CN101928970A - 生产高精电解铜箔方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产高精电解铜箔方法和设备，属于电子材料领域。通过两个关键工序生产出高精电解铜箔，首先使用过滤精度高于0.3um的金属粉末烧结过滤器，获得稳定、纯净的电解液，调整工艺参数，相应加入特殊添加剂；其次，利用脉冲电源(阳极)和主电源(阳极)的组合，控制脉冲电源的频率、占空比及电流密度，在电解铜箔开始沉积、沉积过程中和出槽前，用脉冲电源进行干预，使铜箔微观组织更加细致和扁平化结晶，实现铜箔高温高延性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产高精电解铜箔方法和设备，属于铜精深加工技术领域。
采用本发明的方法和设备，铜箔结晶生长得更细致，消除铜孪晶、孔隙等缺陷，微观表面轮廓细致和较低的粗糙度，可以获得高温高延铜箔。
技术背景
电解铜箔的生产方法如图1所示，阴极辊1和阳极3保持一定间距，电解液从上液口4流入，经过阴极辊1和阳极3之间的间隙从出液口2流出，同时在阴极辊和阳极之间施加直流电，使铜沉积在阴极辊1上，并不断旋转剥离生成电解铜箔。
通常的电解铜箔生产方法不能制造出具有高温高延、低粗糙度特点的高精电解铜箔。经检索，本桥成公[生产电解铜箔的方法和设备]通过将电解液加到相互面对的阴极鼓和阳极之间，在它们之间施加直流电，将电解铜箔电沉积到转动阴极鼓的表面上。同时，使电解铜箔在开始时形成晶核，方法是在阳极上方提供辅助阳极、电解容器和闸板，在阴极转鼓和辅助阳极之间施加电流，将电解液从辅助阳极附近的电解液加料器分开加到阴极鼓表面上，使其通过阴极转鼓表面和电解液容器边缘之间的空隙排出，并靠电解液容器和闸板使电解液滞留在阴极转鼓表面和辅助阳极之间。上述发明提到了辅助阳极，但是阳极结构和工艺完全不同，其目的仅仅为了消除针孔和铜箔卷曲。
徐树民[高温高延展电解铜箔制造工艺]发明涉及一种高温高延展电解铜箔制造工艺，属于电解铜箔制造技术领域，主要解决电解铜箔高温延展性偏低的问题。特征主要包含：(1)电解液工艺范围；(2)添加剂的选择；(3)电解液净化；(4)电流密度、极距的选择。本发明高温高延展电解铜箔制造工艺生产，采用不同的工艺和添加剂，使电解铜箔的高温延展性能大幅提高，不仅解决了高温延展性低的问题，还可保证电解铜箔的其他性能处于稳定状态，满足印制电路板的需求，特别适应于多层电路板内层需求。(CN1995469)。上述发明论述了高温高延电解铜箔制造工艺，所采用的工艺方法和设备与本发明不同，上述发明仅为得到高温高延电解铜箔，在本发明中高温高延只是高精铜箔的一个特性之一。
发明内容
现有的电解铜箔生产方法，不能满足电子行业轻量化、集成化对电解铜箔更薄、综合性能更优异的要求。
为了克服现有的电解铜箔的不足，本发明提供一种生产高精电解铜箔方法和设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种生产高精电解铜箔方法，其特征在于：电解液经过精度高于0.3um金属粉末烧结过滤器，调整电解液工艺参数，添加特殊有机物，送入阴极辊和阳极板组成的电解槽，在阴阳极之间输入直流电，使铜沉积在阴极辊外圆面形成电解铜箔，利用脉冲电源(阳极)和主电源(阳极)的组合，控制脉冲电源的频率、占空比及电流密度，在电解铜箔开始沉积、沉积过程中和出槽前，用脉冲电源进行干预，使铜箔微观组织更加细致。
如上所述的生产高精电解铜箔的设备，其特征在于：铜箔生产设备主要由圆柱形阴极辊、圆弧形阳极板和直流电源组成，保持阴极辊和阳极板的间距，电解液经过精度高于0.5um金属粉末烧结过滤器，调整电解液工艺参数，添加特殊有机物，送入阴极辊和阳极板组成的电解槽，在阴阳极之间输入直流电，使铜沉积在阴极辊外圆面形成电解铜箔，随着阴极辊的不断转动，电解铜箔剥离生产出来，核心设备包括：
