CN101962789B

CN101962789B - 用于大功率led柔性电路板的电解铜箔及其制备方法

Info

Publication number: CN101962789B
Application number: CN 201010298762
Authority: CN
Inventors: 张东; 石晨; 姜胜林; 张彪
Original assignee: Hubei Zhongke Copper Foil Science & Technology Co Ltd; Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Hubei Zhongke Copper Foil Science & Technology Co Ltd; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN101962789A

Abstract

本发明公开了一种用于大功率LED柔性电路板的电解原箔及其制备方法，其毛面表面晶粒呈等轴棱锥状，毛面粗糙度Rz≤2.5um，厚度为12um，具有优良的机械特性、挠曲性和耐热性。本发明还对上述原箔进行黑色低粗化处理得到电解铜箔，其毛面具有一层能被铜蚀刻工艺蚀刻掉的特殊黑色合金，使得大功率LED柔性电路板的散热性大大提高。

Description

用于大功率LED柔性电路板的电解铜箔及其制备方法

技术领域

本发明涉及大功率LED(发光二极管)柔性电路板领域，具体涉及一种用于大功率LED柔性电路板的电解铜箔及其制备方法。

背景技术

LED由于其光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等特点，已经成为解决全球性的能源短缺和环境污染的新一代节能环保光源，并广泛应用在各种照明设备中。随着近几年LED的快速发展，LED柔性电路板也应运而生，并广泛运用在有特殊要求(如能绕曲)的各种照明环境中。

传统的LED柔性电路板要求铜箔致密度高、机械强度高、柔性好、所以压延铜箔广泛应用在柔性电路板中。但是由于工艺条件限制，使得压延铜箔的幅宽和厚度受到很大限制，不能满足大面积薄型柔性电路板的需要，其次压延铜箔的制造成本也远远大于电解铜箔。正因为电解铜箔采用电化学沉积工艺，不仅能满足大面子薄型化的需要而且技术工艺简单、成熟度高和制造成本低等优点，已经能够取代部分压延铜箔用在柔性印刷电路板中。因此制造柔性好，厚度薄致密度高，机械强度高，成本低的LED柔性电路板用电解铜箔已成为LED柔性电路板用铜箔行业未来发展的趋势之一。

近几年来随着LED功率不断增加，大耗散功率带来的大发热量给半导体LED芯片的性能带来了严重的影响。对于大功率LED柔性电路板，可通过其上的电解铜箔自身的铜金属导热性能达到散热效果，但是其散热能力并不能解决大功率LED的大发热量的难题，因此，迫切需要一种提高大功率LED柔性电路板散热效果的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大功率LED柔性电路板的电解原箔及其制备方法，电解原箔的厚度仅有12um，具有较好的挠曲性。

本发明的另一目的在于提供一种用于大功率LED柔性电路板的电解铜箔及其制备方法，提高了大功率LED柔性电路板的散热效果。

一种用于大功率LED柔性电路板的电解原箔，毛面表面晶粒呈等轴棱锥状，且毛面粗糙度Rz≤2.5um，厚度为12um。

制备所述电解原箔的方法，具体为：采用直流电沉积工艺，将电解液组成与电沉积工艺参数进行合理配合，并在电解过程中添加有机混合添加剂，其工艺流程如下：采用电解液Cu²⁺浓度70～130g/L，H₂SO₄浓度60～120g/L，CL^-浓度40±10ppm的参数配合，温度为46～64℃，使其流量为40-55m³/h，电流密度为9000～11000A/m²进行电沉积。

