CN117702098A - 电解铜箔及电解铜箔表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电解铜箔及电解铜箔表面处理工艺,电解铜箔按照顺序依次进行如下工序:铜箔放卷、酸洗、粗化Ⅰ、固化Ⅰ、粗化Ⅱ、固化Ⅱ、粗化Ⅲ、固化Ⅲ、水洗Ⅰ、灰化、水洗Ⅱ、钝化、水洗Ⅲ、水洗Ⅳ、硅烷喷涂、烘干和铜箔收卷。其中,粗化的工序条件为:温度20‑30℃、铜离子浓度为9‑15g/L、硫酸浓度为150‑190g/L、钨酸钠浓度为10‑60ppm、硫酸钴浓度为5‑45ppm、进液端电流密度为10‑50A/dm2、出液端电流密度为5‑30A/dm2;固化的工序条件为温度35‑50℃、铜离子浓度为40‑60g/L、硫酸浓度为90‑120g/L、钨酸钠浓度为10‑60ppm、硫酸钛浓度为0.1‑3g/L、进液端电流密度为10‑30A/dm2、出液端电流密度为10‑30A/dm2。通过上述设计,能够降低电解铜箔高温抗剥离强度的热损失率。
Description
技术领域
本申请涉及电解铜箔制备领域,尤其涉及一种电解铜箔及电解铜箔表面处理工艺。
背景技术
电解铜箔是电子和电气工业的重要原材料,可用于生产覆铜层压板,进而用于制造印刷电路板。在电解铜箔的生产中,其工艺流程一般为:电解液制备、电解生箔、表面处理和分切包装,其中表面处理是指在铜箔的表面进行电镀处理,通过镀铜、镀锌及镀铬来提高毛箔的各种性能指标,如抗剥离性能指标,抗氧化性能指标等。
目前工艺生产的铜箔的高温抗剥离强度热损失率较高,按照国标GB/T 29871-2013内容检测抗剥离强度热损失率需要在10%左右,但经过现有的表面处理工艺处理后的电解铜箔的热损失率一般在30-40%,并且偶尔有不合格(>50%)情况发生。
发明内容
本申请的目的是提供一种电解铜箔及电解铜箔表面处理工艺,以降低电解铜箔高温抗剥离强度的热损失率。
本申请公开了一种电解铜箔表面处理工艺,电解铜箔按照顺序依次进行如下工序:铜箔放卷、酸洗、粗化Ⅰ、固化Ⅰ、粗化Ⅱ、固化Ⅱ、粗化Ⅲ、固化Ⅲ、水洗Ⅰ、灰化、水洗Ⅱ、钝化、水洗Ⅲ、水洗Ⅳ、硅烷喷涂、烘干和铜箔收卷。
其中,所述粗化Ⅰ、所述粗化Ⅱ和所述粗化Ⅲ的工序条件为:粗化槽液的温度为20-30℃、铜离子浓度为9-15g/L、硫酸浓度为150-190g/L、钨酸钠浓度为10-60ppm、硫酸钴浓度为5-45ppm、进液流量为5-10m3/h、进液端电流密度为10-50A/dm2、出液端电流密度为5-30A/dm2;所述固化Ⅰ、所述固化Ⅱ和所述固化Ⅲ的工序条件为:固化槽液的温度为35-50℃、铜离子浓度为40-60g/L、硫酸浓度为90-120g/L、钨酸钠浓度为10-60ppm、硫酸钛浓度为0.1-3g/L、进液流量为5-10m3/h、进液端电流密度为10-30A/dm2、出液端电流密度为10-30A/dm2。
可选的,所述灰化的工序条件为:灰化槽液的温度为30-40℃、锌离子浓度为2.0-4.0g/L、镍离子浓度为1.0-2.0g/L、焦磷酸钾浓度为40-60g/L、pH值为9.0-11.0、进液流量为5-10m3/h,光面电流密度为1-10A/dm2,毛面电流密度为1-10A/dm2。
可选的,在所述灰化工序中,锌离子浓度与镍离子浓度之比为2:1。
可选的,所述钝化的工序条件为:钝化槽液的温度为20-30℃、铬离子浓度为0.5-1.5g/L、pH值为10.0-12.0、进液流量为5-10m3/h,光面电流密度为1-10A/dm2,毛面电流密度为1-10A/dm2。
可选的,在所述水洗Ⅰ、所述水洗Ⅱ、所述水洗Ⅲ和所述水洗Ⅳ工序中,水洗温度为20-25℃,采用纯水进行水洗,且纯水的水质为:电导≤5μs/cm、浊度≤2、pH=6.8-7.6,氯离子含量≤1ppm。
可选的,在所述硅烷喷涂工序中,使用硅烷偶联剂进行喷涂,且硅烷偶联剂的温度为10-40℃、流量为1-7m3/h、含量为5‰。
可选的,在所述铜箔放卷和所述铜箔收卷工序中,放卷和收卷的线速度为20-40m/min。
可选的,在所述酸洗工序中,温度为20-30℃、铜离子浓度为9-15g/L、硫酸浓度为150-190g/L。
本申请还公开了一种电解铜箔,所述电解铜箔采用如上所述的电解铜箔表面处理工艺制备得到。
可选的,所述电解铜箔包括反转铜箔。
相对于目前的表处理工艺来说,本申请通过在粗化工艺中添加钨酸钠和硫酸钴,以提高电解铜箔的耐热性、耐蚀性和高温抗剥离强度;在固化工艺中添加钨酸钠和硫酸钛,以提高铜箔的深镀能力,结合使得电解铜箔的高温抗剥离强度更高、热损耗更低,从而达到降低电解铜箔高温抗剥离强度的热损失率的目的。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本申请的实施方式,并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1是本申请实施例提供的一种电解铜箔的表面处理工艺的流程图。
