CN117845299A - 一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法 - Google Patents
一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，具体为：对铜箔依次进行脱脂、酸洗、一次固化、连续两次粗化、二次固化、黑化、防氧化和硅烷处理；粗化处理的镀液中硫酸160‑260g/L、铜离子8‑18 g/L、有机添加剂1~5 g/L、无机添加剂0.5‑2.0g/L，镀液温度13‑26℃，电镀时电流密度45‑70A/dm²。本发明中的表面处理方法，使铜箔具备较低的粗糙度的同时，依然具有较高的抗剥离强度，且铜箔外观颜色均匀一致性好，铜箔毛面无铜粉颗粒脱落现象，在高温的抗氧化能力上达到了200℃、1小时或300℃、5分钟无氧化变色现象。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法。
背景技术
按照生产工艺的不同，工业用铜箔可分为电解铜箔与压延铜箔两大类。电解铜箔是以硫酸铜溶液为原料，采用电解方法将硫酸铜溶液中的铜离子沉积在旋转的阴极辊后剥离制成原箔；压延铜箔是用铜锭通过压力加工的方式，轧制成一定厚度的原箔。
压延铜箔属于片状结晶组织结构，因此在柔韧性、抗弯曲性、延展性、表面平滑性方面要优于针状结晶组织结构的电解铜箔。而压延铜箔的许多性能(如抗剥离强度、抗弯强度、延伸率、耐钎焊性、耐热性)与其所使用铜箔的表面处理工艺有很大关系。压延铜箔的表面处理工艺主要有预处理(除油、酸洗)、黑化或红化处理、抗腐蚀处理、涂膜处理、干燥等几个步骤。在实际生产过程中，表面处理工艺常根据实际用途进行取舍。
低粗糙度铜箔与普通紫铜箔在轧制工艺上有所不同。为了追求高频高速电路具有更好信号完整性，印制线路板FPC，PCB要实现（特别在高频下实现） 更低的信号传输损耗。作为传输信号的主要材料，对铜箔的技术需求应具有低轮廓度、高耐热的特性。即铜箔具有低 Rz、以及高的抗氧化性，最终满足低损耗、甚低损耗的信号传输需要。我国在传统铜箔技术方面的发展比较快，但是在高端铜箔方面仍存在不足。特别是5G时代背景下，对于材料器件等都向高频高速的趋势发展，高端铜箔仍大多依赖于进口，为了满足5G时代的需求，低表面粗糙度铜箔制备工艺的开发迫不及待。
发展新一代信息网络，拓展5G应用，建设数据中心为代表新型基础设施建设系我国推动产业升级的重点发展方向。5G基站及数据中心建设是高速率网络通信的基础设施，对于打造数字经济时代发展新动能、引导新一轮科技产业革命并构筑国际竞争优势，具有重要的战略意义。高频高速电子铜箔作为高频高速FPCB基板的关键材料之一，在产业升级过程中需求增长明显，拥有低粗糙度的压延铜箔生产制备企业，将受益于产业升级的趋势得到较快发展。
因此要开发适合低粗糙度铜箔的表面处理工艺，保证铜箔粗糙度Rz在0.6-1.2μm之间，抗剥离强度（FR4）达到0.6N/mm以上，抗高温防氧化能力上达到200℃、1小时或300℃、5分钟无氧化变色要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，通过调整粗化液铜酸的浓度及添加剂、溶液的温度及电流密度，调整铜瘤尺寸及排布进而影响粗糙度，以及改变处理面的表面积影响铜结晶层与铜箔基材之间的附着力。
本发明通过以下技术方案实现：
一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，对铜箔依次进行脱脂处理、酸洗处理、一次固化处理、连续两次粗化处理、二次固化处理、黑化处理、防氧化处理和硅烷处理；
粗化处理的镀液中硫酸160-260g/L、铜离子8-18 g/L、有机添加剂1~5 g/L、无机添加剂0.5~2.0 g/L，镀液温度13-26℃，电镀时电流密度45-70A/dm²。
进一步地，所述的硫酸与铜离子的比值为10~20:1；所述的有机添加剂为聚乙二醇；所述的无机添加剂为二价铁盐、二价钴盐、二价镍盐、钼酸盐中的两种以上。
进一步地，固化处理的镀液成分中硫酸80-160g/L、铜离子40-70 g/L、硫酸与铜离子的比值为1-5:1，镀液温度40-60℃，电镀时电流密度10-30A/dm²。
进一步地，黑化处理中镀液成分中铜离子1-10 g/L、镍离子1-10 g/L，镍离子与铜离子的比例为1-10:1，有机添加剂1-5 g/L、无机添加剂5~10 g/L，镀液温度25-45℃，电镀时电流密度10-30A/dm²。
进一步地，所述的有机添加剂为柠檬酸和/或氨基酸，所述的无机添加剂为二价钴盐。
进一步地，防氧化处理包括镀锌处理和镀铬处理；
镀锌处理的镀液中锌离子2-10g/L、镍离子0.5-5/L、焦磷酸钾50~100g/L pH值9-13、，镀液温度18-35℃，电镀时电流密度1-5A/dm²；
镀铬处理铬离子浓度1-10g/L、pH值8-12、镀液温度15-30℃，电镀时电流密度1-7A/dm²。
