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铝箔电镀铜和锡的工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-17  浏览次数:764

 曾海军

(山东天诺光电材料有限公司,山东济南250300)

摘要:对铝箔表面进行等离子体清洗并磁控溅射镍铜合金中间层后再电镀,得到了致密、结合力好的铜、锡电镀层。讨论了等离子清洗时的电压、磁控溅射时的负偏压及中间层的合金组成对后续镀层结合力的影响。指出了电镀铜时的电源波形及电镀锡时的温度对镀层性能的影响。采用该工艺制备的覆铜铝箔,其成本仅为普通铜箔的1/4,弱酸性镀锡后镀层的可焊性良好。

关键词:铝箔;等离子清洗;磁控溅射;铜;锡;电镀;结合力

中图分类号:TG174.444;TQ153.1文献标志码:A

文章编号:1004–227X(2011)06–0012–02

1·前言

铝箔具有质轻、密闭、和包覆性好等一系列优点,已广泛应用于电子、包装、建筑等领域,尤其是新兴生物工程、能源、和环保等相关技术的革新,铝箔的用途和亟待开发的应用领域及相关的技术拓展越来越广阔。铝是很活泼的两性金属,具有高度的亲氧性,在其表面很容易形成氧化膜,给铝箔电镀带来很大困难。要想在铝箔上获得良好的电镀层,电镀前的处理是一道关键工序。在电子应用领域,为了增加铝的导电性和焊接性,需要在其表面电镀铜和锡等金属,目前国内外许多研究大多是采用化学的方法,预浸和化学镀相结合,处理工艺较复杂。笔者经过大量实验,采用表面等离子体清洗与磁控溅射中间层的预处理方法加电镀的工艺,在铝表面获得了结晶细致、光亮、焊接性好、结合力强的铜、锡镀层。在铝箔表面电镀一定厚度的铜,可以代替铜箔使用,广泛应用于电磁屏蔽领域、印刷电路板和锂离子电池集流体等方面,从而节约大量的铜材;亦可单独用于电镀锡层或者是铜加锡镀层,应用于一些新兴的电子领域。

2·工艺介绍

2.1材料

采用厚度为0.033 mm的硬质光箔,以LG3的高纯铝轧制。从卷状铝箔上裁切出10 cm×10 cm的试片备用。

2.2工艺流程

等离子体清洗─偏压溅射中间层(镍铜合金)─电镀铜/或锡镀层。

2.3工序说明

2.3.1表面清洗

硬质光箔未经软化处理,表面有残油,必须脱脂处理。脱脂采用等离子体清洗,它属于干式工艺,处理后表面无残留物,适合环境保护的需要。该处理不影响基体固有的性能,而且作用时间短,效率高,过程易控制。工艺参数为:放电真空度33 Pa,加载气体为Ar、O2等,处理功率150 W,时间1~3 min。

2.3.2磁控溅射中间层操作条件为:基础真空度<5.5×10-3Pa,溅射气压0.12~0.20 Pa,靶与基片的距离60~100 mm,溅射功率100 W,靶直径60 mm,直流负偏压60 V。

2.3.3电镀铜

镀液组成及操作条件为:硫酸铜180~220 g/L,浓硫酸40~90 g/L,氯离子40~90 mg/L,开缸剂4~8 mL/L,光亮剂A 0.3~0.8 mL/L,光亮剂B 0.2~0.5 mL/L,温度20~40°C,阴极电流密度1~6 A/dm2,空气搅拌,磷铜阳极(磷含量0.03%~0.06%)。开缸剂和光亮剂为德国进口产品,该工艺所得镀层不易产生针孔,光泽度高,内应力低,延展性好,厚度均匀;沉积速度快,镀液稳定,对杂质的容忍度高。

2.3.4弱酸性镀锡[1]

镀液配方及工艺条件为:甲基磺酸亚锡(锡含量300 g/L)50 mL/L(相当于Sn2+12~18 g/L),开缸剂500 mL/L,纯水450 mL/L,pH 2.3~3.5,波美度13~17°Bé,温度20~30°C,阴极电流密度0.1~1.0 A/dm2,阴、阳极面积比1∶1,镀液强制循环搅拌。开缸剂中含有配位剂、导电盐、分散剂和Sn2+稳定剂等,其作用是:导电、配位锡离子、增大阳极极化,使镀层结晶细致;稳定Sn2+,防止其氧化及后续的水解:稳定溶液的密度。

3·镀层性能

3.1结合力

3.1.1弯曲法

把试样弯曲折断,断口处镀层无起皮、脱落。

3.1.2热震实验

把试样放在加热炉中加热至150°C,保温1 h,然后放入水中急冷,镀层无起泡、脱落。

3.2可焊性

按照GB/T 16475–1997《金属覆盖层产品钎焊性的标准试验方法》,采用无铅焊料对铜加锡镀层进行可焊性试验,焊层光滑、光亮、均匀,未见镀层起皮或脱落。

4·前处理对镀层结合力的影响

4.1等离子体清洗工艺的影响

实验中发现,清洗过程中高能量的离子会使基片表面产生溅射,导致存在于真空室内的杂质部分分解,生成的分解产物反而使基片表面受到污染,最终引起镀层起泡、脱落。所以,施加500~1 000 V的电压引起低能量的辉光放电时,清洗处理效果较好。

4.2磁控溅射时负偏压的影响

通过对基材施加负偏压,吸引等离子体中的阳离子对基材表面轰击,使靶材的溅射分子有足够的能量结晶;同时使附着不牢固的靶材分子从材料上剥离;保证了溅射金属层的附着强度。实验证明,负偏压在60 V时,所得镀层均匀、致密,结合力良好。

4.3中间层材质的影响

作为中间层的镍铜400合金是一种综合性能极佳的耐蚀合金,一般不会产生应力腐蚀裂纹,在质量分数小于85%的硫酸中都是耐蚀的,保证了镀铜时不易被击穿,从而获得致密、结合力高的镀层。

5·电镀条件对镀层性能的影响

5.1镀铜时的电源波形

与直流镀铜层相比,脉冲镀铜层的表面更平整、光滑,结晶度更优,与基底的结合更好,抗腐蚀性能也更高。

5.2电镀锡的温度对镀层质量的影响

实验表明,提高镀液的温度可以增大允许使用的电流密度和提高镀液的分散能力,但如果温度过高,低电流密度区容易出现漏镀。降低镀液温度,可提高镀液的稳定性和覆盖能力,但如果温度过低,镀液的分散能力和可操作的电流密度都会降低,高电流密度区容易烧焦、发暗。在保证镀层质量的前提下,温度一般控制在20~30°C。

6·应用

本工艺已应用于实际生产,高真空磁控溅射卷绕镀膜设备加卷对卷的电镀设备已经实现规模化连续生产,可以生产厚度为0.006~0.1 mm的铝箔,其成本仅为铜箔的1/4,生产过程控制简单,产品合格率高。本工艺所生产的产品已广泛应用于电磁屏蔽领域,制作铜箔胶带等。该产品已通过美国ASTM D-1000标准检测,可以屏蔽电磁信号,除了应用于手机、笔记本电脑及其他数码产品之外,在诸如电动玩具电路板、LED组装、电脑电源适配器制造等领域也有广阔的应用空间。

参考文献:

[1]丁运虎,毛祖国,何杰,等.BSn-500弱酸性镀锡工艺[J].电镀与涂饰,2007,26(2):19-21.

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