DE19937843C1 - Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie beschrieben, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig prägbar ist, wobei auf einer in ein Kupferelektrolytbad eintauchenden und von einem Anodenkorb umgebenen rotierenden Kathodenwalze die Kupferfolie galvanisch abgeschieden und von der Kathodenwalze abgelöst wird. Dabei wird ein Standard-Kupferelektrolytbad mit solchen Zusätzen verwendet, daß sich ein dentritisches Wachstum der Kupferfolie mit einer lamellaren Gefüge-Struktur ergibt. Aus dieser lamellaren Gefüge-Struktur resultiert eine vergrößerte Härte der erfindungsgemäß hergestellten Kupferfolie. Diese vergrößerte Härte geht mit einer erhöhten Sprödigkeit einher, durch welche die Konturschärfe beim Prägen der Kupferfolie wesentlich verbessert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig prägbar ist, wobei auf einer in ein Kupferelektrolytbad eintauchenden und von einem Anodenkorb umgebenen rotierenden Kathodenwalze die Kupferfolie galvanisch abgeschieden und von der Kathodenwalze abgelöst wird.

Eine Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig strukturierbar, d. h. prägbar ist, ist aus der EP 0 063 347 A1 bekannt. Wie dieses in einer kleinen Scherfestigkeit resultierende Gefüge der Kupferfolie realisiert wird, dazu macht diese Druckschrift keine detaillierteren Angaben.

Aus der US-A 5 019 221 ist eine Vorrichtung zur galvanischen Herstellung einer Kupferfolie auf einer Walzenkathode bekannt, die in ein Kupferelektrolytbad eintaucht. Die Walzenkathode ist von einem Anodenkorb umgeben. Die mit dieser bekannten Vorrichtung hergestellte Kupferfolie weist eine relativ geringe Oberflächenrauhigkeit von maximal 5 bis 6 µm auf. Über das Gefüge der mit dieser Vorrichtung hergestellten Kupferfolie werden dort keine Ausführungen gemacht.

Die ältere Patentanmeldung 198 57 157 der Anmelderin beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Scherfestigkeit besitzt und demzufolge scharfrandig strukturierbar, d. h. prägbar ist. Die Kupferfolie wird auf einer rotierenden Walzenkathode abgeschieden. Von der Walzenkathode beabstandet ist ein Anodenkorb vorgesehen. Zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb wird während der Drehung der Walzenkathode eine definierte Gleichspannung angelegt, um auf der Walzenkathode die Kupferfolie abzuscheiden. Zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb ist außerdem mindestens eine Zusatzanode vorgesehen, wobei zwischen dieser und der Walzenkathode eine definierte zweite Gleichspannung angelegt wird, um auf der von der Walzenkathode abgewandten Außenseite der Kupferfolie eine Blumenkohlstruktur aus Kupfer festhaftend abzuscheiden. Die mit der Blumenkohlstruktur ausgebildete Kupferfolie wird mit einer Blackoxide-Beschichtung versehen, wodurch eine vergleichsweise große Rauhtiefe der Kupferfolie realisiert wird. Aus dieser großen Rauhtiefe resultiert eine entsprechend große Abzugfestigkeit der auf ein Substrat aufgeprägten Kupferfolie, ohne daß zur Fixierung der Kupferfolie am Substrat ein Kleber erforderlich wäre. Zur Gefügestruktur der Kupferfolie macht auch diese ältere Patentanmeldung keine detaillierteren Ausführungen.

Aus der US 4 692 221 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallfolien bekannt, wobei zwischen einer Walzenkathode und einem Anodenkorb eine erste Zone mit einem ersten Spaltabstand und eine zweite Zone mit einem im Vergleich zum ersten Spaltabstand kleinen zweiten Spaltabstand festgelegt sind. Hierdurch ergeben sich an der hergestellten Metallfolie Dendriten.

Das "Handbuch der Galvanotechnik", Band I, Teil 1, Dettner, Elze und Raub, Carl Hauser Verlag, München 1963, beschreibt auf den Seiten 92 bis 101 Strukturen elektrolytischer Metallniederschläge, wobei die folgenden Wachstumstypen unterschieden werden:

• a) Feldorientierter Isolationstyp (FI)
• b) basisorientierter Reproduktionstyp (BR)
• c) Zwillings-Übergangstyp (Z)
• d) feldorientierter Texturtryp (FT)
• e) unorientierter Dispersionstyp (DU).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich ausgezeichnet zum scharfrandigen Prägen, insbesondere Heißprägen, eignet, wobei das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Standard-Kupferelektrolytbad mit solchen Zusätzen verwendet wird, daß sich ein dendritisches Wachstum der Kupferfolie mit einer lamellaren Gefügestruktur ergibt, wobei als Zusätze für das Standard-Kupferelektrolytbad
50-100 g/l natürliche Kolloide
2-5 mg/l Zitronensäure
1-10 mg/l Polyolefine mit einem Molgewicht von ca. 400,
1-10 mg/l Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol
1-10 mg/l Thiosulfate
1-10 mg/l Melamin-Verbindung
1-10 mg/l Phenolsulfonsäure
verwendet werden.

