高耐熱性電解銅箔表面處理工藝初探

郭志航

廣東嘉元科技股份有限公司 廣東 梅州 514759

前言

銅箔作為電子元件最為關(guān)鍵的部位，廣泛應(yīng)用于日常生活中。小到家用電器，大到航天設(shè)備。而在使用之前，銅箔需要進(jìn)行粗化、固化、鈍化等多道工序處理。而電子工業(yè)的興起，以手機(jī)、電腦為代表的精密電子設(shè)備朝著功能多化、深度化發(fā)展。對(duì)于銅箔工藝提出了更高的要求。目前，能夠在銅箔與基板結(jié)合力和銅箔的耐熱性這兩個(gè)問題之間采取一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，大多數(shù)電解銅箔企業(yè)選擇采用例如增加粗化、固化等方式，并加入合適的催化劑，從而制造出高耐熱性的電解銅箔。同時(shí)，采取各道工序的電解液中屏除掉有害物質(zhì)，降低對(duì)于環(huán)境的破壞程度[1]。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 鈍化實(shí)驗(yàn) 使用工廠實(shí)際生產(chǎn)所需的鈍化液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考慮到實(shí)驗(yàn)室后續(xù)對(duì)廢水處理難度不亞于重新實(shí)驗(yàn)，所以將鈍化液的濃度進(jìn)行一定程度的稀釋處理。將送陰極輥上獲得的銅箔分別在三組不同濃度下的鈍化液進(jìn)行短暫的浸泡，水洗后進(jìn)行烘干，做上相應(yīng)的標(biāo)記。再根據(jù)三組銅箔樣品在烘箱中觀察是否氧化變色，并對(duì)其進(jìn)行破壞試驗(yàn)，從而達(dá)到性能測(cè)試的目的[2]。

1.2 粗化實(shí)驗(yàn) 由于我國(guó)銅箔生產(chǎn)相較于國(guó)外成熟大規(guī)模的生產(chǎn)較為落后，所以在處理技術(shù)方面無(wú)法得到最新的數(shù)據(jù)以及最前沿的處理方法，僅僅將銅箔的粗化停留在提高從陰極輥中剝離的效率上，對(duì)于深層次鍍化效果無(wú)法做到理想的狀態(tài)?；谶@種情況，同樣做一個(gè)對(duì)照試驗(yàn)。將未處理的銅箔進(jìn)行表面處理，分成三組，對(duì)其進(jìn)行粗化實(shí)驗(yàn)，加入可控制的變量，從而得到性能分析。

1.3 電流密度實(shí)驗(yàn) 由于銅箔在實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行粗化和固化處理，粗化液與固化液的濃度和水的處理成本較高，即使是降低溶液濃度，也無(wú)法做到百分之百的對(duì)環(huán)境沒有影響?？墒牵非笮Ч鲆晫?duì)環(huán)境的影響，這從根本上就違背了實(shí)驗(yàn)的初衷。想要用實(shí)驗(yàn)室的理論環(huán)境去改善工廠的惡劣因素，提高銅箔的工藝水平，而不是降低其產(chǎn)量。所以，在添加溶液與添加劑之外，還有另一種可行的方案，并且對(duì)于環(huán)境的影響更小，實(shí)驗(yàn)效果更加明顯。

