關(guān)于電解銅箔表面處理工藝相關(guān)內(nèi)容的探討

黃芳恩

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330000）

1 電解銅箔發(fā)展概述

眾所周知，電解銅箔在電子工業(yè)中是基礎(chǔ)材料之一，廣泛的應(yīng)用于電子行業(yè)中，對(duì)整個(gè)電子行業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。電解銅箔可分為三個(gè)發(fā)展期：發(fā)展起步期（1955－1970年），該時(shí)期中，印刷電路板用銅箔開(kāi)始生產(chǎn)，厚度是70～100μm?？焖侔l(fā)展期（1970－2000年），該時(shí)期中，18～35μm的銅箔在市場(chǎng)出現(xiàn)，且被日本的銅箔企業(yè)壟斷。發(fā)展成熟期（2000年至今），主要是在電池上應(yīng)用生產(chǎn)3～5μm的銅箔，世界各個(gè)國(guó)家對(duì)此都有著不同程度的研究進(jìn)展。

電解銅箔的生產(chǎn)品質(zhì)主要決定于生箔基體品質(zhì)，但在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，作為必須經(jīng)過(guò)的一道工序，表面處理工藝對(duì)最終產(chǎn)品品質(zhì)也有著直接的影響，電解銅箔表面處理工藝中不同成分溶液的使用、不同電流密度的設(shè)定都會(huì)使鍍層結(jié)構(gòu)以及銅箔性能發(fā)生不同的變化，如何達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量；還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)正確總結(jié)其關(guān)系進(jìn)行工藝優(yōu)化。

2 電解銅箔表面處理工藝及其價(jià)值

2.1 處理工藝

目前，在銅箔生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)外各銅箔生產(chǎn)廠家所應(yīng)用的工藝參數(shù)和表面處理工藝各不相同，但一般都包括抗氧化、耐熱和粗化三種處理工藝。在我國(guó)的銅箔生產(chǎn)中，比較常見(jiàn)的電解銅箔表面處理工藝可分為：原箔（生箔）——預(yù)處理——粗化——固化——電鍍異種金屬（合金鍍）——抗氧化——硅烷處理——干燥處理。

其中，原箔是指企業(yè)生產(chǎn)的未經(jīng)任何處理的箔材，我們也稱(chēng)生箔。預(yù)處理是指用特定的溶液清洗原箔表面，蝕刻表面，去除表面氧化層的過(guò)程。原箔經(jīng)制箔機(jī)生產(chǎn)后，儲(chǔ)存過(guò)程相對(duì)較短，其表面很容易產(chǎn)生氧化層，粗化前應(yīng)將其去除。粗化指的是在特定電解液中通過(guò)電解的作用，在銅箔毛面（陰極）發(fā)生銅沉積的過(guò)程，我們能提高銅箔的表面積，從而使電解銅箔的抗剝離強(qiáng)度提高。固化指的是基于粗化的基礎(chǔ)上，穩(wěn)固粗化效果，使銅箔的抗剝離強(qiáng)度進(jìn)一步提高。合金鍍指的是在銅箔粗化層面上再鍍一層其他金屬或者合金，使銅箔不和樹(shù)脂基材發(fā)生直接接觸，從而提高多層板后的耐熱性及銅箔壓制覆銅板及高溫抗剝離強(qiáng)度?？寡趸幚硗ǔＪ鞘广~箔作為陰極，通直流電，在銅箔表面沉積一層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的抗氧化膜，使銅箔表面與空氣不會(huì)直接發(fā)生接觸，從而達(dá)到抗氧化的目的。硅烷處理指的是在銅箔表面涂敷上一層硅烷有機(jī)膜，使其在提高抗氧化能力的同時(shí)還能進(jìn)一步提高銅箔與基材結(jié)合力。