所述有机添加剂组成为：聚二硫二丙烷磺酸钠350～650mg/L，聚己二醇0.3～0.9mL/L，明胶3～6g/L，纤维素1～3g/L，三异丙醇胺4～7mL/L。

一种用于大功率LED柔性电路板的电解铜箔，在上述的电解原箔表面经黑色化镀有一层Cu-Ni-As黑色合金。

按照上述方法制备得到电解原箔，通过五个阶段在电解设备中采取不同的电解液组合及电沉积工艺参数配合处理，对电解原箔的表面进行黑色低粗化处理，其工艺流程如下：

粗化铜阶段，采用电解液Cu²⁺溶度16～24g/L，H₂SO₄浓度80～120g/L，温度为19～25℃，电流密度1500～2500A/m²；固化铜阶段，采用电解液Cu²⁺溶度55～70g/L，H₂SO₄浓度60～80g/L，温度35～50℃，电流密度500～1000A/m²；镀锌阶段，采用电解液Zn²⁺溶度18～25g/L，Ni²⁺浓度1～5g/L，温度23～29℃，电流密度600～1000A/m²；镀铬阶段，采用电解液Gr²⁺溶度1～2g/L，Zn²⁺浓度0.2～1.0g/L，温度21～27℃，电解密度10～20A/m²；黑色化阶段，采用电解液Cu²⁺溶度10～20g/L，H₂SO₄浓度40～80g/L，Ni²⁺离子浓度5～6g/L，As³⁺离子浓度0.2～0.3g/L的黑色化槽，温度21～27℃，电解密度5～20A/m²。

作为优化，粗化铜阶段分三段不同给定电流沉积；固化铜阶段分二段不同给定电流沉积；镀锌阶段分二段不同给定电流沉积；镀铬阶段分二段不同给定电流沉积；黑色化阶段分二段不同给定电流沉积。

粗化铜阶段的三段给定电流依次为2500A、1500A、2500A；固化铜阶段的二段给定电流依次为500～600A、800～1000A；镀锌阶段的二段给定电流依次为600～800A、800～1000A；镀铬阶段的二段给定电流依次为10～15A、15～20A；黑色化阶段的二段给定电流依次为5～10A、10～20A。

本发明通过合理的电解液组成、电沉积工艺参数的配置、适当的混合有机添加剂和电镀特殊的黑色合金镀层，解决了电解铜箔生产大电流密度下毛面粗糙度问题，以实现低粗糙度、高致密度、高机械强度，柔性好、导热性散热性好、超薄的低轮廓大功率LED柔性电路板专用电解铜箔。并且该电解铜箔通过选择在铜箔毛面镀上一层特殊的黑色功能合金提高了热量吸收率和发射率，减少了热传导过程，使大部分热量直接以红外线电磁波的形式透过柔性透明薄膜辐射出去，并且该黑色合金可采用通用的铜蚀刻工艺进行加工。

经过本发明所述的黑色化低粗化处理后，该电解铜箔的毛面粗糙度Rz≤3um，厚度为12um，抗剥离强度≥1.2kg/cm，抗拉强度≥330Mpa，延伸率≥6％，在高温260℃，30min条件下无氧化现象(国际标准为180℃，1h无氧化)，在95～105℃时黑色毛面热辐射发射率达0.96～0.98。通过在毛面镀上一层特殊的黑色功能合金，使该电解铜箔能够改善没有传统铝板散热的LED柔性电路板，减少了热传导过程并提高了铜箔的散热能力。它能使大部分热量直接以红外线电磁波的形式透过柔性薄膜辐射出去，并且该黑色合金可采用通用的铜蚀刻工艺进行加工。由于整个过程采用直流电沉积工艺，使其简单易行。

附图说明

图1为呈等轴棱锥状的原箔毛面晶粒SEM图。

图2为实施例1经黑色化处理箔SEM图。

图3为实施例2经黑色化处理箔SEM图。

图4为实施例3经黑色化处理箔SEM图。

具体实施方式

本发明首先采用直流电沉积工艺，通过将电解液组成与电沉积参数进行合理配合，并在电解过程中添加有机混合添加剂来生成一种低轮廓高性能电解原箔。为了更好的说明本发明，下面列举几个实施例。

实施例1：

原箔生成步骤：

在添加电解液Cu²⁺溶度70～90g/L，H₂SO₄浓度100～120g/L，CL^-浓度40±10ppm的电解液，设定生箔温度为58～64℃，并向电解设备中添加有机混合添加剂，设定其流量为45m³/h，电流密度为11000A/m²进行电沉积。

所述有机混合添加剂组成为：聚二硫二丙烷磺酸钠350～450mg/L，聚己二醇0.3～0.5mL/L，明胶3～4g/L，纤维素1～2g/L，三异丙醇胺4～5mL/L。

