壓延銅箔表面處理工藝的初步研究

王 斌

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司加工事業(yè)部，江西 南昌 330096)

1 引言

銅箔根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同可以分為壓延銅箔和電解銅箔兩種[1]。

由于壓延銅箔是將銅錠經(jīng)過不斷的碾軋而制成，其結(jié)晶形態(tài)呈片狀結(jié)構(gòu)，具有良好的延展性及耐撓曲能力，故壓延銅箔常用于撓性覆銅板(FCCL)中;同時(shí)由于致密度較高、表面粗糙度較低，有利于高頻信號的快速傳輸，減少信號的損失，因此壓延銅箔也常用于高頻高速傳送、精細(xì)線路的PCB等高端產(chǎn)品中[2－5]。

壓延銅箔表面非常的光滑，表面粗糙度(Rz)一般只有1μm左右，未經(jīng)過處理的銅箔表面基本無法與樹脂壓合，為了提高銅箔與基板的粘結(jié)力，需要對銅箔表面進(jìn)行粗化處理，在銅箔表面電鍍一層瘤狀結(jié)晶顆粒，以增加銅箔的表面粗糙度。

正因?yàn)楸砻娼Y(jié)構(gòu)和使用用途的不同，壓延銅箔的表面處理工藝有別于電解銅箔，相比于電解銅箔要求也更高，既要保證粗化后與基板的結(jié)合力，還必須考慮過分粗化造成的側(cè)蝕現(xiàn)象等。由于銅箔行業(yè)的技術(shù)壁壘，目前較成熟的壓延銅箔表面處理工藝只掌握在少數(shù)國外廠家手中，而國內(nèi)的相關(guān)研究也比較匱乏。

為了獲得適合壓延銅箔的表面處理工藝，本文對不同條件下的粗化工藝進(jìn)行了初步研究。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

本實(shí)驗(yàn)在銅箔公司表處中試線上進(jìn)行，電解液采用生產(chǎn)現(xiàn)場溶液或自配溶液，各溶液指標(biāo)與現(xiàn)場二期溶液指標(biāo)相同，所使用的壓延銅箔為某企業(yè)所提供的壓延銅箔，其物性參數(shù)如表1所示，兩面的電鏡如圖1所示。

表1 壓延銅箔物性表

圖1 壓延銅箔兩面SEM

3 電解銅箔常規(guī)表面處理工藝

電解銅箔的表面處理主要包括粗化層處理、耐熱層處理、鈍化層處理及涂膜處理等。粗化層處理主要提高銅箔的物理抗剝離特性，耐熱層處理主要提高銅箔的高溫耐熱性，鈍化層處理主要提高銅箔的抗氧化能力，涂膜處理主要提高銅箔的化學(xué)抗剝離特性。常見的表處工藝流程為:放卷－酸洗－粗化－固化－粗化－固化－水洗－鍍鋅鎳合金－水洗－鍍鉻－水洗－涂硅烷－烘干－收卷。中試線上電解銅箔表面處理的各工藝參數(shù)如表2所示，處理后的電鏡如圖2所示。經(jīng)過表面處理的電解銅箔(18μm)的毛面Rz值約為6.5μm左右，抗剝離強(qiáng)度約為1.35kg/cm左右。

表2 中試線表面處理工藝參數(shù)

圖2 電解銅箔表面處理后SEM(18μm)

