脱脂酸洗对铜合金框架材料表面质量的影响

1、脱脂酸洗对铜合金框架材料表面质量的影响摘要：文章对铜合金框架材料生产中脱脂、清洗、钝化过程的关键控制点进行说明。通过分析查找原因采取相应措施解决框架材料表面黑点等质量问题。进行研磨实验探索生产哑光型框架材料的工艺参数。关键词：框架材料；表面质量；脱脂酸洗；研磨刷；哑光料铜合金框架材料的生产流程中为保证其表面光亮清洁，防止氧化变色，通常对带材进行表面清洗和钝化处理。表面清洗包括脱脂和酸洗，适用于中间产品和成品；表面钝化主要用于成品的处理。本文重点阐释脱脂酸洗对框架材料表面质量的影响，通过SEM-EDS元素分析方法找到造成框架材料表面黑点的原因并采取针对性措施解决该质量问题，使用不同目数的3M刷进

2、行研磨试验探索生产哑光型框架材料。1. 脱脂脱脂是为了除去带材表面残留的轧制液和附着的有机物，以防止其在退火过程中炭化变黑，影响表面质量。脱脂过程通常包括预喷淋脱脂、刷洗脱脂、冷水清洗和挤干等部分。生产中可根据带材的残油程度控制脱脂液浓度，一般为0.2%0.6%，温度6085，过滤精度20m。脱脂液储存在槽内，循环使用。1.1 料面脏污问题轧制油的润滑性能较好但容易残留在铜带材表面，在退火过程中产生残炭，可使铜材表面产生变色或腐蚀斑痕。前期在分切框架材料某批次成品时发现压板间衬垫的无纺布异常污黑，如图1所示。 图1 脏污无纺布 图2 改善后无纺布1.2 污染物组成元素附着在无纺布上的污渍难以进

3、行有效分离，无法定量分析污渍的元素组成，且污渍厚度较薄无法采用XRD分析污渍的物质组成；在不经分离的情况下采用SEM-EDS对污渍的元素组成进行检测，检测结果见图35，表13。 （a）SEM形貌 （b）能谱分析图3 脏污无纺布微观点分析（图谱1）表1 图谱1分析结果元素重量百分比原子百分比C100.00100.00总量100.00- （a）SEM形貌 （b）能谱分析图4 脏污无纺布微观面分析（图谱2）表2 图谱2分析结果元素重量百分比原子百分比C50.8771.79O19.1320.27Cu21.745.80Zn8.262.14总量100.00- （a）SEM形貌 （b）能谱分析图5 脏污无纺

4、布微观面分析（图谱3）表3 图谱3分析结果元素重量百分比原子百分比C56.6375.76O17.7217.80Cu19.985.05Zn5.681.40总量100.00-图3为污布表面点分析，图45为面分析。从检测数据看出，污渍组成元素有四种：C、O、Cu、Zn，且不同部位的测试结果相差很大。结合图3为纯碳峰谱图，判断污布表面所含的污渍大部分为炭，只有少量Cu、Zn或其氧化物组成的混合物。1.3 污染物中油脂检测经过以上分析后再对无纺布表面是否含油脂进行检测。取四条污布分别浸泡在a氢氧化钠水溶液、b纯净水、c盐酸水溶液、d二氯甲烷中，浸泡时间48h。 图6 浸泡后的无纺布条 图7 二氯甲烷浸泡

5、图6中：a和c分别为浸泡在氢氧化钠水溶液和盐酸水溶液中的布条，两个布条较干净，炭黑残留量较少，因酸和碱都是较好的脱脂剂，将污布浸泡在酸或碱的水溶液中时，在铜带材脱脂过程中残留的油脂缓慢分散至溶液中，并将炭黑带下。b为浸泡在去离子水中的布条，脱脂过程中残留的油脂不能被去离子水润湿、分散，炭黑仍牢固吸附在布表面。d为浸泡在二氯甲烷中的布条，比去离子水浸泡的布条颜色较淡，比酸或碱浸泡的布条颜色较深，但整个布条颜色均匀，可能是二次着色的结果。实验过程中发现，向放有布条的广口瓶中倒入二氯甲烷后溶剂迅速变黑，放置48h后，广口瓶底部有一层很细的黑色固体，如图6所示。二氯甲烷是一种很强的有机溶剂，可快速溶解

