铜箔变色缺陷的原因及解决措施

铜箔变色缺陷的原因及解决措施

1江铜-机理铜箔的生产铜银是电子行业不可缺少的重要基本材料。这是铜银层压板和印刷电路板中唯一的导电材料。随着电子产品的快速发展，对电子材料的性能要求越来越高，对铜银的质量要求也越来越高。铜箔外观质量作为铜箔的最基本性能,必须满足客户的要求。在铜箔生产过程中,铜箔色差作为铜箔外观质量最常见的缺陷,严重影响铜箔产品的外观质量和经济效益。江铜-耶兹铜箔公司至投产以来,通过不断地摸索,并采取一系列的措施,取得了较好的效果。本文结合多年来在防止铜箔色差攻关方面所取得的经验,就铜箔公司灰化箔如何防止铜箔色差进行了分析与探讨。2颜色显示2.1铜电影生产的主要过程2.1.1空气干燥收卷溶铜→过滤→热交换→高位槽→精过滤→电解槽→铜离子在钛辊表面沉积→清洗(溶液和水)→空气干燥→剥离→切边(若需要)→收卷。将铜、DI水和硫酸按一定比例制成合乎要求的硫酸铜溶液,经过多次过滤、热交换后进入高位槽,高位槽自流进入电解槽,通过电流进行电镀,铜离子在钛辊表面析出,经过清洗、干燥、剥离,最后将生箔收卷。2.1.2毛面防氧化stp、硅烷烘干收卷生箔放卷→酸洗→粗化(XP1)→固化(XP2)→黑化(TAI)→水洗槽→灰化(TWI)→水洗槽→亮面防氧化(NT)→水洗槽→毛面防氧化(STP)→水洗槽→硅烷→烘干→收卷。首先将生箔卷放入放卷台,根据不同规格的生箔,控制相关的工艺参数:溶液浓度、温度、流量,电流密度,段张力,调节烘箱温度,设定运行速度,安装好收卷轴,待烘箱温度升高至设定温度后,即可将生箔通过酸洗、粗化、固化、黑化、灰化,防氧化及硅烷槽,最后经过烘箱干燥后,缠绕在收卷轴上进行收卷。2.2铜箔的表面形态铜箔色差是指铜箔表面颜色色泽不均引起的外观缺陷。电解法生产的铜箔有两个不同的表面,从钛辊上剥离的那一面较光滑,称为亮面,在溶液中形成的那一面比较粗糙,称为毛面。根据色差在铜箔表面的位置,铜箔色差可分为亮面色差和毛面色差。2.2.1表面色泽的变化亮面色差指铜箔亮面出现颜色色泽不均;常见的亮面色差现象主要有:(1)生箔亮面存在严重氧化,氧化后的铜箔表面与正常铜箔颜色不一产生亮面色差,当运行表处机时,酸洗和亮面防氧化处理均未能将其表面的氧化层去除,此色差多为有规律、连续性的条状,也可能为块状;对其进行高温抗氧化测试时,表面色差未发生改变。(2)生箔原料卷正常,铜箔经过粗化或固化处理槽后,亮面出现不规则的波浪状的颜色差异,此色差多为连续的细条状;对其进行高温抗氧化测试时,表面色差未发生改变。(3)生箔原料卷正常,铜箔经过亮面防氧化电镀槽后,亮面出现整宽幅的不规则的、长短不一的条状色差,此条状色差颜色为蓝色;对其进行高温抗氧化测试时,表面色差会有所减少。2.2.2铜箔卷的表面形貌指标值为毛面色差指铜箔毛面出现颜色色泽不均;常见的毛面色差现象主要有:(1)生箔毛面存在严重的污迹,铜箔运行表处机时,酸洗和毛面防氧化处理均未能将表面的污迹清除,造成毛面出现色差,此色差多为条状且连续。(2)生箔原料卷未见明显污迹,只有铜箔运行表处机后,铜箔毛面才会出现横向或纵向有规律的色差(一般经过第一个粗化槽即可看到)。(3)生箔毛面正常,运行表处机后,出现条状、连续的色差,此色差可能是多条,也可能单条,但宽度都较窄,且很有规律性。(4)铜箔经过表处机TWI槽前毛面均正常,但经过TWI槽出口辊后,出现螺旋状、连续的条状或线状色差,此色差一般是多条发生。(5)铜箔经过表处机STP槽前毛面均正常,但运行STP槽后,毛面出现波浪纹式的色差,此色差可能是多条,也可能单条,宽度都较宽。(6)铜箔毛面出现灰、黄相间的色差,此色差发生在烘箱烘干之后。3分散分析亮面色差和毛面色差都是在生产制程中产生的,根据铜箔的生产工序特点,铜箔色差主要来自两个生产工序,生箔和表面处理。