CN109554700A - 一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺 - Google Patents

一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺，所述工艺为：对光亮的铜膜或铜合金膜进行黑氧化处理，黑氧化处理的温度为40‑60℃，时间为0.5‑5min，处理结束后烘干，降低了铜膜或铜合金膜的反射率；所述光亮的铜膜或铜合金膜的厚度为0.1‑1μm，在380‑780nm波长内的反射率＞30％。本发明通过对试剂的调配以及工艺条件的优化，实现了对氧化铜层厚度的精确控制。在保证铜膜或铜合金膜导电性满足要求的前提下，大幅降低其反射率，铜膜或铜合金膜在380‑780nm波长范围内的平均反射率降低至15％以下，具有良好的应用前景。

Description

一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，具体涉及一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺。
背景技术
铜和铜合金是导电性好、成本低的金属材料，是电路板、显示屏等器件上的最主要导电物质。现有技术中对铜及其合金进行黑氧化处理的主要目的之一，是在金属表面形成保护层，防止铜及其合金零部件在大气中受H2S、SO2等有害气体的侵蚀，同时赋予其光泽的黑色外观，获得美观的性能；主要目的之二，在多层电路板的内层铜的铜面上形成一个有着合适粗糙度的黑化层，增强铜面和半固化片之间的结合力。
在实际应用中，现有黑氧化技术处理的铜或铜合金厚度都在微米级别以上，对工艺的要求不甚苛刻。而在一些特殊的应用场合，需要通过喷镀、蒸镀或者真空溅射等方式，在基材上形成一层极薄的铜膜或铜合金膜，厚度仅有0.1-1μm。这些工艺形成的铜膜或铜合金膜通常具有较高的金属光泽可视性和强反射率，制成线路时容易被肉眼觉察，影响使用人视觉效果。因此如何有效降低亚微米厚度铜膜或铜合金膜的反射率，同时保证其仍然具有良好的导电性能，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺，在保证铜膜或铜合金膜导电性满足要求的前提下，大幅降低其反射率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺，所述工艺为：对光亮的铜膜或铜合金膜进行黑氧化处理，黑氧化处理的温度为40-60℃，时间为0.5-5min，处理结束后烘干，降低了铜膜或铜合金膜的反射率；所述光亮的铜膜或铜合金膜的厚度为0.1-1μm，在380-780nm波长内的反射率＞30％。
本发明所述的铜膜或铜合金膜可以是无任何基底的金属膜，也可以是在任意导电或者绝缘基底上形成的金属膜，其表面可以是规则的，也可不规则。所述铜合金膜中，铜的含量占90wt％以上。
本发明提供的减反射工艺同样适用于铜膜或铜合金膜制成的图案或线路，只要所述铜膜或铜合金膜的厚度为0.1-1μm，均可采用本发明提供的工艺对其进行减反射处理。
根据本发明，所述铜膜或铜合金膜的厚度为0.1-1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述黑氧化处理的温度为40-60℃，例如可以是40℃、43℃、45℃、48℃、50℃、53℃、55℃、58℃或60℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述黑氧化处理的时间为0.5-5min，优选为0.5-2min，例如可以是0.5min、1min、1.5min、1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
黑氧化处理的温度和时间是本发明的关键，当氧化温度过高或时间过长时，铜膜或铜合金膜的氧化层变厚，大幅降低了其导电性能；当氧化温度过低或时间过短，铜膜或铜合金膜表面的氧化层厚度不足，且分布不均匀，其反射率仍然较高，同时出现局部反射率不同的现象，难以满足要求。
根据本发明，所述黑氧化处理使用的药水中含有亚氯酸盐、氯酸盐、亚溴酸盐或溴酸盐中的至少一种，优选为上述物质的钠盐。使用其作为氧化剂对铜膜或铜合金膜进行黑氧化处理时，取得的效果更佳。
