新型電解銅箔表面鋅鎳復合鍍處理工藝研究

郭立功

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

在電子工業生產領域，電解銅箔作為生產基礎性材料，在電子產品信號和電力傳輸方面均具有廣闊的應用范圍，也被稱為溝通神經網絡。單純的電解銅箔也稱電解生箔或者毛箔，因為其自然耐熱性和穩定性均不突出，所以為了提高銅箔與外部絕緣體的結合性以及其包括耐熱性、抗氧化性、耐腐蝕性等物理特性，在銅箔生產前，對其表面均需要做出一定處理，提高銅箔焊接面的焊接耦合性以及與銅箔阻蝕劑的結合度。在現代生產領域，銅箔表面的處理技術主要包括銅箔粗化處理、銅箔表面阻擋處理以及銅箔鈍化處理等[1]。在處理中，銅箔表面阻擋層大多選擇金屬鋅進行工藝加工。鍍鋅層的添加可以有效解決電解銅箔部分耐熱問題，但是在銅箔腐蝕性問題上并沒有完全克服。此外，生產研究發現，純鍍鋅銅箔再進行刻蝕加工時很容易發生側蝕現象，致使銅箔表面和絕緣機體產生異化反應，導致二者不能有效結合，嚴重時銅箔很有可能從絕緣機體上直接脫落。這也是導致我國電解銅箔產品質量與國外產品具有一定差距的核心原因，因此研究電解銅箔表面處理工藝，對銅箔電子產品開發研究具有十分重要的意義。而鎳鋅合金因為其較高的抗腐蝕特性一直被廣泛應用于汽車、航空航天、輕工、大型機械等行業領域。對此以實驗的形式，研究了鎳鋅作為銅箔表面處理層的優勢，并與傳統純鋅做出對比。

1 鎳鋅復合鍍鎳鍍性能測試

1.1 銅箔高溫變色抗性測試

為了保證測試充分性，實驗用銅箔規格為10厘米×10厘米×180μm。首先對銅箔表面高溫變色抗性進行對比分析。把分別使用鋅鎳鍍和純鋅鍍的樣品電解銅箔放入電熱控制器內，恒定溫度設置為200攝氏度，進行不間斷烘烤，觀測兩組銅箔在高溫環境下色彩變換情況[2]。整體色差結果如表1所示

表1 高溫烘烤實驗數據

根據表1信息可以看出，電解銅箔表面為純鋅鍍時，經過高溫烘烤出現了明顯的色差變化，表面顏色由銀灰色向黃色轉變。微觀研究發現，在高溫烘烤時，通信發生銅分子擴散現象，出現在銅箔表面出現了黃銅涂層，而鋅鎳鍍層可以有效避免這一情況的發生。

1.2 銅箔化學腐蝕性測試

在正常溫度下，把實驗用電解銅箔鎳鋅鍍和純鋅鍍兩種樣品分別浸入到稀釋率為5%的氯化鈉溶液、2mol/I的鹽酸溶液和2mol/I的氫氧化鈉溶液中。完全浸沒后，保持兩天一次的觀測頻率，整體觀察時間保證在1個月左右，檢測其質量情況，觀測整體抗腐蝕性。隨著浸泡時間的不斷遞增，純鋅鍍層的試樣銅箔出現明顯的失重現象，卻不斷加劇。而鋅鎳鍍層樣本銅箔重量明顯上升，出現增重現象，但是相對重量增加較為緩慢，主要是因為銅箔表面腐蝕物產生鍍層附著。實驗說明純鋅鍍層比鎳鋅鍍層具有更快的溶出速度。此外在浸泡實驗中，純鋅鍍層試樣浸泡液中出現了明顯的白色絮狀物，而鋅鎳合金浸泡沒有發現異常物，輔助證明了鋅鎳合金的穩定性。

1.3 銅箔側蝕測試

通過重型壓力機吧電解銅箔鋅鎳鍍和純鋅鍍樣本同時與雙氰胺板進行固化結合，保持溫度為185攝氏度，壓制力設置為8MPA，壓制時間為1h。獲取銅箔壓制樣本后，用膠帶分別完全覆蓋與鋅鎳鍍和純鋅鍍兩組樣本上，然后把樣本直接浸入到蝕刻堿性硫酸胺中超過48小時。取出觀測測試結果。側蝕結果的判定需要觀測抗蝕層圖形下方的的導線側向。因為蝕刻反應會對蝕層下方產生凹進和挖空，所以一般根據其挖空深度來評定側蝕程度。其挖空寬度越窄，證明側蝕影響越小。其整體實驗結果如表3所示

表2 側蝕性數據

實驗數據表明，鋅鎳復合鍍明顯比純鋅鍍抗側蝕效果更好。

2 銅箔復合鋅鎳鍍工藝分析

在實驗電流分別設置為1到4A的前提下，不斷提高電鍍液的溫度和酸堿綜合值，加熱時間設置為3分鐘、6分鐘、9分鐘、12分鐘以及15分鐘。通過觀測實驗銅箔表面是否有明顯的表皮氣泡、脫落、高溫麻點、燒焦現象、針孔等缺陷，可以快速檢測銅箔表面的延展性和電鍍工藝。實驗測試發現，當溶液溫度設置為30攝氏度、酸堿綜合值設置為5.5、電流密度設置為3A、電鍍時間設置為9分鐘時，鋅鎳復合鍍鍍層最為均勻，且表面延展性較為突出。利用能譜儀掃描電鏡觀測鍍層成分，電鏡下顯示器表面形貌和微觀形貌整體呈銀灰色，且鍍層較為均勻。表3為鍍層成分分析數據，其中鎳含量占比例為11.5%時，合金具有良好的腐蝕抗性。

表3 電鍍鎳鋅銅箔鍍層成分點分析

3 結語

通過上述研究分析過程可以直接看出，在正確的電鍍工藝下，與純鋅鍍涂層相比，銅箔表面隔層應用鋅鎳復合鍍具有以下優勢特征：鋅鎳復合鍍銅箔的抗高溫變色性明顯更好，具有較強的抗化學腐蝕性，側蝕現象明顯有所減弱。對此詳細設計了銅箔復合鋅鎳鍍工藝，事實證明當溶液溫度設置為30攝氏度、酸堿綜合值設置為5.5、電流密度設置為3A、電鍍時間設置為9分鐘時，鋅鎳復合鍍鍍層最為均勻，且表面延展性較為突出。