3.1黎明噪声分析中的差因子分析3.1.1第四,总铜箔的厚度和电流钛辊表面存在氧化线或其它异常缺陷,由于氧化处的晶粒尺寸与正常的基体金属不同级,钛辊上电流分布不均匀,氧化处电流小,而在基体金属处电流大,因此导致在相同时间内在氧化处和在基体上的沉积的铜箔的厚度也不均匀,厚度差最终引起铜箔亮面色差。3.1.2辊轴表面产生的色泽(1)粗化或固化槽的导电辊处的亮面喷淋液过小或喷淋孔有堵塞,使喷淋溶液无法均匀覆盖铜箔亮面,铜箔经过亮面防氧化处理槽后,未喷淋到溶液的铜箔表面与喷淋液覆盖过的铜箔表面存在颜色差异。(2)亮面防氧化处理槽液下辊、压制辊等辊轴脏,当铜箔经过辊轴时,与辊轴摩擦后,辊轴上的脏物质粘附在铜箔亮面上,影响表面电镀产生色差。导电辊上的压制辊压力过小或导电辊与压制辊不平行,未能将铜箔表面的清洗水挤干,影响铜箔亮面防氧化层的处理,在铜箔亮面产生大量的蓝线形成色差。(3)亮面防氧化处理(NT槽)溶液指标不合格,溶液的锌铬浓度控制不良,电镀时易造成色差。镀锌钝化膜的颜色取决于膜厚、膜的均匀性和膜的组成,当钝化膜中六价铬和三价铬化合物之比较小时,膜层则偏蓝,此表现为条状的蓝色线条。(4)亮面处理槽中的阳极失效,钛涂氧化铱阳极因使用时间过长,氧化铱从钛层表面脱落,因氧化铱在阳极板上分布不同,电镀时造成电流分布不均产生色差。3.2毛面积分析3.2.1pico板冲液等硬脆材料特性,引起毛面的典型色泽。或表面处理(1)生箔挤水辊运转不良或挤水辊表面有异物,铜箔毛面与辊轴接触时,产生轻微的擦伤,在生箔毛面不易发现,但经过表面处理时,因铜箔表面的擦伤处的电流分布不均匀,产生横向、有规律的色差。(2)PIANO板安装不当,溶液经过PIANO板时有冲液现象,影响生箔的结晶状况,结晶晶粒大小不一,形成连续性的色差。(3)PIANO板变形造成刮伤铜箔毛面,使毛面的晶体结构发生改变,生箔卷上可看见毛面有刮伤痕迹,经过表面处理后产生色差。(4)生箔清洗水或溶液喷淋压力低,无法将生箔毛面彻底清洗干净,造成生箔表面产生严重污迹形成色差。3.2.2影响毛面色泽的因素(1)粗化或固化槽的阳极导电不均匀,当阳极与铜箔不平行或阳极挂耳腐蚀,使铜箔表面的电流分布不一致,导致铜箔毛面镀铜量左右不均产生色差(用2#滤纸做在线铜粉测试时,可明显发现左右铜粉严重不一)。(2)毛面处理槽中的阳极失效,钛涂氧化铱阳极因使用时间过长,氧化铱从钛层表面脱落,因氧化铱在阳极板上分布不均,电镀时造成电流分布不均产生色差。若灰化前处理槽的阳极存在钛涂氧化铱脱落,产生的条状或块状色差灰白相间;或灰化槽的毛面阳极表面脱落,产生的色差多为灰红相间。(3)TWI出口辊污垢产生色差:TWI溶液中含有酒石酸,易产生络合物,在电镀过程中TWI槽出口辊表面易沉积一层污垢,辊轴污垢因沉积不均匀而形成辊面色差,铜箔运行时,因辊轴与铜箔毛面存在摩擦,辊面的色差像投影一样反映在铜箔的毛面,造成铜箔毛面色泽不均。(4)STP段所致:①STP阳极与箔间距过大或阳极与箔不平行,造成导电不均形成色差;②STP喷淋孔堵塞,喷淋液大小不一,使电镀液在箔面的流量不均匀,造成电镀不均形成色差;③STP托盘脏,影响毛面镀铬层产生色差。④STP流量过大,溶液喷向铜箔,使铜箔与阳极极距发生改变,导致电镀时导电不均产生色差。(5)喷淋管堵塞:水洗槽内DI水水洗压力或毛面溶液喷淋压力低,使DI水或溶液未能均匀喷淋在铜箔毛面,导致清洗不良。(6)TWI溶液指标不合格:TWI溶液的pH值控制指标过低,当pH值低于1.8左右时,毛面易出现条状的色差。(7)STP溶液指标不合格:STP溶液中氧化镁浓度控制不佳,当浓度过高,易造成溶液中氧化镁易沉淀在电镀槽内,电镀时产生毛面色差。(8)烘箱温度过高,造成铜箔表面的铜锌发生反应,使黄铜层发生转移,形成灰黄相间的色差。4处理措施针对铜箔色差产生的原因,采取相应的对策措施。4.1铜箔的在线抛光。对于目前我国(1)改善钛辊表面状况,使其表面无氧化线及其它缺陷。