示例性的，可以用于本发明所述黑氧化处理的药水为：广东天承科技有限公司的黑化液SkyBox 200系列、安美特化学有限公司的Multibond Part A&PartB以及MetexCorporation Limited的300W黑化液等。
根据本发明，所述黑氧化处理的方式为浸泡或喷淋。
作为优选的技术方案，本发明可以在所述黑氧化处理前对铜膜或铜合金膜进行前处理，所述前处理的操作为：在20-80℃下，利用碱性或酸性溶液对铜膜或铜合金膜处理0.1-5min，然后水洗。
前处理的目的是去除铜膜或铜合金膜上可能存在的污染物或油脂，同时润湿整个铜膜或铜合金膜表面，有利于后续黑氧化的均匀性，前处理药水可以是碱性或酸性药水，应根据具体情况进行选择。
作为优选的技术方案，本发明可以在所述黑氧化处理后对铜膜或铜合金膜进行缓蚀处理，所述缓蚀处理的操作为：在20-50℃下，利用缓蚀药水对铜膜或铜合金膜进行缓蚀处理0.1-5min，然后水洗。
缓蚀处理的目的是降低黑化后的铜膜或铜合金膜在使用或放置期间被腐蚀的损害，提高终端产品的可靠性和使用寿命。
根据本发明，所述烘干的温度为80-200℃，烘干的时间为2s-30min。
作为优选的技术方案，本发明所述光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺包括以下步骤：
(1)前处理：在20-80℃下，利用碱性或酸性溶液对铜膜或铜合金膜处理0.1-5min，然后水洗，所述铜膜或铜合金膜的厚度为0.1-1μm，在380-780nm波长内的反射率＞30％；
(2)黑氧化处理：在40-60℃下，采用浸泡或喷淋的方式将步骤(1)前处理后的铜膜或铜合金膜在药水中黑氧化处理0.5-5min，然后水洗；
(3)缓蚀处理：在20-50℃下，利用缓蚀药水对步骤(2)黑氧化处理后的铜膜或铜合金膜进行缓蚀处理0.1-5min，然后水洗；
(4)烘干处理：在80-200℃下对步骤(3)缓蚀处理后的铜膜或铜合金膜烘干2s-30min。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
黑氧化处理的目的是在光亮铜膜或铜合金膜表面形成一层氧化铜，降低光亮铜膜或铜合金膜反射率。和现有的金属铜以及铜合金表面黑氧化处理不同的是，本发明选择处理的铜膜或铜合金膜极薄，厚度只有0.1-1μm，但其反射率很高，在380-780nm波长内的反射率＞30％，平均反射率＞50％。在对上述铜膜或铜合金膜进行黑氧化处理过程中，首先要保证其良好的导电性，并在此基础上降低其反射率。这就需要对氧化铜层的厚度进行精确控制，并保证其厚度均匀连续。
有鉴于此，本发明通过对试剂的调配以及工艺条件的优化，实现了对氧化铜层厚度的精确控制。在保证铜膜或铜合金膜导电性满足要求的前提下，大幅降低光亮铜膜或铜合金膜的反射率，其在380-780nm波长范围内的平均反射率降低至15％以下。
附图说明
图1是本发明实施例1经过减反射处理后铜膜的反射效果图；
图2是本发明实施例2经过减反射处理后铜膜的反射效果图；
图3是减反射处理前铜膜的反射效果图；
图4是本发明实施例1减反射处理前后铜膜的反射率变化曲线图；
图5是本发明实施例2减反射处理前后铜膜的反射率变化曲线图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
各实施例中待测试样品为玻璃基板上的溅射铜膜，待测试样品表面光亮，反射率很高，如图3所示。铜膜厚度约300nm，在380-780nm波长范围内的反射率为35％-98％，平均反射率为65.8％，在550nm处的反射率为58.3％，面电阻(方块电阻)为82mΩ/□。
优选地，本发明在具体实施例中选用的碱性前处理药水由广东天承科技有限公司生产的碱性清洁剂SkyClean 231C配制而成，其浓度为50mL/L；酸性前处理药水由广东天承科技有限公司的酸性除油SkyClean 605C2配制而成，浓度为80mL/L；黑氧化处理药水为广东天承科技有限公司的黑化氧化剂SkyBox200Y和黑化添加剂SkyBox 200J配制而成，二者的浓度分别为200mL/L和50mL/L。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种光亮铜膜减反射工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)取一块约为3cm×5cm的铜膜测试板，利用碱性前处理药水前处理60s，处理温度为50℃，前处理结束后用去离子水冲洗1min；
