電解銅箔生產(chǎn)與技術(shù)講座

電解銅箔生產(chǎn)與技術(shù)講座（五）發(fā)布日期：2006-11-13閱讀：4856字體:大中小雙擊鼠標(biāo)滾屏第五篇生產(chǎn)實(shí)踐電解銅箔生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)鍵，是通過應(yīng)用一系列的生產(chǎn)技術(shù)和技巧，來控制銅箔的質(zhì)量滿足要求。眾所周知，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IPC4562將印制線路用金屬電解銅箔按照特性的質(zhì)量保證水平差異分為三級(jí)：1級(jí)：適用于要求電路功能完整，機(jī)械性能和外觀缺陷不重要的應(yīng)用場(chǎng)合。2級(jí)：適用于電路設(shè)計(jì)、工藝及規(guī)范一致性要求允許局部區(qū)域不一致的應(yīng)用場(chǎng)合。3級(jí)：適用于要求保證等級(jí)最高的應(yīng)用場(chǎng)合。在這三個(gè)等級(jí)中，3級(jí)的質(zhì)量保證水平最高，2級(jí)的質(zhì)量保證水平適中，1級(jí)的質(zhì)量保證水平最低。電解銅箔的質(zhì)量缺陷主要有外觀缺陷（箔材存在針孔和氣隙度，麻點(diǎn)和壓痕，缺口和撕裂，皺折，劃痕）、尺寸缺陷（面積質(zhì)量及厚度及偏差，箔輪廓超標(biāo)）、物理性能缺陷（拉伸強(qiáng)度，疲勞延展性，延伸率，剝離強(qiáng)度，載體分離強(qiáng)度，金屬箔表面粗糙度不能滿足要求）、工藝性能不能滿足要求（可蝕刻性，可焊性）以及其它性能（如純度、質(zhì)量電阻率）。電解銅箔的最終性能，除剝離強(qiáng)度、可焊性等個(gè)別指標(biāo)外，大多數(shù)是由生箔的性能所決定的。而這些性能，如拉伸強(qiáng)度、疲勞延展性、延伸率、金屬箔表面粗糙度等均與生箔（毛箔）的晶體學(xué)織構(gòu)有關(guān)。材料的晶體學(xué)織構(gòu)表達(dá)了組成晶體材料的無(wú)數(shù)晶粒的取向分布方式。晶體的每個(gè)晶粒都是各向異性的，即其性能隨著測(cè)量方位的變化而變化。用于測(cè)量這種晶體學(xué)織構(gòu)的傳統(tǒng)方法是X射線衍射法。在大多數(shù)工程材料及常用電沉積層中，其正常晶體的取向?yàn)閮?yōu)勢(shì)取向，這就是所謂殘余各向異性，電解銅箔的織構(gòu)與其自身的沉積過程密切相關(guān)，電解沉積層的形成是由形核及晶體長(zhǎng)大兩個(gè)不同的過程所控制的，而織構(gòu)的發(fā)展也可能是這兩個(gè)過程相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。沉積超電勢(shì)及間接影響超電勢(shì)的每個(gè)工藝參數(shù)，如流體動(dòng)力學(xué)，添加劑等在織構(gòu)形成中起著首要作用。有關(guān)研究表明，電解銅箔的生箔銅箔在小于12um的情況下，XRD衍射圖譜中的主峰為（111）面，并目（311）面呈現(xiàn)一定的擇優(yōu)取向。隨著厚度的增加，其（220）衍射峰強(qiáng)度不斷提高，其他晶面衍射強(qiáng)度則逐漸降低，當(dāng)銅箔厚度達(dá)到21um時(shí)，（220）晶面的織構(gòu)系數(shù)達(dá)到92%。很顯然，依靠簡(jiǎn)單技術(shù)使電解銅箔的性能達(dá)到壓延銅箔的性能指標(biāo)幾乎不現(xiàn)實(shí)。在生箔電解過程中，陰極基體材料的表面條件也是影響織構(gòu)發(fā)展的重要因素。電解銅箔是銅離子在陰極輥表面晶體上結(jié)晶結(jié)構(gòu)的延續(xù)，銅離子電沉積在鈦晶體上，并由此而生長(zhǎng)成銅箔。陰極鈦輥表面的晶體結(jié)構(gòu)決定著電解銅箔最初的結(jié)晶狀態(tài)。隨著電解沉積層的增加，陰極表面基體組織對(duì)銅沉積層結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響越來越小。這可以從電解銅箔的毛面和光面的晶向變化上看出。表51銅箔的晶向<11!><220>3即電解鋼解光而(%)4916183孫電解勘箔毛簡(jiǎn)3)92681凱電解銅箔光而(?)2591加電解銅箔毛而(%)40壓廷銅箔057|33普通電解銅箔在高溫時(shí)延伸率比壓延銅箔低，這與其冶金結(jié)構(gòu)有關(guān)。