鋁箔電鍍銅和錫的工藝

曾海軍

（山東天諾光電材料有限公司，山東 濟南 250300）

鋁箔電鍍銅和錫的工藝

曾海軍

（山東天諾光電材料有限公司，山東 濟南 250300）

對鋁箔表面進行等離子體清洗并磁控濺射鎳銅合金中間層后再電鍍，得到了致密、結合力好的銅、錫電鍍層。討論了等離子清洗時的電壓、磁控濺射時的負偏壓及中間層的合金組成對后續鍍層結合力的影響。指出了電鍍銅時的電源波形及電鍍錫時的溫度對鍍層性能的影響。采用該工藝制備的覆銅鋁箔，其成本僅為普通銅箔的1/4，弱酸性鍍錫后鍍層的可焊性良好。

鋁箔；等離子清洗；磁控濺射；銅；錫；電鍍；結合力

Author’s address:Shandong Tiannuo Photoelectric Material Co., Ltd., Jinan 250300, China

1 前言

鋁箔具有質輕、密閉、和包覆性好等一系列優點，已廣泛應用于電子、包裝、建筑等領域，尤其是新興生物工程、能源、和環保等相關技術的革新，鋁箔的用途和亟待開發的應用領域及相關的技術拓展越來越廣闊。鋁是很活潑的兩性金屬，具有高度的親氧性，在其表面很容易形成氧化膜，給鋁箔電鍍帶來很大困難。要想在鋁箔上獲得良好的電鍍層，電鍍前的處理是一道關鍵工序。在電子應用領域，為了增加鋁的導電性和焊接性，需要在其表面電鍍銅和錫等金屬，目前國內外許多研究大多是采用化學的方法，預浸和化學鍍相結合，處理工藝較復雜。筆者經過大量實驗，采用表面等離子體清洗與磁控濺射中間層的預處理方法加電鍍的工藝，在鋁表面獲得了結晶細致、光亮、焊接性好、結合力強的銅、錫鍍層。在鋁箔表面電鍍一定厚度的銅，可以代替銅箔使用，廣泛應用于電磁屏蔽領域、印刷電路板和鋰離子電池集流體等方面，從而節約大量的銅材；亦可單獨用于電鍍錫層或者是銅加錫鍍層，應用于一些新興的電子領域。

2 工藝介紹

2. 1 材料

采用厚度為0.033 mm的硬質光箔，以LG3的高純鋁軋制。從卷狀鋁箔上裁切出10 cm × 10 cm的試片備用。

2. 2 工藝流程

等離子體清洗─偏壓濺射中間層(鎳銅合金)─電鍍銅/或錫鍍層。

2. 3 工序說明

2. 3. 1 表面清洗

硬質光箔未經軟化處理，表面有殘油，必須脫脂處理。脫脂采用等離子體清洗，它屬于干式工藝，處理后表面無殘留物，適合環境保護的需要。該處理不影響基體固有的性能，而且作用時間短，效率高，過程易控制。工藝參數為：放電真空度33 Pa，加載氣體為Ar、O2等，處理功率150 W，時間1 ～ 3 min。

2. 3. 2 磁控濺射中間層

操作條件為：基礎真空度＜5.5 × 10-3Pa，濺射氣壓0.12 ～ 0.20 Pa，靶與基片的距離60 ～ 100 mm，濺射功率100 W，靶直徑60 mm，直流負偏壓60 V。

2. 3. 3 電鍍銅

鍍液組成及操作條件為：硫酸銅180 ～ 220 g/L，濃硫酸40 ～ 90 g/L，氯離子40 ～ 90 mg/L，開缸劑4 ～8 mL/L，光亮劑A 0.3 ～ 0.8 mL/L，光亮劑B 0.2 ～0.5 mL/L，溫度20 ～ 40 °C，陰極電流密度1 ～ 6 A/dm2，空氣攪拌，磷銅陽極(磷含量0.03% ～ 0.06%)。

開缸劑和光亮劑為德國進口產品，該工藝所得鍍層不易產生針孔，光澤度高，內應力低，延展性好，厚度均勻；沉積速度快，鍍液穩定，對雜質的容忍度高。

2. 3. 4 弱酸性鍍錫[1]

鍍液配方及工藝條件為：甲基磺酸亞錫(錫含量300 g/L)50 mL/L(相當于Sn2+12 ～ 18 g/L)，開缸劑500 mL/L，純水450 mL/L，pH 2.3 ～ 3.5，波美度13 ～17 °Bé，溫度20 ～ 30 °C，陰極電流密度0.1 ～ 1.0 A/dm2，陰、陽極面積比1∶1，鍍液強制循環攪拌。