圆柱形阴极辊；
和阴极辊外圆面相对应的圆弧形拼接阳极板，包括主阳极板和4块脉冲阳极板；
主直流电源和脉冲直流电源，脉冲电源对应脉冲阳极板；
电解液多级过滤系统，以金属粉末烧结过滤器为主，同时使用硅藻土、活性炭过滤。
本发明的有益效果是：
高精电解铜箔可以满足高密度、薄型多层印制线路板的要求，具有以下特点：高纯度，可以达到99.97％以上；极低的微观内部缺陷，极少孪晶、错晶和晶间空隙；微观表面形貌细致，低粗糙度和低轮廓；优异的机械性能和电性能，能稳定实现电解铜箔高温高延伸性能。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为常规电解铜箔生产视图
图2为本发明截面视图
如图2所示，本发明的主要设备有：阴极辊1，不导电阳极3，脉冲阳极IV4，主阳极5，脉冲阳极III8，脉冲阳极II 9、脉冲阳极I 10。经过多级过滤、加入特殊添加剂并且工艺参数稳定的电解液，从上液口7进入电解槽，流过阴极辊1和阳极之间的间隙，最终从出液口2流出，阴极辊1和阳极间隙保持在8-12mm；在阴极辊1和阳极之间施加直流电，铜箔沉积在阴极辊1的表面；随着阴极辊1的转动，首先不导电阳极3发挥作用，起到活化和冲洗阴极辊表面的作用，同时排出电解产生的氧气，接着铜箔在脉冲阳极IV4及脉冲电源作用下沉积阴极辊表面形成晶核，由于脉冲电源的作用晶核数量多而均匀，为铜箔结晶组织的进一步生长奠定基础；主阳极5和脉冲阳极IV4之间用绝缘垫6隔开，铜箔组织主要在主阳极5的直流电的作用下快速形成；脉冲阳极III8和主阳极5之间以绝缘垫6隔开，脉冲阳极III8和脉冲阳极II 9对铜箔的微观形貌起修饰和整形的作用；脉冲阳极II 9和主阳极5用绝缘垫6隔开，铜箔在主阳极5直流电作用下继续快速沉积；脉冲阳极I 10和主阳极5之间用绝缘垫6隔开，脉冲阳极I 10对铜箔的最终微观形貌整形，生产出结晶细致的电解铜箔；铜箔出槽部位的不导电阳极3主要起到对铜箔表面的清洗和去除杂质的作用，防止铜箔的氧化。
本发明采用硫酸盐体系作为电解液，电解液的工艺参数如下：
二价铜离子：50-120克/升
硫酸： 50-150克/升
温度： 40-60℃
添加剂： 氯离子5-50毫克/升
水解蛋白、高分子有机物0-50毫克/升
过滤材料：食品级硅藻土、活性炭、过滤精度0.2um的金属烧结过滤器
电沉积工艺条件：
主阳极电流密度：10-100安培/平方分米
脉冲阳极电流密度：10-80安培/平方分米
脉冲电压： 0-9伏
占空比： 可调
频率： 可调
波形： 可调
阳极材料：纯钛表面涂二氧化铱
实施例一
实施例一是对本发明的更详细的描述，但是本发明的范围并不仅限于此。首先电解液是铜箔生产的基础，电解液经过活性炭过滤器、硅藻土过滤器、初级过滤器(过滤精度10微米)和精密过滤器(过滤精度0.3微米)，添加微量添加剂，具体工艺参数如下：
二价铜离子：78克/升
硫酸： 100克/升
添加剂： 氯离子15毫克/升，水解蛋白、高分子有机物6毫克/升
温度： 52℃
采用直径2000毫米、幅宽1360毫米阴极辊1，不导电阳极3幅宽1350毫米、弧长50毫米，脉冲阳极IV4、脉冲阳极III8、脉冲阳极II9以及脉冲阳极I 10均为幅宽1350毫米、弧长300毫米，主阳极5有两块均为幅宽1350毫米、弧长930毫米。主阳极5(主阳极面积占阳极总面积的60％)，用以电沉积形成铜箔的主体；而脉冲电源阳极分为两类，一类起到预结晶的作用，形成细致结晶底层，例如脉冲阳极IV4；另一类起到整形作用，修正铜箔表面微观轮廓，例如脉冲阳极III8、脉冲阳极II 9和脉冲阳极I 10。而主阳极和脉冲阳极分别具有为其供电的直流电源和脉冲电源，可以针对工艺要求分别对直流电源和脉冲电源进行控制。
