銅箔變色缺陷的原因及解決措施

銅箔變色缺陷的原因及解決措施

1江銅-機(jī)理銅箔的生產(chǎn)銅銀是電子行業(yè)不可缺少的重要基本材料。這是銅銀層壓板和印刷電路板中唯一的導(dǎo)電材料。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，對電子材料的性能要求越來越高，對銅銀的質(zhì)量要求也越來越高。銅箔外觀質(zhì)量作為銅箔的最基本性能,必須滿足客戶的要求。在銅箔生產(chǎn)過程中,銅箔色差作為銅箔外觀質(zhì)量最常見的缺陷,嚴(yán)重影響銅箔產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。江銅-耶茲銅箔公司至投產(chǎn)以來,通過不斷地摸索,并采取一系列的措施,取得了較好的效果。本文結(jié)合多年來在防止銅箔色差攻關(guān)方面所取得的經(jīng)驗(yàn),就銅箔公司灰化箔如何防止銅箔色差進(jìn)行了分析與探討。2顏色顯示2.1銅電影生產(chǎn)的主要過程2.1.1空氣干燥收卷溶銅→過濾→熱交換→高位槽→精過濾→電解槽→銅離子在鈦輥表面沉積→清洗(溶液和水)→空氣干燥→剝離→切邊(若需要)→收卷。將銅、DI水和硫酸按一定比例制成合乎要求的硫酸銅溶液,經(jīng)過多次過濾、熱交換后進(jìn)入高位槽,高位槽自流進(jìn)入電解槽,通過電流進(jìn)行電鍍,銅離子在鈦輥表面析出,經(jīng)過清洗、干燥、剝離,最后將生箔收卷。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。首先將生箔卷放入放卷臺(tái),根據(jù)不同規(guī)格的生箔,控制相關(guān)的工藝參數(shù):溶液濃度、溫度、流量,電流密度,段張力,調(diào)節(jié)烘箱溫度,設(shè)定運(yùn)行速度,安裝好收卷軸,待烘箱溫度升高至設(shè)定溫度后,即可將生箔通過酸洗、粗化、固化、黑化、灰化,防氧化及硅烷槽,最后經(jīng)過烘箱干燥后,纏繞在收卷軸上進(jìn)行收卷。2.2銅箔的表面形態(tài)銅箔色差是指銅箔表面顏色色澤不均引起的外觀缺陷。電解法生產(chǎn)的銅箔有兩個(gè)不同的表面,從鈦輥上剝離的那一面較光滑,稱為亮面,在溶液中形成的那一面比較粗糙,稱為毛面。根據(jù)色差在銅箔表面的位置,銅箔色差可分為亮面色差和毛面色差。2.2.1表面色澤的變化亮面色差指銅箔亮面出現(xiàn)顏色色澤不均;常見的亮面色差現(xiàn)象主要有:(1)生箔亮面存在嚴(yán)重氧化,氧化后的銅箔表面與正常銅箔顏色不一產(chǎn)生亮面色差,當(dāng)運(yùn)行表處機(jī)時(shí),酸洗和亮面防氧化處理均未能將其表面的氧化層去除,此色差多為有規(guī)律、連續(xù)性的條狀,也可能為塊狀;對其進(jìn)行高溫抗氧化測試時(shí),表面色差未發(fā)生改變。(2)生箔原料卷正常,銅箔經(jīng)過粗化或固化處理槽后,亮面出現(xiàn)不規(guī)則的波浪狀的顏色差異,此色差多為連續(xù)的細(xì)條狀;對其進(jìn)行高溫抗氧化測試時(shí),表面色差未發(fā)生改變。(3)生箔原料卷正常,銅箔經(jīng)過亮面防氧化電鍍槽后,亮面出現(xiàn)整寬幅的不規(guī)則的、長短不一的條狀色差,此條狀色差顏色為藍(lán)色;對其進(jìn)行高溫抗氧化測試時(shí),表面色差會(huì)有所減少。2.2.2銅箔卷的表面形貌指標(biāo)值為毛面色差指銅箔毛面出現(xiàn)顏色色澤不均;常見的毛面色差現(xiàn)象主要有:(1)生箔毛面存在嚴(yán)重的污跡,銅箔運(yùn)行表處機(jī)時(shí),酸洗和毛面防氧化處理均未能將表面的污跡清除,造成毛面出現(xiàn)色差,此色差多為條狀且連續(xù)。