新型电解铜箔表面锌镍复合镀处理工艺研究

郭立功

（江西省江铜耶兹铜箔有限公司，江西 南昌 330096）

在电子工业生产领域，电解铜箔作为生产基础性材料，在电子产品信号和电力传输方面均具有广阔的应用范围，也被称为沟通神经网络。单纯的电解铜箔也称电解生箔或者毛箔，因为其自然耐热性和稳定性均不突出，所以为了提高铜箔与外部绝缘体的结合性以及其包括耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性等物理特性，在铜箔生产前，对其表面均需要做出一定处理，提高铜箔焊接面的焊接耦合性以及与铜箔阻蚀剂的结合度。在现代生产领域，铜箔表面的处理技术主要包括铜箔粗化处理、铜箔表面阻挡处理以及铜箔钝化处理等[1]。在处理中，铜箔表面阻挡层大多选择金属锌进行工艺加工。镀锌层的添加可以有效解决电解铜箔部分耐热问题，但是在铜箔腐蚀性问题上并没有完全克服。此外，生产研究发现，纯镀锌铜箔再进行刻蚀加工时很容易发生侧蚀现象，致使铜箔表面和绝缘机体产生异化反应，导致二者不能有效结合，严重时铜箔很有可能从绝缘机体上直接脱落。这也是导致我国电解铜箔产品质量与国外产品具有一定差距的核心原因，因此研究电解铜箔表面处理工艺，对铜箔电子产品开发研究具有十分重要的意义。而镍锌合金因为其较高的抗腐蚀特性一直被广泛应用于汽车、航空航天、轻工、大型机械等行业领域。对此以实验的形式，研究了镍锌作为铜箔表面处理层的优势，并与传统纯锌做出对比。

1 镍锌复合镀镍镀性能测试

1.1 铜箔高温变色抗性测试

为了保证测试充分性，实验用铜箔规格为10厘米×10厘米×180μm。首先对铜箔表面高温变色抗性进行对比分析。把分别使用锌镍镀和纯锌镀的样品电解铜箔放入电热控制器内，恒定温度设置为200摄氏度，进行不间断烘烤，观测两组铜箔在高温环境下色彩变换情况[2]。整体色差结果如表1所示

表1 高温烘烤实验数据

根据表1信息可以看出，电解铜箔表面为纯锌镀时，经过高温烘烤出现了明显的色差变化，表面颜色由银灰色向黄色转变。微观研究发现，在高温烘烤时，通信发生铜分子扩散现象，出现在铜箔表面出现了黄铜涂层，而锌镍镀层可以有效避免这一情况的发生。

1.2 铜箔化学腐蚀性测试

在正常温度下，把实验用电解铜箔镍锌镀和纯锌镀两种样品分别浸入到稀释率为5%的氯化钠溶液、2mol/I的盐酸溶液和2mol/I的氢氧化钠溶液中。完全浸没后，保持两天一次的观测频率，整体观察时间保证在1个月左右，检测其质量情况，观测整体抗腐蚀性。随着浸泡时间的不断递增，纯锌镀层的试样铜箔出现明显的失重现象，却不断加剧。而锌镍镀层样本铜箔重量明显上升，出现增重现象，但是相对重量增加较为缓慢，主要是因为铜箔表面腐蚀物产生镀层附着。实验说明纯锌镀层比镍锌镀层具有更快的溶出速度。此外在浸泡实验中，纯锌镀层试样浸泡液中出现了明显的白色絮状物，而锌镍合金浸泡没有发现异常物，辅助证明了锌镍合金的稳定性。

1.3 铜箔侧蚀测试

通过重型压力机吧电解铜箔锌镍镀和纯锌镀样本同时与双氰胺板进行固化结合，保持温度为185摄氏度，压制力设置为8MPA，压制时间为1h。获取铜箔压制样本后，用胶带分别完全覆盖与锌镍镀和纯锌镀两组样本上，然后把样本直接浸入到蚀刻碱性硫酸胺中超过48小时。取出观测测试结果。侧蚀结果的判定需要观测抗蚀层图形下方的的导线侧向。因为蚀刻反应会对蚀层下方产生凹进和挖空，所以一般根据其挖空深度来评定侧蚀程度。其挖空宽度越窄，证明侧蚀影响越小。其整体实验结果如表3所示

表2 侧蚀性数据

实验数据表明，锌镍复合镀明显比纯锌镀抗侧蚀效果更好。

2 铜箔复合锌镍镀工艺分析

在实验电流分别设置为1到4A的前提下，不断提高电镀液的温度和酸碱综合值，加热时间设置为3分钟、6分钟、9分钟、12分钟以及15分钟。通过观测实验铜箔表面是否有明显的表皮气泡、脱落、高温麻点、烧焦现象、针孔等缺陷，可以快速检测铜箔表面的延展性和电镀工艺。实验测试发现，当溶液温度设置为30摄氏度、酸碱综合值设置为5.5、电流密度设置为3A、电镀时间设置为9分钟时，锌镍复合镀镀层最为均匀，且表面延展性较为突出。利用能谱仪扫描电镜观测镀层成分，电镜下显示器表面形貌和微观形貌整体呈银灰色，且镀层较为均匀。表3为镀层成分分析数据，其中镍含量占比例为11.5%时，合金具有良好的腐蚀抗性。

表3 电镀镍锌铜箔镀层成分点分析

3 结语

通过上述研究分析过程可以直接看出，在正确的电镀工艺下，与纯锌镀涂层相比，铜箔表面隔层应用锌镍复合镀具有以下优势特征：锌镍复合镀铜箔的抗高温变色性明显更好，具有较强的抗化学腐蚀性，侧蚀现象明显有所减弱。对此详细设计了铜箔复合锌镍镀工艺，事实证明当溶液温度设置为30摄氏度、酸碱综合值设置为5.5、电流密度设置为3A、电镀时间设置为9分钟时，锌镍复合镀镀层最为均匀，且表面延展性较为突出。