電解銅箔豎直結(jié)構(gòu)不受加熱到180°C、持續(xù)1時(shí)的影響，而壓延銅箔的水平結(jié)構(gòu)在較低的溫度下退火而重新結(jié)晶。5.1銅箔的內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是電解銅箔固有性能之一，其符號(hào)及數(shù)值大小與所選擇的電解沉積條件有很大關(guān)系。雖然IPC4562標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)電解銅箔的內(nèi)應(yīng)力作出明確的要求，但在實(shí)際生產(chǎn)中，電解銅箔的這種內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)是很有害的。例如，對(duì)于厚度小于18微米的銅箔，如果內(nèi)應(yīng)力過大，銅箔在裁片后卷邊，導(dǎo)致覆銅板在疊配〔三明治)時(shí)操作困難、無(wú)法自動(dòng)疊配。對(duì)于電解銅箔內(nèi)應(yīng)力的起源，現(xiàn)有不同的理論給出了不同的解釋，但都是真實(shí)應(yīng)力的部分起因。例如電解銅箔內(nèi)應(yīng)力的起源與陰極表面原子氫的吸附以及反應(yīng)的分子氫的脫附析出有關(guān)；由于電解液條件的改變引起的外來物質(zhì)及雜質(zhì)共沉積會(huì)導(dǎo)致很復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力；另一個(gè)原因是與銅箔電沉積自身形成過程的驅(qū)動(dòng)力有關(guān)；陽(yáng)離子在陰極的還原需要一定的外界能量輸入，其中部分能量在鍍層生長(zhǎng)時(shí)以缺陷的形式存在于晶格之中。在電解過程中，電流密度增加時(shí)，內(nèi)應(yīng)力從壓應(yīng)力向拉應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變，但在每個(gè)電流密度區(qū)間銅箔沉積層形貌結(jié)構(gòu)幾乎保持不變，內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的另一個(gè)結(jié)果是當(dāng)時(shí)效或加熱時(shí)，銅箔沉積層結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。電解銅箔的內(nèi)應(yīng)力與一系列相關(guān)的參數(shù)有關(guān)，如陰極表面材料的結(jié)構(gòu)、表面條件、鍍液組成和電解條件。銅箔沉積層內(nèi)應(yīng)力可以通過測(cè)量設(shè)備測(cè)量，最簡(jiǎn)單的方法就是在電沉積時(shí)使用一個(gè)柔軟陰極。在同樣表面條件、鍍液組成和電解條件，細(xì)長(zhǎng)的條狀陰極當(dāng)受到其上電沉積銅箔內(nèi)應(yīng)力的作用時(shí)就會(huì)發(fā)生形變，這樣應(yīng)力就可通過陰極材料的撓度計(jì)算出來，這也是常用的螺旋應(yīng)力計(jì)的測(cè)試原理，或通過陰極材料的延伸率計(jì)算出來。使用螺旋應(yīng)力計(jì)測(cè)試儀，已知厚度的箔層的平均應(yīng)力可以通過鍍后螺旋金屬片的撓度計(jì)算出來。一般，我們將銅箔鍍層使陰極薄片向陽(yáng)極彎曲的內(nèi)應(yīng)力稱為拉應(yīng)力(張應(yīng)力)，使陰極薄片背向陽(yáng)極彎曲的內(nèi)應(yīng)力稱為壓應(yīng)力。過大的電解銅箔內(nèi)應(yīng)力可以通過適當(dāng)調(diào)整生箔的生產(chǎn)工藝來減小。在實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)銅箔內(nèi)應(yīng)力和電解時(shí)的電流密度大小有關(guān)。銅箔內(nèi)應(yīng)力會(huì)隨著電流密度的增加而增加。事實(shí)上，由于各個(gè)銅箔企業(yè)生產(chǎn)工藝并不完全相同，銅箔內(nèi)應(yīng)力的表現(xiàn)方式也不相同：有的是壓應(yīng)力，有的表現(xiàn)為拉應(yīng)力。所以，對(duì)于銅箔內(nèi)應(yīng)力控制，沒有固定的解決方案可以套用，必須根據(jù)具體的生產(chǎn)工藝條件而確定。