通过上述制备的低轮廓高性能电解原箔如图1所示，其毛面表面呈等轴棱锥状，且毛面粗糙度Rz≤2.45um，厚度为12um，毛面抗剥强度≥0.68kg/cm，抗拉强度≥342Mpa，延伸率≥6％，制品在高温260℃、30min条件下无氧化现象，在95～105℃时光面热辐射发射率为0.78～0.83，在95～105℃时毛面热辐射发射率为0.87～0.89。

黑色低粗化步骤：

对低轮廓高性能电解原箔进行表面黑色低粗化处理，通过五个阶段在电镀过程中采用不同的电解液组合及电沉积工艺参数的合理配置，对电解铜箔的表面进行低粗化处理，其工艺流程如下：先让原箔进入含添加电解液Cu²⁺溶度16～18g/L，H₂SO₄浓度110～120g/L的粗化铜槽内，设定温度为19～21℃，电流密度1500～2500A/m²的，分三段给定电流(2500A、1500A和2500A)沉积，此阶段为粗化铜阶段；然后进入电解液Cu²⁺溶度为55～60g/L，H₂SO₄浓度为75～80g/L的固化铜槽，设定温度为35～40℃，电流密度500～1000A/m²，分二段给定电流(500A～600A和800～1000A)沉积，此阶段为固化铜阶段；然后进入电解液Zn²⁺溶度18～20g/L，Ni²⁺浓度4～5g/L镀锌槽，设定温度为23～25℃，电流密度600～1000A/m²分二段给定电流(600A～800A和800～1000A)沉积，此阶段为镀锌阶段；再进入电解液电解液Gr²⁺溶度1～2g/L，Zn²⁺浓度0.2～0.4g/L的镀铬槽，设定温度为21～23℃，电解密度10～20A/m²分二段给定电流(10A～15A和15～20A)沉积，此阶段为镀铬阶段；最后进入电解液Cu²⁺溶度10～13g/L，H₂SO₄浓度70～80g/L，Ni²⁺离子浓度5～6g/L，As³⁺离子浓度0.2～0.3g/L的黑色化槽，温度21～23℃，电解密度5～20A/m²分二段给定电流(5A～10A和10～20A)沉积，此阶段为黑色化阶段。

通过上述电解铜箔的黑色化低粗化分五段处理沉积，该电解铜箔的毛面粗糙度Rz≤3um，厚度为12um，抗剥离强度≥1.2kg/cm，抗拉强度≥342Mpa，延伸率≥6％，在高温260℃，30min条件下无氧化现象(国际标准为180℃，1h无氧化)，在95～105℃时黑色毛面热辐射发射率达0.96～0.97。通过在毛面镀上一层特殊的黑色功能合金，使该铜箔能够在没有铝板散热的情况下改善LED柔性电路板的散热能力，减少了热传导过程，使大部分热量直接以红外线电磁波的形式透过柔性薄膜辐射出去，并且该黑色合金可采用通用的铜蚀刻工艺进行加工。图2为实施例1经黑色化处理箔SEM图，该毛面黑色化处理后呈现黑色的柱状。

实施例2：

原箔生成步骤：

在添加电解液Cu²⁺溶度90～110g/L，H₂SO₄浓度80～100g/L，CL^-浓度40±10ppm的电解液，设定生箔温度为52～58℃，并向电解设备中添加有机混合添加剂，设定其流量为50m³/h，电流密度为10000A/m²进行电沉积。

所述有机混合添加剂组成为：聚二硫二丙烷磺酸钠450～550mg/L，聚己二醇0.5～0.7mL/L，明胶4～5g/L，纤维素2～3g/L，三异丙醇胺5～6mL/L。

通过上述制备的低轮廓高性能电解原箔，其毛面表面呈等轴棱锥状，且毛面粗糙度Rz≤2.23um，厚度为12um，毛面抗剥强度≥0.62kg/cm，抗拉强度≥342Mpa，延伸率≥6％，制品在高温260℃、30min条件下无氧化现象，在95～105℃时光面热辐射发射率为0.78～0.83，在95～105℃时毛面热辐射发射率为0.87～0.89。

