铜箔制造工艺培训课件.ppt

电解铜箔制造工艺培训 培训人 夏日平 一 电解铜箔介绍 光面 毛面 电解铜箔产品 以江铜为例 标准电解铜箔STD 1高延伸性电解铜箔HD 1高温延伸性电解铜箔THE 1低轮廓电解铜箔LP 1极低轮廓电解铜箔VLP 1按厚度分 12um18um35um70um 二 电解铜箔制造工艺流程 1 生产流程 2 电解液制备 电解液制备是指净原料铜经预干处理清洗干净后投入流铜罐中 使其与氧大面积接触生成氧化铜 再与硫酸反应迅速生成硫酸铜溶液 再经过滤 热交换制面洁净的硫酸铜电解液以供生产之用 3 生箔制造 达到一定要求的硫酸铜电解液 再加入一定量的特殊的添加剂并充分混合均匀 经管道输送到一专用的电解设备 生箔机 在直流电的作用下 阴极发生还原反应使铜离子沉积在阴极加强上 经剥离收入卷而成生箔 又叫原箔或毛箔 这一过程称为生箔制造 4 表面处理 生箔经一系列电解槽 每个电解槽都有不同的电解质溶液和独立的直流电源 处理后 获得符合一定要求的特殊性能 如抗剥离强度 耐高温性 防氧化性能等 的电解铜箔 这一过程称为表面处理 表面处理操作是在表面处理机上进行的 铜箔放卷后进入处理机 不停地开卷并由驱动辊送入处理机 通过带电辊在阳极前方发生电解反应 并以蛇形方式通过一系列电解槽 5 分切包装 表面处理后的电解铜箔经分切机剪切出不同尺寸规格的铜箔 并经质量检验后 合格铜箔按要求进行包装 并同时发放检测报告 办理成品入库 三 生箔制造原理 生箔制造采用硫酸铜水溶液作为电解液 其主要成分有Cu2 H 及少量的其它金属阳离子和OH SO42 等阴离子 在直流电的作用下 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 由于各种离子析出的电位不同 其成份含量差别较大 在阴极上 Cu2 得到2个电子还原成Cu 在阴极辊表面上电位结晶 1 工作原理 Cu2 2e Cu在阴极上OH 放电后生成氧气和H 即 2OH 2e 2H O2所以整个过程是一个造酸过程 因为氧气跑掉 H SO42 结合成硫酸 即 2H SO42 H2SO4总的反应为 CuSO4 H2O Cu H2SO4 1 2O2 这样电解液顷过该电解过程后 其Cu2 含量不断降低 H2SO4含量不断升高 正好与溶铜相反 溶铜过程是Cu2 含量不断升高 H2SO4含量不断降低 因此 电解液的循环经过溶铜 电解两个过程不断维持其中Cu2 和H2SO4含量的平衡 在电解过程中 Cu2 不断得到电子在阴极辊面上电化结晶 结晶的数量遵循法拉第 M Farasay 定律 即 对各种不同电解质溶液 通过96483 309库仑的电量 在任一电极上发生得失1mol电子的电极反应 同时与得失1mol电子相对应的任一电极反应的物质的量亦为1mol 由此可知 铜的电化当量为1 186 那么每小时生箔机的产量为1 186I g I为安培 为电流效率一般95 96 2 反应原理 作为生箔制造 除了电解液制备及供给外 还需具备直流供电 阴极辊研磨及电解槽引风 添加剂加入等条件 直流供电 目前生箔制造所用直流电属于大电流低电压的直流电 本项目生箔机电源最大额定电流为5000A 它由一套变压整流设备提供 主要包括整流器 冷却装置 熔丝断路器和真空断路器 