(2)生箔原料卷未見明顯污跡,只有銅箔運(yùn)行表處機(jī)后,銅箔毛面才會(huì)出現(xiàn)橫向或縱向有規(guī)律的色差(一般經(jīng)過第一個(gè)粗化槽即可看到)。(3)生箔毛面正常,運(yùn)行表處機(jī)后,出現(xiàn)條狀、連續(xù)的色差,此色差可能是多條,也可能單條,但寬度都較窄,且很有規(guī)律性。(4)銅箔經(jīng)過表處機(jī)TWI槽前毛面均正常,但經(jīng)過TWI槽出口輥后,出現(xiàn)螺旋狀、連續(xù)的條狀或線狀色差,此色差一般是多條發(fā)生。(5)銅箔經(jīng)過表處機(jī)STP槽前毛面均正常,但運(yùn)行STP槽后,毛面出現(xiàn)波浪紋式的色差,此色差可能是多條,也可能單條,寬度都較寬。(6)銅箔毛面出現(xiàn)灰、黃相間的色差,此色差發(fā)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產(chǎn)制程中產(chǎn)生的,根據(jù)銅箔的生產(chǎn)工序特點(diǎn),銅箔色差主要來自兩個(gè)生產(chǎn)工序,生箔和表面處理。3.1黎明噪聲分析中的差因子分析3.1.1第四,總銅箔的厚度和電流鈦輥表面存在氧化線或其它異常缺陷,由于氧化處的晶粒尺寸與正常的基體金屬不同級(jí),鈦輥上電流分布不均勻,氧化處電流小,而在基體金屬處電流大,因此導(dǎo)致在相同時(shí)間內(nèi)在氧化處和在基體上的沉積的銅箔的厚度也不均勻,厚度差最終引起銅箔亮面色差。3.1.2輥軸表面產(chǎn)生的色澤(1)粗化或固化槽的導(dǎo)電輥處的亮面噴淋液過小或噴淋孔有堵塞,使噴淋溶液無法均勻覆蓋銅箔亮面,銅箔經(jīng)過亮面防氧化處理槽后,未噴淋到溶液的銅箔表面與噴淋液覆蓋過的銅箔表面存在顏色差異。(2)亮面防氧化處理槽液下輥、壓制輥等輥軸臟,當(dāng)銅箔經(jīng)過輥軸時(shí),與輥軸摩擦后,輥軸上的臟物質(zhì)粘附在銅箔亮面上,影響表面電鍍產(chǎn)生色差。導(dǎo)電輥上的壓制輥壓力過小或?qū)щ娸伵c壓制輥不平行,未能將銅箔表面的清洗水?dāng)D干,影響銅箔亮面防氧化層的處理,在銅箔亮面產(chǎn)生大量的藍(lán)線形成色差。(3)亮面防氧化處理(NT槽)溶液指標(biāo)不合格,溶液的鋅鉻濃度控制不良,電鍍時(shí)易造成色差。鍍鋅鈍化膜的顏色取決于膜厚、膜的均勻性和膜的組成,當(dāng)鈍化膜中六價(jià)鉻和三價(jià)鉻化合物之比較小時(shí),膜層則偏藍(lán),此表現(xiàn)為條狀的藍(lán)色線條。(4)亮面處理槽中的陽極失效,鈦涂氧化銥陽極因使用時(shí)間過長,氧化銥從鈦層表面脫落,因氧化銥在陽極板上分布不同,電鍍時(shí)造成電流分布不均產(chǎn)生色差。3.2毛面積分析3.2.1pico板沖液等硬脆材料特性,引起毛面的典型色澤?；虮砻嫣幚?1)生箔擠水輥運(yùn)轉(zhuǎn)不良或擠水輥表面有異物,銅箔毛面與輥軸接觸時(shí),產(chǎn)生輕微的擦傷,在生箔毛面不易發(fā)現(xiàn),但經(jīng)過表面處理時(shí),因銅箔表面的擦傷處的電流分布不均勻,產(chǎn)生橫向、有規(guī)律的色差。(2)PIANO板安裝不當(dāng),溶液經(jīng)過PIANO板時(shí)有沖液現(xiàn)象,影響生箔的結(jié)晶狀況,結(jié)晶晶粒大小不一,形成連續(xù)性的色差。(3)PIANO板變形造成刮傷銅箔毛面,使毛面的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,生箔卷上可看見毛面有刮傷痕跡,經(jīng)過表面處理后產(chǎn)生色差。