压延铜箔表面处理工艺的初步研究

2013-10-29王斌

铜业工程 2013年4期

王斌

(江西铜业集团公司加工事业部，江西南昌 330096)

1 引言

铜箔根据生产工艺的不同可以分为压延铜箔和电解铜箔两种[1]。

由于压延铜箔是将铜锭经过不断的碾轧而制成，其结晶形态呈片状结构，具有良好的延展性及耐挠曲能力，故压延铜箔常用于挠性覆铜板(FCCL)中;同时由于致密度较高、表面粗糙度较低，有利于高频信号的快速传输，减少信号的损失，因此压延铜箔也常用于高频高速传送、精细线路的PCB等高端产品中[2－5]。

压延铜箔表面非常的光滑，表面粗糙度(Rz)一般只有1μm左右，未经过处理的铜箔表面基本无法与树脂压合，为了提高铜箔与基板的粘结力，需要对铜箔表面进行粗化处理，在铜箔表面电镀一层瘤状结晶颗粒，以增加铜箔的表面粗糙度。

正因为表面结构和使用用途的不同，压延铜箔的表面处理工艺有别于电解铜箔，相比于电解铜箔要求也更高，既要保证粗化后与基板的结合力，还必须考虑过分粗化造成的侧蚀现象等。由于铜箔行业的技术壁垒，目前较成熟的压延铜箔表面处理工艺只掌握在少数国外厂家手中，而国内的相关研究也比较匮乏。

为了获得适合压延铜箔的表面处理工艺，本文对不同条件下的粗化工艺进行了初步研究。

2 实验设备及材料

本实验在铜箔公司表处中试线上进行，电解液采用生产现场溶液或自配溶液，各溶液指标与现场二期溶液指标相同，所使用的压延铜箔为某企业所提供的压延铜箔，其物性参数如表1所示，两面的电镜如图1所示。

表1 压延铜箔物性表

图1 压延铜箔两面SEM

3 电解铜箔常规表面处理工艺

电解铜箔的表面处理主要包括粗化层处理、耐热层处理、钝化层处理及涂膜处理等。粗化层处理主要提高铜箔的物理抗剥离特性，耐热层处理主要提高铜箔的高温耐热性，钝化层处理主要提高铜箔的抗氧化能力，涂膜处理主要提高铜箔的化学抗剥离特性。常见的表处工艺流程为:放卷－酸洗－粗化－固化－粗化－固化－水洗－镀锌镍合金－水洗－镀铬－水洗－涂硅烷－烘干－收卷。中试线上电解铜箔表面处理的各工艺参数如表2所示，处理后的电镜如图2所示。经过表面处理的电解铜箔(18μm)的毛面Rz值约为6.5μm左右，抗剥离强度约为1.35kg/cm左右。

表2 中试线表面处理工艺参数

图2 电解铜箔表面处理后SEM(18μm)

4 压延铜箔实验设计工艺

压延铜箔表面处理采取的工艺流程[5－6]为:放卷－除油－水洗－酸洗－粗化－固化－粗化－固化－水洗－镀锌镍合金－水洗－镀铬－水洗－涂硅烷－烘干－收卷。在压延铜箔的制造过程中，会使用轧制油与乳化液进行润滑和冷却。虽然在进行退火时能够除油，但仍然会有少量油污残余，由图1可以明显看到铜箔表面附着的油污点。实验中发现若不进行除油处理，将会影响电镀的效果，不仅污染溶液，影响抗剥结果，同时箔面也会产生明显的花斑，影响外观，故需对铜箔进行严格的除油和酸洗处理。因表处中试线条件限制，酸洗前无法进行除油处理，故采取过两遍处理机的办法，先对铜箔进行除油并水洗后收卷，再进行后续电镀处理。实验中发现采用NaOH水溶液能够有效的去除铜箔表面的油污，再经过酸洗以进一步去除铜箔表面的氧化膜及碱性残留物，通过碱洗和酸洗处理后，箔面花斑问题得到了明显改善。粗化和固化处理是本次实验的主要研究对象，通过调整粗化和固化的电流值及处理机速度，观察其对铜箔结晶形态、Rz及抗剥离强度的影响。镀锌镍合金及镀铬等工序则参照电解铜箔的处理电流进行设定，并根据箔面情况进行适当的调整。

5 实验结果及分析

本次共做了6组对比实验，实验数据如表3所示，电镜如图3所示。

图3 各组实验处理面SEM

表3 各组实验数据对比表

由第1组和第6组实验可以看出，处理机速度过高时，抗剥离强度偏低，故处理压延铜箔需降低处理机速度;由第3组实验可以看出，采用一期XP1含As粗化液时，粗化结晶较大且不均匀，分层明显，Rz偏高;由第4组实验可以看出，只采用一次粗化加固化时，粗化效果不够，抗剥离强度偏低;由第2组和第5组实验可以看出，采用二期CU1含某添加剂粗化液时，粗化结晶细致而均匀，Rz及抗剥离强度都比较适中。综合各组实验结果可以看出，采用第2组实验方法获得的粗化效果较理想。

由于压延铜箔的处理速度相对于电解铜箔有所下降，实验中发现镀锌镍后铜箔亮面和毛面颜色均偏深，故对镀锌镍和镀铬段电流进行了调整，镀锌镍段亮面电流为10A毛面电流为20A，镀铬段亮面电流为6A毛面电流为22A，调整电流后的铜箔颜色、高温抗剥损失及抗氧化等特性均能满足要求。