高性能电解铜箔表面处理工艺研究进展分析

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  摘 要:文章以高性能电解铜箔表面处理工研究进展为研究对象,首先简单介绍了传统电解铜箔表面处理工艺流程,分析了其中的缺陷,随后围绕如何实现缺陷问题解决,提出了一种新的工艺方法,并对该高性能电解铜箔表面处理工艺进行了研究分析,以供参考。
  关键词:电解铜箔;表面处理工艺;研究进展
  前言:在印制电路板生产制造过程中,电解铜箔是一种不可或缺的重要材料,在实际进行高性能电解铜箔生产制造过程中,做好表面处理工艺实施对于整体质量有着非常重要的影响。因此文章通过对高性能电解铜箔表面处理工艺研究进展进行探讨分析,提出一些先进的处理工艺方法,这对于推动电解铜箔制造产业发展具有重要的意义。
  一、传统电解铜箔表面处理工艺流程简析
  电解铜箔在完成生产后,需要对其表面进行适当的处理,才能充分发挥出铜箔的耐热、抗氧化性等性能。常见的电解铜箔表面处理工艺流程如下,电解铜箔在完成生产后,尚未经过任何处理,并在需要经过一个短暂的存放过程,因此在其表面,会出现一种氧化层,需要经过预处理将这层氧化层去掉,然后对电解铜箔进行粗化处理,需要将电解铜箔置于电解液中进行电解,在电解铜箔的毛面也就是铜箔的阴极产生铜沉积,使得铜箔表面产生一层均匀的铜瘤,提升电解铜箔比表面积,主要目的是增强铜箔表明的抗剥离强度。然后进入到固化流程,将粗化后电解铜箔置于硫酸铜液中再次进行电沉积,使得粗化后产生的铜瘤得到进一步稳固,防止出现掉粉。随后需要进行铜砷合金─镀锌工艺流程,主要目的是提升电解铜箔的抗氧化能力,最后进行钝化、涂有机膜及烘干操作,其中钝化是为了提升了铜箔与基材结合能力,涂有机膜是为了提升铜箔抗氧化能力,烘干是为了将铜箔表面残留水分去除[1]。
  上述工艺流程涉及到砷的氧化物使用,容易对环境造成一定的污染,且镀锌后电解铜箔在常温下存放也会出现颜色变化问题。因此文章提出了一种电镀Zn-Sn-Ni 合金方法,使得上述问题得到妥善解决。以下是对该方法的具体分析:
  二、高性能电解铜箔表面处理工艺研究分析
  (一)实验方法
  在本次实验中,阴极采用了连续转动鼓状钛,阳极采用了弧形涂铱层钛,控制电解液的电流密度为80A/dm2 ,采用了JB-IC 型表面粗糙度测试仪进行了铜箔毛面的粗糙度检测,该仪器由上海泰明光学仪器有限公司生产。检测结果为3至4μm ,在靠近阴极面,检测到光面粗糙度为0.2至0.3μm。在实际进行电解箔处理时,选择了在恒温、恒湿、十万级中央空调净化的生产车间内完成。
  (二)镀层成分分析方法
  采用 型电子天平进行电解箔样品称重,该仪器由上海精密科学仪器有限公司生产,最高精度可达1×10-4 g,然后应用硝酸进行溶解,随后进行加热,并将其稀释至指定范围。然后运用TAS-990 型火焰原子吸收光谱表标准,并配合氘灯扣背景方式进行锌与镍的测定,在测定锌时,选择条件为λ=213.9mm ;在测定镍时,选择条件为λ=232.0mm ,并选择10cm×10cm18cm表面处理电解铜箔品样品运用天平进行称量,并将其置于硫酸铜溶液中进行震荡,在2h后,样品完全溶解,其中硫酸铜溶液是由5g硫酸铜与10ml浓盐酸支撑,并采用了流动注射氢化物发生器–原子吸收光谱标准加入法,在λ=284.0mm条件下,完成向了对锡元素的测量,最终完成上述元素的质量百分比含量的计算。
  三、实验结果讨论分析
  (一)电沉积铜分析