具体实施方式
需要理解的是,这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节,仅仅是为了描述具体实施例,是代表性的,但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现,不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。
图1是本申请实施例提供的一种电解铜箔的表面处理工艺的流程图,如图1所示,电解铜箔的具体工序依次为:铜箔放卷、酸洗、粗化Ⅰ、固化Ⅰ、粗化Ⅱ、固化Ⅱ、粗化Ⅲ、固化Ⅲ、水洗Ⅰ、灰化、水洗Ⅱ、钝化、水洗Ⅲ、水洗Ⅳ、硅烷喷涂、烘干和铜箔收卷。
需要说明的是,在实际生产过程中,可以根据需要来减少粗化工序、固化工序和/或水洗工序,或者根据需要来增加粗化工序、固化工序和/或水洗工序,这并不影响本申请中技术方案的使用。
本申请的目的在于提供一种提高铜箔高温抗剥离强度的表面处理工艺,通过在对电解铜箔表面处理粗化、固化的过程中,添加电镀添加剂,使电解铜箔在粗化以及固化过程中就具有良好的耐腐蚀性与结合力,再加上特殊配比的耐热层工艺,使高温抗剥离强度热损失率在客户要求的检测方法下可以控制在10%以内,解决了现有技术中存在的电解铜箔高温抗剥离强度偏低的问题。
具体的,在粗化工序中,即粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序中,粗化槽液的温度为20-30℃、铜离子浓度为9-15g/L、硫酸浓度为150-190g/L、钨酸钠浓度为10-60ppm、硫酸钴浓度为5-45ppm、进液流量为5-10m3/h、进液端(下降端)电流密度为10-50A/dm2、出液端(上升端)电流密度为5-30A/dm2。
在固化工序中,即固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ的工序条件为:固化槽液的温度为35-50℃、铜离子浓度为40-60g/L、硫酸浓度为90-120g/L、钨酸钠浓度为10-60ppm、硫酸钛浓度为0.1-3g/L、进液流量为5-10m3/h、进液端(下降端)电流密度为10-30A/dm2、出液端(上升端)电流密度为10-30A/dm2。
粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序的作用主要是在铜箔的毛面沉积一层枝状的氧化亚铜颗粒,增加毛面的比表面积。固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ的主要作用是在粗化处理后形成的氧化亚铜颗粒上沉积一些十分致密细小的铜晶体,把这些树枝状颗粒牢固的包裹起来,增加铜箔与基材的结合力,提高铜箔的抗剥离强度。
相对于目前的表处理工艺来说,本申请通过在粗化工序中添加钨酸钠和硫酸钴,以提高电解铜箔的耐热性、耐蚀性和高温抗剥离强度;在固化工艺中添加钨酸钠和硫酸钛,以提高铜箔的深镀能力。综合之下,通过在对表面处理粗化、固化的过程中,添加电镀添加剂,以在粗化与固化的电镀过程中提高了铜箔的深镀能力、耐高温性、耐腐蚀性以及附着力,使得电解铜箔的高温抗剥离强度更高、热损耗更低,从而达到降低电解铜箔高温抗剥离强度的热损失率的目的。
一般表处理工艺中,粗化工序的硫酸浓度一般为120g/L,固化工序的硫酸浓度一般为60g/L,相比之下,本申请实施例提高了粗化与固化工序中的酸含量,降低了生产过程中电耗。
而由于本申请实施例在粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序中都选用钨酸钠和硫酸钴作为电镀添加剂,替代了一般表处理工艺的粗化电解液中的助剂(三氧化二砷),由于三氧化二砷为剧毒材料,因此本申请实施例中的技术方案保证了生产的安全性。
另外,在本申请实施例中,粗化工序中的电镀添加剂为钨酸钠和硫酸钴,固化工序中的电镀添加剂为钨酸钠和硫酸钛。经过多次试验,发明人发现相较于将粗化工序和固化工序中采用同样的电镀添加剂方案来说,采用本申请实施例的设计,更有利于提高电解铜箔的耐热效果,有利于降低电解铜箔高温抗剥离强度的热损失率。
在酸洗工序中,采用与粗化工序相同的电解液,即在所述酸洗工序中,温度为20-30℃、铜离子浓度为9-15g/L、硫酸浓度为150-190g/L。酸洗工序的主要作用是将母卷由于放置产生的表面氧化层清洗干净,保证后续电镀的均匀性。
