紅化箔耐熱層工藝改進(jìn)研究

王 斌

(江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096)

1 引言

自銅箔公司開發(fā)出紅化箔表面處理工藝以來，紅化箔的產(chǎn)量大約占了銅箔產(chǎn)品的40%左右，給公司帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也逐步在下游客戶的使用過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如色差誤報(bào)警和爆板等問題。究其原因，主要是因?yàn)槟壳凹t化箔毛面顏色與國內(nèi)主流廠家的色系有差別，且耐熱性較差所致。本文針對(duì)紅化箔用戶反饋的問題，在銅箔中試線上開展了研究。

2 紅化箔物性對(duì)比

為了找到和其他廠家紅化箔的差異，公司對(duì)紅化箔樣品的物性進(jìn)行了分析和對(duì)比，表1 列出了不同廠家紅化箔樣品的測(cè)試結(jié)果，由表中數(shù)據(jù)可以看出，公司紅化箔和其他廠家的主要差異是公司的紅化箔毛面沒有鍍鎳，而其他廠家毛面鍍了鎳，這是造成毛面顏色差異以及高溫抗剝損失大的主要原因。

表1 紅化箔物性對(duì)比

3 銅箔耐熱層處理

所謂耐熱阻擋層就是在鍍銅粗化層處理之后再電鍍一層其他金屬［1-2］，以提高銅箔的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性和耐側(cè)蝕能力等。目前公司紅化箔耐熱層處理采用發(fā)展較早、工藝比較成熟的鍍鋅處理，該工藝具有穩(wěn)定性好、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)含量較低。隨著電子產(chǎn)品向“密、薄、平”方向的發(fā)展，下游廠家對(duì)銅箔產(chǎn)品的要求也越來越高，該工藝已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)發(fā)展的要求，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前市場(chǎng)上銅箔產(chǎn)品的阻擋層主要有鍍鋅處理、鍍鎳處理［3］、鍍二元合金(鋅鎳合金［4］等)處理及多元合金處理等方式。在公司現(xiàn)有鍍鋅工藝基礎(chǔ)上研究出適合生產(chǎn)實(shí)際情況且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的改動(dòng)及影響最小的鋅鎳合金鍍工藝，具有非常重要的意義，將對(duì)公司產(chǎn)品質(zhì)量以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提升起到很大的作用。

4 鋅鎳合金鍍研究

紅化箔毛面鍍鎳有單獨(dú)鍍鎳、鋅鎳混合鍍和鎳鉻混合鍍?nèi)N方式。針對(duì)公司紅化箔生產(chǎn)的實(shí)際情況，目前二期的處理機(jī)因電解槽的限制不具備單獨(dú)鍍鎳的條件，而鎳鉻混合電鍍又存在因鍍鉻槽電解液堿性過高容易導(dǎo)致鎳沉淀的問題，故最終選擇了鋅鎳混合電鍍的工藝。原鍍鋅電解液是由硫酸鋅和絡(luò)合劑焦磷酸鉀混合溶解而成，電解液指標(biāo)為:Zn2+:2～5g/L，K4P2O7:80～150g/L，pH:9～12。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將硫酸鎳溶解成水溶液后緩慢加入到鍍鋅電解液中并不斷攪拌，硫酸鎳能夠完全的溶解而不產(chǎn)生沉淀，可見在原鍍鋅電解液中加入硫酸鎳的方法完全可行。

針對(duì)新的鋅鎳混合電解液，公司在銅箔中試線上做了大量的實(shí)驗(yàn)，表2 列出了部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，鋅鎳混合的電解液送電后鋅和鎳能夠發(fā)生共沉積，銅箔毛面顏色以及高溫抗剝離強(qiáng)度也明顯得到了改善。為了獲得理想的鋅鎳合金鍍層，公司還對(duì)溶液成份以及電鍍電流進(jìn)行了研究。通過不斷調(diào)整溶液中鋅和鎳的濃度以及處理機(jī)鍍鋅段亮面和毛面的電流，來調(diào)整銅箔表面鍍鋅和鍍鎳的成份，并測(cè)試其對(duì)銅箔的高溫抗剝損失率、抗氧化、耐鹽酸損失率、蝕刻殘銅等特性的影響(見表2)。

