鋁箔電鍍銅和錫的工藝

曾海軍

（山東天諾光電材料有限公司，山東 濟(jì)南 250300）

鋁箔電鍍銅和錫的工藝

曾海軍

（山東天諾光電材料有限公司，山東 濟(jì)南 250300）

對鋁箔表面進(jìn)行等離子體清洗并磁控濺射鎳銅合金中間層后再電鍍，得到了致密、結(jié)合力好的銅、錫電鍍層。討論了等離子清洗時(shí)的電壓、磁控濺射時(shí)的負(fù)偏壓及中間層的合金組成對后續(xù)鍍層結(jié)合力的影響。指出了電鍍銅時(shí)的電源波形及電鍍錫時(shí)的溫度對鍍層性能的影響。采用該工藝制備的覆銅鋁箔，其成本僅為普通銅箔的1/4，弱酸性鍍錫后鍍層的可焊性良好。

鋁箔；等離子清洗；磁控濺射；銅；錫；電鍍；結(jié)合力

Author’s address:Shandong Tiannuo Photoelectric Material Co., Ltd., Jinan 250300, China

1 前言

鋁箔具有質(zhì)輕、密閉、和包覆性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電子、包裝、建筑等領(lǐng)域，尤其是新興生物工程、能源、和環(huán)保等相關(guān)技術(shù)的革新，鋁箔的用途和亟待開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域及相關(guān)的技術(shù)拓展越來越廣闊。鋁是很活潑的兩性金屬，具有高度的親氧性，在其表面很容易形成氧化膜，給鋁箔電鍍帶來很大困難。要想在鋁箔上獲得良好的電鍍層，電鍍前的處理是一道關(guān)鍵工序。在電子應(yīng)用領(lǐng)域，為了增加鋁的導(dǎo)電性和焊接性，需要在其表面電鍍銅和錫等金屬，目前國內(nèi)外許多研究大多是采用化學(xué)的方法，預(yù)浸和化學(xué)鍍相結(jié)合，處理工藝較復(fù)雜。筆者經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，采用表面等離子體清洗與磁控濺射中間層的預(yù)處理方法加電鍍的工藝，在鋁表面獲得了結(jié)晶細(xì)致、光亮、焊接性好、結(jié)合力強(qiáng)的銅、錫鍍層。在鋁箔表面電鍍一定厚度的銅，可以代替銅箔使用，廣泛應(yīng)用于電磁屏蔽領(lǐng)域、印刷電路板和鋰離子電池集流體等方面，從而節(jié)約大量的銅材；亦可單獨(dú)用于電鍍錫層或者是銅加錫鍍層，應(yīng)用于一些新興的電子領(lǐng)域。

2 工藝介紹

2. 1 材料

采用厚度為0.033 mm的硬質(zhì)光箔，以LG3的高純鋁軋制。從卷狀鋁箔上裁切出10 cm × 10 cm的試片備用。

2. 2 工藝流程

等離子體清洗─偏壓濺射中間層(鎳銅合金)─電鍍銅/或錫鍍層。

2. 3 工序說明

2. 3. 1 表面清洗

硬質(zhì)光箔未經(jīng)軟化處理，表面有殘油，必須脫脂處理。脫脂采用等離子體清洗，它屬于干式工藝，處理后表面無殘留物，適合環(huán)境保護(hù)的需要。該處理不影響基體固有的性能，而且作用時(shí)間短，效率高，過程易控制。工藝參數(shù)為：放電真空度33 Pa，加載氣體為Ar、O2等，處理功率150 W，時(shí)間1 ～ 3 min。

2. 3. 2 磁控濺射中間層

操作條件為：基礎(chǔ)真空度＜5.5 × 10-3Pa，濺射氣壓0.12 ～ 0.20 Pa，靶與基片的距離60 ～ 100 mm，濺射功率100 W，靶直徑60 mm，直流負(fù)偏壓60 V。

2. 3. 3 電鍍銅

鍍液組成及操作條件為：硫酸銅180 ～ 220 g/L，濃硫酸40 ～ 90 g/L，氯離子40 ～ 90 mg/L，開缸劑4 ～8 mL/L，光亮劑A 0.3 ～ 0.8 mL/L，光亮劑B 0.2 ～0.5 mL/L，溫度20 ～ 40 °C，陰極電流密度1 ～ 6 A/dm2，空氣攪拌，磷銅陽極(磷含量0.03% ～ 0.06%)。

開缸劑和光亮劑為德國進(jìn)口產(chǎn)品，該工藝所得鍍層不易產(chǎn)生針孔，光澤度高，內(nèi)應(yīng)力低，延展性好，厚度均勻；沉積速度快，鍍液穩(wěn)定，對雜質(zhì)的容忍度高。

2. 3. 4 弱酸性鍍錫[1]

鍍液配方及工藝條件為：甲基磺酸亞錫(錫含量300 g/L)50 mL/L(相當(dāng)于Sn2+12 ～ 18 g/L)，開缸劑500 mL/L，純水450 mL/L，pH 2.3 ～ 3.5，波美度13 ～17 °Bé，溫度20 ～ 30 °C，陰極電流密度0.1 ～ 1.0 A/dm2，陰、陽極面積比1∶1，鍍液強(qiáng)制循環(huán)攪拌。

