die Planheit der Folie. Moderne Vertikal-Glühöfen erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 120 Metern pro Minute und eine Tageskapazität von 20 Tonnen pro Ofen.

FallstudieEin Kunde, der einen Glühofen mit nicht-inertem Gaseinsatz verwendet, stellte eine rötliche Oxidation an der Oberfläche fest.KupferfolieDie Oberfläche wies einen Sauerstoffgehalt von bis zu 50 ppm auf, was beim Ätzen zu Graten führte. Durch den Einsatz eines Schutzgasofens konnte eine Oberflächenrauheit (Ra) von ≤ 0,4 μm erreicht und die Ätzausbeute auf 99,6 % verbessert werden.

3. Leistungssteigerung: Vom „industriellen Rohmaterial“ zum „Funktionsmaterial“

geglühte Kupferfolieweist deutliche Verbesserungen auf:

Diese Verbesserungen machen geglühte Kupferfolie ideal für:

1. Flexible Leiterplatten (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-BatterienWeichere Folien (HV<90) widerstehen der Rissbildung während der Elektrodenbeschichtung, und ultradünne 6μm Folien gewährleisten eine Gewichtskonstanz innerhalb von ±3%.
3. HochfrequenzsubstrateEine Oberflächenrauheit unter 0,5 μm reduziert den Signalverlust und verringert die Einfügungsdämpfung bei 28 GHz um 15 %.
4. Materialien zur elektromagnetischen AbschirmungDie Leitfähigkeit von 101 % IACS gewährleistet eine Schirmdämpfung von mindestens 80 dB bei 1 GHz.

4. CIVEN METAL: Wegweisende, branchenführende Glühtechnologie

CIVEN METAL hat mehrere Fortschritte in der Glühtechnologie erzielt:

1. Intelligente TemperaturregelungDurch die Nutzung von PID-Algorithmen mit Infrarot-Rückkopplung wird eine Temperaturregelungsgenauigkeit von ±1°C erreicht.
2. Verbesserte AbdichtungDoppelwandige Ofenwände mit dynamischer Druckkompensation reduzieren den Gasverbrauch um 30 %.
3. KornorientierungskontrolleDurch Gradientenglühen werden Folien mit variierender Härte entlang ihrer Länge und lokalen Festigkeitsunterschieden von bis zu 20 % hergestellt, die sich für komplexe Stanzteile eignen.

ValidierungDie rückwärtsbehandelte Folie RTF-3 von CIVEN METAL nach dem Tempern wurde von Kunden für den Einsatz in 5G-Basisstations-Leiterplatten validiert. Sie reduziert den dielektrischen Verlust auf 0,0015 bei 10 GHz und erhöht die Übertragungsraten um 12 %.

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

Glühen ist mehr als ein einfacher „Erhitzen-Kühlen“-Prozess; es ist eine komplexe Integration von Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Durch die gezielte Beeinflussung mikrostruktureller Merkmale wie Korngrenzen und Versetzungen,KupferfolieDer Übergang von einem „verformten“ zu einem „funktionalen“ Zustand bildet die Grundlage für Fortschritte in der 5G-Kommunikation, bei Elektrofahrzeugen und tragbarer Technologie. Da sich Glühprozesse hin zu mehr Intelligenz und Nachhaltigkeit entwickeln – wie beispielsweise die von CIVEN METAL entwickelten wasserstoffbetriebenen Öfen, die die CO₂-Emissionen um 40 % reduzieren –, ist gewalzte Kupferfolie bereit, neue Potenziale in zukunftsweisenden Anwendungen zu erschließen.