吳婷,徐蛟龍,,李榮平,武明偉,張宇智,李項(xiàng)虎,李照華,趙紅亮
(1.靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司,河南 靈寶 472500;2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)
粗化和固化電流密度對(duì)壓延銅箔剝離強(qiáng)度的影響
吳婷1,徐蛟龍1,*,李榮平1,武明偉1,張宇智1,李項(xiàng)虎1,李照華1,趙紅亮2
(1.靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司,河南 靈寶 472500;2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)
在表面處理生產(chǎn)線上,先采用20 g/L Cu2++ 200 g/L硫酸溶液對(duì)壓延銅箔粗化兩次,再采用60 g/L Cu2++ 120 g/L硫酸溶液固化兩次。研究了粗化和固化電流密度對(duì)壓延銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響。結(jié)果表明,粗化、固化電流密度分別為55 A/dm2和45 A/dm2時(shí),銅箔的表面粗糙度為1.35 μm,剝離強(qiáng)度為1.14 N/mm。
壓延銅箔;粗化;固化;剝離強(qiáng)度;表面粗糙度
壓延銅箔呈片狀結(jié)晶組織結(jié)構(gòu),具備優(yōu)越的延展性、耐折性,低粗糙度及高致密性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于撓性印制電路板(FPCB)領(lǐng)域。在FPCB制作過(guò)程中,銅箔先與樹(shù)脂壓合成撓性覆銅板(FCCL),覆銅板經(jīng)蝕刻制作成印制電路板。若壓延銅箔表面過(guò)于光滑,與樹(shù)脂壓合時(shí)會(huì)存在壓合不牢固、剝離性能差的問(wèn)題。余德超等[1]采用小型電鍍槽,在實(shí)驗(yàn)室對(duì)壓延銅箔進(jìn)行粗化、固化處理,研究了鍍液組分和電流密度對(duì)粗化、固化效果的影響,得到適用于壓延銅箔的粗化和固化工藝。王斌[2]在中試線上研究了壓延銅箔表面處理工藝,得到了較優(yōu)的粗化工藝條件。目前報(bào)道的銅箔粗化液多數(shù)添加了無(wú)機(jī)或有機(jī)添加劑[3-6],粗化液的控制難度和水處理成本較高。本文在表面處理生產(chǎn)線上,采用不含添加劑的粗化液,研究了電沉積工藝參數(shù)對(duì)抗剝離層形貌及性能的影響。
1. 1 主要試劑
銅箔選用靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司軋制生產(chǎn)的 18 μm厚的壓延銅箔,六水合硫酸銅(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%),氫氧化鈉(化學(xué)純),濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%),玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂半固化片(FR-4),去離子水,不銹鋼陽(yáng)極板。
1. 2 壓延銅箔鍍銅抗剝離層處理工藝流程
在處理機(jī)生產(chǎn)線上進(jìn)行處理,工藝流程如圖1所示。配制脫脂、酸洗、粗化、固化溶液,采用板式換熱器加熱至所需溫度后轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)PVC(聚氯乙烯)槽中。用PVC薄膜穿帶引箔,開(kāi)啟表面處理機(jī)進(jìn)行處理。
1. 3 粗化、固化配方和工藝條件
粗化:Cu2+20 g/L,硫酸200 g/L,電流密度25 ~ 55 A/dm2,溫度30 °C,時(shí)間15 s。
固化:Cu2+60 g/L,硫酸120 g/L,電流密度20 ~ 55 A/dm2,溫度50 °C,時(shí)間15 s。
圖1 壓延銅箔鍍銅工藝流程Figure 1 Process flow for copper plating of rolled copper foil
1. 4 表征方法
1. 4. 1 銅箔形貌
采用日立S-3400掃描電子顯微鏡(SEM)觀察試樣的表面形貌。
1. 4. 2 抗剝離性能測(cè)試
先將銅箔試樣和FR-4壓制成覆銅板:溫度180 °C,壓力20 MPa,時(shí)間60 min。再采用日本島津AGS-X電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗剝離性能測(cè)試??蛻粢筱~箔的剝離強(qiáng)度大于0.8 N/mm。
1. 4. 3 粗糙度
參考IPC-TM-650 2.2.17Surface Roughness and Profile of Metallic Foils (Contacting Stylus Technique),采用日本三豐SJ-310粗糙度儀測(cè)量粗糙度Rz。
2. 1 粗化鍍層的表面形貌
采用低濃度銅離子和高濃度硫酸的鍍銅液,在55 A/dm2的高電流密度下對(duì)壓延銅箔表面進(jìn)行兩道粗化處理,所得粗化層的表面形貌如圖2所示。從圖2可知,在高電流密度的沖擊下,電鍍液中銅離子潰乏,因此銅箔表面形成不均勻且不牢固的“燒焦”粗化鍍層,銅顆粒尺寸多數(shù)在1 μm左右。
圖2 銅箔表面粗化鍍層的表面形貌Figure 2 Surface morphology of copper foil after roughening treatment
2. 2 固化鍍層的表面形貌
在電流密度55 A/dm2下對(duì)壓延銅箔進(jìn)行兩道粗化后,采用高濃度銅離子和低濃度硫酸的鍍銅液,在電流密度20 A/dm2下進(jìn)行兩道固化,所得固化試樣的表面形貌見(jiàn)圖3。從圖3可知,原先的粗化層表面生成了均勻的“球囊狀”包裹層,銅顆粒大小均勻,約為1.5 μm。此包裹層在提高銅箔剝離強(qiáng)度的前提下,對(duì)不牢固的粗化鍍層進(jìn)行加固,減少了粗化造成的掉粉現(xiàn)象。