在灰化工序中,灰化槽液的温度为30-40℃、锌离子浓度为2.0-4.0g/L、镍离子浓度为1.0-2.0g/L、焦磷酸钾浓度为40-60g/L、pH值为9.0-11.0、进液流量为5-10m3/h,光面电流密度为1-10A/dm2,毛面电流密度为1-10A/dm2。
灰化的主要作用是在铜箔表面镀一层锌镍合金,提高铜箔的高温抗氧化性能,加强铜箔的耐热性。本申请实施例提供特殊配比的耐热层工艺,进一步降低了电解铜箔高温抗剥离强度的热损失率,使得使高温抗剥离强度热损失率在客户要求的检测方法下可以控制在10%以内。
而且,本申请实施例中通过对灰化工序的改进,还能够降低灰化中焦磷酸钾(K4P2O7)的含量,从而能够降低生产过程中原材料的消耗。
进一步的,锌离子浓度与镍离子浓度之比为2:1。发明人通过实验发现,在实际成产过程中,当锌离子浓度与镍离子浓度之比为2:1时,铜箔的抗剥离效果最好。
在钝化工序中,钝化槽液的温度为20-30℃、铬离子浓度为0.5-1.5g/L、pH值为10.0-12.0、进液流量为5-10m3/h,光面电流密度为1-10A/dm2,毛面电流密度为1-10A/dm2。
钝化的主要作用是在电解铜箔表面镀上一层铬金属防氧化层,进一步增加电解铜箔的抗氧化能力,延长电解铜箔在常温条件下的储存时间。采用本申请中的设计,还能够降低钝化工序中Cr6+的浓度,从而降低了生产过程中原材料的消耗。
在水洗工序中,即水洗Ⅰ、水洗Ⅱ、水洗Ⅲ和水洗Ⅳ工序中,水洗温度为常温,为20-30℃;并且采用纯水进行水洗,且纯水的水质为:电导≤5μs/cm、浊度≤2、pH=6.8-7.6,氯离子含量≤1ppm。
水洗的作用主要是将铜箔表面附着的电解液冲洗干净,防止各镀槽间电解液窜液,影响铜箔在表处理过程中下一个步骤的处理效果。
本申请实施例通过连续的水洗Ⅲ和水洗Ⅳ工序,以保证电解铜箔的表面不会有电解液、离子残留,不会影响到成品的良率。
在硅烷喷涂工序中,使用硅烷偶联剂进行喷涂,且硅烷偶联剂的温度为10-40℃、流量为1-7m3/h、含量为5‰。其中,硅烷喷涂的主要作用是进一步增加铜箔的抗剥离强度。
在烘干工序中,可将铜箔放入烘箱中,采用200℃-250℃进行烘干。烘干的主要作用是去除铜箔表面、孔隙内的水分与干湿气体,去氢消除应力,增加铜箔的柔韧性、延展性,消除脆性。
在铜箔放卷和铜箔收卷工序中,放卷和收卷的线速度为20-40m/min。
由上可知,本发明的配方简单,成本较低,适用于实际生产,有良好的市场前景。
本申请还结合下面两种具体的实施例和相对应的对比例来对本申请的方案进行清楚、完整的描述。
需要理解的是,以下所描述的实施案例只是本申请的一部分实施案例,不是全部的实施案例。基于本申请中的实施案例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例一:
本申请实施例选用厚度为12μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序中都选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都加入钨酸钠、硫酸钛为添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=2:1,各工序实测工艺参数数值如下表1所示:
表1
对比例1:选用厚度为12μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序都选用助剂—砷作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都不加入添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=3:1,各工序实测工艺参数数值如下表2所示:
表2
对比例2:选用厚度为12μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序都选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都加入钨酸钠、硫酸钛作为添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=1:1,各工序实测工艺参数数值如下表3所示:
表3
对比例3:选用厚度为12μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序都选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都加入钨酸钠、硫酸钛作为添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=3:1,各工序实测工艺参数数值如下表4所示:
表4
实施例二:
本申请实施例选用厚度为35μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序中都选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都加入钨酸钠、硫酸钛为添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=2:1,各工序实测工艺参数数值如下表5所示:
表5
对比例4:选用厚度为35μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序都选用助剂—砷作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都不加入添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=3:1,各工序实测工艺参数数值如下表6所示:
表6
对比例5:选用厚度为35μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序都选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都加入钨酸钠、硫酸钛作为添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=1:1,各工序实测工艺参数数值如下表7所示:
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表7
对比例6:选用厚度为35μm的铜箔进行表面处理,粗化Ⅰ、粗化Ⅱ和粗化Ⅲ工序都选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,固化Ⅰ、固化Ⅱ和固化Ⅲ工序中都加入钨酸钠、硫酸钛作为添加剂,灰化工序中Zn2+:Ni2+=3:1,各工序实测工艺参数数值如下表8所示:
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表8
按照GB/T 29847-2013中7.3条款中规定的方法分别对实施例1和对比例1-3,以及实施例2和对比例4-6制得的铜箔的热冲击前抗剥离强度、热冲击后的抗剥离强度进行测试并计算出抗剥离强度的热损失率,测试结果如下表9所示:
表9
根据以上表9可知,实施例1与对比例1-3进行热冲击前后抗剥离强度衰减率对比,实施例1抗剥离强度衰减率低于对比例1-3,并且能够将抗剥离强度热损失率控制在5%以内。
根据以上表9可知,实施例2与对比例4-6进行热冲击前后抗剥离强度衰减率对比,实施例2抗剥离强度衰减率低于对比例4-6,并且能够将抗剥离强度热损失率控制在5%以内。
按照客户提供的测试方式(铜箔正常压板之后200℃烘烤5h后检测抗剥离强度)分别对实施例1和对比例1-3,以及实施例2和对比例4-6制得的铜箔的压板后烘烤前后的抗剥离强度进行检测并计算出抗剥离强度的损失率,测试结果如下表10所示:
表10
根据以上表10可知,实施例1与对比例1-3进行客户要求方法测试抗剥离强度衰减率对比,实施例1抗剥离强度衰减率远低于对比例1-3,并且能够将抗剥离强度热损失率控制在10%以内。
根据以上表10可知,实施例2与对比例4-6进行客户要求方法测试抗剥离强度衰减率对比,实施例2抗剥离强度衰减率远低于对比例4-6,并且能够将抗剥离强度热损失率控制在10%以内。
由此可知,采用本申请的技术方案,通过在粗化工序中选用钨酸钠、硫酸钴作为添加剂,在固化工序中加入钨酸钠、硫酸钛为添加剂,并控制灰化工序中Zn2+:Ni2+=2:1,能够有效降低抗剥离强度热损失率。不论是按照GB/T 29847-2013中7.3条款中规定的方法,对采用本申请技术方案中的表面处理工艺生产得到的铜箔进行测试;还是按照客户提供的测试方式,对采用本申请技术方案中的表面处理工艺生产得到的铜箔进行测试,得到的测试结果都能达到生产要求。而且,采用本申请技术方案中的表面处理工艺生产得到的铜箔,其抗剥离强度热损失率可控制在10%以内。
本申请还公开了一种电解铜箔,所述电解铜箔采用如上所述的电解铜箔表面处理工艺制备得到。所述电解铜箔的一面是光面,另一面是毛面,所述电解铜箔可以是反转铜箔,或者还可以是其它类型的铜箔。
另外,本申请的发明构思可以形成非常多的实施例,但是申请文件的篇幅有限,无法一一列出,因而,在不相冲突的前提下,以上描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例,各实施例或技术特征组合之后,将会增强原有的技术效果。