5.2、外觀缺陷電解銅箔的外觀缺陷主要是指箔材存在針孔和滲透點(diǎn)、麻點(diǎn)、壓痕、缺口以及撕裂、皺折、劃痕等缺陷。5.2.1針孔和滲透點(diǎn)所謂針孔，就是銅箔在暗室中透光檢查，有直徑小于1毫米的零星的微小透光孔。滲透點(diǎn)則是不透光但在銅箔的一面用用滲透劑染色，在反面出現(xiàn)染色劑斑點(diǎn)的現(xiàn)象。簡(jiǎn)單的講，針孔為直孔，滲透點(diǎn)是曲孔。對(duì)于PCB用電解銅箔，針孔和滲透點(diǎn)過去一直是電解銅箔廠家深感頭疼的問題。有關(guān)銅箔孔隙產(chǎn)生原因及孔隙程度是電解銅箔生產(chǎn)技術(shù)中一個(gè)重要的參數(shù)，尤其對(duì)于厚度小于18微米的電解銅箔，產(chǎn)生空隙頻率更高。目前銅箔制造廠在生產(chǎn)線上只能用精密儀器監(jiān)測(cè)約15微米以上的針孔，對(duì)于小于15微米的針孔和所有的滲透點(diǎn)，只能采用染色評(píng)價(jià)法抽樣測(cè)試。針孔和滲透點(diǎn)在覆銅板壓合過程中，融化的樹脂會(huì)從銅箔孔隙中流出，在銅箔表面形成樹脂點(diǎn)，影響覆銅板質(zhì)量。根據(jù)有關(guān)研究，電解銅箔孔隙可分為夾雜性孔隙及結(jié)晶學(xué)孔隙。夾雜性孔隙是在電沉積初期陰極輥表面某些小面積范圍內(nèi)金屬沉積不能發(fā)生造成的，即使后續(xù)的沉積具有一定橋接覆蓋作用，這樣的小面積也會(huì)孔隙核心，也叫孔隙母體。陰極輥表面的非金屬夾雜物，包括附著在陰極輥表面的溶液凈化工序中漏濾的活性炭微粒、電解液中的膠質(zhì)、油污和灰塵等；另一種孔隙母體為陰極輥筒表面的微孔。電沉積不會(huì)在這些孔隙母體上形成，這是由于這些母體的導(dǎo)電性不好，或是由于這些孔隙母體具有與潔凈基體金屬材料完全不同的電化學(xué)特征，因而具有完全不同的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，有利于另一些沉積副反應(yīng)的發(fā)生如氫的析出等。由于陰輥基體金屬或電解參數(shù)引起的結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生的孔隙稱做結(jié)晶學(xué)孔隙，這種情況下偽同晶現(xiàn)象及外延生長(zhǎng)可能使部分鍍層與基體失去良好結(jié)合和共格。其中偽同晶現(xiàn)象是指銅箔鍍層生長(zhǎng)延續(xù)了陰極基體材料晶界或微觀幾何特征；外延生長(zhǎng)則是在鍍層與基村界面上鍍層沿基體晶格完全有序地生長(zhǎng)。研究和生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)了陰極基體的表面粗糙度及陰極輥筒金屬預(yù)處理如機(jī)械磨光、化學(xué)及電化學(xué)拋光對(duì)電解銅箔的孔隙產(chǎn)生有巨大的決定作用。陰極輥基體金屬對(duì)電解銅箔的影響，隨著基體材料上的連續(xù)吸附層的遷移引起孔隙性的周期性變化。隨著銅箔厚度的增加，基體材料通過偽同晶及外延的影響作用逐漸消失，于是銅箔銅層生長(zhǎng)將只由電解液鍍層界面的電沉積條件控制。實(shí)際上，電解參數(shù)如電解液組成，電流密度、電流形式，電解溫度及電解液流速（攪拌）都會(huì)對(duì)銅箔孔隙的形成產(chǎn)生巨大影響，因此，獲得無(wú)孔隙銅箔的厚度將隨電沉積時(shí)使用的電解液的過濾精度、添加劑及陰極材料的情況而變化。IPC4562印制線路板用金屬箔規(guī)范中提到兩種評(píng)價(jià)方法：一種是等同采用IPC-TM650中2.1.2染料滲透法;另一種是取銅箔箔面朝上置于燈箱上，計(jì)算300mmx300mm尺寸透光產(chǎn)生的亮點(diǎn)數(shù)用作評(píng)價(jià)針孔的數(shù)量，尺寸測(cè)量的分辨率要求達(dá)到25微米。上述兩種方法都是用來評(píng)價(jià)銅箔的，后一種方法的分辨率低，不能檢測(cè)小的針孔。一般而言，隨著鍍層厚度增加，孔隙降低。雖然很久以前就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到銅箔電沉積層的孔隙度與基體材料的有關(guān)，知道它依賴于基體材料表面條件及電沉積工藝參數(shù)，如過去使用的不銹鋼陰極輥筒，很難消除銅箔針孔。