表2 部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，最終得到了以下結(jié)論:(1)溶液中的鎳含量過低時(shí)毛面含鎳量也偏低，高溫抗剝強(qiáng)度改善不明顯;而溶液中鎳含量過高時(shí)鍍液不穩(wěn)定，鎳無法完全溶解，溶液會(huì)變渾濁，且存在蝕刻殘銅風(fēng)險(xiǎn)。(2)溶液中的鋅含量過低時(shí)容易造成銅箔抗氧化失敗，而溶液中鋅含量過高時(shí)又會(huì)影響到鎳的沉積。(3)將溶液中鋅和鎳的含量分別控制在2.5 ±0.5g/L 和1.0 ±0.5g/L，并且將亮面和毛面的電流分別控制在20 ±5A 和25 ±5A 時(shí)能夠獲得毛面顏色、高溫抗剝損失和抗氧化等特性都滿足要求的產(chǎn)品。

5 現(xiàn)場(chǎng)推廣

通過前期大量的小試和中試實(shí)驗(yàn)的論證，公司最終將鋅鎳混合鍍工藝推廣到了現(xiàn)場(chǎng)。由于本工藝只是在原鍍鋅溶液中補(bǔ)加鎳，故基本對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沒有什么影響，只需增加一個(gè)硫酸鎳的小配置罐，并增加一個(gè)計(jì)量泵來實(shí)現(xiàn)硫酸鎳的緩慢穩(wěn)定加入;同時(shí)由于鍍液對(duì)pH 值的要求較高，pH 過高將直接導(dǎo)致鍍液變渾濁，影響電鍍效果，故調(diào)節(jié)pH 值時(shí)堿液的加入方式及位置也需要做相應(yīng)的調(diào)整;為了保證鍍液的穩(wěn)定性，使鋅和鎳能夠完全溶解，可以適當(dāng)提高焦磷酸鉀的指標(biāo)以增加絡(luò)合效果，同時(shí)需要嚴(yán)格控制溶液的pH 值，避免溶液變渾濁。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，pH 值控制在10～11 之間時(shí)比較合適。

自鋅鎳混合鍍工藝現(xiàn)場(chǎng)推廣以來，目前紅化箔的高溫抗剝離損失率已基本控制在30%以內(nèi)，且毛面顏色也能夠滿足客戶的要求，抗氧化等特性也得到了明顯的改善。

6 結(jié)語

針對(duì)紅化箔存在的問題，公司開展了耐熱層工藝的研究，通過鋅鎳混合鍍工藝取代原鍍鋅工藝，紅化箔的耐熱性等性能得到了明顯的改善，產(chǎn)品的質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了提升。接下來公司將進(jìn)一步優(yōu)化目前的鋅鎳混合鍍工藝，穩(wěn)定各工藝參數(shù)，并在二元合金鍍的基礎(chǔ)上研究三元合金鍍工藝。

［1］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.

［2］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.

［3］趙為上，談定生，王勇，等.電解銅箔鍍鎳處理及其性能的研究［J］.電鍍與精飾，2006，28(4):14 -16.

［4］余方新，金瑩.電解銅箔表面鋅鎳復(fù)合鍍研究［J］.銅業(yè)工程，2010(1):72 -74.

［5］楊培霞，安茂忠，胡旭日，等.印制板用電解銅箔后處理工藝的研究［J］.電鍍與涂飾，2005，24(8):42 -45.

［6］王征，安茂忠，胡旭日，等.電沉積Zn -Ni -Sn 合金工藝研究［J］.材料工程，2006(4):37 -40，55.

［7］楊祥魁，胡旭日，鄭小偉.高精電解銅箔環(huán)保型表面處理工藝研究［J］.電鍍與涂飾，2008，27(3):29 -32.