现场操作盘和遥控操作盘等 生箔机主整流器是用来将输入的AC电流转换成生箔机所需的一定量的直流电 以确保生箔机中铜箔厚度均匀 对生箔机供电方式本项目采用多机串联供电 每组6台 共4组 3 相关条件 添加剂的加入 电解铜箔的一些特性 如抗拉强度 延伸率 毛面粗糙度 质量电阻率等指标在很大程度上取决于生箔的质量 而要使上述性能达到优良 除了必须供给高纯度的电解液外 还必须向电解液中加入必要的添加剂 如明胶 CL 和金属盐类等 一般只加入其中的一种或二种 添加剂的加入方式有两种 一种是直接加入到电解液循环的整体系统中 称为系统加入法 另一种是在电解液进入生箔机前的管道中加入 称为单机加入法 电解槽引风 电解铜箔的生产 对环境的要求是非常严格的 除了对生产空间进行空气净化 调节温度湿度外 还必须对箔机电解槽进行良好的引风 以便使制箔机在生产过程中挥发的含有酸雾的气体不排入生产环境空间内 而直接被抽走 被抽走的含酸气体 要经过酸雾净化塔分离出硫酸进行中各 使气体净化后排入大气 阴极辊研磨 阴极辊的表面质量直接影响电解铜箔光面质量及视觉效果 其研磨技术已成为电解铜箔生产的关键技术之一 在阴极辊研磨问题上 各生产厂家所采用的工艺方法很多 区别也很大 但总的来说 所使用的研磨材料有 各种规格砂纸 布 尼龙轮 尼龙刷轮 PVA轮 研磨绒片 研磨绒盘 绒纱轮 绒片刷等 每个厂家都根据研磨工艺选用不同的研磨材料 阴极辊研磨可分为下线研磨抛光 所谓下线研磨抛光就是针对新辊外表有划伤等缺隙的辊子及在线生产使用时间较长表面发生变化较大的情况 在专用设备上 对阴极辊进行一系列研磨及抛光的过程 在线抛光就是将抛光装置安装在生箔机上 阴极辊每生产使用一段时间就对阴极辊辊面进行抛光 这样有利于减少阴极辊装卸次数 提高生产效率 在生箔制造过程中 各生产厂家采用的设备特别是阴极辊区别较大 工艺条件也有很大区别 因此 作为生箔制造的主要工艺参数也就有很大区别 必须指出的是这些参数并不是单一的独立的 是相互影响的 必须匹配相应的技术指标 4 工艺参数 四 表面处理 表面处理是铜箔生产的一个重要环节 它包括对铜箔进行粗化层处理 耐热层处理及防氧化层处理等 其中前两者是在生箔毛面上进行的 而防氧化层处理则是在生箔毛面和光面两表面上进行的 三个方面的表面处理都是在同一台表面处理机上分步骤连续完成的 目前 国内外各铜箔生产企业所采用的铜箔表面处理工艺区别相当大 工艺流程不同 工艺参数也不同 但是应该说都包含粗化 耐热 防氧化三种处理 1 表面处理工艺流程 放卷 清洗 镀铜 镀铜 镀铜 镀铜 镀铜 镀锌 防氧化处理 硅烷化 烘干 收卷 其中镀铜 镀铜 镀铜 为粗化 镀铜 镀铜 为固化 粗化加固化统称为粗化层处理以稳定粗化层 镀锌是耐热层处理的一种方法 灰化 硅烷化就是在铜箔毛面涂覆有机硅烷以增加抗剥离强度 2020 1 29 17 可编辑 表面处理基本原理是采用化学或电化学方式对铜箔表面进行处理 改善铜箔单面或双面特性 以适应层压板或印制电路板的要求 如铜箔的抗剥性能 耐高温性能和防氧化性能都是经过表面处理后才获得的 2 表面处理基本原理 预处理 预处理是指对生箔表面进行的清洗 去除氧化及对表面进行浸蚀的过程 原箔在生箔机生产后有较短的存放过程 表面很容易产生氧化层 这是在粗化处理前必须去除的 