黑色低粗化步骤：

其工艺流程如下：先让原箔进入含添加电解液Cu²⁺溶度22～24g/L，H₂SO₄浓度80～90g/L的粗化铜槽内，设定温度为21～23℃，电流密度1500～2500A/m²的，分三段给定电流(2500A、1500A和2500A)沉积，此阶段为粗化铜阶段；然后进入电解液Cu²⁺溶度为65～70g/L，H₂SO₄浓度为60～65g/L的固化铜槽，设定温度为40～45℃，电流密度500～1000A/m²，分二段给定电流(500A～600A和800～1000A)沉积，此阶段为固化铜阶段；然后进入电解液Zn²⁺溶度23～25g/L，Ni²⁺浓度1～2g/L镀锌槽，设定温度为25～27℃，电流密度600～1000A/m²分二段给定电流(600A～800A和800～1000A)沉积，此阶段为镀锌阶段；再进入电解液电解液Gr²⁺溶度1～2g/L，Zn²⁺浓度0.8～1.0g/L的镀铬槽，设定温度为23～25℃，电解密度10～20A/m²分二段给定电流(10A～15A和15～20A)沉积，此阶段为镀铬阶段；最后进入电解液Cu²⁺溶度17～20g/L，H₂SO₄浓度40～50g/L，Ni²⁺离子浓度5～6g/L，As³⁺离子浓度0.2～0.3g/L的黑色化槽，设定温度为23～25℃，电解密度5～20A/m²分二段给定电流(5A～10A和10～20A)沉积，此阶段为黑色化阶段。

通过上述电解铜箔的黑色化低粗化分五段处理沉积，该电解铜箔的毛面粗糙度Rz≤2.23um，厚度为12um，抗剥离强度≥1.4kg/cm，抗拉强度≥342Mpa，延伸率≥6％，在高温260℃，30min条件下无氧化现象(国际标准为180℃，1h无氧化)，在95～105℃时黑色毛面热辐射发射率达0.96～0.97。通过在毛面镀上一层特殊的黑色功能合金，使该铜箔能够改善大功率LED柔性电路板在没有铝板散热的情况下，减少了热传导过程，使大部分热量直接以红外线电磁波的形式透过柔性薄膜辐射出去，并且该黑色合金可采用通用的铜蚀刻工艺进行加工。图3为实施例2经黑色化处理箔SEM图，该毛面黑色化处理后呈现黑色的瘤状。

实施例3：

原箔生成步骤：

在添加电解液Cu²⁺溶度110～130g/L，H₂SO₄浓度60～80g/L，CL^-浓度40±10ppm的电解液，设定生箔温度为46～52℃，并向电解设备中添加有机混合添加剂，设定其流量为55m³/h，电流密度为9000A/m²进行电沉积。

所述有机混合添加剂组成为：聚二硫二丙烷磺酸钠550～650mg/L，聚己二醇0.7～0.9mL/L，明胶5～6g/L，纤维素3～4g/L，三异丙醇胺6～7mL/L。

通过上述制备的低轮廓高性能电解原箔，其毛面表面呈等轴棱锥状，且毛面粗糙度Rz≤2.17um，厚度为12um，毛面抗剥强度≥0.57kg/cm，抗拉强度≥342Mpa，延伸率≥6％，制品在高温260℃、30min条件下无氧化现象，在95～105℃时光面热辐射发射率为0.78～0.83，在95～105℃时毛面热辐射发射率为0.87～0.89。

黑色低粗化步骤：

其工艺流程如下：先让原箔进入含添加电解液Cu²⁺溶度18～22g/L，H₂SO₄浓度90～110g/L的粗化铜槽内，设定温度为23～25℃，电流密度1500～2500A/m²的，分三段给定电流(2500A、1500A和2500A)沉积，此阶段为粗化铜阶段；然后进入电解液Cu²⁺溶度为60～65g/L，H₂SO₄浓度为65～75g/L的固化铜槽，设定温度为45～50℃，电流密度500～1000A/m²，分二段给定电流(500A～600A和800～1000A)沉积，此阶段为固化铜阶段；然后进入电解液Zn²⁺溶度20～23g/L，Ni²⁺浓度2～4g/L镀锌槽，设定温度为27～29℃，电流密度600～1000A/m²分二段给定电流(600A～800A和800～1000A)沉积，此阶段为镀锌阶段；再进入电解液电解液Gr²⁺溶度1～2g/L，Zn²⁺浓度0.4～0.8g/L的镀铬槽，设定温度为25～27℃，电解密度10～20A/m²分二段给定电流(10A～15A和15～20A)沉积，此阶段为镀铬阶段；最后进入电解液Cu²⁺溶度13～17g/L，H₂SO₄浓度50～70g/L，Ni²⁺离子浓度5～6g/L，As³⁺离子浓度0.2～0.3g/L的黑色化槽，设定温度为25～27℃，电解密度5～20A/m²分二段给定电流(5A～10A和10～20A)沉积，此阶段为黑色化阶段。