6、脱脂过程中残留的油脂，使炭黑迅速分散在溶剂中并缓慢沉淀。1.4 表面黑点解决方案检测结果表明无纺布表面的污渍主要由油脂、炭黑及少量Cu、Zn合金组成。油脂来源于脱脂过程中未完全洗下的轧制油，在保持脱脂液温度不变的的情况下将脱脂剂浓度由0.3%提高到0.5%，料面无残留油脂。炭黑来源于轧制或退火过程油脂的炭化，脱脂剂有助于润湿炭黑，减小炭黑与铜带间的相互作用力，但是要去除嵌入铜带表面的污渍还需要一定的机械力作用，通过增加研磨刷负载电流来加大刷洗力度，解决料面残留炭黑。Cu来源于无纺布与铜带的摩擦接触，有摩擦Cu多少会被带下。Zn来源于与黄铜制程交叉的钟罩炉退火工序，区分黄铜和青铜退火使用炉台、隔

7、盘后该问题得以解决，改进后脱脂效果见图2。2. 酸洗酸洗是为了除去铜带表面的氧化物与微小缺陷，通常包括浸入/喷淋酸液、刷洗、水洗等部分1。一般采用浓度10%15%稀硫酸溶液作为酸洗液，过滤精度5m，喷淋水的过滤精度20m。酸液循环使用一段时期后，硫酸含量减少、铜离子含量升高到一定程度应及时补充或更换酸液。铜合金带材表面刷洗一般使用研磨刷，它是影响表面质量的关键因素。高速旋转的研磨刷在喷淋水的冲洗下以一定的压力压向带材表面，其上的磨粒在与带材表面的相对运动中产生磨削作用，去除酸洗后铜带表面留下的瑕疵及氧化物，均匀、稳定地研磨带材表面，得到表面光亮且光洁度一致的高精带材2。框架材料的刷洗效果与刷子

8、转速、刷子目数、刷子硬度、带材速度、负载电流/浸入深度等有很大关系。2.1 研磨刷对带材表面粗糙度的影响在铜合金框架材料的生产过程中应根据带材厚度及表面状态选择合适的研磨刷，如磨料材质、磨料粒度、软硬程度等。研磨刷有不织布研磨刷和针状研磨刷两种，它们的研磨性能和带材表面光洁度关系见图8，随着研磨刷中磨粒粒度的减少，研磨力减少，研磨量减少，带材表面粗糙度较少。研磨刷目数不同，研磨后框架材料表面光洁度不同，研磨刷目数越低，带材研磨后表面越粗糙，研磨刷目数越高，带材研磨后表面光洁度越高。不同目数的研磨刷研磨铜合金带材后的表面粗糙度值见表4。图8 磨削性能与带材表面光洁度关系图表4 研磨（不同目数）后

9、表面的粗糙度值刷子目数轧制320#800#1500#2500#3000#Ra/m0.0520.7340.2260.1370.0820.060Rmax/m0.5217.2612.5181.4810.7970.720铜板带粗轧后为改善带坯的表面质量，采用320#1200#的研磨刷刷洗带坯表面上的微小起皮、起刺等缺陷。中精轧后的铜合金带材选择磨粒粒度在1200#3000#，硬度30°60°之间的研磨刷，清除带材表面的压点、污渍、氧化膜等。2.2 框架材料表面研磨主控参数框架材料表面研磨主控参数有研磨刷转速、带材速度、研磨压力。研磨刷转速一般在600 r/min1200 r/min