进一步地，将硅烷配制成0.5-2wt%的水溶液，喷涂在铜箔毛面。
进一步地，脱脂处理镀液中氢氧化钠或氢氧化钾30-50g/L、碳酸钠20-40g/L镀液温度45-60℃，电镀时电流密度4-8A/dm²。
进一步地，酸洗处理的处理液中硫酸浓度100-180g/L、温度25-45℃。
本发明取得的有益效果为：
本发明提供的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，使铜箔具备较低的粗糙度（Rz＜1.2mm）的同时，依然具有较高的抗剥离强度（FR4＞0.6N/mm），且铜箔外观颜色均匀一致性好，铜箔毛面无铜粉颗粒脱落现象，在高温的抗氧化能力上达到了200℃、1小时或300℃、5分钟无氧化变色现象。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明保护的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部的实施例，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所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例和对比例中待处理的铜箔为轧制后、厚度12μm的压延铜箔，粗糙度（Rz）为0.8μm，抗剥离强度FR为0.3N/mm。
实施例1
（1）脱脂处理：镀液中氢氧化钠40g/L、碳酸钠30g/L镀液温度55℃，电镀时电流密度6A/dm²；
（2）酸洗处理：酸洗处理的处理液中硫酸浓度140g/L、温度35℃；
（3）一次固化处理：镀液成分中硫酸120g/L、铜离子60 g/L、硫酸与铜离子的比值为2:1，镀液温度50℃，电镀时电流密度20A/dm²；
（4）连续两次粗化处理：粗化处理的镀液中硫酸180g/L、铜离子12 g/L、硫酸与铜离子的比值为15:1，聚乙二醇8000 4g/L、硫酸铁0.5 g/L、硫酸钴0.5 g/L、钼酸铵0.6 g/L，镀液温度25℃，电镀时电流密度60A/dm²；
（5）二次固化处理：镀液成分中硫酸120g/L、铜离子60 g/L、硫酸与铜离子的比值为2:1，镀液温度50℃，电镀时电流密度20A/dm²；
（6）黑化处理：镀液成分中铜离子6 g/L、镍离子2 g/L，镍离子与铜离子的比例为3:1，柠檬酸4 g/L、硫酸钴8 g/L，镀液温度35℃，电镀时电流密度20A/dm²；
（7）防氧化处理：防氧化处理包括镀锌处理和镀铬处理；
镀锌处理的镀液中锌离子5g/L、镍离子1g/L、焦磷酸钾80g/L pH值11，镀液温度30℃，电镀时电流密度4A/dm²；
镀铬处理铬离子浓度8g/L、pH值11.2、镀液温度25℃，电镀时电流密度5A/dm²；
（8）硅烷处理：将硅烷配制成1.5wt%的水溶液，喷涂在铜箔毛面。
实施例2
（1）脱脂处理：镀液中氢氧化钠40g/L、碳酸钠30g/L镀液温度55℃，电镀时电流密度6A/dm²；
（2）酸洗处理：酸洗处理的处理液中硫酸浓度140g/L、温度35℃；
（3）一次固化处理：镀液成分中硫酸160g/L、铜离子40 g/L、硫酸与铜离子的比值为4:1，镀液温度60℃，电镀时电流密度10A/dm²；
（4）连续两次粗化处理：粗化处理的镀液中硫酸180g/L、铜离子15 g/L、硫酸与铜离子的比值为12:1，聚乙二醇8000 5 g/L、硫酸镍0.3 g/L、硫酸钴0.5 g/L、钼酸铵0.8 g/L，镀液温度20℃，电镀时电流密度50A/dm²；
（5）二次固化处理：镀液成分中硫酸160g/L、铜离子40 g/L、硫酸与铜离子的比值为4:1，镀液温度60℃，电镀时电流密度10A/dm²；
（6）黑化处理：镀液成分中铜离子8 g/L、镍离子2 g/L，镍离子与铜离子的比例为4:1，柠檬酸3g/L、硫酸钴6g/L，镀液温度40℃，电镀时电流密度28A/dm²；
（7）防氧化处理：防氧化处理包括镀锌处理和镀铬处理；
镀锌处理的镀液中锌离子5g/L、镍离子1g/L、焦磷酸钾80g/L pH值11，镀液温度30℃，电镀时电流密度4A/dm²；
镀铬处理铬离子浓度8g/L、pH值11.2、镀液温度25℃，电镀时电流密度5A/dm²；
（8）硅烷处理：将硅烷配制成1.5wt%的水溶液，喷涂在铜箔毛面。
实施例3
（1）脱脂处理：镀液中氢氧化钠40g/L、碳酸钠30g/L镀液温度55℃，电镀时电流密度6A/dm²；
（2）酸洗处理：酸洗处理的处理液中硫酸浓度140g/L、温度35℃；
（3）一次固化处理：镀液成分中硫酸150g/L、铜离子50 g/L、硫酸与铜离子的比值为3:1，镀液温度45℃，电镀时电流密度15A/dm²；
（4）连续两次粗化处理：粗化处理的镀液中硫酸240g/L、铜离子12 g/L、硫酸与铜离子的比值为20:1，聚乙二醇8000 2 g/L、硫酸镍0.3 g/L、硫酸钴0.3 g/L、硫酸铁0.4 g/L、钼酸铵0.8 g/L，镀液温度25℃，电镀时电流密度60A/dm²；
