余方新,金 瑩

(南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西南昌 330031)

電解銅箔表面鋅鎳復(fù)合鍍研究

余方新,金 瑩

(南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西南昌 330031)

研究電解銅箔表面鋅鎳復(fù)合鍍處理工藝,對鋅鎳復(fù)合鍍銅箔的一些性能進(jìn)行測試。與鍍鋅電解銅箔相比,鋅鎳復(fù)合鍍電解銅箔提高了鍍層的高溫穩(wěn)定性,具有更好的耐化學(xué)腐蝕性,同時鍍層的側(cè)蝕現(xiàn)象也有較大的改觀。

電解銅箔;表面處理;鋅鎳復(fù)合鍍;側(cè)蝕

1 前言

電解銅箔是電子工業(yè)的專用基礎(chǔ)材料,被喻為電子產(chǎn)品信號與電力傳輸、溝通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”[1]。電解得到的銅箔稱為生箔或毛箔。為了提高銅箔與絕緣基體的結(jié)合力以及銅箔的耐熱性、抗氧化性和耐化學(xué)腐蝕性等性能,同時為了防止銅微粒遷移進(jìn)入絕緣基體而影響印制電路板的絕緣性,生箔在使用前,需要進(jìn)行一系列的表面處理,以提高銅箔焊接面的焊接特性及與阻蝕劑的結(jié)合強(qiáng)度[2]。

銅箔的表面處理技術(shù)包括粗化處理、阻擋層處理以及鈍化處理[2]。其中阻擋層的選擇對銅箔的性能有非常重要的影響。阻擋層最常見的是鍍鋅層,此外還可選擇鎳[3]、鎳銅合金[4]、鎳磷合金[5]、鋅鎳鉛合金鍍層[5]等。國內(nèi)企業(yè)在對電解銅箔進(jìn)行表面處理時,阻擋層主要采用鍍鋅層。采用普遍的鍍鋅工藝,只能解決耐熱問題,而沒有完全解決銅箔的耐蝕性能問題[6]。另外,鍍鋅銅箔刻蝕時,會發(fā)生側(cè)蝕現(xiàn)象,導(dǎo)致銅箔與絕緣基體的結(jié)合力下降,嚴(yán)重時銅箔甚至?xí)慕^緣基體上脫落[6]。這也是國內(nèi)電解銅箔與國外高檔產(chǎn)品性能的主要差距之一。因此研究電解銅箔的表面處理工藝具有十分重要的意義。

鋅鎳合金具有較高的耐蝕性、優(yōu)良的可加工性和較高的可焊性,廣泛應(yīng)用于汽車、航天、航空、輕工、家電等行業(yè)[7]。嘗試在銅箔表面電鍍上一層鋅鎳合金,試圖將鋅鎳合金的優(yōu)良性能應(yīng)用于銅箔的表面處理。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 試樣

2.2 鍍液配方及工藝條件

2.3 性能測試

2.3.1 銅箔的抗高溫變色性

把電解銅箔鍍鋅鎳產(chǎn)品和鍍鋅樣品放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中,在200℃的溫度下烘烤1h,觀察在高溫環(huán)境下的變色情況。

2.3.2 銅箔的耐化學(xué)腐蝕性

在室溫下,把電解銅箔鍍鎳鋅和鍍鋅樣品分別浸入5%氯化鈉溶液、2 mol/L鹽酸溶液和2 mol/L氫氧化鈉溶液中每隔兩天進(jìn)行一次觀察(持續(xù)1個月左右),并測量質(zhì)量,觀察分析各鍍層這些溶液中的耐蝕性。

2.3.3 銅箔的側(cè)蝕實(shí)驗(yàn)

通過壓力成型機(jī),先把電解銅箔鍍鋅鎳和鍍鎳樣品壓制在雙氰胺板固化片上,壓制溫度為165℃,壓制壓力8MPa,壓制時間1 h,得到覆銅箔板樣品。

圖1 側(cè)蝕示意圖

將膠帶紙分別完整覆蓋在由電解銅箔鍍鋅鎳和鍍鋅產(chǎn)品制成的覆銅箔樣品的電解銅箔光面上,接著把樣品浸入蝕刻劑堿性過硫酸胺中24 h,觀察蝕刻結(jié)果,側(cè)蝕原理見圖1。發(fā)生在抗蝕層圖形下面的導(dǎo)線側(cè)壁,因蝕刻而產(chǎn)生凹進(jìn)或挖空的現(xiàn)象,通常以凹槽深度來描述側(cè)蝕程度。側(cè)蝕量的大小是指最大側(cè)向蝕刻寬度,其值越小越好。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 鋅鎳復(fù)合電鍍工藝參數(shù)的研究

在電流密度分別為1、2、3、4 A/dm2的條件下,調(diào)整電鍍液的溫度和pH值,電鍍3 min、6 min、9 min、12 min、15 min,通過觀察比較銅箔表面起皮、起泡、脫落、麻點(diǎn)、斑點(diǎn)、針孔、燒焦等缺陷和測量各組銅箔表面延展性[14]確定復(fù)合鍍合適的電鍍工藝。

研究發(fā)現(xiàn),溶液溫度35±3℃,pH值為5.5,電流密度為3 A/dm2、電鍍時間為9 min的工藝條件下,鋅鎳復(fù)合鍍鍍層均勻,銅箔表面延展性好。

