CN1962944A - 电解铜箔的灰色表面处理工艺 - Google Patents

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本发明涉及一种电解铜箔的灰色表面处理工艺，属于电解铜箔处理工艺技术领域。电解铜箔的灰色表面处理工艺，其特征在于生产工序为在电解铜箔的表面进行粗化、固化、弱粗化电沉积铜或铜合金，再电镀一层锌合金，再经过铬酸盐钝化处理并涂敷一层黏合剂。本发明的电解铜箔的灰色表面处理工艺，解决了铜箔表面镀纯锌处理工艺的耐盐酸性能不够理想的缺陷，解决了电解铜箔常温、高温下防氧化能力不足的问题，以及在制作精细电路板时出现电解铜箔与基材结合处腐蚀而出现的掉线条问题，本发明工艺处理的电解铜箔表面呈灰色或灰褐色，能有效提高表面处理铜箔的耐酸腐蚀性、常温防氧化、高温防氧化、粘合强度等性能，其性能完全可以代替进口铜箔。

Description

电解铜箔的灰色表面处理工艺
技术领域
本发明涉及一种电解铜箔的灰色表面处理工艺，属于电解铜箔处理工艺
技术领域。
背景技术
电解铜箔是印制电路板的重要材料，主要用于电子计算机、工业控制、航空航天及所有电器等领域。近年来，国内电子信息产业迅猛发展，印制电路板及其上游产品的电解铜箔需求量也随之增长，为电解铜箔行业带来了良好的市场前景和发展机遇。据中国电子元件行业协会印制电路分会调查，2003年中国印制电路板产值500.69亿元，同比增长32.4％，次于日本，超过美国居全球第二位，我国已经成为印制电路板输出大国。电解铜箔在工业、国防现代化建设中的重要性越来越明显，它直接影响到电子、电器产品的基本性能，特别是用在高精密仪器上的高档电解铜箔，其生产技术的高低在某种程度上反映了一个国家工业产品的先进水平。目前，国内高档电解铜箔的生产技术与美国、日本相比存在较大差距，造成高档电解铜箔主要依靠进口的局面。
高档电解铜箔在加工成精密电子线路，如电脑内存条等多层精密线路时，线条的宽度只有0.1毫米。蚀刻线路的过程在酸性或碱性等强腐蚀性蚀刻液中进行，这要求铜箔具有优良的耐化学药品腐蚀性能，但又不能过强，镀层的耐腐蚀性过强时，蚀刻成电子线路时会出现蚀刻不完全现象(如图1所示)，铜箔与铜箔间可能连接形成短路；镀层的耐盐酸腐蚀性不够，蚀刻电子线路时会出现铜箔的侧面腐蚀现象，铜箔与板材的结合程度不够则可能出现线条脱落现象(如图2所示)。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够解决电解铜箔表面镀纯锌处理工艺的耐盐酸性能不够理想的缺陷，解决电解铜箔常温防氧化能力不足的问题，以及在制作精细电路板时，出现电解铜箔与基材结合处腐蚀而出现的掉线条问题的电解铜箔的灰色表面处理工艺。
本发明是在电解铜箔的表面进行粗化、固化、弱粗化电沉积铜或铜合金，再电镀一层锌合金，再经过铬酸盐钝化处理并涂敷一层黏合剂。
本发明电解铜箔的灰色表面处理工艺，具体工序如下
1、粗化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，调整工艺达到以上结果，再向硫酸铜溶液中加入添加剂A，混合充分后进入粗化槽进行电镀；
其中Cu2+10-30g/L，H2SO4 80-200g/L，添加剂A 1.5-50ppm，温度为25-50℃，添加剂A为一类表面活性物质，该表面活性物质选自于明胶，硫脲，羟乙基纤维素，苯并三氮唑，阿拉伯树胶，丙烯基硫脲中的一种；
2、固化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，调整工艺结果后，进入粗化槽进行电镀；
其中Cu2+ 50-100g/L，H2SO4 80-200g/L，温度为35-55℃；
3、弱粗化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，调整工艺结果后，再向硫酸铜溶液中加入添加剂C，混合充分后进入弱粗化槽进行电镀；