以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明,不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,电解铜箔按照顺序依次进行如下工序:铜箔放卷、酸洗、粗化Ⅰ、固化Ⅰ、粗化Ⅱ、固化Ⅱ、粗化Ⅲ、固化Ⅲ、水洗Ⅰ、灰化、水洗Ⅱ、钝化、水洗Ⅲ、水洗Ⅳ、硅烷喷涂、烘干和铜箔收卷;
其中,所述粗化Ⅰ、所述粗化Ⅱ和所述粗化Ⅲ的工序条件为:粗化槽液的温度为20-30℃、铜离子浓度为9-15g/L、硫酸浓度为150-190g/L、钨酸钠浓度为10-60ppm、硫酸钴浓度为5-45ppm、进液流量为5-10m3/h、进液端电流密度为10-50A/dm2、出液端电流密度为5-30A/dm2;
所述固化Ⅰ、所述固化Ⅱ和所述固化Ⅲ的工序条件为:固化槽液的温度为35-50℃、铜离子浓度为40-60g/L、硫酸浓度为90-120g/L、钨酸钠浓度为10-60ppm、硫酸钛浓度为0.1-3g/L、进液流量为5-10m3/h、进液端电流密度为10-30A/dm2、出液端电流密度为10-30A/dm2。
2.如权利要求1所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,所述灰化的工序条件为:灰化槽液的温度为30-40℃、锌离子浓度为2.0-4.0g/L、镍离子浓度为1.0-2.0g/L、焦磷酸钾浓度为40-60g/L、pH值为9.0-11.0、进液流量为5-10m3/h,光面电流密度为1-10A/dm2,毛面电流密度为1-10A/dm2。
3.如权利要求2所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,在所述灰化工序中,锌离子浓度与镍离子浓度之比为2:1。
4.如权利要求1所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,所述钝化的工序条件为:钝化槽液的温度为20-30℃、铬离子浓度为0.5-1.5g/L、pH值为10.0-12.0、进液流量为5-10m3/h,光面电流密度为1-10A/dm2,毛面电流密度为1-10A/dm2。
5.如权利要求1所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,在所述水洗Ⅰ、所述水洗Ⅱ、所述水洗Ⅲ和所述水洗Ⅳ工序中,水洗温度为20-25℃,采用纯水进行水洗,且纯水的水质为:电导≤5μs/cm、浊度≤2、pH=6.8-7.6,氯离子含量≤1ppm。
6.如权利要求1所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,在所述硅烷喷涂工序中,使用硅烷偶联剂进行喷涂,且硅烷偶联剂的温度为10-40℃、流量为1-7m3/h、含量为5‰。
7.如权利要求1所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,在所述铜箔放卷和所述铜箔收卷工序中,放卷和收卷的线速度为20-40m/min。
8.如权利要求1所述的电解铜箔表面处理工艺,其特征在于,在所述酸洗工序中,温度为20-30℃、铜离子浓度为9-15g/L、硫酸浓度为150-190g/L。
9.一种电解铜箔,其特征在于,由如权利要求1-8任意一项所述的电解铜箔表面处理工艺制备得到。
10.如权利要求9所述的电解铜箔,其特征在于,所述电解铜箔包括反转铜箔。
Priority Applications (1)
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CN202311708577.3A CN117702098A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 电解铜箔及电解铜箔表面处理工艺 |
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Publications (1)
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2023
- 2023-12-11 CN CN202311708577.3A patent/CN117702098A/zh active Pending
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