(2)将步骤(1)处理后的测试板浸入黑氧化处理药水中处理2min，处理温度为60℃，黑氧化处理后依次用自来水和去离子水分别冲洗1min；
(3)将步骤(2)处理后的测试板浸入缓蚀处理药水中处理1min，缓蚀药水为1mmoL/L的苯并三氮唑(BTA)溶液，处理温度为常温；
(4)将步骤(3)处理后的测试板置于烘箱中，在100℃下烘烤20min，然后移入干燥器中冷却10min，取出进行观察和测试。
如图1所示，本实施例经过减反射工艺处理后，所得铜膜测试板表面的亮度大大降低。
如图4所示，所得铜膜测试板的反射率大幅下降，其在380-780nm波长范围内的平均反射率为7.7％，在550nm处的反射率为5.9％。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为110mΩ/□。
实施例2
本实施例提供了一种光亮铜膜减反射工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)取一块约为3cm×5cm的铜膜测试板，利用碱性前处理药水前处理90s，处理温度为60℃，前处理结束后用去离子水冲洗1min；
(2)将步骤(1)处理后的测试板浸入黑氧化处理药水中处理3min，处理温度为50℃，黑氧化处理后依次用自来水和去离子水分别冲洗1min；
(3)将步骤(2)处理后的测试板浸入缓蚀处理药水中处理1min，缓蚀药水为1mmoL/L的甲基苯骈并三氮唑(TTA)溶液，处理温度为常温；
(4)将步骤(3)处理后的测试板置于烘箱中，在150℃下烘烤10min，然后移入干燥器中冷却10min，取出进行观察和测试。
如图2所示，本实施例经过减反射工艺处理后，所得铜膜测试板表面的亮度大大降低。
如图5所示，所得铜膜测试板的反射率大幅下降，其在380-780nm波长范围内的平均反射率11.3％，在550nm处的反射率为10.4％。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为102mΩ/□。
实施例3
本实施例提供了一种光亮铜膜减反射工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)取一块约为3cm×5cm的铜膜测试板，利用碱性前处理药水前处理3min，处理温度为45℃，前处理结束后用去离子水冲洗1min；
(2)将步骤(1)处理后的测试板浸入黑氧化处理药水中处理0.5min，处理温度为60℃，黑氧化处理后依次用自来水和去离子水分别冲洗1min；
(3)将步骤(2)处理后的测试板浸入缓蚀处理药水中处理2min，缓蚀药水为0.5mmoL/L的TTA溶液，处理温度为50℃；
(4)将步骤(3)处理后的测试板置于烘箱中，在200℃下烘烤0.5min，然后移入干燥器中冷却10min，取出进行观察和测试。
本实施例经过减反射工艺处理后，所得铜膜测试板表面的亮度大大降低，反射率下降明显，其在380-780nm波长范围内的平均反射率为12.6％，在550nm处的反射率为10.6％。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为99mΩ/□。
实施例4
本实施例提供了一种光亮铜膜减反射工艺，所述工艺包括以下步骤：
(1)取一块约为3cm×5cm的铜膜测试板，利用酸性前处理药水前处理4min，处理温度为30℃，前处理结束后用去离子水分别冲洗1min；
(2)将步骤(1)处理后的测试板浸入黑氧化处理药水中处理5min，处理温度为40℃，黑氧化处理后依次用自来水和去离子水冲洗1min；
(3)将步骤(2)处理后的测试板浸入缓蚀处理药水中处理1min，缓蚀药水为1mmoL/L的TTA溶液，处理温度为常温；
(4)将步骤(3)处理后的测试板置于烘箱中，在150℃下烘烤10min，然后移入干燥器中冷却10min，取出进行观察和测试。
本实施例经过减反射工艺处理后，所得铜膜测试板表面的亮度大大降低，反射率下降明显，其在380-780nm波长范围内的平均反射率为9.7％，在550nm处的反射率为8.6％。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为104mΩ/□。
对比例1