開缸劑中含有配位劑、導電鹽、分散劑和 Sn2+穩定劑等，其作用是：導電、配位錫離子、增大陽極極化，使鍍層結晶細致；穩定 Sn2+，防止其氧化及后續的水解：穩定溶液的密度。

3 鍍層性能

3. 1 結合力

3. 1. 1 彎曲法

把試樣彎曲折斷，斷口處鍍層無起皮、脫落。

3. 1. 2 熱震實驗

把試樣放在加熱爐中加熱至150 °C，保溫1 h，然后放入水中急冷，鍍層無起泡、脫落。

3. 2 可焊性

按照GB/T 16475–1997《金屬覆蓋層產品釬焊性的標準試驗方法》，采用無鉛焊料對銅加錫鍍層進行可焊性試驗，焊層光滑、光亮、均勻，未見鍍層起皮或脫落。

4 前處理對鍍層結合力的影響

4. 1 等離子體清洗工藝的影響

實驗中發現，清洗過程中高能量的離子會使基片表面產生濺射，導致存在于真空室內的雜質部分分解，生成的分解產物反而使基片表面受到污染，最終引起鍍層起泡、脫落。所以，施加500 ～ 1 000 V的電壓引起低能量的輝光放電時，清洗處理效果較好。

4. 2 磁控濺射時負偏壓的影響

通過對基材施加負偏壓，吸引等離子體中的陽離子對基材表面轟擊，使靶材的濺射分子有足夠的能量結晶；同時使附著不牢固的靶材分子從材料上剝離；保證了濺射金屬層的附著強度。實驗證明，負偏壓在60 V時，所得鍍層均勻、致密，結合力良好。

4. 3 中間層材質的影響

作為中間層的鎳銅400合金是一種綜合性能極佳的耐蝕合金，一般不會產生應力腐蝕裂紋，在質量分數小于85%的硫酸中都是耐蝕的，保證了鍍銅時不易被擊穿，從而獲得致密、結合力高的鍍層。

5 電鍍條件對鍍層性能的影響

5. 1 鍍銅時的電源波形

與直流鍍銅層相比，脈沖鍍銅層的表面更平整、光滑，結晶度更優，與基底的結合更好，抗腐蝕性能也更高。

5. 2 電鍍錫的溫度對鍍層質量的影響

實驗表明，提高鍍液的溫度可以增大允許使用的電流密度和提高鍍液的分散能力，但如果溫度過高，低電流密度區容易出現漏鍍。降低鍍液溫度，可提高鍍液的穩定性和覆蓋能力，但如果溫度過低，鍍液的分散能力和可操作的電流密度都會降低，高電流密度區容易燒焦、發暗。在保證鍍層質量的前提下，溫度一般控制在20 ～ 30 °C。

6 應用

本工藝已應用于實際生產，高真空磁控濺射卷繞鍍膜設備加卷對卷的電鍍設備已經實現規模化連續生產，可以生產厚度為0.006 ～ 0.1 mm的鋁箔，其成本僅為銅箔的1/4，生產過程控制簡單，產品合格率高。

本工藝所生產的產品已廣泛應用于電磁屏蔽領域，制作銅箔膠帶等。該產品已通過美國ASTM D-1000標準檢測，可以屏蔽電磁信號，除了應用于手機、筆記本電腦及其他數碼產品之外，在諸如電動玩具電路板、LED組裝、電腦電源適配器制造等領域也有廣闊的應用空間。

[1] 丁運虎, 毛祖國, 何杰, 等. BSn-500弱酸性鍍錫工藝[J]. 電鍍與涂飾, 2007, 26 (2): 19-21.

Process for electroplating copper and tin on aluminum foil //

ZENG Hai-jun

Compact and well-adhesive copper and tin coatings were electroplated on aluminum foils, which were treated previously by plasma cleaning and magnetron sputtering of a mid-layer Ni–Cu alloy coating. The effects of the voltage during plasma cleaning, the negative bias voltage in magnetron sputtering, and the composition of mid-layer alloy coating on adhesion of successively electroplated coatings were discussed. The effects of the current waveform in copper electroplating and the temperature in tin electroplating on coating quality were described. The cost of the copper-coated aluminum foils produced by the process is only one fourth of that of common copper foils. The tin coatings obtained from a weakly acidic plating bath has good weldability.

aluminum foil; plasma cleaning; magnetron sputtering; copper; tin; electroplating; adhesion

TG174.444; TQ153.1

A

1004 – 227X (2011) 06 – 0012 – 02

2010–11–01

2011–01–08

曾海軍（1971–），男，山東鄆城人，技術員，主要從事物理沉積和電化學沉積結合方面的研究。

作者聯系方式：(E-mail) yczjmzhj88@163.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]