電解銅箔表面鋅鎳復合鍍研究

余方新,金 瑩

(南昌大學材料科學與工程學院,江西南昌 330031)

電解銅箔表面鋅鎳復合鍍研究

余方新,金 瑩

(南昌大學材料科學與工程學院,江西南昌 330031)

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

電解銅箔;表面處理;鋅鎳復合鍍;側蝕

1 前言

電解銅箔是電子工業的專用基礎材料,被喻為電子產品信號與電力傳輸、溝通的“神經網絡”[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合力以及銅箔的耐熱性、抗氧化性和耐化學腐蝕性等性能,同時為了防止銅微粒遷移進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合強度[2]。

銅箔的表面處理技術包括粗化處理、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。國內企業在對電解銅箔進行表面處理時,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,會發生側蝕現象,導致銅箔與絕緣基體的結合力下降,嚴重時銅箔甚至會從絕緣基體上脫落[6]。這也是國內電解銅箔與國外高檔產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、優良的可加工性和較高的可焊性,廣泛應用于汽車、航天、航空、輕工、家電等行業[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良性能應用于銅箔的表面處理。

2 實驗方法

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品和鍍鋅樣品放入電熱恒溫鼓風干燥箱中,在200℃的溫度下烘烤1h,觀察在高溫環境下的變色情況。

2.3.2 銅箔的耐化學腐蝕性

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行一次觀察(持續1個月左右),并測量質量,觀察分析各鍍層這些溶液中的耐蝕性。

2.3.3 銅箔的側蝕實驗

通過壓力成型機,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,觀察蝕刻結果,側蝕原理見圖1。發生在抗蝕層圖形下面的導線側壁,因蝕刻而產生凹進或挖空的現象,通常以凹槽深度來描述側蝕程度。側蝕量的大小是指最大側向蝕刻寬度,其值越小越好。

3 實驗結果與討論

3.1 鋅鎳復合電鍍工藝參數的研究

在電流密度分別為1、2、3、4 A/dm2的條件下,調整電鍍液的溫度和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、斑點、針孔、燒焦等缺陷和測量各組銅箔表面延展性[14]確定復合鍍合適的電鍍工藝。

研究發現,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 銅箔鋅鎳復合鍍層的表面及微觀形貌

表1 對電鍍鋅鎳銅箔鍍層某點的成分分析

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干燥箱中,在200℃的溫度下烘烤1 h,觀察其在高溫環境下的變色情況。實驗結果見表2。

表2 高溫烘烤實驗結果

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

3.3.2 耐化學腐蝕性分析

(1)5%氯化鈉溶液腐蝕浸泡實驗。在室溫下,把鋅鎳復合鍍銅箔和鍍鋅樣品浸入5%氯化鈉溶液中每隔2天進行1次觀察,并測量質量,觀察分析各鍍層在5%氯化鈉溶液中的耐蝕性。實驗結果見圖3。

圖3 鍍層在5%NaCl溶液中腐蝕失重與時間的關系

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增重現象,但增重趨勢較緩,這是由于腐蝕產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。

在浸泡試驗中,對于純鋅鍍層試樣,浸泡液中出現白色的絮狀物,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有紅銹產生,而鋅鎳合金鍍層浸泡24d才出現幾點紅銹。

(2)酸堿腐蝕實驗。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)中的耐蝕性進行實驗,實驗結果見表3。

表3 鍍層在酸性溶液和堿性溶液中的腐蝕實驗

表3說明鋅鎳復合鍍銅箔的耐酸性和耐堿性均比鍍鋅銅箔強。

因此,與當前市場上使用的鍍鋅銅箔相比,鋅鎳復合鍍銅箔具有更好的耐蝕性。

3.3.3 銅箔的側蝕現象

將尺寸為100 mm＊10 mm膠帶紙分別完整覆蓋在鋅鎳復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,觀察蝕刻結果。

表4 側蝕實驗結果

由表4結果可知,鋅鎳復合鍍銅箔耐側蝕性能優于鍍鋅銅箔。

4 結論

在合適的電鍍工藝條件下獲得鋅鎳復合鍍銅箔與鍍鋅電解銅箔相比具有以下優點:鋅鎳復合鍍銅箔具有更強的抗高溫變色性;鋅鎳復合鍍銅箔比鍍鋅銅箔具有更強的耐化學腐蝕性;與鍍鋅銅箔相比,鋅鎳復合鍍銅箔側蝕現象明顯有所減緩。

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.現代銅冶金學[M].北京:科學出版社, 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晶形態[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,南昌大學副教授,博士,主要從事銅金屬材料研究。