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电解铜箔黑化用电镀钴–锌合金工艺

更新时间:2016-07-05

电解铜箔具有柔软、轻、薄、高导电、高导热等特性,是覆铜板、印制电路板、锂离子电池负极集流体、电磁波屏蔽、大功率 LED等产品的重要组成材料[1-2],被广泛应用于消费类电子、移动通信、新能源电动汽车、PDP(等离子显示板)屏蔽背光导电丝网等方面,是现代电子材料工业的基础材料之一[3-4]

挠性板用铜箔长期依赖进口,成本较高,并且业界一般要求FCCL(挠性覆铜板)和FPC(挠性印制电路板)呈黑色[5-6]。本文通过电镀钴–锌合金对铜箔进行黑化处理,研究了镀液成分、pH、温度、电流密度和电镀时间对铜箔颜色的影响,希望能为铜箔生产企业提供一定的技术指导。

(149)皱叶耳叶苔平叶变种Frullania ericoides var.planescens(Verd.)S.Hatt.熊源新等(2006);杨志平(2006)

1 实验

1.1 工艺流程

采用18 μm电解铜箔作为基体,毛(M)面的处理流程为:酸洗→粗化→固化→黑化(电镀黑色钴–锌合金)→耐热阻挡(电镀锌–镍合金)→防氧化(三价铬钝化)→偶联剂处理→烘干。光(S)面的处理流程为:酸洗→耐热阻挡→防氧化→烘干。

1.1.1 酸洗

采用100 ~ 150 g/L硫酸进行酸洗。目的是清洗铜箔表面的氧化层,恢复箔材表面活性。

1.1.2 粗化

粗化是通过电沉积在铜箔表面形成颗粒状或树枝状铜,增大铜箔表面粗糙度,保证铜箔与基材的粘结力[7]。配方和工艺条件为:Cu2+ 4 ~ 9 g/L,硫酸 100 ~ 150 g/L,电流密度 25 ~ 35 A/dm2

1.1.3 固化

1.1.6 三价铬钝化

1.1.4 黑化

黑化就是电镀黑色钴–锌合金,文中未说明之处的黑化液组成和工艺条件为:Co2+ 6 g/L,Zn2+ 0.5 g/L,黑化剂(自制,由硫氰酸钾、柠檬酸、乙醇酸等组成)50 mL/L,pH 2.0,温度40 °C,电流密度10 A/dm2,时间10 s。

班会结束的当天晚上,小李在QQ里给我留言:“尊敬的丁老师,今天您的检讨让我看到了一个男人的担当,是您的这种担当精神鼓舞了我,勇敢地走出了这一步。请您相信,接下来的日子里,我会以一个男人的担当来要求自己,请您给我机会……”

1.1.5 电镀锌–镍合金

电镀锌–镍合金的目的是提高铜箔的耐热性。配方和工艺条件为:K4P2O7·3H2O 200 ~ 250 g/L,Zn2+ 3 ~15 g/L,Ni2+ 1 ~ 5 g/L,pH 8.5 ~ 11.0,电流密度 0.5 ~ 3.0 A/dm2。在未黑化的铜箔表面电镀所得锌–镍合金为青色,但经高温烘烤或长时间存放后青色逐渐褪去。在黑色钴–锌合金表面电镀的锌–镍合金青色不明显,并且其镀覆量很低,对黑色铜箔外观的影响可忽略不计。

固化是在粗化沉积层表面形成一层致密的封闭层,增大粗化层与铜箔基体的牢固度。配方和工艺条件为:Cu2+ 20 ~ 40 g/L,硫酸 60 ~ 90 g/L,电流密度 25 ~ 35 A/dm2

其目的是增强铜箔的常温防氧化性,避免铜箔表面在贮存、运输等过程中发生氧化变色。配方和工艺条件为:Cr3+ 1.0 ~ 3.2 g/L,pH 4 ~ 5,电流密度 2.0 ~ 4.5 A/dm2

由图3可见,钴的质量浓度为2 g/L时,镀层的L*较高,此时镀层不够黑。随着钴质量浓度的增大,镀层的L*逐渐降低,即越来越黑。当钴的质量浓度为6 g/L时,镀层的L*为29.6。继续增大钴的质量浓度,镀层颜色基本保持不变。硫酸钴作为电镀钴–锌合金的主盐,其浓度过低时,阴极电流效率和镀层含钴量均较低,使镀层发暗但不黑。随着钴质量浓度增大,镀层的钴含量增大,颜色随之加深,直至完全变黑。因此,确定较理想的钴离子质量浓度为6 g/L。