3.2 電鍍層成分分析及表面微觀形貌

采用帶有能譜儀(EDS)的掃描電鏡(SEM)觀察鍍層形貌和測定成分。

圖2是銅箔鋅鎳復(fù)合鍍層的表面形貌和微觀形貌。鍍層均勻,呈銀灰色。

表1是鍍層的成分分析結(jié)果,鎳含量為11.7%。這種成分的合金具有良好的耐蝕性能。

圖2 銅箔鋅鎳復(fù)合鍍層的表面及微觀形貌

表1 對電鍍鋅鎳銅箔鍍層某點(diǎn)的成分分析

3.3 鍍層性能分析

將鍍鋅鎳電解銅箔與鍍鋅銅箔進(jìn)行性能對比分析。

3.3.1 電解銅箔的抗高溫變色性分析

把電解銅箔鍍鋅鎳試樣和鍍鋅樣品放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中,在200℃的溫度下烘烤1 h,觀察其在高溫環(huán)境下的變色情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 高溫烘烤實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電解銅箔鍍鋅后在加熱烘烤前后鍍層顏色發(fā)生了明顯的變化,由銀灰色變成了黃色。其原因是在烘烤過程中,銅鋅之間發(fā)生了擴(kuò)散,形成了黃銅層[7]。而電解銅箔鍍鋅鎳后卻能避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.3.2 耐化學(xué)腐蝕性分析

(1)5%氯化鈉溶液腐蝕浸泡實(shí)驗(yàn)。在室溫下,把鋅鎳復(fù)合鍍銅箔和鍍鋅樣品浸入5%氯化鈉溶液中每隔2天進(jìn)行1次觀察,并測量質(zhì)量,觀察分析各鍍層在5%氯化鈉溶液中的耐蝕性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 鍍層在5%NaCl溶液中腐蝕失重與時間的關(guān)系

由圖3可知,隨浸泡時間的延長,純鋅鍍層試樣失重,且失重在逐漸增加,而鋅鎳合金鍍層試樣卻出現(xiàn)增重現(xiàn)象,但增重趨勢較緩,這是由于腐蝕產(chǎn)物牢固地附著在鍍層上面的緣故。說明純鋅鍍層在5%氯化鈉溶液中鋅的溶出速度較鋅鎳合金鍍層的快。

在浸泡試驗(yàn)中,對于純鋅鍍層試樣,浸泡液中出現(xiàn)白色的絮狀物,而鋅鎳合金鍍銅箔試樣的浸泡液卻是澄清的。純鋅層浸泡16d有紅銹產(chǎn)生,而鋅鎳合金鍍層浸泡24d才出現(xiàn)幾點(diǎn)紅銹。

(2)酸堿腐蝕實(shí)驗(yàn)。分別對鋅鎳合金鍍層在酸性溶液(2 mol/L鹽酸溶液)和堿性溶液(2 mol/L氫氧化鈉溶液)中的耐蝕性進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 鍍層在酸性溶液和堿性溶液中的腐蝕實(shí)驗(yàn)

表3說明鋅鎳復(fù)合鍍銅箔的耐酸性和耐堿性均比鍍鋅銅箔強(qiáng)。

因此,與當(dāng)前市場上使用的鍍鋅銅箔相比,鋅鎳復(fù)合鍍銅箔具有更好的耐蝕性。

3.3.3 銅箔的側(cè)蝕現(xiàn)象

將尺寸為100 mm＊10 mm膠帶紙分別完整覆蓋在鋅鎳復(fù)合鍍銅箔和鍍鋅銅箔樣品制成的覆銅箔樣品的電解銅箔光面上,接著把樣品浸入蝕刻劑堿性過硫酸胺中24 h,觀察蝕刻結(jié)果。

表4 側(cè)蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4結(jié)果可知,鋅鎳復(fù)合鍍銅箔耐側(cè)蝕性能優(yōu)于鍍鋅銅箔。

4 結(jié)論

在合適的電鍍工藝條件下獲得鋅鎳復(fù)合鍍銅箔與鍍鋅電解銅箔相比具有以下優(yōu)點(diǎn):鋅鎳復(fù)合鍍銅箔具有更強(qiáng)的抗高溫變色性;鋅鎳復(fù)合鍍銅箔比鍍鋅銅箔具有更強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性;與鍍鋅銅箔相比,鋅鎳復(fù)合鍍銅箔側(cè)蝕現(xiàn)象明顯有所減緩。

REFERENCES

[1] Circuit it Foil Corporation.Copper foil having improved bond strength[P].US Pat:1211494,1917-01-09.

[2] 朱祖澤,賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社, 2002:586-588.

[3] Takahashi Mitsuo,Kawasum Yosh.Surface treating process for copper foil for use in printed circuit it[P].US Pat:2073778, 1937-03-16.

[4] Torday,Jone Mcglly,James.Treatment of copper foil[P].EP Pat:0112635,1984-04-07.

[5] WolskiAdam M,Cheng Chintai T,Simon Richard B.Treatmeat for copper foil[P].US Pat:4572768,1985-06-28.

[6] 鄭衍年.電解銅箔表面處理工藝與結(jié)晶形態(tài)[J].銅箔與基材,2004,10:14-16.

[7] Yates C,Woski A.Copper foil treatment and products produced there from[P].US Pat:3857681,1974-12-06.

A Study on Compund Plating of Zinc and Nickle on Surface of ED Copper Foil

YU Fang-xin,J IN Ying
(NanchangUniversity,Nanchang 330031,Jiangxi,China)

A study on compund plating trea tment process on surface on ED copper foil is conducted,and some performance tests are done on Zn-Ni plated copper foils.Compared with Zn-plated ED copper foil,high temperature stability of plating layer of Zn-Ni plated ED copper foil is improved,with better anti-corrosion of chemicals,and side corrosion of plating layers ismuch corrected.

ED copper foil;surface treatment;Zn-Ni compound plating;side corrosion

TQ153

:B

:1009-3842(2010)01-0072-03

2009-12-15

余方新(1966-),男,江西豐城人,南昌大學(xué)副教授,博士,主要從事銅金屬材料研究。