電解銅箔產(chǎn)生如果發(fā)現(xiàn)銅箔針孔、滲透點(diǎn)超標(biāo)，主要原因：（1）電解液潔凈度超標(biāo)，存在油、膠等污染物；〔2）陰極表面有氣孔或夾雜；（3） 陰極表面有臟物附著；（4） 光面銅粉嚴(yán)重；處理措施（1） 加強(qiáng)過濾；（2） 更換過濾芯或過濾袋；（3） 添加或更換活性炭；（4） 更換陰極輥或磨輥；5.2.2壓坑與劃痕IPC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，銅箔表面劃痕深度不應(yīng)超過銅箔標(biāo)稱厚度的20%。劃痕深度為金屬箔標(biāo)稱厚度的5%-20%時(shí)，每300mmx300mm區(qū)域，劃痕數(shù)不應(yīng)超過3條。深度小于金屬箔標(biāo)稱厚度的5%的劃痕可以忽略不計(jì)。對(duì)于麻點(diǎn)和壓痕，不應(yīng)有直徑超1.0mm的壓痕及麻點(diǎn)海300mmx300mm區(qū)域，直徑小于1.0mm的壓痕及麻點(diǎn)不應(yīng)超過2個(gè)，對(duì)直徑小于標(biāo)稱厚度5%的壓痕和麻點(diǎn)可以忽略不計(jì)。壓坑與劃痕產(chǎn)生的原因：（1） 揭邊時(shí)銅粒子進(jìn)入剝離輥等動(dòng)輥與銅箔之間產(chǎn)生壓痕，如果進(jìn)入惰輥（應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)而沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輥）與銅箔之間，產(chǎn)生劃痕。（2） 揭邊時(shí)銅粒子進(jìn)入附著銅箔表面，卷入銅箔箔卷之中，造成銅箔壓痕。（3） 外來雜物產(chǎn)生壓痕與劃痕，主要是空氣中的大的灰塵、生箔機(jī)上方的行車震動(dòng)掉下來的沙塵。處理方法：對(duì)于壓坑與劃痕，只能用干毛巾或毛刷將產(chǎn)生壓坑或劃痕的導(dǎo)輥清理干凈。在故障高發(fā)期，建議每5分鐘清理一次。在技術(shù)上，應(yīng)通過技術(shù)改造，盡可能的使與銅箔接觸的導(dǎo)輥全部旋轉(zhuǎn)，杜絕惰輥現(xiàn)象發(fā)生，將劃痕缺陷降低到最小。5.2.3色差所謂色差，就是指箔面顏色不一致。斑點(diǎn)，色帶、色條等都會(huì)導(dǎo)致箔面色差。色差生產(chǎn)原因相當(dāng)復(fù)雜，主要在于：（1） 生箔從陰極輥表面剝前（后）的酸洗、水洗不徹底；（2） 生箔機(jī)壓水輥間隙不合適；（3） 現(xiàn)場(chǎng)酸霧嚴(yán)重，造成箔面出現(xiàn)大量的酸霧點(diǎn)；（4） 陰極輥面氧化；（5） 生箔烘干不徹底，生箔表面氧化；（6） 陽(yáng)極損壞；（8）洗滌水量偏小，沒有將電解液沖洗干凈，導(dǎo)致電解液在箔面結(jié)晶;（9） 洗滌水被污染，污物、油蝕、腐蝕物、鹽類、油脂等都可能導(dǎo)致箔面出現(xiàn)色差；（10） 水銀污染。對(duì)于采用水銀導(dǎo)電的企業(yè)，大量的水銀點(diǎn)，也是導(dǎo)致銅箔表面色差的一個(gè)主要原因。處理方法：應(yīng)分析造成色差的原因，采取針對(duì)性的措施。例如，如果生箔毛面有規(guī)則的褐色色帶，可能是生箔機(jī)壓水輥有問隙，導(dǎo)致沖洗水進(jìn)入電解液所致，應(yīng)檢修調(diào)整壓水輥。5.3、物理性能銅箔的物理性主要包括拉伸強(qiáng)度、延展性等，其中對(duì)于拉伸強(qiáng)度，一般都能滿足要求。所謂延展性就是“一個(gè)材料承受大量的全面形變的能力”。它包括延伸率和疲勞延性°IPC4562標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電解銅箔的延展性主要考察的是銅箔的延伸率，而疲勞延性僅對(duì)退火電解箔（ANN-E）、可低溫退火電解箔（LTA-E）和可退火電解箔（A-E）提出了要求。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電解箔（STD-E）、高延伸性電解箔（HD-E）和高溫高延伸電解箔（THE-E）沒有要求。其實(shí)，金屬的延性并不只是一個(gè)單一的材料性能，而是材料的一個(gè)系統(tǒng)性能。它隨著材料所受應(yīng)力狀態(tài)、樣品的形狀、標(biāo)距長(zhǎng)度、測(cè)試溫度、應(yīng)變速率及外部環(huán)境因素而變化。