三相不平衡配电网不确定性分布式电源运行域仿射求解算法//吴在军,胡靖宜,李培帅,王洋,窦晓波,胡敏强//(10):67

1.1.7 硅烷偶联剂处理

在本文收尾时,不禁要追问一句:既然“以古文为时文”有助于应举,那么桐城派中的一些重要作家如刘大櫆、方晞原、方东树、刘开等人为何科名不显,始终中不了举人?按常理,这些在古文上造诣良深的作家写作时文也会得心应手,中个举人,应该没有多大问题。

在铜箔表面均匀喷涂硅烷偶联剂形成有机膜层,以提高铜箔与基材的结合力。配方和工艺条件为:环氧基硅烷偶联剂0.2% ~ 0.4%,四乙氧基硅烷0.4% ~ 0.6%,pH 5 ~ 6。

1.2 性能测试

1.2.1 镀层颜色

使用深圳金准仪器设备有限公司的JZ-300型通用色差计测量铜箔黑化处理面的L*(L* = 0为黑色,L* = 100为白色)。

1.2.2 镀层结合力

将200 mm × 200 mm的铜箔置于水平台上,取质量200 g、直径30 mm的不锈钢圆柱体,直立放于铜箔的处理面,中间隔一层中性中速滤纸。给不锈钢圆柱体施加一个水平方向的作用力,使其移动120 mm。取下滤纸,然后用显微镜放大500倍观察,看是否有脱落的铜粉。

1.2.3 蚀刻性

将铜箔M面与FR-4半固化片压制成覆铜板,在铜箔表面覆盖3 mm宽的蚀刻胶带,然后将其分别放入酸性蚀刻液(由130 ~ 200 g/L氯化铜与150 ~ 180 g/L盐酸组成)和碱性蚀刻液(由130 ~ 200 g/L氯化铜与500 ~ 800 mL/L氨水组成)中蚀刻10 min,观察铜箔是否蚀刻干净。

1.2.4 耐蚀性

将蚀刻成线条(宽3 mm)的铜箔置于质量分数为18%的盐酸中,室温浸泡30 min,在日本KEYENCE CHX-1000超景深显微镜下测量线条边缘发红部分(侧蚀)的宽度。

1.2.5 表面形貌

采用北京中科科仪的KYKY-2800B型扫描电子显微镜观察铜箔的表面形貌。

2 结果与讨论

2.1 黑化工艺参数对钴–锌合金镀层颜色的影响

2.1.1 黑化液中的锌离子含量

由图1和图2可知,镀液中未添加锌离子时,镀层的L*较高,呈灰白色;随着锌离子质量浓度的增大,镀层的L*降低,锌离子质量浓度为0.4 ~ 0.6 g/L时,铜箔呈黑色;继续增大锌离子含量,镀层的L*升高,变为棕色。因此,适宜的锌离子质量浓度为0.4 ~ 0.6 g/L。下文选择锌离子质量浓度为0.5 g/L进行研究。

图1 镀液中锌离子的质量浓度对铜箔表面钴–锌合金镀层的L*的影响 Figure 1 Effect of mass concentration of zinc ions in bath on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

图2 镀液中锌离子质量浓度不同时所得钴–锌合金镀层的外观 Figure 2 Appearances of Co–Zn alloy coatings obtained from the baths with different mass concentrations of zinc ions

2.1.4 黑化液的pH

董玘深于经学,其为学也一本先儒,不为异说,故其诗文与其经学一脉相承,法度森严,规行矩步,带有明显的经学意味。董玘的文章从本质上讲是一种经师之文。虽然他主观上也许并没有宗秦汉或宗唐宋的意图,但其诗文朴淡深奥,似从经籍中脱胎而来。明代学者沈束评价其文“虽不务奇丽铿激之声,而雅饬浩荡委曲精致则一时文人少有出于其右者”(《董中峰先生文集序》)。可谓知言。