在上述兩種實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)對(duì)照組數(shù)量不變的情況下，放入電流設(shè)備。通過電流的調(diào)控觀察對(duì)于銅箔剝離程度以及表面粗糙度的影響。在相同濃度下的不同電流密度做觀察實(shí)驗(yàn)，在不同濃度下相同電流密度同樣也做觀察實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)之后，得出結(jié)論[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈍化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與討論 未經(jīng)鈍化液浸泡的樣品氧化最為嚴(yán)重，而經(jīng)過鈍化處理的樣品表面氧化程度均有不同效果的變輕。而加入不同量的添加劑后，復(fù)合型鈍化液又表現(xiàn)出較好的防氧化效果。但是隨著添加劑計(jì)量增大，銅箔表面氧化影響不大。根據(jù)鈍化試驗(yàn)結(jié)果可知，無(wú)論是單純的工業(yè)使用鈍化液，還是添加一定添加劑的復(fù)合型鈍化液，對(duì)于銅箔都有一定程度的鈍化效果。其原因是鈍化液處理過的銅箔會(huì)增強(qiáng)其表面的含氧粒子，降低銅的基礎(chǔ)活性，從而讓銅箔產(chǎn)生鈍化。也有可能是在銅箔表面形成一層易吸附含氧粒子的吸附層，改變銅箔與溶液的接觸結(jié)構(gòu)，使得銅箔活性增大，讓其表面的反應(yīng)能力下降，從而產(chǎn)生鈍化反應(yīng)。經(jīng)過多次試驗(yàn)與對(duì)照，加上查找資料與實(shí)際工廠采樣，可以得到鈍化液的研發(fā)可以按照吸附膜理論，在工廠實(shí)際使用的鉻酐-葡萄糖體系鈍化液中，適當(dāng)加入添加劑，使鈍化后的銅箔性能達(dá)到最好。而鉻酐和葡萄糖之間有協(xié)同作用，葡萄糖對(duì)于氧離子的吸附作用能夠很好地形成鈍化膜，接著轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓t的成相膜。只有在葡萄糖與鉻酐的含量控制在一個(gè)平衡的水平時(shí)，才能讓銅箔鈍化效果達(dá)到最好。如果過于依賴鉻酐的使用，處理液與廢水將會(huì)對(duì)環(huán)境有難以想象的危害。

2.2 粗化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與討論 便于觀察添加劑對(duì)粗化實(shí)驗(yàn)的效果，所以其中一組實(shí)驗(yàn)采用未加入添加劑的粗化液進(jìn)行處理。結(jié)果則是讓其表面由光滑變成粗糙，后期加工極易發(fā)生產(chǎn)品損毀的問題。而加入不同添加劑的實(shí)驗(yàn)組對(duì)于銅電沉積各有不同程度的影響，甚至對(duì)于剝離強(qiáng)度也有著明顯的改善。甚至在加入鎢酸鈉復(fù)合型添加劑后，還產(chǎn)生了對(duì)電沉積速率有積極促進(jìn)的作用。在粗化處理液中，加入合適的添加劑來(lái)控制粗化步驟，從而讓銅箔表面形成的枝晶數(shù)量增多，更容易符合工業(yè)生產(chǎn)的需求。經(jīng)過多次試驗(yàn)和對(duì)照之后，選擇合適劑量的復(fù)合型添加劑對(duì)于銅箔鍍層有明顯的改善。

2.3 電流密度實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與討論 在粗化實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)變量不變的情況下，隨著電流密度的升高，銅箔的剝離程度與粗糙程度也逐漸增大。等到電流密度上升到一定程度后，粗糙程度與剝離程度逐漸放緩，并且在銅箔表面出現(xiàn)粗糙的銅晶體。如果只進(jìn)行粗化處理，銅箔將會(huì)從陰極輥上大面積脫離，對(duì)于后續(xù)工藝有著極大的影響。所以，銅箔粗化后必須進(jìn)行固化。而在固化電流密度提升后，銅箔的剝離強(qiáng)度和表面粗糙度會(huì)有著先升后降的明顯變化。與粗化電流密度試驗(yàn)相比，固化電流密度試驗(yàn)更容易把控。

無(wú)論是只經(jīng)過粗化未經(jīng)過固化，或者是只有一道固化程序，經(jīng)過先粗化后固化，并配合電流密度對(duì)于進(jìn)行精心把控的銅箔剝離強(qiáng)度降低。其原因是在粗化處理后，新生的固化層會(huì)將粗化層從外部包裹起來(lái)，使銅箔表面變得光滑，導(dǎo)致其剝離強(qiáng)度有所下降。在不使用額外添加劑的情況下，經(jīng)過粗化處理和固化處理，配合電流密度的控制，會(huì)讓銅箔表面形成一道堅(jiān)固的抗剝離層，符合標(biāo)準(zhǔn)工藝的剝離強(qiáng)度。

結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中處理電解銅箔，會(huì)有效地避免傳統(tǒng)處理工藝中添加劑對(duì)于環(huán)境的危害，可以明顯地解決傳統(tǒng)表面處理工藝常見的問題。由于基礎(chǔ)材料、大規(guī)模工藝與添加劑的種類對(duì)于銅箔的處理工藝都會(huì)有明顯的變化。所以在實(shí)際操作中應(yīng)該設(shè)置一組對(duì)照組、兩組實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以進(jìn)行多輪實(shí)驗(yàn)以得到更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)反饋。