钛辊表面状况主要是由钛辊研磨、在线抛光所决定。保证钛辊研磨质量,通常采用PVA轮研磨工艺;且研磨时应考虑几个关键问题:①PVA轮的选择,正常情况下PVA轮的粒度越高,研磨阴极辊表面越细腻。PVA轮按粒度分为120#、220#、320#、600#等不同型号;②研磨时PVA轮旋转、径给速度与钛辊的旋转速度;③PVA轮与钛辊表面接触力的大小;④冷却液的选择。对于提高在线抛光质量,在线抛光时应注意:①抛光材料的选择,不同的抛光材料对钛辊表面钛晶粒的组织结构影响很大,铜箔行业经常使用的抛光材料为碳化硅和氧化铝,碳化硅使用效果更好。②抛光刷的表面状况,抛光刷表面应保证均匀,无毛刺。③抛光刷粒度的选择,抛光刷的粒度越高,抛光钛辊表面钛晶粒就越均匀、细腻。④抛光参数的设定,即抛光时间、电流、抛光转速的设定。(2)疏通粗化或固化处理槽导电辊处亮面溶液喷淋管,使溶液喷淋均匀,无堵塞,溶液喷淋需覆盖铜箔全宽幅表面。(3)调整、清洗NT段辊轴:调整NT段的辊轴,NT槽入口端橡胶辊压制状况的好坏,直接影响铜箔亮面的颜色;调整橡胶辊需注意:①橡胶辊需水平且对正。②与不锈钢辊接触良好,角度控制范围30°～45°。③橡胶辊无变形,表面无缺陷,铜箔正常运行时,橡胶辊应施加足够的压力,使铜箔进入NT溶液前保证亮面均匀、干燥。清洗NT段液下辊,因溶液中的锌易水解,产生沉淀,使液下辊表面脏;清洗方法:先用双氧水滴在液下辊表面,过几分钟后,用百洁布打磨。(4)调整NT溶液参数,将溶液中铬指标控制在适当范围(表1)。4.2工作原理及安装要求(1)保证表处机的阳极质量,阳极表面状况影响电镀时的电流分布,电流分布不均将造成毛面色差。可利用阳极测试对阳极进行检查,阳极测试方法:①确定处理机槽内为35μ铜箔,以常规的35μ的速度通过处理机,停止硅烷的供给,其它所有参数按日常的生产情况设定。②设定XP1a阳极电流,关闭其它整流器开关,在预洗槽的入口,用记号笔在铜箔亮面边部作上标记。③当亮面上的标记运行到NT槽出口,再次在XP1a前的预洗槽的铜箔亮面的边上用记号笔作上标记,并关闭XP1a阳极整流器电流。当亮面边上的第二个标记退出XP1a电镀槽的时候,停止处理机驱动。④在铜箔亮面的边上,用记号笔清楚地标上每个处理槽的进口和出口的辊筒位置。⑤依次将每台整流器打开,按要求选择测试时间和电流值。⑥根据铜箔表面的电镀情况来判定阳极状况。(2)清洗挤水辊表面,去除表面异物,保证挤水辊表面干净,无缺陷;检查挤水辊轴承并调整挤水辊位置,使挤水辊与铜箔接触时运转平稳。(3)选好PIANO板的材料,通常PIANO板的材料为CPVC材料或钛材,PAINO板应保证安装角度应为88°左右;安装时应保证PIANO板安装位置正确,PIANO板无刮伤铜箔或冲液现象,使溶液从钛辊和阳极的极距中均匀流出。(4)疏通溶液、DI水喷淋管,喷淋要求:溶液喷淋均匀,无堵塞;DI水压力0.2±0.015MPa,DI水喷淋均匀成扇形且有叠加。(5)调整粗化或固化段阳极与铜箔的极距并保持平行,检查阳极挂耳无腐蚀,保证导电均匀;粗化段极距:30～45mm,固化段极距:35～50mm。(6)选好TWI辊轴材质:通常表处机的辊轴材质为不锈钢,但TWI溶液中酒石酸形成的络合物易粘结在不锈钢辊上,铜箔运行时产生毛面色差;选用橡胶辊可以解决辊轴表面的粘结问题。(7)保证TWI出口辊的洁净,定期清洗TWI出口辊,一般每隔2天左右彻底清洗TWI出口辊表面的污垢;清洗要求:将氧双水均匀喷洒在辊轴表面后,用百洁布均匀打磨辊面。(8)调整STP阳极与铜箔之间的间距,将间距控制在5mm～10mm范围内;同时也要调整好STP槽和阳极板的水平和溶液的流量,从而稳定电镀时的电流、电压,保证电镀的均匀性。(9)调整TWI溶液参数,将溶液中pH值指标控制在适当范围(表2)。(10)调整STP溶液参数,将溶液中氧化镁的浓度指标控