其中Cu2+ 6-20g/L，H2SO4 80-200g/L，添加剂C 1-3g/L，温度为25-50℃，添加剂C为一种非金属化合物，该非金属化合物选自于N，P，S，As，F，CL化合物中一种或两种；
4、镀锌合金溶液制备：将焦磷酸钾、硫酸锌分别溶解，再将硫酸锌溶液加入焦磷酸钾溶液中，生成焦磷酸锌溶液，调整工艺结果，再将添加剂D溶液滴加入焦磷酸锌溶液中同时调整PH，混合充分后进入镀锌合金槽进行电镀；
其中，K4P2O7 140-300g/L，Zn2+ 2-7g/L，添加剂D 60-150ppm，PH 8-11，温度为25-50℃，添加剂D选自Mo、In、Co、Ni、Al、Cu、Fe、Sn中的一种或两种金属的盐；
5、铬酸盐钝化溶液制备：将铬酸溶液溶于软水中，调整PH值、工艺结果，混合充分后进入铬酸盐钝化槽中进行电镀；
铬酸盐，2-10g/L，PH8-12，温度为25-50℃；
6、喷涂黏合剂：将黏合剂按工艺要求指标溶于水中，通过循环泵喷涂在铜箔表面；
该黏合剂为一种硅烷偶联剂，选自于氨基，硫基，环氧基的硅烷偶联剂中的一种，体积百分比浓度0.1-1％，温度15-40℃。
以上各步的电流密度分别为
粗化38-42A/dm2，固化23-27A/dm2，弱粗化13-17A/dm2，镀锌合金0.80-5.0A/dm2，铬酸盐钝化0.5-5.0A/dm2。
工艺包括粗化、固化、弱粗化、镀锌合金、钝化和涂黏合剂六个处理步骤，表面处理时，电解铜箔以25.0m/min的速度运行，每一处理步骤时间小于3秒，粗化、固化后电解铜箔的表面峰上出现细小的“瘤”状结构，厚度增加1-3um。
本发明具有如下优点：
1、本发明工艺处理的电解铜箔，具有优良的耐化学药品腐蚀性能，压制FR-4板后，在质量百分比浓度为15％的盐酸溶液中浸泡30min后的抗剥强度损失率在4％以内，在100倍电子显微镜下观察线条无腐蚀；
2、本发明工艺处理的电解铜箔，具有优良的常温抗氧化性能，在温度小于35℃，湿度小于50％的条件下存放一年不氧化；
3、本发明工艺处理的电解铜箔，具有优良的高抗氧化性能，在200℃的高温中通入空气搅拌2小时后无氧化，在温度为85℃，湿度为90％的条件下48小时内无氧化；
4、本发明工艺处理的电解铜箔，在压制FR-4、CEM-1后具有优良的抗剥离强度，表面处理电解铜箔压制FR-4板的抗剥离强度分别为12um大于1.1N/mm、18um大于1.3N/mm、35um大于2.0N/mm；
5、200℃下表面处理电解铜箔的颜色由灰色向黄褐色转化。
附图说明
图1为镀层的耐盐酸腐蚀性能过强时，蚀刻成电子线路后的切面示意图，出现蚀刻不完全现象，当加工精细电子线路时线路间可能连接形成短路；
图2为镀层的耐盐酸腐蚀性能过弱，蚀刻电子线路时会出现铜箔与基材结合处腐蚀现象，当加工精细电子线路的线条很窄时，铜箔与板材的结合处被腐蚀，就会出现线条脱落现象；
图3为本发明的电解铜箔的灰色表面处理工艺流程图；
图4是未经本发明的工艺处理的35um电解铜箔2000倍下的SEM照片；
图5是经本发明工艺的粗化、固化电沉积铜后的35um电解铜箔在2000倍下的SEM照片；
图6是经本发明电解铜箔的灰色表面处理工艺后的35um电解铜箔10,000倍SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明具体实施方案，进一步说明本发明技术解决方案，但本发明的实施方式并不限于以下具体实施方案。
实施例1
电解铜箔的灰色表面处理工艺，具体工序如下
1、粗化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，调整工艺达到以上结果，再向硫酸铜溶液中加入添加剂A，混合充分后进入粗化槽进行电镀；其中Cu2+ 10g/L，H2SO4 80g/L，添加剂A 1.5ppm，温度为25℃，添加剂A为一类表面活性物质，该表面活性物质选自于明胶，硫脲，羟乙基纤维素，苯并三氮唑，阿拉伯树胶，丙烯基硫脲中的一种；粗化电流密度为15-42A/dm2；
2、固化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，调整工艺结果后，进入粗化槽进行电镀，Cu2+ 50g/L，H2SO4 80g/L，温度为35℃；电固化流密度为23-50A/dm2；