另外某些处理 如对生箔光面进行粗化处理 前 须对其表面进行必要的浸蚀处理 这些都需要对生箔进行预处理 预处理一般采用硫酸 双氧水等水溶液或其混合水溶液 为使铜箔与基材之间具有更强的结合力 需要对生箔的毛面进行粗化层处理 它包括粗化和固化两个过程 在粗化层处理过程中 需要使电解液控制较低的含铜量及较高的含酸量 通过电解作用 在铜箔毛面 铜箔用为阴极 发生铜沉积 在表面形成粗大的粒状和树枝状结晶 并且具有较高展开度的粗糙面 达到高比表面积 这就加强了树脂 基材上的树脂或铜箔粘合剂树脂 渗入的附着嵌合力 带可增加铜箔与树脂的化学亲合力 粗化层处理 一般的粗化处理都采用酸性电解工艺方式 即生箔为阴极 在硫酸铜的电解液中进行几次电沉积 通过控制不同的工艺条件 电解液浓度 电流密度 温度等 来对铜箔表面进行粗化及固化处理 使铜箔表面形成松散的瘤体 但这层粗化层与铜箔连接并不牢固 为此在粗化之后的表面再加上一层铜 使粗化瘤体被正常的铜镀层所包围及加固 这就是固化 固化处理的电解液含铜量比粗化电解液的较高 酸含量较低 经固化处理后 粗化层与铜箔基本结合牢固 形成最终的化层 对电解铜箔来说 铜箔厚度不同以及使用用途不同 要求铜箔表面粗化层也不同 有的需要高峰值粗化层 有的需要低峰值粗化层 这就要求铜箔生产过程采用不同工艺条件的表面粗化工艺来实现 耐热层处理的主要目的是为了提高铜箔压制覆铜板及多层板后的耐热性及高温抗剥离强度 这是因为电路板在整机元器件装配焊接时 由于受到高温影响 其树脂是的固化剂双氰胺容易裂解产生胺类物 它与裸铜表面接触 将发生反应而可能出现水分 进而汽化 引起气泡产生 使铜箔与基本分离 耐热层处理 铜箔的耐热层处理一般采用电镀其它金属的办法 也就是在铜箔粗化层面上再镀一层其它金属 使铜箔表面不与基材直接接触 避免问题出现 目前所镀金属一般有 镀一层锌 颜色为灰色 称为灰化处理 些种铜箔叫镀锌铜箔 镀一层铜锌合金 即黄铜 颜色呈黄色 称为黄化处理 此种铜箔叫镀黄铜铜箔 镀一层镍 颜色为黑色 称为黑化处理 此种铜箔叫做镀镍铜箔 耐热层处理不但可以阻挡胺类物对铜箔表面的攻击 而且有助于增加铜箔与基材的化学亲和力 进而提高抗剥强度 铜箔在贮存 运输及压板生产过程中 常会遇到一定湿度的空气及较高的温度 很容易使铜箔表面发生氧化变色 它会影响铜箔表面的可焊性及对油墨的亲和力性 并且引起铜箔厚度的微小变化 还会导致线路电阻增大 因此在铜箔生产过程中要对铜箔两表面 光面和毛面 进行防氧化处理 有时也叫钝化处理或稳定性处理 常见的防氧化处理有采用酸性工艺的 也有采用碱性工艺的 所谓酸性工艺就是所用溶液呈酸性 而碱性工艺的溶液则呈碱性 都使铜箔作为阴极 通直流电 使得铜箔表面形成以锌 铬为主体的结构复杂的防氧化膜 以使铜箔不直接与空气接触 达到防氧化的目的 防氧化处理 五 电解铜箔生产主要设备 电解铜箔生产主要设备包括造液设备 溶铜罐 过滤器和热交换器等 生箔机 表面处理机和分切机等 1 溶铜罐 溶铜罐是用来将铜溶解成硫酸铜溶液 并保证生产所需的溶铜速度 主要有浸泡式和喷淋式两种 2 过滤罐 过滤器是用来过滤电解液中悬浮的固体颗粒 使电解液达到一定净度的一种装置 过滤器有立式或卧式两种 3 热交换器 热交换器用来控制电解液温度的一种装置 它由