圖3 銅箔表面固化鍍層的表面形貌Figure 3 Surface morphology of copper foil after bonding treatment
2. 3 粗化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響
粗化電流密度對(duì)兩道粗化試樣剝離強(qiáng)度和粗糙度的影響見(jiàn)圖4。從圖4可知,隨粗化電流密度升高,粗化層的剝離強(qiáng)度和粗糙度均呈增大的趨勢(shì)。對(duì)只經(jīng)粗化處理的壓延銅箔而言,當(dāng)電流密度為55 A/dm2時(shí),已經(jīng)可以達(dá)到較高的剝離強(qiáng)度(1.31 N/mm),此時(shí)Rz為1.15 μm。增大粗化電流密度時(shí),銅箔表面生成很多高度不一的“枝狀”銅晶粒,Rz增大,具有較高的剝離強(qiáng)度。但若只進(jìn)行粗化處理,則銅箔試樣在與覆銅板壓合時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重“掉粉”,并且粗化電流密度越高,“掉粉”越嚴(yán)重,對(duì)下游線路板廠商造成影響,因此銅箔粗化后必須進(jìn)行固化。
圖4 粗化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響Figure 4 Effect of roughening current density on peeling strength and surface roughness of copper foil
2. 4 固化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響
在電流密度40 A/dm2下對(duì)銅箔進(jìn)行兩道粗化后,再在不同電流密度下固化,以研究固化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可知,隨固化電流密度的增大,銅箔的剝離強(qiáng)度和粗糙度均呈先升后降的變化趨勢(shì)。固化電流密度為45 A/dm2時(shí),銅箔的Rz為1.35 μm,剝離強(qiáng)度為1.14 N/mm,抗剝離性能最好。
與只經(jīng)粗化處理、未經(jīng)固化處理的銅箔樣品相比,經(jīng)兩道固化處理后,銅箔的剝離強(qiáng)度降低。這主要是因?yàn)椤扒蚰覡睢钡墓袒瘜訉⒋只瘜影饋?lái),使銅箔表面較平滑,因而剝離強(qiáng)度下降。
圖5 固化電流密度對(duì)銅箔剝離強(qiáng)度和表面粗糙度的影響Figure 5 Effect of bonding current density on peeling strength and surface roughness of copper foil
粗化電流密度、固化電流密度與剝離強(qiáng)度和粗糙度有一定的關(guān)聯(lián)性。不使用添加劑的條件下,壓延銅箔經(jīng)55 A/dm2兩道粗化和45 A/dm2兩道固化即可形成牢固的抗剝離層,剝離強(qiáng)度高達(dá)1.14 N/mm,滿足剝離強(qiáng)度應(yīng)高于0.8 N/mm的要求。
[1] 余德超, 談定生, 王松泰, 等. 印制板用壓延銅箔鍍銅粗化工藝[J]. 電鍍與涂飾, 2007, 26 (10): 33-35, 44.
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[ 編輯:周新莉 ]
Effects of roughening and bonding current densities on peeling strength of rolled copper foil
WU Ting, XU Jiao-long*, LI Rong-ping, WU Ming-wei, ZHANG Yu-zhi, LI Xiang-hu, LI Zhao-hua, ZHAO Hong-liang
The rolled copper foil was roughened twice in a 20 g/L Cu2++ 200 g/L H2SO4solution on a surface treatment production line, and then bonded twice in a 60 g/L Cu2++ 120 g/L H2SO4solution. The effects of roughening and bonding current densities on peeling strength and surface roughness of rolled copper foil were studied. The results showed that the copper foil obtained at a roughening current density of 55 A/dm2and a bonding current density of 45 A/dm2features a surface roughness of 1.35 μm and a peeling strength of 1.14 N/mm.
rolled copper foil; roughening; bonding; peeling strength; surface roughness
Lingbao Jinyuan Zhaohui Copper Co., Ltd., Lingbao 472500, China
TQ153.14
A
1004 - 227X (2017) 12 - 0623 - 03
10.19289/j.1004-227x.2017.12.003
2017-02-27
2017-05-02
吳婷(1987-),女,江西南城人,碩士,工程師,主要從事銅箔表面處理工藝技術(shù)研究工作。
徐蛟龍,碩士,工程師,(E-mail) xjl2013@126.com。