  电沉积铜工艺条件如下:50至150g/L的H2SO4 ,6至60g/L 的Cu2+ ,10至200mg/L 添加剂A,温度为20至60℃,电流密度为20至50A/dm2 。从实验结果分析来看,在工艺范围内,Cu2+ 的浓度不会对镀层变化有着较大的影响,但当硫酸有着比较低的质量浓度时,会导致电解液溶液的导电性能下降,反之则会提升电解液导电性,但硫酸铜的溶解度也会降低,并且很容易从溶液中析出结晶[2]。而对于添加剂A而言,这是一种表面活性物质,且是非离子类型,因此更有利于降低反应产生的活化性能,从而更加顺利的推动反应活动进行。在工艺要求的温度范围内,伴随着温度的提升,电解反应速度会越来越快,在短时间内,不会对镀层形态有着明显的影响,并且会消耗更多能力,导致工艺成本增加,但能够更好的避免溶液析出晶体,推动反应顺利进行。从电流密度方面来看,其数值变化往往会对铜分形有着较大的影响,如果密度较低,会导致铜分形不足,影响铜箔剥离强度增加,但电流密度过高对于反应也会造成不利影响,容易导致铜分形过度,出现掉粉现象。
  (二)电镀 Zn-Sn-Ni 合金工艺结果分析
  该工艺条件如下:5至15g/L 的2n2+ ,15至60g的SnO2-3 ,3至8g/L 的Ni2+ ,150至300g/L 的絡合剂A,10至46g/L 的络合剂B,PH条件为8.5至11,工艺温度条件为20至45℃,阳极是不锈钢板。从实验结果分析来看,在Zn2+ 浓度控制方面,随着Zn2+ 的浓度不断增加,镀层颜色也在随之变化,从原本的灰褐色开始逐渐转变为深灰色。究其原因在于,Zn2+质量浓度增加,会导致镀层中心质量分数增大,从而对镀层的颜色带来一定变化。在合金镀层中,为确保Sn、Ni在制度工艺范围内,应将Zn2+的浓度控制在10g/L 为宜。
  在SnO3 2-浓度控制方面,SnO3 2- 浓度增加,镀层从原本的灰褐色逐渐转向青灰色,镀层耐化学腐蚀性也得到有效的增强,但对镀层抗氧化性能影响不大,反之会导致出现侧腐蚀现象,因此需要将SnO3 2-浓度控制在20g/L左右,不宜过低。
  在Ni2+质量分数控制方面,随着Ni2+质量分数增加,电解铜箔耐化学腐蚀性、高温变色性、耐热性增加,反之则会降低。
  针对于络合剂A而言,该络合剂作用是增加电沉积铜效果,并且自身在出现质量浓度变化是,不会对镀层的质量分数造成明显的影响。但也不宜过小,否则会导致铜箔外观质量下降,具体需要控制在200g/L 。
  针对于络合物B来说,这是一种多羟基化合物,能够促使溶液的稳定性和分散能力得到显著增强,促进镀层顺利进行,该物质质量浓度控制在40g/L 左右为宜,质量浓度过过高,会导致镀层耐盐酸腐蚀性下降,过低会导致溶液出现白色沉淀,影响反应进行。
  针对于PH数值影响。PH数值宜控制子9左右,过高过低都会对金属离子在溶液中的组成和稳定性造成不利的影响。
  针对于温度来说,一般温度越高,Zn2+ 会逐渐减少,同时也越有利于锡镍的共沉积。
  针对于电流密度而言。宜控制在2至4.5A/dm2 ,过高过低都会影响镀层的刻蚀,出现侧蚀或发黑问题。
  总结:综上所述,传统的电解铜箔表面处理工艺具有一定的缺陷性,比如容易造成环境污染,电解铜箔处理质量也存在一定的问题,因此文章提出了一种新的处理工艺方法,有效实现了上述问题的改善,对于推动电解铜箔处理工艺发展具有重要意义。
  参考文献:
  [1]陈程. 电解铜箔高温耐热镀层表面处理工艺及性能研究[D]. 江西理工大学, 2015.
  [2]简志超, 彭永忠. 用于PCB基板的高耐热性电解铜箔的表面处理[J]. 有色金属工程, 2015, 5(2):20-22.
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