大量深入的證據(jù)表明斷裂不僅與材料承受的瞬間應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，還與外加應(yīng)力的發(fā)展歷史有關(guān)。要理解電解銅箔在斷裂前承受的塑性變形的程度，有必要用常規(guī)的方法測(cè)試銅箔的延性，PC-TM650已經(jīng)提出了一系列的測(cè)試方法，這些方法是根據(jù)試樣變形的方式?jīng)Q定的，如拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、液壓或機(jī)械杯突試驗(yàn)。在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，為防止處理及裝配時(shí)的變形，薄銅箔的試樣制備和操作需要相當(dāng)仔細(xì)。任何一個(gè)小的裂紋或缺口，都可能由于應(yīng)力集中，使測(cè)試的結(jié)果與實(shí)際發(fā)生較大差異。在拉伸試驗(yàn)條件下對(duì)延性均勻的銅箔而言，測(cè)得結(jié)果的相對(duì)分散性，即標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均延性值高達(dá)15%，彎曲試驗(yàn)及低頻疲勞試驗(yàn)一般認(rèn)為重現(xiàn)性差，因而很少用于做定量測(cè)試。杯突試驗(yàn)實(shí)際上是一個(gè)雙軸向拉伸試驗(yàn)，薄膜的強(qiáng)度和延性都可由其確定。這種試驗(yàn)是將銅箔緊緊夾在一個(gè)開放容器的口部，通過液壓圓周膨脹壓力或相應(yīng)的壓頭施加力于試驗(yàn)樣品上（見圖5-1）。圖5-1杯憲試驗(yàn)示意圖杯突試驗(yàn)較其它單向拉伸試驗(yàn)具有一些優(yōu)點(diǎn)，即試樣制備更簡(jiǎn)單，對(duì)中性更易實(shí)現(xiàn)，目試驗(yàn)對(duì)銅箔周邊缺陷敏感性降低。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)置的因素，這種試驗(yàn)方法的結(jié)果對(duì)延性銅箔而言相對(duì)分散性低3%。但杯突試驗(yàn)由于難以控制應(yīng)變速率，也不可能得到材料在特定晶體學(xué)取向上的機(jī)械性能。然而，杯突試驗(yàn)在研究電解銅箔性能時(shí)，是非常有用的。由于測(cè)試能夠達(dá)到很低的標(biāo)準(zhǔn)偏差，這一技術(shù)非常適合于工業(yè)生產(chǎn)各種工藝比較或用于監(jiān)測(cè)由于電解液雜質(zhì)等無(wú)法控制等原因引起的延性損失。關(guān)于杯突試驗(yàn)，需要指出的是其可行的先決條件是要求嚴(yán)格控制試驗(yàn)幾何條件，用機(jī)械杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)得的延性值還依賴于銅箔厚度。因此不同樣品延性的比較必須要研究測(cè)試一系列的固定厚度的樣品，這一事項(xiàng)對(duì)單向應(yīng)力及雙向拉伸試驗(yàn)方法都是應(yīng)該注意的。在過去幾年內(nèi)，大量的文獻(xiàn)充分證明了箔層延性、結(jié)構(gòu)特征及其工藝參數(shù)之間存在著一定的關(guān)系。從酸性硫酸銅鍍液中鍍得25um厚的銅被鍍?cè)谛D(zhuǎn)圓盤電極上。通過嚴(yán)密記錄的極化曲線法研究了氯離子、溫度及不同基體的預(yù)處理狀態(tài)的影響。圖5-2給出了當(dāng)CT高達(dá)80ppm時(shí)，對(duì)陰極極化過程的影響。nrg i ■_ ___■一. .i一. ■」'an ?,5 7Gi上ifi 哈電沆嘵左婦面浦圖5-2含不同C1濃度CuS0電解液的

電化學(xué)陰極極化曲線極化曲線反映的是電解工藝參數(shù)對(duì)陰極表面電化學(xué)還原過程的影響作用。圖5-2表明，在電流密度相同時(shí)，電解液中CT濃度不同，則會(huì)導(dǎo)致銅沉積是在不同的超電勢(shì)下進(jìn)行。在機(jī)械拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量了這些從陰極基體上剝離的銅箔的延性，并且以壓頭在封壓模具中深入的深度為延性標(biāo)度。另外一組25um厚的銅箔在另外一種通過活性碳預(yù)處理的鍍液中沉積，沉積超電勢(shì)是經(jīng)過選擇并固定的。