Durch die Mischung des Standard-Kupferelektrolytbades, das beispielsweise die folgende Zusammensetzung aufweist:

200-250 g/l Kupfersulfat Cu SO4 × 5H₂O
50-80 g/l Schwefelsäure
10-50 mg/l Cl^- (zugesetzt in Form von Natriumchlorid)
mit den oben genannten Zusätzen ist es einfach und reproduzierbar möglich, eine selbsttragende Kupferfolie im Dickenbereich zwischen 10 und 100 µm, vorzugsweise zwischen 18 und 100 µm, mit einer lamellaren Gefügestruktur zu realisieren.

Während bekanntermaßen hergestellte Kupferfolien eine ausgeprägte feldorientierte Gefüge-Textur besten, weist die erfindungsgemäß hergestellte selbsttragende Kupferfolie eine lamellare Gefüge-Struktur auf. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte selbsttragende Kupferfolie weist im Vergleich zu bekannten Kupferfolien eine vergrößerte Härte auf, mit welcher eine entsprechend vergrößerte Sprödigkeit einhergeht. Aus dieser vergrößerten Sprödigkeit resultiert die vorteilhafte, vergrößerte Konturierschärfe der erfindungsgemäß hergestellten Kupferfolie beim Prägen auf ein Sulfat. Während bekannte Kupferfolien beispielsweise eine Härte von 169 HV 0,025 besitzen, weisen erfindungsgemäß hergestellte Kupferfolien eine Härte von 225 HV 0,025 auf.

Das dendritische Wachstum bzw. die lamellare Struktur der erfindungsgemäß hergestellten Kupferfolie kann noch dadurch weiter verbessert werden, daß die rotierende Kathodenwalze mit dem mit den Zusätzen versehenen Standard- Kupferelektrolyt gezielt angeströmt wird. Dem selben Zweck ist es dienlich, wenn das mit den Zusätzen versehene Standard-Kupferelektrolytbad auf eine Temperatur von 30 bis 45°C erwärmt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß hergestellten selbsttragenden Kupferfolie im Vergleich mit einer bekannten Kupferfolie wird nachfolgend anhand von stark vergrößerten Schliffbildern verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt einen Querschliff durch eine erfindungsgemäß hergestellte selbsttragende Kupferfolie vor einer Ätzbehandlung. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die eine Dicke von 30 µm aufweisende, erfindungsgemäß hergestellte Kupferfolie einen sogenannten unorientierten Dispersionstypus des Gefüges aufweist.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäß hergestellte Kupferfolie gemäß Fig. 1 nach einer entsprechenden Ätzbehandlung. Diese Figur verdeutlicht die charakteristische lamellare Gefüge-Struktur der erfindungsgemäß hergestellten Kupferfolie.

Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 1 ähnlichen Schliffbild-Darstellung eine bekannte Kupferfolie der gleichen Wanddicke, d. h. mit einer Dicke von 30 µm. Diese nach einem bekannten Verfahren galvanisch hergestellte Kupferfolie weist ein Gefüge mit einer ausgeprägten feldorientierten Textur auf. Die Fig. 3 zeigt die besagte bekannte Kupferfolie in einem Schliffbild - ähnlich dem Schliffbild gemäß Fig. 1 - während die Fig. 4 die Kupferfolie gemäß Fig. 3 nach einer entsprechenden Ätzbehandlung verdeutlicht, um die ausgeprägte Feldorientierung der Gefügetextur weiter verbessert zu verdeutlichen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig prägbar ist, wobei auf einer in ein Kupferelektrolytbad eintauchenden und von einem Anodenkorb umgebenen rotierenden Kathodenwalze die Kupferfolie galvanisch abgeschieden und von der Kathodenwalze abgelöst wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Standard-Kupferelektrolytbad mit solchen Zusätzen verwendet wird, daß sich ein dendritisches Wachstum der Kupferfolie mit einer lamellaren Gefüge- Struktur ergibt, wobei als Zusätze für das Standard-Kupferelektrolytbad
50-100 g/l natürliche Kolloide
2-5 mg/l Zitronensäure
1-10 mg/l Polyolefine mit einem Molgewicht von ca. 400,
1-10 mg/l Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol
1-10 mg/l Thiosulfate
1-10 mg/l Melamin-Verbindung
1-10 mg/l Phenolsulfonsäure
verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Kathodenwalze mit den mit den Zusätzen versehenen Standard-Kupferelektrolyt angeströmt wird, wodurch das dendritische Wachstum der Kupferfolie mit der lamellaren Gefüge-Struktur verbessert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Zusätzen versehene Standard-Kupferelektrolytbad auf eine Temperatur von 30-45°C erwärmt wird.