4 壓延銅箔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工藝

壓延銅箔表面處理采取的工藝流程[5－6]為:放卷－除油－水洗－酸洗－粗化－固化－粗化－固化－水洗－鍍鋅鎳合金－水洗－鍍鉻－水洗－涂硅烷－烘干－收卷。在壓延銅箔的制造過程中，會(huì)使用軋制油與乳化液進(jìn)行潤滑和冷卻。雖然在進(jìn)行退火時(shí)能夠除油，但仍然會(huì)有少量油污殘余，由圖1可以明顯看到銅箔表面附著的油污點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)若不進(jìn)行除油處理，將會(huì)影響電鍍的效果，不僅污染溶液，影響抗剝結(jié)果，同時(shí)箔面也會(huì)產(chǎn)生明顯的花斑，影響外觀，故需對銅箔進(jìn)行嚴(yán)格的除油和酸洗處理。因表處中試線條件限制，酸洗前無法進(jìn)行除油處理，故采取過兩遍處理機(jī)的辦法，先對銅箔進(jìn)行除油并水洗后收卷，再進(jìn)行后續(xù)電鍍處理。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)采用NaOH水溶液能夠有效的去除銅箔表面的油污，再經(jīng)過酸洗以進(jìn)一步去除銅箔表面的氧化膜及堿性殘留物，通過堿洗和酸洗處理后，箔面花斑問題得到了明顯改善。粗化和固化處理是本次實(shí)驗(yàn)的主要研究對象，通過調(diào)整粗化和固化的電流值及處理機(jī)速度，觀察其對銅箔結(jié)晶形態(tài)、Rz及抗剝離強(qiáng)度的影響。鍍鋅鎳合金及鍍鉻等工序則參照電解銅箔的處理電流進(jìn)行設(shè)定，并根據(jù)箔面情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本次共做了6組對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示，電鏡如圖3所示。

圖3 各組實(shí)驗(yàn)處理面SEM

表3 各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比表

由第1組和第6組實(shí)驗(yàn)可以看出，處理機(jī)速度過高時(shí)，抗剝離強(qiáng)度偏低，故處理壓延銅箔需降低處理機(jī)速度;由第3組實(shí)驗(yàn)可以看出，采用一期XP1含As粗化液時(shí)，粗化結(jié)晶較大且不均勻，分層明顯，Rz偏高;由第4組實(shí)驗(yàn)可以看出，只采用一次粗化加固化時(shí)，粗化效果不夠，抗剝離強(qiáng)度偏低;由第2組和第5組實(shí)驗(yàn)可以看出，采用二期CU1含某添加劑粗化液時(shí)，粗化結(jié)晶細(xì)致而均勻，Rz及抗剝離強(qiáng)度都比較適中。綜合各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用第2組實(shí)驗(yàn)方法獲得的粗化效果較理想。

由于壓延銅箔的處理速度相對于電解銅箔有所下降，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鍍鋅鎳后銅箔亮面和毛面顏色均偏深，故對鍍鋅鎳和鍍鉻段電流進(jìn)行了調(diào)整，鍍鋅鎳段亮面電流為10A毛面電流為20A，鍍鉻段亮面電流為6A毛面電流為22A，調(diào)整電流后的銅箔顏色、高溫抗剝損失及抗氧化等特性均能滿足要求。

6 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)研究了壓延銅箔的表面處理工藝。通過調(diào)整電解液、粗化段電流及處理機(jī)速度等參數(shù)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，探討了其對壓延銅箔粗化效果的影響，并找到了壓延銅箔獲得理想粗化效果的方法，對今后低輪廓度、超低輪廓度電解銅箔、撓性電解銅箔以及雙面處理電解銅箔等的表面粗化處理起到了一定的指導(dǎo)作用。

當(dāng)前處理機(jī)若要適應(yīng)壓延銅箔的處理，則需增加堿洗槽和水洗槽，且需降低處理速度;若想增加處理速度，提高生產(chǎn)效率，則需另外增加粗化槽和固化槽，將目前的兩次粗固化處理增加到四次粗固化處理，改造后的處理機(jī)既能滿足粗化效果，又不影響生產(chǎn)效率，且壓延銅箔和電解銅箔可以通用。

[1]黃潔.銅箔的生產(chǎn)技術(shù)及發(fā)展趨向[J].銅業(yè)工程，2003(2):83－86.

[2]趙京松.壓延銅箔的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].上海有色金屬，2012，33(2):96－99.

[3]祝大同.撓性PCB用基板材料的新發(fā)展(4)—FPC用壓延銅箔的新成果[J].印制電路信息，2005(5):6－10.

[4]余德超，談定生，王勇，等.印制板用銅箔表面處理工藝研究進(jìn)展[J].電鍍與涂飾，2006，25(12):10－13.

[5]余德超，談定生，王松泰，等.印制板用壓延銅箔鍍銅粗化工藝[J].電鍍與涂飾，2007，26(10):33－35.

[6]劉書禎.印制電路板用銅箔的表面處理[J].電鍍與精飾，2008，30(2):17－21.