2.2.2 结合力

从图4可见,镀液中未加黑化剂时,镀层的L*高至61.3,说明此时镀层不黑。随着黑化剂体积分数从20 mL/L升至60 mL/L,镀层先变黑,后变化不大。增大黑化剂的添加量到80 mL/L时,镀层的L*略升。因此选择黑化剂的体积分数为50 mL/L。

2.1.2 黑化液中的钴含量

从图5可知,pH较低时,铜箔表面未被镀层完全覆盖而呈红色。升高镀液pH到1.6 ~ 1.9时,镀层呈黑色。pH过高(2.2 ~ 2.5)时,镀层发白且不均匀。因此较理想的pH为1.6 ~ 1.9。后续选择pH为1.8。

2.1.5 黑化液的温度

[12] Michael R. Pompeo, “America’s Indo-Pacific Economic Vision,” Indo-Pacific Business Forum, U.S. Chamber of Commerce, Washington D.C., July 30, 2018, https://www.state.gov/secretary/remarks/2018/07/284722.htm.

从图6可知,随着镀液温度的升高,镀层的L*先下降,当温度高于40 °C时变化不大,由灰白逐渐变黑。另外,升高镀液温度有利于使用较高的阴极电流密度和提高生产效率。但若工作温度过高,镀液蒸发快,容易造成镀液成分不稳定。综合考虑,选择镀液温度为40 °C。

图3 镀液中钴离子的质量浓度对铜箔表面钴–锌合金镀层L*的影响 Figure 3 Effect of mass concentration of cobalt ions in bath on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

图4 镀液中黑化剂的体积分数对铜箔表面钴–锌合金镀层L*的影响 Figure 4 Effect of volume fraction of blackening agent in bath on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

图5 镀液pH对铜箔表面钴–锌合金镀层的L*的影响 Figure 5 Effect of bath pH on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

图6 镀液温度对铜箔表面钴–锌合金镀层的L*的影响 Figure 6 Effect of bath temperature on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

投标供应商为了中标获取利益,各个供应商之间彼此达成协议:一致抬高或压低投标报价,藉以形成垄断报价;或者相互陪标,轮流中标,串通一气,操纵中标结果。由于高校科研设备的专业性及一些科研项目的特殊要求,能够做到的供应商本来就比较少,更加增加了串标围标的几率。另外,一些供应商虚假应标,在投标文件中承诺实现招标文件中的所有需求,在履行合同的过程中,偷工减料,以次充好或者一些在投标文件中承诺的功能在实际实施时无法兑现,严重损害采购人的利益,最终采购人只能解除合同重新采购,而中标供应商一般就是被没收履约保证金,使用部门的科研进度被耽搁,造成不可估量的损失。

由图7可知,随着电流密度的增大,铜箔表面镀层颜色逐渐加深。电流密度过低时沉积慢,铜箔表面难以被镀层完全覆盖,表面依旧为粗、固化处理后的红色(见图 8);电流密度过高时沉积过快,所得镀层粗糙、不均匀,甚至存在掉粉问题。综合考虑后选择电流密度为10 A/dm2

图7 电流密度对铜箔表面钴–锌合金镀层的L*的影响 Figure 7 Effect of current density on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

图8 低电流密度下所得钴–锌合金镀层的外观 Figure 8 Appearance of Co–Zn alloy coating obtained at a low current density

2.1.7 电镀时间

2.1.6 电流密度

电镀时间主要影响镀层金属的沉积量。随着电镀时间的延长,镀层增厚,颜色加深;当铜箔表面被完全覆盖后,颜色不再变化。从图9可知,较理想的电镀时间为8 s。

2.2 性能测试

采用最佳黑化处理工艺(具体为:Co2+ 6 g/L,Zn2+ 0.5 g/L,黑化剂50 mL/L,电流密度10 A/dm2,pH 1.8,温度40 °C,时间8 s)对电解铜箔进行电镀,得到L*为28.9、颜色均匀的黑色铜箔(见图10),满足客户对铜箔外观的要求。随后对该铜箔进行各种性能测试。

图9 电镀时间对铜箔表面钴–锌合金镀层的L*的影响 Figure 9 Effect of electroplating time on L* value of Co–Zn alloy coating on copper foil surface

图10 最佳工艺条件下所得黑化铜箔的外观 Figure 10 Appearance of blackened copper foil obtained under the optimal process conditions