3、弱粗化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，调整工艺结果后，再向硫酸铜溶液中加入添加剂C，混合充分后进入弱粗化槽进行电镀；Cu2+ 6g/L，H2SO4 80g/L，添加剂C 1g/L，温度为25℃，添加剂C为N化合物；电流密度为弱粗化13-30A/dm2；
4、镀锌合金溶液制备：将焦磷酸钾、硫酸锌分别溶解，再将硫酸锌溶液加入焦磷酸钾溶液中，生成焦磷酸锌溶液，调整工艺结果，再将添加剂D溶液滴加入焦磷酸锌溶液中同时调整PH，混合充分后进入镀锌合金槽进行电镀；其中，K4P2O7 140g/L，Zn2+ 2g/L，添加剂D 60ppm，PH 8，温度为25℃，添加剂D为Mo、Co金属的盐；电流密度为镀锌合金0.80-5.0A/dm2；
5、铬酸盐钝化溶液制备：将铬酸溶液溶于软水中，调整PH值、工艺结果，混合充分后进入铬酸盐钝化槽中进行电镀；铬酸盐2g/L，PH 8，温度为25℃；电流密度为铬酸盐钝化0.5-5.0A/dm2；
6、喷涂黏合剂：将黏合剂按工艺要求指标溶于水中，通过循环泵喷涂在铜箔表面；该黏合剂为一种硅烷偶联剂，选自于氨基的硅烷偶联剂，体积百分比浓度0.1％，温度15℃。
表面处理时，电解铜箔以25.0m/min的速度运行，每一处理步骤时间小于3秒，粗化、固化后电解铜箔的表面峰上出现细小的“瘤”状结构，厚度增加1-3um。
抗剥离强度反映了铜箔与板材的结合牢固程度，本发明工艺中的粗化、固化过程是铜箔表面形成“瘤”状结构，增加了比表面积和粗糙程度，有利于从增大机械力的角度增加抗剥离强度。另外，喷涂黏合剂的作用是在压制覆铜板的过程中表面处理的复合层与板材在受热压条件下形成偶联作用，从化学键力的角度增加了铜箔抗剥离强度。
本工艺电镀Zn合金镀层与纯锌镀层相比具有很多优异的特性，特别是其良好的耐蚀性是加工精细电路板所必须的。本发明的电解铜箔表面处理工艺，溶液成分简单，产品性能稳定，过程控制简单，适合于连续的工业化生产。
本发明的电解铜箔的灰色表面处理工艺，解决了铜箔表面镀纯锌处理工艺的耐盐酸性能不够理想的缺陷，解决了电解铜箔常温、高温下防氧化能力不足的问题，以及在制作精细电路板时出现电解铜箔与基材结合处腐蚀而出现的掉线条问题，本发明工艺处理的12um、18um、35um、70um电解铜箔表面呈灰色或灰褐色，能有效提高表面处理铜箔的耐酸腐蚀性、常温防氧化、高温防氧化、粘合强度等性能，其性能完全可以代替进口铜箔。
实施例2：本实施方式与实施例1的区别在于
1、粗化溶液制备：Cu2+ 30g/L，H2SO4 200g/L，添加剂A 50ppm，温度为50℃，添加剂A为硫脲，羟乙基纤维素；
2、固化溶液制备：Cu2+ 100g/L，H2SO4 200g/L，温度为55℃；
3、弱粗化溶液制备：Cu2+ 20g/L，H2SO4 200g/L，添加剂C 3g/L，温度为50℃，添加剂C为P，S化合物；
4、镀锌合金溶液制备：K4P2O7 300g/L，Zn2+ 7g/L，添加剂D 150ppm，PH 11，温度为50℃，添加剂D为In、Ni金属的盐；
5、铬酸盐钝化溶液制备：铬酸盐10g/L，PH12，温度为50℃；
6、喷涂黏合剂：黏合剂为硫基硅烷偶联剂，体积百分比浓度1％，温度40℃。
实施例3：本实施方式与实施例1的区别在于
1、粗化溶液制备：Cu2+ 20g/L，H2SO4 150g/L，添加剂A 10ppm，温度为30℃，添加剂A为羟乙基纤维素或苯并三氮唑；
2、固化溶液制备：Cu2+ 70g/L，H2SO4 120g/L，温度为45℃；
3、弱粗化溶液制备：Cu2+ 10g/L，H2SO4 100g/L，添加剂C 2g/L，温度为40℃，添加剂C为As，F化合物；
4、镀锌合金溶液制备：K4P2O7 200g/L，Zn2+ 5g/L，添加剂D 100ppm，PH9，温度为40℃，添加剂D为Al、Cu金属的盐；
5、铬酸盐钝化溶液制备：铬酸盐50g/L，PH10，温度为40℃；