（5）二次固化处理：镀液成分中硫酸150g/L、铜离子50 g/L、硫酸与铜离子的比值为3:1，镀液温度45℃，电镀时电流密度15A/dm；
（6）黑化处理：镀液成分中铜离子5 g/L、镍离子5 g/L，镍离子与铜离子的比例为1:1，柠檬酸5 g/L、硫酸钴10 g/L，镀液温度25℃，电镀时电流密度30A/dm²；
（7）防氧化处理：防氧化处理包括镀锌处理和镀铬处理；
镀锌处理的镀液中锌离子5g/L、镍离子31g/L、焦磷酸钾80g/L pH值11，镀液温度30℃，电镀时电流密度4A/dm²；
镀铬处理铬离子浓度8g/L、pH值11.2、镀液温度25℃，电镀时电流密度5A/dm²；
（8）硅烷处理：将硅烷配制成1.5wt%的水溶液，喷涂在铜箔毛面。
对比例1
对比例1与实施例1相比，粗化处理的镀液中不包含聚乙二醇8000，其余条件与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1相比，粗化处理的镀液中不包含钼酸铵，其余条件与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1相比，镀锌处理的镀液中不含焦磷酸钾，其余条件与实施例1相同。
性能测试
对实施例1-3和对比例1-3表面处理后的铜箔的粗糙度和抗剥离强度进行检测，检测结果如下表1所示：
表1表面处理后的铜箔的粗糙度和抗剥离强度测试结果
。
对实施例1~3和对比例1~3表面处理后的铜箔在200℃、1小时和300℃、5分钟的表观进行分析，实施方法及要求：室温条件下烘箱升温至设定温度，将待测铜箔放入烘箱，待温度至设定温度后进行计时，达到设定时间后将样片从烘箱内拿出对表面进行观察，直至样品温度降至室温条件。结果如下表2所示：
表2经表面处理后的铜箔的高温抗氧化性能
。
Claims (9)
1.一种低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，对铜箔依次进行脱脂处理、酸洗处理、一次固化处理、连续两次粗化处理、二次固化处理、黑化处理、防氧化处理和硅烷处理；
粗化处理的镀液中硫酸160-260g/L、铜离子8-18 g/L、有机添加剂1~5 g/L、无机添加剂0.5~2.0g/L，镀液温度13-26℃，电镀时电流密度45-70A/dm²。
2.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，所述的硫酸与铜离子的比值为10~20:1；所述的有机添加剂为聚乙二醇；所述的无机添加剂为二价铁盐、二价钴盐、二价镍盐、钼酸盐中的两种以上。
3.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，固化处理的镀液成分中硫酸80-160g/L、铜离子40-70 g/L、硫酸与铜离子的比值为1-5:1，镀液温度40-60℃，电镀时电流密度10-30A/dm²。
4.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，黑化处理中镀液成分中铜离子1-10 g/L、镍离子1-10 g/L，镍离子与铜离子的比例为1-10:1，有机添加剂1-5 g/L、无机添加剂5~10 g/L，镀液温度25-45℃，电镀时电流密度10-30A/dm²。
5.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，所述的有机添加剂为柠檬酸和/或氨基酸，所述的无机添加剂为二价钴盐。
6.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，防氧化处理包括镀锌处理和镀铬处理；
镀锌处理的镀液中锌离子2-10g/L、镍离子0.5-5/L、焦磷酸钾50~100g/L pH值9-13、，镀液温度18-35℃，电镀时电流密度1-5A/dm²；
镀铬处理铬离子浓度1-10g/L、pH值8-12、镀液温度15-30℃，电镀时电流密度1-7A/dm²。
7.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，将硅烷配制成0.5-2wt%的水溶液，喷涂在铜箔毛面。
8.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，脱脂处理镀液中氢氧化钠或氢氧化钾30-50g/L、碳酸钠20-40g/L镀液温度45-60℃，电镀时电流密度4-8A/dm²。
9.根据权利要求1所述的低粗糙度、高抗剥离强度、抗氧化铜箔的表面处理方法，其特征在于，酸洗处理的处理液中硫酸浓度100-180g/L、温度25-45℃。
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