(4)生箔清洗水或溶液噴淋壓力低,無法將生箔毛面徹底清洗干凈,造成生箔表面產(chǎn)生嚴(yán)重污跡形成色差。3.2.2影響毛面色澤的因素(1)粗化或固化槽的陽極導(dǎo)電不均勻,當(dāng)陽極與銅箔不平行或陽極掛耳腐蝕,使銅箔表面的電流分布不一致,導(dǎo)致銅箔毛面鍍銅量左右不均產(chǎn)生色差(用2#濾紙做在線銅粉測試時(shí),可明顯發(fā)現(xiàn)左右銅粉嚴(yán)重不一)。(2)毛面處理槽中的陽極失效,鈦涂氧化銥陽極因使用時(shí)間過長,氧化銥從鈦層表面脫落,因氧化銥在陽極板上分布不均,電鍍時(shí)造成電流分布不均產(chǎn)生色差。若灰化前處理槽的陽極存在鈦涂氧化銥脫落,產(chǎn)生的條狀或塊狀色差灰白相間;或灰化槽的毛面陽極表面脫落,產(chǎn)生的色差多為灰紅相間。(3)TWI出口輥污垢產(chǎn)生色差:TWI溶液中含有酒石酸,易產(chǎn)生絡(luò)合物,在電鍍過程中TWI槽出口輥表面易沉積一層污垢,輥軸污垢因沉積不均勻而形成輥面色差,銅箔運(yùn)行時(shí),因輥軸與銅箔毛面存在摩擦,輥面的色差像投影一樣反映在銅箔的毛面,造成銅箔毛面色澤不均。(4)STP段所致:①STP陽極與箔間距過大或陽極與箔不平行,造成導(dǎo)電不均形成色差;②STP噴淋孔堵塞,噴淋液大小不一,使電鍍液在箔面的流量不均勻,造成電鍍不均形成色差;③STP托盤臟,影響毛面鍍鉻層產(chǎn)生色差。④STP流量過大,溶液噴向銅箔,使銅箔與陽極極距發(fā)生改變,導(dǎo)致電鍍時(shí)導(dǎo)電不均產(chǎn)生色差。(5)噴淋管堵塞:水洗槽內(nèi)DI水水洗壓力或毛面溶液噴淋壓力低,使DI水或溶液未能均勻噴淋在銅箔毛面,導(dǎo)致清洗不良。(6)TWI溶液指標(biāo)不合格:TWI溶液的pH值控制指標(biāo)過低,當(dāng)pH值低于1.8左右時(shí),毛面易出現(xiàn)條狀的色差。(7)STP溶液指標(biāo)不合格:STP溶液中氧化鎂濃度控制不佳,當(dāng)濃度過高,易造成溶液中氧化鎂易沉淀在電鍍槽內(nèi),電鍍時(shí)產(chǎn)生毛面色差。(8)烘箱溫度過高,造成銅箔表面的銅鋅發(fā)生反應(yīng),使黃銅層發(fā)生轉(zhuǎn)移,形成灰黃相間的色差。4處理措施針對銅箔色差產(chǎn)生的原因,采取相應(yīng)的對策措施。4.1銅箔的在線拋光。對于目前我國(1)改善鈦輥表面狀況,使其表面無氧化線及其它缺陷。鈦輥表面狀況主要是由鈦輥研磨、在線拋光所決定。保證鈦輥研磨質(zhì)量,通常采用PVA輪研磨工藝;且研磨時(shí)應(yīng)考慮幾個(gè)關(guān)鍵問題:①PVA輪的選擇,正常情況下PVA輪的粒度越高,研磨陰極輥表面越細(xì)膩。PVA輪按粒度分為120#、220#、320#、600#等不同型號(hào);②研磨時(shí)PVA輪旋轉(zhuǎn)、徑給速度與鈦輥的旋轉(zhuǎn)速度;③PVA輪與鈦輥表面接觸力的大小;④冷卻液的選擇。對于提高在線拋光質(zhì)量,在線拋光時(shí)應(yīng)注意:①拋光材料的選擇,不同的拋光材料對鈦輥表面鈦晶粒的組織結(jié)構(gòu)影響很大,銅箔行業(yè)經(jīng)常使用的拋光材料為碳化硅和氧化鋁,碳化硅使用效果更好。②拋光刷的表面狀況,拋光刷表面應(yīng)保證均勻,無毛刺。③拋光刷粒度的選擇,拋光刷的粒度越高,拋光鈦輥表面鈦晶粒就越均勻、細(xì)膩。④拋光參數(shù)的設(shè)定,即拋光時(shí)間、電流、拋光轉(zhuǎn)速的設(shè)定。(2)疏通粗化或固化處理槽導(dǎo)電輥處亮面溶液噴淋管,使溶液噴淋均勻,無堵塞,溶液噴淋需覆蓋銅箔全寬幅表面。(3)調(diào)整、清洗NT段輥軸:調(diào)整NT段的輥軸,NT槽入口端橡膠輥壓制狀況的好壞,直接影響銅箔亮面的顏色;調(diào)整橡膠輥需注意:①橡膠輥需水平且對正。