铜箔表面电镀铜粗化工艺.pdf

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つじ讨
铜箔表面电镀铜粗化工艺
冯绍彬,李振兴,胡芳红,孙亮,韦永雁
(郑州轻工业学院材料与化工学院河南省表界面科学重点实验室,河南郑州45000
摘要]国产铜箔表面粗糙度不够,直接影响镀镍层的形态,用作高分子温度系数热敏电阻时与高分子聚合物
的结合强度不够,致使其使用性能不达标。为了提高铜箔与有机材料间的结合强度,常采用表面粗化工艺。采用
酸性硫酸盐镀铜エ艺对铜箔表面进行粗化,并用微分电容曲线的电化学测量和扫描电镜及金相显徽镜表征了铜箔
粗糙度。结果表明,粗化电流密度为20A/dm2时,粗化效果最为明显,在抗拉端面面积相同的情况下,国产铜箔抗
强度由粗化前的60.85Ncm2增大到粗化后的137.81Nem2,接近国外商品铜箔的抗拉强度138.26N/em2。
[关键词]」表面粗化;电镀铜;微分电容;扫描电镜;抗拉强度
中图分类号]TQ153.1[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2010)07-0024-03
0前言
市俊业新材料有限公司提供)。前处理工艺:电化学除
高分子正温度系数热敏电阻又称自恢复保险丝油一水洗→酸洗→水洗一侵蚀一水洗→烘干。除油液
(PIC),是一种新型的过流保护元件,其器件的核心配方及工艺规范:10g/ L Naohl,20g/LNaC0,30g/L
部位是铜箔镀镍后与高分子导电聚合物的结合面。常
Na2SiO3,采用阴极除油,温度70~80℃,时间1min。
温下高分子材料中的导电粒子呈低电阻链状结构,并酸洗液配方及エ艺:100g/LH2SO2,100g/L
处于导通状态,当温度升到PPTC的开关温度时,由于
Fe2(S02)3,时间1min。用于电化学微分电容曲线测
材料中导电粒子形成的链发生断裂,材料的电阻将大量的铜箔尺寸为1cm×1cm,其粗糙面为工作面,反面
幅提高,从而起到保护电路的作用2。然而,国产的为光滑面,用环氧树脂密封后,将其作为工作电极。抗
PC铜箔表面镀镍层与高分子导电聚合物的结合强拉强度试验工作面为表面积2.47cm'的圆形端面,与
度往往达不到要求,其主要原因在于铜箔基体的表面有机层热黏合后在材料试验机上拉开,以测定其结合
状态,而铜箔表面的结晶组织形态、粗糙度等都直接影カs。
响到镀镍层表面形态34。本工作通过测量铜箔表面
图1为国产和日产铜箔表面的金相显微形貌。由
微分电容得出真实表面积,实现表面粗糙度量化,同时图1可以看出,日产铜箔表面粗糙度高于国产,表面结
结合扫描电镜观察铜箔表面微观形貌,进一步分析铜品颗粒大且均匀,排列紧密、规整。图2是其微分电容
箔表面粗糙度对PPIC性能的影响,提出了铜箔表商高曲线。
电流密度电镀铜的粗化工艺。
试验
基材处理
铜箔材料为国产、日本产铜箔(两种铜箔均由新乡
(a){)i
()日
收稿日期]2010-02-01
基金项目]国家自然科学基金(No.20576126)资助
图国产和日产原始铜箔表面金相显微形貌400×
通信作者]冯绍彬,硕士生导师,教授,主要从事电镀与表
对图2的曲线进行拟合计算,得出积分电量Q和
面工程研究,电话:13523067684,E-mail:feng-双电层微分电容C。表1为国产与日产铜箔微分电容
nanbin(@azuli.edu.cn
和抗拉强度
故
第43
90
2结果与讨论
80
2.1影响粗化和固化的工艺因素
2.1.1Cu2+浓度
不同Cu2'浓度粗化液的粗化效果见表2。由表
2627282930
可以看出,Cu2*浓度在20g/L时,镀层均匀,粗化效果
图2国产和日产原始铜箔徽分电容曲线
较好;Cu2'低于20g/L,电流密度不大,会引起烧焦;高
表1国产与日产铜箔微分电容和抗拉强度结果
于20g/L时类似于常规电镀,起不到粗化作用,粗化镀
液中Cu2'应维持在20g/L左右。
铜箔
O/C
C/ur
S/ecmP(抗拉)(N-cm
表2Cu2+浓度对粗化的影响
1.63x10413665.80683.29
60.85
p(Cu2')/(g?L1
产2.81x10-23429.191171.45
138.26
粗化效果
烧焦
较好
差
注:C:=ソハめ,△の=0.012V;S=C/Cマ,Cw=20pF/cm
由表1可以看出,国产铜箔与日产铜箔真实表面2.1.2H1SO,浓度
积有很大的差别,前者的抗拉强度不及后者的1/2。各
粗化液中H2SO2能增加镀液的导电能力,但
种参数表明,要获得较好的抗拉强度和较大真实表面H12SO.含量不能过高,否则会由于同离子效应,使得
积必须对铜箔进行表面处理增大表面粗糙度。
Cuso, l的溶解度降低而析出,造成阳极板钝化,常规酸
1.2表面粗化、固化
铜工艺配方中H2SO4的含量一般控制在50gL左右。
对前处理后的铜箔作2步粗化处理以提高其真实与普通酸铜相比较,粗化液通常采用高酸低铜配方。
表面积和粗糙度。粗化及固化均采用酸性硫酸盐镀铜本试验的粗化液中Cu'浓度相对较低,可采用较高浓
工艺。粗化工艺:20g/LCu2*,70g/LH12S0,30g/L度的H12S04,应控制在65~75g/L,以70g/L为最佳。
葡萄糖,10~15g/L钼酸铵,J。=15~30A/dm2,温度2.1.3电流密度
50℃,时间10s,空气搅拌。固化工艺:70g/LCu2*,90
采用较高的电流密度能获得较好的粗化效果,沉
g/LH2S0,30g/L葡萄糖,0~15g/L钼酸铵,J。=10积层呈微粒状,但往往与基体结合不牢,因而需要进行
A/dm2,温度50℃,时间15,空气搅拌。
固化处理,即采用较低的电流密度和较高的主盐浓度
再镀一层结合强度较高的铜层,以提高粗化层的附着
1.3测试分析
强度。固化电流密度为10Adrm2,不同粗化电流密度
采用三电极体系,不锈钢既是三电极容器又作为对粗化层性能的影响见表3。
辅助电极,甘汞电极为参比电极,镀镍铜箔为研究电
表3不同粗化电流密度对粗化层性能的影响
极,溶液为20g/ L Cuso4,40g/LH2SO4,采用CHI660A
试样八(粗化)/(A-dm2)C/pFSt/cm2P(抗拉)/(N-cn
电化学工作站,选择电位阶跃为10mV,时间间隔为101
s,测量电流-时间的关系曲线。测试温度为室温。
16975.3848.7(
79.43
采用日本电子株式会社(JEOL)打描电子显微镜测
17209.4860.47
试试样形貌,用XX-200金相显微镜测试铜箔金相显
19652.1982.60
100.2
微形貌,CMT6104微机控制电子万能拉伸试验机测试5
21514.71075.73
109.35
抗拉强度。
27789.21389.45
37.81
粗糙度的微分电容法表征
边缘烧焦
脱粉
采用电化学法测量真实表面积。根据测量电极的
23
脱粉
双电层电容来计算电极的真实表面积?。微分电容C
=dQ/d