高耐热性电解铜箔表面处理工艺初探

郭志航

广东嘉元科技股份有限公司 广东 梅州 514759

前言

铜箔作为电子元件最为关键的部位，广泛应用于日常生活中。小到家用电器，大到航天设备。而在使用之前，铜箔需要进行粗化、固化、钝化等多道工序处理。而电子工业的兴起，以手机、电脑为代表的精密电子设备朝着功能多化、深度化发展。对于铜箔工艺提出了更高的要求。目前，能够在铜箔与基板结合力和铜箔的耐热性这两个问题之间采取一个动态的平衡，大多数电解铜箔企业选择采用例如增加粗化、固化等方式，并加入合适的催化剂，从而制造出高耐热性的电解铜箔。同时，采取各道工序的电解液中屏除掉有害物质，降低对于环境的破坏程度[1]。

1 实验过程

1.1 钝化实验 使用工厂实际生产所需的钝化液进行实验，考虑到实验室后续对废水处理难度不亚于重新实验，所以将钝化液的浓度进行一定程度的稀释处理。将送阴极辊上获得的铜箔分别在三组不同浓度下的钝化液进行短暂的浸泡，水洗后进行烘干，做上相应的标记。再根据三组铜箔样品在烘箱中观察是否氧化变色，并对其进行破坏试验，从而达到性能测试的目的[2]。

1.2 粗化实验 由于我国铜箔生产相较于国外成熟大规模的生产较为落后，所以在处理技术方面无法得到最新的数据以及最前沿的处理方法，仅仅将铜箔的粗化停留在提高从阴极辊中剥离的效率上，对于深层次镀化效果无法做到理想的状态。基于这种情况，同样做一个对照试验。将未处理的铜箔进行表面处理，分成三组，对其进行粗化实验，加入可控制的变量，从而得到性能分析。

1.3 电流密度实验 由于铜箔在实验室可以进行粗化和固化处理，粗化液与固化液的浓度和水的处理成本较高，即使是降低溶液浓度，也无法做到百分之百的对环境没有影响。可是，追求效果而忽视对环境的影响，这从根本上就违背了实验的初衷。想要用实验室的理论环境去改善工厂的恶劣因素，提高铜箔的工艺水平，而不是降低其产量。所以，在添加溶液与添加剂之外，还有另一种可行的方案，并且对于环境的影响更小，实验效果更加明显。

在上述两种实验条件和实验对照组数量不变的情况下，放入电流设备。通过电流的调控观察对于铜箔剥离程度以及表面粗糙度的影响。在相同浓度下的不同电流密度做观察实验，在不同浓度下相同电流密度同样也做观察实验。实验之后，得出结论[3]。

2 结果与讨论

2.1 钝化实验的结果与讨论 未经钝化液浸泡的样品氧化最为严重，而经过钝化处理的样品表面氧化程度均有不同效果的变轻。而加入不同量的添加剂后，复合型钝化液又表现出较好的防氧化效果。但是随着添加剂计量增大，铜箔表面氧化影响不大。根据钝化试验结果可知，无论是单纯的工业使用钝化液，还是添加一定添加剂的复合型钝化液，对于铜箔都有一定程度的钝化效果。其原因是钝化液处理过的铜箔会增强其表面的含氧粒子，降低铜的基础活性，从而让铜箔产生钝化。也有可能是在铜箔表面形成一层易吸附含氧粒子的吸附层，改变铜箔与溶液的接触结构，使得铜箔活性增大，让其表面的反应能力下降，从而产生钝化反应。经过多次试验与对照，加上查找资料与实际工厂采样，可以得到钝化液的研发可以按照吸附膜理论，在工厂实际使用的铬酐-葡萄糖体系钝化液中，适当加入添加剂，使钝化后的铜箔性能达到最好。而铬酐和葡萄糖之间有协同作用，葡萄糖对于氧离子的吸附作用能够很好地形成钝化膜，接着转变为富含铬的成相膜。只有在葡萄糖与铬酐的含量控制在一个平衡的水平时，才能让铜箔钝化效果达到最好。如果过于依赖铬酐的使用，处理液与废水将会对环境有难以想象的危害。

2.2 粗化实验的结果与讨论 便于观察添加剂对粗化实验的效果，所以其中一组实验采用未加入添加剂的粗化液进行处理。结果则是让其表面由光滑变成粗糙，后期加工极易发生产品损毁的问题。而加入不同添加剂的实验组对于铜电沉积各有不同程度的影响，甚至对于剥离强度也有着明显的改善。甚至在加入钨酸钠复合型添加剂后，还产生了对电沉积速率有积极促进的作用。在粗化处理液中，加入合适的添加剂来控制粗化步骤，从而让铜箔表面形成的枝晶数量增多，更容易符合工业生产的需求。经过多次试验和对照之后，选择合适剂量的复合型添加剂对于铜箔镀层有明显的改善。

2.3 电流密度实验的结果与讨论 在粗化实验基础变量不变的情况下，随着电流密度的升高，铜箔的剥离程度与粗糙程度也逐渐增大。等到电流密度上升到一定程度后，粗糙程度与剥离程度逐渐放缓，并且在铜箔表面出现粗糙的铜晶体。如果只进行粗化处理，铜箔将会从阴极辊上大面积脱离，对于后续工艺有着极大的影响。所以，铜箔粗化后必须进行固化。而在固化电流密度提升后，铜箔的剥离强度和表面粗糙度会有着先升后降的明显变化。与粗化电流密度试验相比，固化电流密度试验更容易把控。

无论是只经过粗化未经过固化，或者是只有一道固化程序，经过先粗化后固化，并配合电流密度对于进行精心把控的铜箔剥离强度降低。其原因是在粗化处理后，新生的固化层会将粗化层从外部包裹起来，使铜箔表面变得光滑，导致其剥离强度有所下降。在不使用额外添加剂的情况下，经过粗化处理和固化处理，配合电流密度的控制，会让铜箔表面形成一道坚固的抗剥离层，符合标准工艺的剥离强度。

结论

在实验室环境中处理电解铜箔，会有效地避免传统处理工艺中添加剂对于环境的危害，可以明显地解决传统表面处理工艺常见的问题。由于基础材料、大规模工艺与添加剂的种类对于铜箔的处理工艺都会有明显的变化。所以在实际操作中应该设置一组对照组、两组实验组进行实验，也可以进行多轮实验以得到更加准确的数据反馈。