CN103510135B - 一种铜箔表面固化处理用铈盐复合添加剂、固化液及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜箔表面固化处理用铈盐复合添加剂、固化液及其应用方法，其特征在于，该添加剂包括硫酸亚铈、硫酸铵和氨水，其中，每升固化液中，硫酸亚铈的添加量为0.1-1.0g，硫酸铵的添加量为10-60g，以浓度为20%的氨水计量，氨水的添加量为5-20mL。本发明利用稀土离子的特性吸附作用，使镀层晶粒细化，表面细致，提高铜箔的抗氧化性和耐腐蚀性，为本行业的持续发展创造了条件。本发明复合添加剂同时还具有廉价、易于进行实施的特点，对于现有老工艺的改造也方便可行，不需要增加额外的工艺，不需要进行任何大的工艺路线改造。

Description

一种铜箔表面固化处理用铈盐复合添加剂、固化液及其应用方法

技术领域

本发明涉及铜箔表面固化处理，尤其涉及的是一种铜箔表面固化处理用铈盐复合添加剂及固化液及其应用方法。

背景技术

目前，国内外各铜箔生产企业所采用的铜箔表面处理工艺过程一般可以归纳为：原箔——预处理——粗化处理——固化（耐热阻挡层）处理——防氧化处理——表面处理。

其中，固化处理是在铜箔表面镀覆薄层单一金属、二元或多元合金的过程，可根据客户要求，调整镀液主盐和添加剂的种类得到不同颜色（固化镍（黑色）、固化锌镍合金（灰白色）和固化铜（浅红色））的固化层，采用不同的工艺条件（电镀液成份、电流密度、电镀时间的不同）进行固化，在铜箔粗化形成的铜粒表面形成一层超微细单一金属或合金结晶，可增强铜箔在基材上的抗剥离强度，其主要目的是形成一层阻挡层，使铜箔不与绝缘基体直接接触，处理后的铜箔与绝缘基体结合时，能抑制铜离子向树脂层扩散，提高铜箔的抗氧化性和镀层的耐腐蚀性能。

国内企业在对电解铜箔进行表面处理时，阻挡层主要采用镀锌层。采用普通的镀锌工艺，只能解决耐热问题，而没有完全解决铜箔的耐蚀性能问题；在镀锌铜箔刻蚀时，会发生侧蚀现象，导致铜箔与绝缘基体的结合力下降，严重时铜箔甚至会从绝缘基体上脱落，这是国内电解铜箔与国外高档产品性能的主要差距之一。另外，由于氰化物镀锌溶液具有较好的分散能力和深镀能力，从20世纪初至今一直在工业上广泛使用，但镀液剧毒，严重污染环境，镀液回收和废水处理难且成本高，随着人们环保意识加强，电镀正逐渐向无氰化方向发展，因此研究电解铜箔的表面处理工艺具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种一种铜箔表面固化处理用铈盐复合添加剂及固化液及其应用方法。在铜箔表面镀覆锌镍合金阻挡层，在镀液中加入添加剂的作用是改变金属离子的析出电位以及沉积金属层的结构。稀土元素具有4f层未填满的电子结构特点和较小的电负性性质，同时稀土与许多非金属元素的自由焓均为较大负值，化学亲和力较强，可以有效地改善传统电镀工艺镀液的性能，易于在晶体生长的活性点上产生特性吸附，使得镀层的组织结构发生变化。Zn²⁺-Ni²⁺共沉积表现为异常共沉积，稀土离子的特性吸附有助于降低阴极沉积电位，促进锌镍金属离子的异常共沉积，使用该复合添加剂对铜箔进行固化处理，可有效地提高电极反应速率和合金层在铜箔表面沉积层结构，提高铜箔的抗氧化性和耐腐蚀性。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

一种铜箔表面固化处理用铈盐复合添加剂，该添加剂包括硫酸亚铈、硫酸铵和氨水，其中，每升固化液中，硫酸亚铈的添加量为0.1-1.0g，硫酸铵的添加量为10-60g，以浓度为20%的氨水计量，氨水的添加量为5-20ml。

所述的添加剂，所述硫酸亚铈的添加量为0.4-0.7g/l，所述硫酸铵的添加量为30-50g/L，氨水的添加量为8-15mL。

一种铜箔表面固化处理用的固化液，该固化液以去离子水作为溶剂，其中添加有：硫酸锌80-160g/L，硫酸镍20-65g/L，硫酸钠15-60g/L，同时添加有权利要求1或2所述添加剂。

所述的固化液，所述硫酸锌的含量为100-150g/L，硫酸镍的含量为30-55g/L，硫酸钠的含量为30-50g/L。

所述的固化液的应用方法，所述固化液的工作温度为15—40℃，工作电流密度为2-8A/dm²。

所述的固化液的应用方法，所述固化液的工作温度为30—35℃，工作电流密度为3-6A/dm²。

本申请发明人经过多年对铜箔表面处理用固化添加剂的研究，在保证符合当今环保要求（无毒、无害、可持续发展），找到了以稀土硫酸盐、硫酸铵和氨水为主要成分的复合添加剂，利用稀土离子的特性吸附作用，使镀层晶粒细化，表面细致，提高铜箔的抗氧化性和耐腐蚀性，为本行业的持续发展创造了条件。本发明复合添加剂同时还具有廉价、易于进行实施的特点，对于现有老工艺的改造也方便可行，不需要增加额外的工艺，不需要进行任何大的工艺路线改造。