2.2.1 表面形貌

而宴姝第一次知道博物馆学是在高二那年暑假,她参加了北大组织的考古夏令营。在夏令营的一场讲座上,北大的教授向这群喜欢历史、喜欢文物的营员们介绍了这门学科,从此博物馆学就成了宴姝心仪的专业。

由图11可知,经黑化处理的铜箔表面形成了牢固的瘤状结构,高度展开的粗糙面可显著增大铜箔与基材的粘接力。

图11 黑化前后电解铜箔的表面SEM照片 Figure 11 SEM images of electrolytic copper foil surface before and after blackening

2.1.3 黑化剂用量

女助理说:“正是,毛医生说起来还是我的远房亲戚,也正是这个原因,他才让我考他的研究生,而且他还资助我几年的学费来着,毛老师是一个好人,好人肯定有好报的。”

铜箔经摩擦试验后,未在滤纸上发现脱落的铜粉,说明该工艺处理所得铜箔镀层具有良好的结合力。

2.2.3 蚀刻性及耐腐蚀性

由图12可见,经酸性和碱性蚀刻液处理后,未覆盖胶带的铜箔被完全蚀掉,且剥离铜箔后的基板表面无明显的铜粉脱落。如图 13所示,经 18%(质量分数)盐酸浸泡后的蚀刻线条的平均腐蚀宽度仅为9.94 μm,可忽略不计。

图12 黑化铜箔分别经碱性和酸性蚀刻后的照片 Figure 12 Photo of blackened copper foils after alkaline and acidic etching respectively

图13 黑化铜箔蚀刻所得铜线条经质量分数为18%的盐酸浸泡后的金相照片 Figure 13 Metallograph of copper line obtained from blackened copper foil by etching after being immersed in 18wt.% HCl solution

3 结论

电解铜箔黑化处理的最佳工艺条件为:Co2+ 6 g/L,Zn2+ 0.4 ~ 0.6 g/L,黑化剂 50 mL/L,pH = 1.5 ~ 1.9,温度40 °C,电流密度10 A/dm2,时间8 s。采用该工艺处理后,铜箔的L*为28.9,与基体间的结合力好,在PCB加工过程中既能满足客户对蚀刻性的要求,也能最大限度地减小侧蚀,从而避免短路及断路的发生,适用于高精度精细印制线路板的制作。另外,本工艺未使用砷、铅、汞等对人体及环境有害的物质,满足清洁生产的要求。

参考文献:

(6)健全群团组织,发挥积极作用。新形势下农村群团工作必须要坚持围绕中心,服务大局,在维护稳定、发展生产,摒除陋习、倡树新风,扶贫帮困、带头致富中发挥积极作用。

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狭义上的资本结构主要是指公司的长期股权融资和债务融资的构成及比例,而广义上的资本结构则是指包括劳动、资本、土地和企业家才能在内的各种生产要素的组成和分配比例。本文主要研究狭义资本结构对公司绩效的影响。

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持刀人看见已经高声向他警告了几遍不要靠近自己,可他还是继续向自己走来,心里就不断嘀咕老子耍横他狗日的耍不要命,看来是遇到比我还狠的人了。想弃刀逃跑吧,又觉得自己要挟的钱还没有到手,心有不甘。瞬间权衡了一下处境后,持刀人决定先下手为强,挥刀就朝牛黄丸扑来。

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[7] 杨祥魁, 胡旭日, 郑小伟.高精电解铜箔环保型表面处理工艺研究[J].电镀与涂饰, 2008, 27 (3): 29-32.

半枫荷的开发利用研究刚刚起步,开发利用的前景广阔,但困难很多,一方面是对半枫荷不同部位的功能性有效活性成分认识不足;其次是对有效成分作用机理机制认识不清,各种成分是单独起作用,还是交互起作用亦不清楚。因此半枫荷的研发利用还有很长的路要走。中医中药的研究与开发利用,更应打破陈规,鼓励多方探索,包容各种不同的观点和学派,求同存异,不拘一格开发利用中医药宝贵资源[29-32],为人类的健康事业做出贡献。

王其伶,孙云飞,王学江,宋佶昌,杨祥魁
《电镀与涂饰》 2018年第08期
《电镀与涂饰》2018年第08期文献

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