电沉积工艺条件：
主阳极电流密度：50安培/平方分米
脉冲阳极电流密度：30安培/平方分米
脉冲电压： 5.5伏
占空比： 1∶0.5
频率： 100赫兹
波形： 正向半波
阴极辊1和阳极的间距为10毫米，阴极辊1入槽后，首先脉冲阳极IV4进行预结晶，铜箔离槽前，脉冲阳极III8、脉冲阳极II 9和脉冲阳极I 10对铜箔进行修整，脉冲电源在铜箔表面造成电沉积和电腐蚀两个过程交替出现，修整铜箔表面微观轮廓，使铜箔微观表面更加细致。通过调节脉冲电源的频率波形、占空比、电压和电流，配合溶液Cu2+、H+浓度、溶液温度，并应用添加剂，在阴极辊表面形成均匀细致的微观结构，使得主阳极5直流电源电镀时，铜箔结晶生长得更细致，消除铜晶体生长过程中出现的孪晶、孔隙等缺陷。
制造出12微米电解铜箔，检测铜箔粗糙面的表面粗糙度和铜箔高温高延伸性能，结果列于表一。
1、铜箔S面表面粗糙度，随机选取100×100mm铜箔样品，用粗糙度检测仪沿X轴和Y轴方向检测粗糙度，并计算平均值。
2、高温高延伸率，沿X轴、Y轴方向分别剪取100×10铜箔样品，使用带有高温箱的万能拉伸试验机进行检测，拉伸速度10毫米/秒，并计算平均值。
对比例一，使用与实施例一工艺参数完全相同的电解液，阴极辊1和主阳极5采用同样的设备，但是不使用脉冲阳极和脉冲电源，检测结果列于表一。
表一
| 12微米铜箔 | 粗化面轮廓(Rz)微米 | 23℃延伸率(％) | 180℃延伸率(％) |
| 实施例一 | 4.5 | 10 | 5 |
| 对比例一 | 6.0 | 8 | 4 |
由上表可以得出，实施例一生产的铜箔可以达到低轮廓、低粗糙度和高温高延的要求；由于对比例一使用与实施例一相同的电解液和电沉积工艺，只是没有使用脉冲阳极，所以各项指标也有大幅提高。
Claims (2)
1.一种生产高精电解铜箔方法，其特征在于：电解液经过精度高于0.3um金属粉末烧结过滤器，调整电解液工艺参数，添加特殊有机物，送入阴极辊和阳极板组成的电解槽，在阴阳极之间输入直流电，使铜沉积在阴极辊外圆面形成电解铜箔，利用脉冲电源(阳极)和主电源(阳极)的组合，控制脉冲电源的频率、占空比及电流密度，在电解铜箔开始沉积、沉积过程中和出槽前，用脉冲电源进行干预，使铜箔微观组织更加细致。
2.根据权利要求1所述的生产高精电解铜箔的设备，其特征在于：铜箔生产设备主要由圆柱形阴极辊、圆弧形阳极板和直流电源组成，保持阴极辊和阳极板的间距，电解液经过精度高于0.5um金属粉末烧结过滤器，调整电解液工艺参数，添加特殊有机物，送入阴极辊和阳极板组成的电解槽，在阴阳极之间输入直流电，使铜沉积在阴极辊外圆面形成电解铜箔，随着阴极辊的不断转动，电解铜箔剥离生产出来，核心设备包括：
圆柱形阴极辊；
和阴极辊外圆面相对应的圆弧形拼接阳极板，包括主阳极板和4块脉冲阳极板；
主直流电源和脉冲直流电源，脉冲电源对应脉冲阳极板；
电解液过滤系统，以金属粉末烧结过滤器为主。
根据权利要求书2所述设备，金属粉末烧结过滤器过滤精度为0.3um，主要提高电解液的纯净，避免杂质进入电解铜箔，影响产品品质。
根据权利要求书2所述设备，脉冲阳极板I位于阳极槽入槽位置，影响电解铜箔的晶核形成；脉冲阳极板II、III位于阳极槽的底部，影响铜箔结晶的成长；脉冲阳极板Ⅳ位于阳极槽出槽位置，对铜箔的微观形貌进行修整。
直流脉冲电源分别连接4块脉冲阳极板，脉冲电源的电流、电压、频率、波形和占空比可以根据工艺要求进行调整。
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