附图说明

图1为铜箔经固化处理后的效果照片；

图2为铜箔经固化处理后1000×电镜扫描图；

图3为铜箔经固化处理后8000×电镜扫描图；

图4为添加硫酸亚铈0.2g时的电镜扫描图；

图5为固化电流密度低于3A/dm²时的效果照片；

图6为固化电流密度高于6A/dm²时的电镜扫描图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

铜箔表面处理的总体工艺流程如下：

生箔→除油→水洗→除氧化膜→水洗→粗化→水洗→固化→水洗→钝化→水洗→热风干→涂覆硅烷偶联剂，本发明添加剂用于其中的铜箔表面固化处理工序。

配制固化液

配方一：先向1升电镀槽中添加500ml的去离子水，然后依次添加称重准确的七水硫酸锌130g，硫酸镍35g，硫酸钠45g，硫酸铵30-50g，硫酸亚铈0.4-0.7g，氨水（20%）8-15mL，调节pH3-4，最后用去离子水定容在1L，制成所需固化液。

配方二：先向1升电镀槽中添加500ml的去离子水，然后依次添加称重准确的七水硫酸锌160g，硫酸镍65g，硫酸钠60g，硫酸铵30-50g，硫酸亚铈0.4-0.7g，氨水（20%）8-15mL，调节pH3-4，最后用去离子水定容在1L，制成所需固化液。

配方三：先向1升电镀槽中添加500ml的去离子水，然后依次添加称重准确的七水硫酸锌80g，硫酸镍20g，硫酸钠15g，硫酸铵30-50g，硫酸亚铈0.4-0.7g，氨水（20%）8-15mL，调节pH3-4，最后用去离子水定容在1L，制成所需固化液。

铜箔的固化处理

将铜箔表面处理工艺中经表面粗化处理后的铜箔放入固化槽中，铅板做阳极，铜箔做阴极，按工作温度30-35℃、电流密度为2-8A/dm²、固化处理时间5-50s完成铜箔的钝化处理。

将以上三个配方在相同的条件下分别进行实验，各进行约30次固化处理后，配方一和配方二的固化效果不变，配方三的固化效果开始减弱，电镀时间变长，需要补加主盐；进行约60次固化处理后，配方一和配方二的固化效果仍未出现改变，为避免药品浪费，优选配方一。

图1为采用配方一、固化工作温度30-35℃、电流密度3-6A/dm²、固化处理时间8-12s对铜箔进行固化处理后的效果照片，图2、图3为电镜扫描图。

从图1中可以看出，铜箔经过固化液固化后，固化效果明显，表面呈均匀的灰白色，在电镜扫描图中则可以看出在粗化处理形成的铜粒表面均匀的形成锌镍合金镀层，图3可看到细微的锌镍合金层结晶，规则的排列在粗化层表面，增强铜箔在基材上的抗剥离强度和镀层的耐腐蚀性。

本申请发明人经实验发现：

当硫酸亚铈的添加量超出0.4-0.7g范围时，虽然也形成锌镍合金镀层，但结晶不细致，排列不规则，导致铜箔表面结合度不高，镀层的抗氧化性能降低，后续钝化层处理后，在200℃烘箱内放置5分钟左右就出现变黄，图4为硫酸亚铈添加量为0.2g时的铜箔表面电镜扫描图。

当固化的电流密度低于3A/dm²时，铜箔固化时间变长，固化效果比较明显，但表面均匀度较差，中间部分可见粗化层颜色（浅红色）。图5为表面效果照片。

当固化的电流密度高于6A/dm²时，固化层边缘有明显的烧焦现象，且固化层结晶表面微观效果非常不规则，严重影响镀层的抗氧化性能。如图6所示。

按照本发明固化液中硫酸锌的含量范围为100-150g/L，硫酸镍的含量范围为30-55g/L，硫酸钠的含量范围为30-50g/L，只要在本发明工艺所限定的范围来选择硫酸亚铈、硫酸铵和氨水添加量、固化工作温度、电流密度、固化处理时间，铜箔的固化处理效果与上述图1最佳工艺条件下的处理效果接近，均可满足处理要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种铜箔表面固化处理用的固化液，其特征在于，该固化液以去离子水作为溶剂，其中添加有：硫酸锌80-160g/L，硫酸镍20-65g/L，硫酸钠15-60g/L；该固化液还包括添加剂；添加剂含硫酸亚铈、硫酸铵和氨水，其中，每升固化液中，硫酸亚铈的添加量0.4-0.7g，硫酸铵的添加量为30-50g，以浓度为20％的氨水计量，氨水的添加量为8-15mL；

所述固化液的工作温度为15—40℃，工作电流密度为2-8A/dm²。