通过上述电解铜箔的黑色化低粗化分五段处理沉积，该电解铜箔的毛面粗糙度Rz≤2.5um，厚度为12um，抗剥离强度≥1.5kg/cm，抗拉强度≥342Mpa，延伸率≥6％，在高温260℃，30min条件下无氧化现象(国际标准为180℃，1h无氧化)，在在95～105℃时黑色毛面热辐射发射率达0.97～0.98。通过在毛面镀上一层特殊的黑色功能合金，使该铜箔能够改善大功率LED柔性电路板在没有铝板散热的情况下，减少了热传导过程，使大部分热量直接以红外线电磁波的形式透过柔性薄膜辐射出去，并且该黑色合金可采用通用的铜蚀刻工艺进行加工。图4为实施例3经黑色化处理箔SEM图，该毛面黑色化处理后呈现黑色的花状。

Claims

1.一种用于大功率LED柔性电路板的电解铜箔，其特征在于，在毛面晶粒呈等轴棱锥状，且毛面粗糙度Rz≤2.5um，厚度为12um的电解原箔表面黑色化镀有一层Cu-Ni-As黑色合金。

2.制备权利要求1所述电解铜箔的方法，其特征在于，首先制备电解原箔：采用直流电沉积工艺，将电解液组成与电沉积工艺参数进行合理配合，并在电解过程中添加有机混合添加剂，其工艺流程如下：采用电解液Cu²⁺浓度70~130g/L，H₂SO₄浓度60~120g/L， Cl^-浓度40±10ppm的参数配合，温度为46~64℃，使其流量为40-55m³/h，电流密度为9000~11000A/m²进行电沉积；

然后通过五个阶段在电解设备中采取不同的电解液组合及电沉积工艺参数配合处理，对电解原箔的表面进行黑色低粗化处理，其工艺流程如下：

粗化铜阶段，采用电解液Cu²⁺浓度16~24g/L，H₂SO₄浓度80~120g/L，温度为19~25℃，电流密度1500~2500A/m²；固化铜阶段，采用电解液Cu²⁺浓度55~70g/L，H₂SO₄浓度60~80g/L，温度35~50℃，电流密度500~1000A/m²；镀锌阶段，采用电解液Zn²⁺浓度18~25g/L，Ni²⁺浓度1~5g/L，温度23~29℃，电流密度600~1000A/m²；镀铬阶段，采用电解液Cr²⁺浓度1~2g/L，Zn²⁺浓度0.2~1.0g/L，温度21~27℃，电流密度10~20A/m²；黑色化阶段，采用电解液Cu²⁺浓度10~20g/L，H₂SO₄浓度40~80g/L，Ni²⁺离子浓度5~6g/L，As³⁺离子浓度0.2~0.3g/L的黑色化槽，温度21~27℃，电流密度5~20A/m²。

3.根据权利要求2所述电解铜箔的制备方法，其特征在于，粗化铜阶段分三段不同给定电流沉积；固化铜阶段分二段不同给定电流沉积；镀锌阶段分二段不同给定电流沉积；镀铬阶段分二段不同给定电流沉积；黑色化阶段分二段不同给定电流沉积。

4.根据权利要求3所述电解铜箔的制备方法，其特征在于，粗化铜阶段的三段给定电流依次为2500A、1500A、2500A；固化铜阶段的二段给定电流依次为500~600A、800~1000A；镀锌阶段的二段给定电流依次为600~800A、800~1000A；镀铬阶段的二段给定电流依次为10~15A、15~20A；黑色化阶段的二段给定电流依次为5~10A、10~20A。