②與不銹鋼輥接觸良好,角度控制范圍30°～45°。③橡膠輥無變形,表面無缺陷,銅箔正常運(yùn)行時(shí),橡膠輥應(yīng)施加足夠的壓力,使銅箔進(jìn)入NT溶液前保證亮面均勻、干燥。清洗NT段液下輥,因溶液中的鋅易水解,產(chǎn)生沉淀,使液下輥表面臟;清洗方法:先用雙氧水滴在液下輥表面,過幾分鐘后,用百潔布打磨。(4)調(diào)整NT溶液參數(shù),將溶液中鉻指標(biāo)控制在適當(dāng)范圍(表1)。4.2工作原理及安裝要求(1)保證表處機(jī)的陽極質(zhì)量,陽極表面狀況影響電鍍時(shí)的電流分布,電流分布不均將造成毛面色差?？衫藐枠O測試對陽極進(jìn)行檢查,陽極測試方法:①確定處理機(jī)槽內(nèi)為35μ銅箔,以常規(guī)的35μ的速度通過處理機(jī),停止硅烷的供給,其它所有參數(shù)按日常的生產(chǎn)情況設(shè)定。②設(shè)定XP1a陽極電流,關(guān)閉其它整流器開關(guān),在預(yù)洗槽的入口,用記號(hào)筆在銅箔亮面邊部作上標(biāo)記。③當(dāng)亮面上的標(biāo)記運(yùn)行到NT槽出口,再次在XP1a前的預(yù)洗槽的銅箔亮面的邊上用記號(hào)筆作上標(biāo)記,并關(guān)閉XP1a陽極整流器電流。當(dāng)亮面邊上的第二個(gè)標(biāo)記退出XP1a電鍍槽的時(shí)候,停止處理機(jī)驅(qū)動(dòng)。④在銅箔亮面的邊上,用記號(hào)筆清楚地標(biāo)上每個(gè)處理槽的進(jìn)口和出口的輥筒位置。⑤依次將每臺(tái)整流器打開,按要求選擇測試時(shí)間和電流值。⑥根據(jù)銅箔表面的電鍍情況來判定陽極狀況。(2)清洗擠水輥表面,去除表面異物,保證擠水輥表面干凈,無缺陷;檢查擠水輥軸承并調(diào)整擠水輥位置,使擠水輥與銅箔接觸時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。(3)選好PIANO板的材料,通常PIANO板的材料為CPVC材料或鈦材,PAINO板應(yīng)保證安裝角度應(yīng)為88°左右;安裝時(shí)應(yīng)保證PIANO板安裝位置正確,PIANO板無刮傷銅箔或沖液現(xiàn)象,使溶液從鈦輥和陽極的極距中均勻流出。(4)疏通溶液、DI水噴淋管,噴淋要求:溶液噴淋均勻,無堵塞;DI水壓力0.2±0.015MPa,DI水噴淋均勻成扇形且有疊加。(5)調(diào)整粗化或固化段陽極與銅箔的極距并保持平行,檢查陽極掛耳無腐蝕,保證導(dǎo)電均勻;粗化段極距:30～45mm,固化段極距:35～50mm。(6)選好TWI輥軸材質(zhì):通常表處機(jī)的輥軸材質(zhì)為不銹鋼,但TWI溶液中酒石酸形成的絡(luò)合物易粘結(jié)在不銹鋼輥上,銅箔運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生毛面色差;選用橡膠輥可以解決輥軸表面的粘結(jié)問題。(7)保證TWI出口輥的潔凈,定期清洗TWI出口輥,一般每隔2天左右徹底清洗TWI出口輥表面的污垢;清洗要求:將氧雙水均勻噴灑在輥軸表面后,用百潔布均勻打磨輥面。(8)調(diào)整STP陽極與銅箔之間的間距,將間距控制在5mm～10mm范圍內(nèi);同時(shí)也要調(diào)整好STP槽和陽極板的水平和溶液的流量,從而穩(wěn)定電鍍時(shí)的電流、電壓,保證電鍍的均勻性。(9)調(diào)整TWI溶液參數(shù),將溶液中pH值指標(biāo)控制在適當(dāng)范圍(表2)。(10)調(diào)整STP溶液參數(shù),將溶液中氧化鎂的濃度指標(biāo)控