2.2 工藝價(jià)值

從成品箔的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，在最初利用生箔機(jī)制造的生箔，其只有延伸率以及抗拉強(qiáng)度兩項(xiàng)物理性能滿(mǎn)足成品箔的標(biāo)準(zhǔn)，因此，還需要通過(guò)后續(xù)的工藝提升其側(cè)蝕性能、抗剝離強(qiáng)度、耐貯藏性能、抗氧化性能等，而提升這些性能，就需要采用表面處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。該工藝以生箔作為處理對(duì)象，通過(guò)處理槽利用燒焦鍍與包覆鍍使生箔粗糙的表面得到處理，形成均勻的結(jié)瘤狀銅粗化層，此粗化層能有效地提升銅箔的比表面積，較大程度提高樹(shù)脂滲透時(shí)的粘合力，增加銅箔毛面與樹(shù)脂之間的結(jié)合力，即：提高銅箔與基板的物理結(jié)合力。再通過(guò)電沉積銅-銻-鋅使生箔表面形成隔離層，因銅箔基板在焊接時(shí)，高溫產(chǎn)生的沖擊將導(dǎo)致銅箔與基材的分離，而該處理工藝可以在銅箔表面形成保護(hù)層，避免銅箔和基材直接接觸，以此來(lái)提升銅箔的耐熱性能。再次經(jīng)過(guò)電鍍鉻鋅鎳使生箔表面形成致密的高復(fù)雜性的抗氧化膜，使得銅箔不能直接與空氣進(jìn)行接觸，這一操作針對(duì)生箔毛面與光面。最終將硅烷耦合劑涂抹于生箔的毛面，形成硅烷處理層，此工藝處理目的是提升抗氧化能力和銅箔與基材的化學(xué)結(jié)合力。經(jīng)過(guò)這一系列的處理，生箔的剝離強(qiáng)度、側(cè)蝕性能、常溫耐貯藏、高溫防氧化和化學(xué)粘合力等性能都得到了有效提升[1]。

3 實(shí)驗(yàn)分析電解銅箔表面處理工藝對(duì)銅箔性能及鍍層結(jié)構(gòu)影響

基于上述原理展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，分為5次實(shí)驗(yàn)：第一次實(shí)驗(yàn)：1.原料箔（生箔）進(jìn)行預(yù)處理，使用18m電解銅箔，其毛面粗糙度將達(dá)到RZ3.0m，再用濃度為10%的硫酸溶液酸洗銅箔20s，再進(jìn)行水洗；2.形成粗化層；3.形成復(fù)合層；4.形成常規(guī)硅烷耦合處理層；5.查看鍍層結(jié)構(gòu)；6.高溫抗氧化后觀察顏色變化；7.展開(kāi)耐濕實(shí)驗(yàn)；8.檢測(cè)剝離強(qiáng)度；9.計(jì)算蝕刻因子。第二次實(shí)驗(yàn)與第一次試驗(yàn)在第二步驟存在差異，處理?xiàng)l件進(jìn)行調(diào)整，降低銅、溫度、電流密度以及處理時(shí)間。第三次實(shí)驗(yàn)第二步驟處理?xiàng)l件提高了銅含量。第四次實(shí)驗(yàn)第三步驟在第一次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上調(diào)整處理?xiàng)l件，降低銅、鋅、鎳、銻的含量。第五次實(shí)驗(yàn)第三步驟提高銻的含量。具體信息如表1、表2所示。

表2 復(fù)合層實(shí)驗(yàn)處理?xiàng)l件

表1 粗化層實(shí)驗(yàn)處理?xiàng)l件

實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果如表3所示。

表3 電解銅箔表面處理工藝條件與鍍層結(jié)構(gòu)、銅箔性能變化

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章基于電解銅箔表面處理工藝原理，分5次實(shí)驗(yàn)設(shè)定不同處理?xiàng)l件，分析工藝條件變化與鍍層結(jié)構(gòu)、銅箔性能之間的變化，發(fā)現(xiàn)在銅箔處理過(guò)程中，Cu2+濃度處于20%～30%、電流密度處于25A/dm2～35A/dm2時(shí)，能夠使剝離強(qiáng)度處于最佳狀態(tài)；鋅含量過(guò)高會(huì)影響蝕刻因子、鉻含量過(guò)高影響棕化。因此，在電解銅箔表面處理工藝過(guò)程中，應(yīng)合理調(diào)整處理的工藝條件，才能很好地保證銅箔產(chǎn)品質(zhì)量。