Медная фольга

Медная фольга — это тонкий листовой материал из меди, получаемый методом прокатки или электролитического осаждения. Толщина медной фольги обычно варьируется от 5 до 100 мкм (микрометров), что делает её гибкой и пригодной для использования в электротехнике, электронике, декоративно-прикладном искусстве и производстве печатных плат. Основными свойствами материала являются высокая электропроводность, теплопроводность, коррозионная стойкость (при наличии защитного покрытия) и пластичность.

История

Медь известна человечеству с древнейших времён, однако получение тонких листов (фольги) стало возможным с развитием кузнечного дела и прокатки. В древности медные листы ковали вручную, добиваясь толщины в доли миллиметра. В Средние века и в эпоху Возрождения медную фольгу использовали для чеканки, изготовления окладов икон и декоративных элементов. С началом промышленной революции в XIX веке прокатка меди стала механизированной, что позволило получать рулоны фольги стандартной толщины.

Ключевым этапом в развитии медной фольги стало изобретение электролитического метода получения в начале XX века. В 1930-х годах компания Anaconda Copper Mining Company (США) начала промышленное производство электролитической медной фольги, которая обладала более равномерной толщиной и гладкой поверхностью по сравнению с прокатной. В 1950-х годах, с развитием печатных плат, медная фольга стала незаменимым материалом в электронной промышленности. В СССР производство медной фольги было налажено на заводах цветной металлургии, например, на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов.

Способы производства

Существует два основных способа производства медной фольги: прокатка и электролитическое осаждение.

Прокатка

Прокатная медная фольга (Rolled Annealed Copper, RA) изготавливается путём многократного пропускания медной заготовки через валки прокатного стана. В процессе прокатки медь подвергается деформации, что приводит к упрочнению металла. Для восстановления пластичности фольгу подвергают отжигу. Прокатная фольга обладает высокой плотностью, гладкой поверхностью и хорошей гибкостью. Её толщина может достигать 5–10 мкм. Основной недостаток — относительно высокая стоимость и ограниченная ширина рулона (до 600 мм).

Электролитическое осаждение

Электролитическая медная фольга (Electrodeposited Copper, ED) получается в гальванических ваннах. На вращающийся титановый барабан (катод) из раствора сернокислой меди осаждается слой меди. Толщина слоя регулируется силой тока и скоростью вращения барабана. После осаждения фольга снимается с барабана и сматывается в рулон. Электролитическая фольга имеет характерную шероховатую поверхность со стороны осаждения (матовая сторона) и гладкую со стороны барабана (блестящая сторона). Этот метод позволяет получать фольгу большой ширины (до 1500 мм) и низкой стоимости. Толщина варьируется от 12 до 100 мкм.

Классификация и виды

Медную фольгу классифицируют по нескольким признакам.

По способу производства

• Прокатная (RA) — высокая пластичность, гладкая поверхность, используется в гибких печатных платах.
• Электролитическая (ED) — шероховатая поверхность, хорошая адгезия к диэлектрикам, используется в жёстких печатных платах.

По толщине

• Тонкая (5–18 мкм) — для гибких плат и высокочастотных устройств.
• Стандартная (18–35 мкм) — для большинства печатных плат.
• Толстая (35–100 мкм) — для силовых цепей и устройств с высокими токами.

По наличию покрытия

• Без покрытия — голая медь, склонна к окислению.
• С пассивацией — покрытие слоем хрома или цинка для защиты от коррозии.
• С клеевым слоем — для крепления к подложке (например, в витражах).
• С лаковым покрытием — для декоративных целей.

По назначению

• Электротехническая — для обмоток трансформаторов, экранирования.
• Электронная — для печатных плат (фольгированный диэлектрик).
• Декоративная — для чеканки, витражей, скрапбукинга.
• Художественная — для гравюры, тиснения.

Применение

Электроника и электротехника

Основная область применения медной фольги — производство печатных плат (ПП). Фольга наклеивается на диэлектрическую подложку (стеклотекстолит, полиимид) и затем подвергается травлению, формируя токопроводящие дорожки. Электролитическая фольга используется в жёстких ПП (FR-4), прокатная — в гибких (FPC). Также медная фольга применяется для экранирования кабелей, изготовления трансформаторов, дросселей и высокочастотных компонентов.

Декоративно-прикладное искусство

Медная фольга широко используется в технике «тиффани» (витражи). Листы фольги оборачиваются вокруг краёв стеклянных деталей, которые затем спаиваются оловянным припоем. Также фольга применяется для чеканки, барельефов, создания украшений и элементов интерьера. В России медная фольга популярна у мастеров-ювелиров и реставраторов.

Строительство и архитектура

Медная фольга используется для гидроизоляции, пароизоляции и декоративной отделки. Её наносят на кровли, фасады, купола. Благодаря коррозионной стойкости и красивому зелёному налёту (патина) медь является престижным материалом.

Прочие области

• Медицина — антибактериальные покрытия (медь убивает бактерии).
• Химическая промышленность — катализаторы, электроды.
• Металлургия — компонент для производства сплавов.
• Искусство — гравюра (офорт), где медная пластина травится кислотой.

Характеристики и стандарты

Качество медной фольги регламентируется международными и национальными стандартами. В России действуют ГОСТ 5638-75 (фольга медная для электротехнических целей) и ГОСТ 1173-93 (ленты и фольга медные). Основные параметры:

• Чистота меди — не менее 99,9% (марка М1).
• Предел прочности — 200–350 МПа (зависит от толщины и отжига).
• Относительное удлинение — 2–15% (для прокатной фольги выше).
• Удельное электрическое сопротивление — 0,01724 Ом·мм²/м (при 20 °C).
• Шероховатость — для электролитической фольги Rz 3–10 мкм.

Интересные факты

• Медная фольга используется в производстве «медных» монет (например, российские монеты номиналом 5 и 10 копеек до 2006 года имели стальную основу, покрытую медной фольгой).
• В древности медную фольгу применяли для мумификации — ею оборачивали внутренние органы фараонов.
• Электролитическая медная фольга может быть изготовлена с одной очень гладкой стороной (зеркальный блеск), что используется в оптике.
• В годы Второй мировой войны медная фольга использовалась для изготовления радиолокационных отражателей (дипольных антенн).

Критика и ограничения

Основным недостатком медной фольги является её подверженность окислению на воздухе, особенно при повышенной влажности. Окисная плёнка (чёрная или зелёная) ухудшает паяемость и электропроводность. Для защиты фольгу покрывают лаком, пассивируют или хранят в вакуумной упаковке. Также медь является дорогим материалом, что ограничивает её применение в бюджетных изделиях. В ряде случаев медную фольгу заменяют алюминиевой (дешевле) или никелевой (коррозионная стойкость).

Источники

• ГОСТ 5638-75. Фольга медная для электротехнических целей. Технические условия.
• ГОСТ 1173-93. Ленты и фольга медные. Технические условия.
• «Медь и её сплавы» / под ред. И. Н. Фридляндера. — М.: Металлургия, 1988.
• «Технология производства печатных плат» / В. А. Баранов. — М.: Радио и связь, 1990.
• «Медная фольга: свойства, производство, применение» // Журнал «Цветные металлы», № 5, 2015.
• IPC-4562 (Стандарт на медную фольгу для печатных плат).