与实施例1相比，除了将步骤(2)中的黑氧化处理的温度调整为80℃外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。
本对比例中，所得铜膜测试板的反射率相较未处理之前大幅下降，其在380-780nm波长范围内的平均反射率6.5％，在550nm处的反射率为5.1％。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为133mΩ/□，导电性能下降明显。
对比例2
与实施例1相比，除了将步骤(2)中的黑氧化处理的温度调整为20℃外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。
本对比例中，所得铜膜测试板的反射率在380-780nm波长范围内的平均反射率31.3％，在550nm处的反射率为24.7％。铜膜仍然比较光亮，难以满足要求。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为90mΩ/□。
对比例3
与实施例2相比，除了将步骤(2)中黑氧化处理的时间调整为6min外，其他步骤和条件与实施例2完全相同。
本对比例中，所得铜膜测试板的反射率相较未处理之前大幅下降，其在380-780nm波长范围内的平均反射率5.8％，在550nm处的反射率为5.0％。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为138mΩ/□，导电性能下降明显。
对比例4
与实施例2相比，除了将步骤(2)中黑氧化处理的时间调整为20s外，其他步骤和条件与实施例2完全相同。
本对比例中，所得铜膜测试板的反射率在380-780nm波长范围内的平均反射率40.6％，在550nm处的反射率为30.9％。铜膜仍然比较光亮，且铜膜表面局部出现反射率不同的现象，难以满足要求。
经过测试，所得铜膜测试板的面电阻为87mΩ/□。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种光亮铜膜或铜合金膜减反射工艺，其特征在于，所述工艺为：对光亮的铜膜或铜合金膜进行黑氧化处理，黑氧化处理的温度为40-60℃，时间为0.5-5min，处理结束后烘干，降低了铜膜或铜合金膜的反射率；所述光亮的铜膜或铜合金膜的厚度为0.1-1μm，在380-780nm波长内的反射率＞30％。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述黑氧化处理使用的药水中含有亚氯酸盐、氯酸盐、亚溴酸盐或溴酸盐中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述黑氧化处理的方式为浸泡或喷淋。
4.如权利要求1-3任一项所述的工艺，其特征在于，所述黑氧化处理前对铜膜或铜合金膜进行前处理，所述前处理的操作为：在20-80℃下，利用碱性或酸性溶液对铜膜或铜合金膜处理0.1-5min，然后水洗。
5.如权利要求1-4任一项所述的工艺，其特征在于，所述黑氧化处理后对铜膜或铜合金膜进行缓蚀处理，所述缓蚀处理的操作为：在20-50℃下，利用缓蚀药水对铜膜或铜合金膜进行缓蚀处理0.1-5min，然后水洗。
6.如权利要求1-5任一项所述的工艺，其特征在于，所述烘干的温度为80-200℃。
7.如权利要求1-6任一项所述的工艺，其特征在于，所述烘干的时间为2s-30min。
8.如权利要求1-7任一项所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
(1)前处理：在20-80℃下，利用碱性或酸性溶液对铜膜或铜合金膜处理0.1-5min，然后水洗，所述铜膜或铜合金膜的厚度为0.1-1μm，在380-780nm波长内的反射率＞30％；
(2)黑氧化处理：在40-60℃下，采用浸泡或喷淋的方式将步骤(1)前处理后的铜膜或铜合金膜在药水中黑氧化处理0.5-5min，然后水洗；
(3)缓蚀处理：在20-50℃下，利用缓蚀药水对步骤(2)黑氧化处理后的铜膜或铜合金膜进行缓蚀处理0.1-5min，然后水洗；
(4)烘干处理：在80-200℃下对步骤(3)缓蚀处理后的铜膜或铜合金膜烘干2s-30min。
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