如果將銅箔延性與其相應(yīng)沉積超電勢(shì)作圖（見圖5-3），可以看出沉積超電勢(shì)對(duì)鍍層延性的重要影響作用。低的沉積超電勢(shì)似乎是優(yōu)化電解銅箔延性的一種方式。期版迎電檢5?壽狠禹所現(xiàn) ?話好砌理圖5-325nni 與其拓積超電勢(shì)關(guān)系圖為了深入理解超電勢(shì)對(duì)鍍層延性的影響關(guān)系，應(yīng)該清楚的是銅離子還原沉積的驅(qū)動(dòng)力是超電勢(shì)，這種超電勢(shì)的大小程度會(huì)大大決定電沉積沉積層的生長(zhǎng)過程，晶體學(xué)織構(gòu)測(cè)量就是確定鍍層生長(zhǎng)方式的方便方法。銅箔的延性與工藝參數(shù)如超電勢(shì)及鍍層結(jié)構(gòu)特征如織構(gòu)、晶粒尺寸、表面粗糙度等有關(guān)。這些參數(shù)與銅箔延性的相互作用的復(fù)雜性可以從CT離子對(duì)銅箔延性的影響得到說明。酸性硫酸鹽鍍銅溶液中低濃度的CT離子不僅是作為一種去極化劑和整平劑，這對(duì)得到較好延性是有益的；而且還會(huì)加強(qiáng)晶體學(xué)擇優(yōu)織構(gòu)，引起延性的降低。另一方面過高濃度的CT離子會(huì)導(dǎo)致銅鍍層中針孔的形成，以致鍍層的延性大大降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果發(fā)現(xiàn)銅箔在常溫和180°C時(shí)的延仲率和疲勞延性出現(xiàn)問題，根據(jù)上述分析，首先應(yīng)該檢查生箔機(jī)電解液的CT濃度是否超標(biāo)；其次是檢查電解液中有機(jī)物雜質(zhì)，如果超標(biāo)，可用活性炭吸附過濾；然后檢查添加劑、Cu、H2SO4、溫度和流量。5.4銅箔撕邊所謂撕邊，就是銅箔從陰極輥表面剝離時(shí)，箔材從邊部向箔材中間撕裂，銅箔寬度減少，同時(shí)撕邊后殘留箔材仍舊附著在陰極輥表面，隨著陰極輥的不斷旋轉(zhuǎn)，很容易進(jìn)入電解槽內(nèi)，造成電解槽陰極、陽(yáng)極之間短路，將陰極輥表面擊穿，造成陰極輥報(bào)廢的重大事故。造成銅箔撕邊的主要原因，是箔從陰極輥表面剝離時(shí)，銅箔與陰極輥邊部結(jié)合力過大所致。一方面由于陰極輥筒整體通電浸入電解液中，不可避免會(huì)在輥筒端部沉積上電解銅層，使輥面邊部銅箔難以剝離（見圖5-4）。另一方面，陰極輥的邊部拋磨不好，輥面端部直角損傷，端面研磨光潔度偏低也會(huì)造成陰極輥與輥筒邊部銅箔結(jié)合力過大。圖3-4銅箔容易撕邊的晾因?yàn)榱私鉀Q陰極輥筒邊部沉積銅層的問題，一般采用密封陰極輥端部，不讓電解液接觸到輥筒端部來減少沉銅。陰極輥端部密封看來是個(gè)小事，但實(shí)際上關(guān)系到生產(chǎn)能否正常進(jìn)行的大問題。密封不好，電解液可以通過縫隙進(jìn)入陰極輥筒端面，在此電解沉積，由于尖端放電效應(yīng)，在銅箔邊上形成疏松銅粒（也稱為銅豆）。由于銅粒較銅箔厚度大得多，且附著力與銅箔剝離力垂直，如同一個(gè)釘在將銅箔釘在陰極輥面。當(dāng)銅箔從陰極輥上剝離時(shí)，如果銅箔本身的強(qiáng)度小于銅豆在陰極輥上的附著力時(shí)，銅箔就會(huì)從銅豆附近撕裂，產(chǎn)生撕邊現(xiàn)象。如果銅豆較小或銅豆在陰極輥上的附著力小于銅箔本身的強(qiáng)度，剝離時(shí)，銅豆就會(huì)被銅箔從陰極輥筒上帶下來，形成毛刺，毛刺（銅豆）落在銅箔上造成壓坑和壓眼。較大的銅豆被帶下來，如果落入陽(yáng)極槽極間，會(huì)造成電擊輥。陰極輥面邊部密封大致分為以下四種：（1）固定式密封固定式密封是指把密封板（或密封膠圈）固定在陰極輥筒的端面的直角上，如圖5-5,密封板（膠圈）緊緊的壓在直角上，銅離子只沉積在輥面。使電解液無(wú)法進(jìn)入端面，達(dá)到對(duì)輥面邊部的密封，防止在邊部沉積疏松的銅豆，避免銅箔產(chǎn)生壓眼、壓坑，保證銅箔的邊沿整齊，厚薄均勻。圖5-5陰鍛輻.端部全密封I一陰極碾2一密制墊 3一塑料端板與固定式密封不同，打開式密封采用橡膠0型圈來密封陰極輥筒端部，當(dāng)陰極輥筒即將進(jìn)入電解液液面時(shí)，0刑圈即固定在陰極輥筒的端部，隨著陰極輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，銅箔轉(zhuǎn)出液面，經(jīng)過水洗后，0型圈從陰極輥筒端部的密槽里被陽(yáng)極槽出口的導(dǎo)向輪剝離出來，當(dāng)銅箔剝離后，0型圈再通過陽(yáng)極槽入口處的另一個(gè)導(dǎo)向輪把膠圈送到陰極輥筒的端部。