開缸劑中含有配位劑、導(dǎo)電鹽、分散劑和 Sn2+穩(wěn)定劑等，其作用是：導(dǎo)電、配位錫離子、增大陽極極化，使鍍層結(jié)晶細(xì)致；穩(wěn)定 Sn2+，防止其氧化及后續(xù)的水解：穩(wěn)定溶液的密度。

3 鍍層性能

3. 1 結(jié)合力

3. 1. 1 彎曲法

把試樣彎曲折斷，斷口處鍍層無起皮、脫落。

3. 1. 2 熱震實(shí)驗(yàn)

把試樣放在加熱爐中加熱至150 °C，保溫1 h，然后放入水中急冷，鍍層無起泡、脫落。

3. 2 可焊性

按照GB/T 16475–1997《金屬覆蓋層產(chǎn)品釬焊性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，采用無鉛焊料對銅加錫鍍層進(jìn)行可焊性試驗(yàn)，焊層光滑、光亮、均勻，未見鍍層起皮或脫落。

4 前處理對鍍層結(jié)合力的影響

4. 1 等離子體清洗工藝的影響

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，清洗過程中高能量的離子會(huì)使基片表面產(chǎn)生濺射，導(dǎo)致存在于真空室內(nèi)的雜質(zhì)部分分解，生成的分解產(chǎn)物反而使基片表面受到污染，最終引起鍍層起泡、脫落。所以，施加500 ～ 1 000 V的電壓引起低能量的輝光放電時(shí)，清洗處理效果較好。

4. 2 磁控濺射時(shí)負(fù)偏壓的影響

通過對基材施加負(fù)偏壓，吸引等離子體中的陽離子對基材表面轟擊，使靶材的濺射分子有足夠的能量結(jié)晶；同時(shí)使附著不牢固的靶材分子從材料上剝離；保證了濺射金屬層的附著強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明，負(fù)偏壓在60 V時(shí)，所得鍍層均勻、致密，結(jié)合力良好。

4. 3 中間層材質(zhì)的影響

作為中間層的鎳銅400合金是一種綜合性能極佳的耐蝕合金，一般不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于85%的硫酸中都是耐蝕的，保證了鍍銅時(shí)不易被擊穿，從而獲得致密、結(jié)合力高的鍍層。

5 電鍍條件對鍍層性能的影響

5. 1 鍍銅時(shí)的電源波形

與直流鍍銅層相比，脈沖鍍銅層的表面更平整、光滑，結(jié)晶度更優(yōu)，與基底的結(jié)合更好，抗腐蝕性能也更高。

5. 2 電鍍錫的溫度對鍍層質(zhì)量的影響

實(shí)驗(yàn)表明，提高鍍液的溫度可以增大允許使用的電流密度和提高鍍液的分散能力，但如果溫度過高，低電流密度區(qū)容易出現(xiàn)漏鍍。降低鍍液溫度，可提高鍍液的穩(wěn)定性和覆蓋能力，但如果溫度過低，鍍液的分散能力和可操作的電流密度都會(huì)降低，高電流密度區(qū)容易燒焦、發(fā)暗。在保證鍍層質(zhì)量的前提下，溫度一般控制在20 ～ 30 °C。

6 應(yīng)用

本工藝已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，高真空磁控濺射卷繞鍍膜設(shè)備加卷對卷的電鍍設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)，可以生產(chǎn)厚度為0.006 ～ 0.1 mm的鋁箔，其成本僅為銅箔的1/4，生產(chǎn)過程控制簡單，產(chǎn)品合格率高。

本工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電磁屏蔽領(lǐng)域，制作銅箔膠帶等。該產(chǎn)品已通過美國ASTM D-1000標(biāo)準(zhǔn)檢測，可以屏蔽電磁信號，除了應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦及其他數(shù)碼產(chǎn)品之外，在諸如電動(dòng)玩具電路板、LED組裝、電腦電源適配器制造等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用空間。

[1] 丁運(yùn)虎, 毛祖國, 何杰, 等. BSn-500弱酸性鍍錫工藝[J]. 電鍍與涂飾, 2007, 26 (2): 19-21.

Process for electroplating copper and tin on aluminum foil //

ZENG Hai-jun

Compact and well-adhesive copper and tin coatings were electroplated on aluminum foils, which were treated previously by plasma cleaning and magnetron sputtering of a mid-layer Ni–Cu alloy coating. The effects of the voltage during plasma cleaning, the negative bias voltage in magnetron sputtering, and the composition of mid-layer alloy coating on adhesion of successively electroplated coatings were discussed. The effects of the current waveform in copper electroplating and the temperature in tin electroplating on coating quality were described. The cost of the copper-coated aluminum foils produced by the process is only one fourth of that of common copper foils. The tin coatings obtained from a weakly acidic plating bath has good weldability.

aluminum foil; plasma cleaning; magnetron sputtering; copper; tin; electroplating; adhesion

TG174.444; TQ153.1

A

1004 – 227X (2011) 06 – 0012 – 02

2010–11–01

2011–01–08

曾海軍（1971–），男，山東鄆城人，技術(shù)員，主要從事物理沉積和電化學(xué)沉積結(jié)合方面的研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) yczjmzhj88@163.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]