10、之间，旋转一圈的理论刷纹宽度等于带材运行速度除以刷子转速，不同转速不同带速下的理论刷纹宽度见表5。数据表明，研磨刷转速越高，带材速度越慢，刷纹宽度越窄，研磨带面越均匀，研磨量增大，料面越清洁，但过慢的带材速度直接影响正产效率。表5 理论刷纹宽度序号带速m/min转速r/min带速/转速mm11590016.623090033.233065046.1研磨压力的控制是通过控制研磨刷电流或浸入深度来实现的。一般采用电流模式控制，这时应先校准零电流即刷子空转时克服自身转矩、轴承摩擦力等所需的电流。校零电流时，刷子应在液体喷淋状态下转动10min，达到稳定运行状态。刷子线速度一般设定为15m/s（900

11、 rpm950 rpm），刷子缓慢压下使研磨后的框架材料表面符合标准，记录该状态下的电流值，再次生产按此电流值设定。2.3 研磨框架材料哑光型料面目前市场上的框架材料表面光亮度高，类似镜面反射。因反光度过高，导致光感封装设备不能准确识别晶片位置而无法正常生产，不能满足晶片封装高效率、高精度定位的工艺要求，同时会产生色泽不均、微小缺陷暴露明显的现象3。哑光型框架材料的生产应用可促进电子封装技术向高效率、高精度方向发展。通过测量分析几家公司生产的框架材料表面光泽度来探索生产哑光型框架材料，测量数据见表6。表6 框架材料表面光泽度公司名称产品牌号产品厚度/mm料面光泽度横向/GU纵向/ GU维兰德C

12、194000.205330481日立C194000.125352461山西春雷C194000.152386559晋西春雷C192100.381332484伸铜哑光料C192100.381346363注：横向是垂直于带材轧制方向，纵向是平行于带材轧制方向。数据表明：普通框架材料的纵向光泽度远大于横向光泽度，哑光型框架材料横向和纵向光泽度相近，约为355±10GU。试验使用1200#、2000#、3000#三种研磨刷生产C19400哑光型框架材料。研磨刷转速1000rpm，生产线速度30m/min，研磨刷负载电流3A。表面粗糙度测量3点取平均值，研磨量依据样品重量的减少和密度计算，研磨前

13、后表面状况见图9。（a1）轧制态产品100×（a2）轧制态产品1000×（b1）1200#研磨 100×（b2）1200#研磨 1000×（c1）2000#研磨 100×（c2）2000#研磨 1000×（d1）3000#研磨 100×（d2）3000#研磨 1000×图9 C19400研磨前后表面照片a1，b1，c1，d1为放大100倍的表面照片；a2，b2，c2，d2为放大1000倍的表面照片。对比图9中的框架材料表面质量可知使用3000#研磨刷研磨哑光型框架材料效果较好。研磨前后表面粗糙度测量结果见表7。表7

14、 C19400研磨前后表面粗糙度测量结果项目Ra/mRz/mRt/m研磨量/m研磨前0.0960.831.18/1200#0.1501.983.440.1072000#0.1221.721.260.1063000#0.0860.821.170.052经研磨试验：使用3000#研磨刷，配合适当的负载电流、转速、带材运行速度可生产出Ra在0.08m0.1m，料面光泽度在340GU370GU的哑光型框架材料。3. 钝化为防止经脱脂和酸洗后的铜带材在储运过程中产生氧化和腐蚀，防止带材表面变色，影响产品外观质量和使用效果，铜合金框架材料成品需进行表面钝化。钝化剂的主要成分是苯并三氮唑，钝化液使用浓度为0.08%0.15，过滤精度10m，温度控制在6075之间。4. 结论脱脂酸洗过程已成为生产铜合金框架材料时表面质量控制的关键环节。（1）脱脂不彻底带材表面就会残留油脂，造成框架材料带材表面脏污；研磨刷洗不彻底带材表面留有炭黑，造成表面黑点、电镀气泡等质量问题。（2）研磨刷的目数越高，铜合金框架材料经研磨后表面粗糙度值越低，研磨刷目数从320#升高到3000#时，研磨后表面粗糙度Ra从0.734m降低到0.