如此循環(huán)往復(fù)。打開式密封，由于銅箔在剝離時(shí)陰極輥筒沒有其它干擾，銅箔剝離簡(jiǎn)單，箔面烘干均勻，銅箔不容易氧化。0型密封圈最好采用空心的，內(nèi)充空氣，當(dāng)膠圈浸入電解液里受熱（55°C-60°C）后，膠圈變軟膨脹，可以得到最好的密封效果，當(dāng)0型圈隨陰極輥轉(zhuǎn)動(dòng)出液面后，隨著表面溫度的降低，膠圈變硬收縮，迫使膠圈內(nèi)的空氣，向浸在液里的部分流動(dòng)。膠圈內(nèi)的氣體不斷地隨著膠圈的熱脹冷縮而流動(dòng)，使處在液里的膠圈，始終是膨脹的，達(dá)到對(duì)陰極輥筒端面邊部的有效密封。

圖S-6打開式密封L陰極粗L。型密封圈3、導(dǎo)向輪4、PVC板圄5-7 生箔機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖0型圈槽3—陰極輟3-FVC端板4-輔助明極

盒5—。型圈6一導(dǎo)向輪7—?jiǎng)冸x輾&一銅箔9

一生箔機(jī)支禁I?！婖瓴?3)膠帶密封膠帶式是將陰極輥筒端部用耐酸膠板密封死，然后在使用不干膠帶或耐酸膠帶將陰極輥面的邊沿包嚴(yán)，達(dá)到密封的目的。(4)帶輔助陰極的結(jié)構(gòu)雖然打開式膠圈達(dá)到對(duì)陰極輥面邊部的有效密封，解決了圖5-4中陰極輥筒邊部邊緣效應(yīng)的問題，便于銅箔剝離，但是，銅箔剝離后剩余的毛刺將殘留在0型圈槽內(nèi)，附著在0型圈上，有掉到電解槽內(nèi)產(chǎn)生電孤的危險(xiǎn)，同時(shí)，剝離產(chǎn)生的銅箔毛刺殘屑，如果隨銅箔前進(jìn)，就會(huì)產(chǎn)生壓坑、劃痕、破洞等一系列的質(zhì)量缺陷。帶輔助陰極結(jié)構(gòu)的生箔機(jī)與打開式密封相同，塑料端板套裝在陰極輥的端面的外圓周上，端板與鈦筒之間開有環(huán)形0型圈溝槽，于陰極輥端面的外

側(cè)面固定有個(gè)導(dǎo)向輪，當(dāng)陰極輥筒即將進(jìn)入電解液液面時(shí)，0型圈即通過導(dǎo)向輪壓在陰極輥筒的端部，隨著陰極輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，銅箔轉(zhuǎn)出液面，經(jīng)過水洗后，0型圈從陰極輥邊部的密封槽里被導(dǎo)向輪剝離出來，再通過另一個(gè)導(dǎo)向輪把膠圈送到陰極輥的另一面，由另一組導(dǎo)向輪再送入密封槽里。環(huán)繞在陰極輥兩端邊緣，并且同步運(yùn)行的0型圈，作為一種絕緣體，在電解機(jī)大電流電解中起到了絕緣陰極輥兩端電流通過的作用。它阻檔了陰極輥表面邊緣電流向陰極輥兩端的流動(dòng)，因此，在由0型圈包裹的陰極輥表面邊緣，失去了電解的功效，即不可能再在0型圈部位電解沉積出金屬銅，并減弱了陰極輥筒兩端電場(chǎng)的“邊緣效應(yīng)”。由于深入到電解液中的0型圈，實(shí)際上在強(qiáng)大的電場(chǎng)下，陰極輥邊部容易產(chǎn)生銅粒子，因而在生箔從陰極輥上剝離時(shí)，難免會(huì)將銅粒子留在陰極輥邊部的0型圈上。出現(xiàn)這種現(xiàn)象后，0型圈上的銅粒子在電場(chǎng)作用下會(huì)逐漸增大，這樣就破壞了陰極輥邊部設(shè)置0型圈的目的。因此，必須需要不斷的將0型圈表面所帶上的銅粒子，在陰極輥運(yùn)行中隨時(shí)加以清除。對(duì)于電解銅箔而言，比較理想的是使用輔助陰極。一般生箔機(jī)采用的輔助陰極如圖5-8所示。輔助陰極盒上部水平伸出一掛鉤，外側(cè)面開有圓孔，內(nèi)部的輔助陰極支架上貼有輔助陰極板，輔助陰極盒通過掛鉤懸掛于陽(yáng)極槽的側(cè)板上，位于電解液液面以下陰極輥端面附近。殞5^為安放在陽(yáng)極槽內(nèi)的輔助陰極盒的榆造，輔助陰極掛耳電纜牛怖助陰極5-支掠輔助陰極板通有5V電壓的電流。電流為0-150A連續(xù)可調(diào)。由于0型圈與輔助陰極盒有電位差（0型圈為0伏，輔助陰極為負(fù)5伏），使得0型圈帶有的銅粒子，在電場(chǎng)的作用下，通過輔助極盒外側(cè)面的圓孔，轉(zhuǎn)移到輔助陰極板上。一般，生產(chǎn)3-4周，需對(duì)輔助阻極板進(jìn)行清理、更換。5.5尺寸缺陷銅箔尺寸缺陷主要是指面積質(zhì)量及厚度偏差，箔輪廓超標(biāo)。