6、喷涂黏合剂：黏合剂为环氧基的硅烷偶联剂，体积百分比浓度0.5％，温度30℃。
实施例4：本实施方式与实施例1的区别在于
1、粗化溶液制备：Cu2+ 15g/L，H2SO4 170g/L，添加剂A 25ppm，温度为35℃，添加剂A为丙烯基硫脲；
2、固化溶液制备：Cu2+ 85g/L，H2SO4 145g/L，温度为40℃；
3、弱粗化溶液制备：Cu2+ 15g/L，H2SO4 130g/L，添加剂C 2.5g/L，温度为30℃，添加剂C为F，CL化合物；
4、镀锌合金溶液制备：K4P2O7 250g/L，Zn2+ 3g/L，添加剂D 110ppm，PH 10，温度为45℃，添加剂D为Fe、Sn两种金属的盐；
5、铬酸盐钝化溶液制备：铬酸盐7g/L，PH 11，温度为40℃；
6、喷涂黏合剂：黏合剂为环氧基的硅烷偶联剂，体积百分比浓度0.7％，温度35℃。

Claims (5)

1、电解铜箔的灰色表面处理工艺，其特征在于生产工序为
在电解铜箔的表面进行粗化、固化、弱粗化电沉积铜或铜合金，再电镀一层纳米级的锌合金，再经过铬酸盐钝化处理并涂敷一层黏合剂。
2、根据权利要求1所述的电解铜箔的灰色表面处理工艺，其特征在于具体工序如下
(1)、粗化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，再向硫酸铜溶液中加入添加剂A，混合充分后进入粗化槽进行电镀；
添加剂A为一类表面活性物质，该表面活性物质选自于明胶，硫脲，羟乙基纤维素，苯并三氮唑，阿拉伯树胶，丙烯基硫脲中的一种；
(2)、固化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，进入粗化槽进行电镀；
(3)、弱粗化溶液制备：将阴极铜、浓硫酸、软水、蒸汽混合溶解，生成硫酸铜溶液，再向硫酸铜溶液中加入添加剂C，混合充分后进入弱粗化槽进行电镀；
添加剂C为一种非金属化合物，该非金属化合物选自于N，P，S，As，F，CL化合物中一种或两种；
(4)、镀锌合金溶液制备：将焦磷酸钾、硫酸锌分别溶解，再将硫酸锌溶液加入焦磷酸钾溶液中，生成焦磷酸锌溶液，再将添加剂D溶液滴加入焦磷酸锌溶液中同时调整PH，混合充分后进入镀锌合金槽进行电镀；
添加剂D选自Mo、In、Co、Ni、Al、Cu、Fe、Sn中一种或两种金属的盐；
(5)、铬酸盐钝化溶液制备：将铬酸溶液溶于软水中，混合充分后进入铬酸盐钝化槽中进行电镀；
(6)、喷涂黏合剂：将黏合剂按工艺要求指标溶于水中，通过循环泵喷涂在铜箔表面。
3、根据权利要求2所述的电解铜箔的灰色表面处理工艺，其特征在于表面处理时，电解铜箔以25.0m/min的速度运行，每一处理步骤时间小于3秒。
4、根据权利要求2所述的电解铜箔的灰色表面处理工艺，其特征在于具体工序如下
(1)、粗化溶液制备：其中Cu2+10-30g/L，H2SO480-200g/L，添加剂A1.5-50ppm，温度为25-50℃；
(2)、固化溶液制备：Cu2+50-100g/L，H2SO480-200g/L，温度为35-55℃；
(3)、弱粗化溶液制备：Cu2+6-20g/L，H2SO480-200g/L，添加剂C1-3g/L，温度为25-50℃；
(4)、镀锌合金溶液制备：其中，K4P2O7140-300 g/L，Zn2+2-7g/L，添加剂D60-150ppm，PH8-11，温度为25-50℃；
(5)、铬酸盐钝化溶液制备：铬酸盐2-10g/L，PH8-12，温度为25-50℃；
(6)、喷涂黏合剂：黏合剂为一种硅烷偶联剂，选自于氨基，硫基，环氧基的硅烷偶联剂中的一种，体积百分比浓度0.1-1％，温度15-40℃。
5、根据权利要求2或3或4所述的电解铜箔的灰色表面处理工艺，其特征在于各工序电流密度为
粗化15-42A/dm2，固化23-50A/dm2，弱粗化13-30A/dm2，镀锌合金0.80-5.0A/dm2，铬酸盐钝化0.5-5.0A/dm2。
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