高耐熱性電解銅箔表面處理工藝初探

郭志航

廣東嘉元科技股份有限公司 廣東 梅州 514759

前言

銅箔作為電子元件最為關鍵的部位，廣泛應用于日常生活中。小到家用電器，大到航天設備。而在使用之前，銅箔需要進行粗化、固化、鈍化等多道工序處理。而電子工業的興起，以手機、電腦為代表的精密電子設備朝著功能多化、深度化發展。對于銅箔工藝提出了更高的要求。目前，能夠在銅箔與基板結合力和銅箔的耐熱性這兩個問題之間采取一個動態的平衡，大多數電解銅箔企業選擇采用例如增加粗化、固化等方式，并加入合適的催化劑，從而制造出高耐熱性的電解銅箔。同時，采取各道工序的電解液中屏除掉有害物質，降低對于環境的破壞程度[1]。

1 實驗過程

1.1 鈍化實驗 使用工廠實際生產所需的鈍化液進行實驗，考慮到實驗室后續對廢水處理難度不亞于重新實驗，所以將鈍化液的濃度進行一定程度的稀釋處理。將送陰極輥上獲得的銅箔分別在三組不同濃度下的鈍化液進行短暫的浸泡，水洗后進行烘干，做上相應的標記。再根據三組銅箔樣品在烘箱中觀察是否氧化變色，并對其進行破壞試驗，從而達到性能測試的目的[2]。

1.2 粗化實驗 由于我國銅箔生產相較于國外成熟大規模的生產較為落后，所以在處理技術方面無法得到最新的數據以及最前沿的處理方法，僅僅將銅箔的粗化停留在提高從陰極輥中剝離的效率上，對于深層次鍍化效果無法做到理想的狀態。基于這種情況，同樣做一個對照試驗。將未處理的銅箔進行表面處理，分成三組，對其進行粗化實驗，加入可控制的變量，從而得到性能分析。

1.3 電流密度實驗 由于銅箔在實驗室可以進行粗化和固化處理，粗化液與固化液的濃度和水的處理成本較高，即使是降低溶液濃度，也無法做到百分之百的對環境沒有影響。可是，追求效果而忽視對環境的影響，這從根本上就違背了實驗的初衷。想要用實驗室的理論環境去改善工廠的惡劣因素，提高銅箔的工藝水平，而不是降低其產量。所以，在添加溶液與添加劑之外，還有另一種可行的方案，并且對于環境的影響更小，實驗效果更加明顯。

在上述兩種實驗條件和實驗對照組數量不變的情況下，放入電流設備。通過電流的調控觀察對于銅箔剝離程度以及表面粗糙度的影響。在相同濃度下的不同電流密度做觀察實驗，在不同濃度下相同電流密度同樣也做觀察實驗。實驗之后，得出結論[3]。

2 結果與討論

2.1 鈍化實驗的結果與討論 未經鈍化液浸泡的樣品氧化最為嚴重，而經過鈍化處理的樣品表面氧化程度均有不同效果的變輕。而加入不同量的添加劑后，復合型鈍化液又表現出較好的防氧化效果。但是隨著添加劑計量增大，銅箔表面氧化影響不大。根據鈍化試驗結果可知，無論是單純的工業使用鈍化液，還是添加一定添加劑的復合型鈍化液，對于銅箔都有一定程度的鈍化效果。其原因是鈍化液處理過的銅箔會增強其表面的含氧粒子，降低銅的基礎活性，從而讓銅箔產生鈍化。也有可能是在銅箔表面形成一層易吸附含氧粒子的吸附層，改變銅箔與溶液的接觸結構，使得銅箔活性增大，讓其表面的反應能力下降，從而產生鈍化反應。經過多次試驗與對照，加上查找資料與實際工廠采樣，可以得到鈍化液的研發可以按照吸附膜理論，在工廠實際使用的鉻酐-葡萄糖體系鈍化液中，適當加入添加劑，使鈍化后的銅箔性能達到最好。而鉻酐和葡萄糖之間有協同作用，葡萄糖對于氧離子的吸附作用能夠很好地形成鈍化膜，接著轉變為富含鉻的成相膜。只有在葡萄糖與鉻酐的含量控制在一個平衡的水平時，才能讓銅箔鈍化效果達到最好。如果過于依賴鉻酐的使用，處理液與廢水將會對環境有難以想象的危害。

2.2 粗化實驗的結果與討論 便于觀察添加劑對粗化實驗的效果，所以其中一組實驗采用未加入添加劑的粗化液進行處理。結果則是讓其表面由光滑變成粗糙，后期加工極易發生產品損毀的問題。而加入不同添加劑的實驗組對于銅電沉積各有不同程度的影響，甚至對于剝離強度也有著明顯的改善。甚至在加入鎢酸鈉復合型添加劑后，還產生了對電沉積速率有積極促進的作用。在粗化處理液中，加入合適的添加劑來控制粗化步驟，從而讓銅箔表面形成的枝晶數量增多，更容易符合工業生產的需求。經過多次試驗和對照之后，選擇合適劑量的復合型添加劑對于銅箔鍍層有明顯的改善。

2.3 電流密度實驗的結果與討論 在粗化實驗基礎變量不變的情況下，隨著電流密度的升高，銅箔的剝離程度與粗糙程度也逐漸增大。等到電流密度上升到一定程度后，粗糙程度與剝離程度逐漸放緩，并且在銅箔表面出現粗糙的銅晶體。如果只進行粗化處理，銅箔將會從陰極輥上大面積脫離，對于后續工藝有著極大的影響。所以，銅箔粗化后必須進行固化。而在固化電流密度提升后，銅箔的剝離強度和表面粗糙度會有著先升后降的明顯變化。與粗化電流密度試驗相比，固化電流密度試驗更容易把控。

無論是只經過粗化未經過固化，或者是只有一道固化程序，經過先粗化后固化，并配合電流密度對于進行精心把控的銅箔剝離強度降低。其原因是在粗化處理后，新生的固化層會將粗化層從外部包裹起來，使銅箔表面變得光滑，導致其剝離強度有所下降。在不使用額外添加劑的情況下，經過粗化處理和固化處理，配合電流密度的控制，會讓銅箔表面形成一道堅固的抗剝離層，符合標準工藝的剝離強度。

結論

在實驗室環境中處理電解銅箔，會有效地避免傳統處理工藝中添加劑對于環境的危害，可以明顯地解決傳統表面處理工藝常見的問題。由于基礎材料、大規模工藝與添加劑的種類對于銅箔的處理工藝都會有明顯的變化。所以在實際操作中應該設置一組對照組、兩組實驗組進行實驗，也可以進行多輪實驗以得到更加準確的數據反饋。