銅箔的單位面積質(zhì)量控制的基礎(chǔ)是前面已經(jīng)介紹過的法拉第電解定律。法拉第電解定律是自然科學(xué)中最嚴(yán)格的定律之一，它不受溫度、壓力、電解液濃度、電極和電解槽的材料與形狀等因素的影響。法拉第電解第一定律：在電解上所析出的物質(zhì)重量與電流強(qiáng)度和通過的時(shí)間成正比。也就是與通過的電量成正比。法拉第電解第二定律：在不同的電解液中，通過相同的電量時(shí)，在多個(gè)溶液中所析出的物質(zhì)質(zhì)量與它的化學(xué)當(dāng)量成正比，并析出的1克當(dāng)量任何物質(zhì)定通過96500庫(kù)侖電量。也就是說，電解時(shí)，在電極上析出（或溶解）的物質(zhì)的量（m）與通過的電量（Q）及該物質(zhì)的克當(dāng)量（A/n）的乘積成正比，可用下式表示：m=（1/F）*（A/n）*Q（式5-1）式中：F-電解時(shí)電極上析出（或溶解）1克當(dāng)量物質(zhì)時(shí)所需要的電量。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，這一電量等于96500庫(kù)倫，它是一個(gè)常數(shù)，一般稱為法拉第常數(shù)。A-反應(yīng)的物質(zhì)的原子量n-物質(zhì)的化合價(jià)在1秒鐘內(nèi)通過1安培電流，在陰極上析出的物質(zhì)重量叫物質(zhì)的電化當(dāng)量。電化當(dāng)量（k）與克當(dāng)量（A/n）之間的關(guān)系：k=（1/F）*（A/n）（式5-2）它表示各物質(zhì)的電化當(dāng)量與與它們的原子量成正比，與其化合價(jià)成反比。電化當(dāng)量的單位是毫克/庫(kù)倫，在使用時(shí)為方便起見，生產(chǎn)上常用安培-小時(shí)析出的物質(zhì)重量做單位，其單位為克/安?小時(shí)。雖然電化當(dāng)量的單位有毫克/庫(kù)倫和克/安小時(shí)兩種，但在銅箔電解生產(chǎn)中，一般用克/安小時(shí)居多。電解銅箔生產(chǎn)過程中可能涉及到的金屬的電化當(dāng)量列于表5-1。表5一1電解銅箔生產(chǎn)中常用的金屬的電化當(dāng)星名稱化學(xué)符號(hào)化合價(jià)_電化當(dāng).鼠（毫克佛倫）電化當(dāng)量|（克/安小口寸）CnI0.6S82,37220329鋅Zn203391.22鐐Ni20.3041.0953(12()3M30如20.6152,21440,3071.107銘（；「30J800.64760.08960324銀Ag1L1184.025由于副反應(yīng)的存在，通入電解槽的電量就存在一個(gè)效率的問題。實(shí)際析出的物質(zhì)的重量總是與理論上計(jì)算出的重量不一樣，實(shí)際析出的重量與理論計(jì)算出重量之比用百分率表示，稱為電流效率，常以“n”表示。n=M/（I*t*k）*100%（5-3）試中：M-實(shí)際析出的物質(zhì)重量（克）I-電流（安培）1-時(shí)間（小時(shí)）k-電化當(dāng)量（克/安?小時(shí)）根據(jù)電解定律和電化當(dāng)量，利用電流效率的公式，我們可以求出：電解過程的電流效率，電解時(shí)間、電解沉積的銅層的厚度以及生產(chǎn)量等。在酸性硫酸銅溶液中電解沉積生箔的電流效率一般可以達(dá)到97%以上。例如：以45000安培的電流生產(chǎn)厚度為18微米的銅箔。已知18微米銅箔面積重量為145g/m3，陰極輥直徑為2700mm，陰極輥輥面寬度為1370mm，假定電解銅箔的電流效率為97.5%，計(jì)算陰極輥的轉(zhuǎn)速。陰極輥的工作面積=2.7X3.14*1.37=11.615（平方米）覆蓋整個(gè)陰極輥筒表面銅箔的重量=11.615m2*145g/m2=1684（克）則電解需要的時(shí)間為：t=842/（45000*1.186*0.975）*100%=0.0323（小時(shí)）=1.938分鐘所以，陰極輥運(yùn)行速度為1.938分/周二0.516周/分鐘二4.37米/分實(shí)際生產(chǎn)中，一般根據(jù)工作電流、轉(zhuǎn)速與銅箔厚度的關(guān)系式來進(jìn)行調(diào)整。陰極電流、生箔機(jī)轉(zhuǎn)速與產(chǎn)品厚度之間存在的關(guān)系如下：（RDI}I/（V5）=K（式5-4）式中：I-電解槽電流，單位安培；V-陰極輥轉(zhuǎn)速，單位可以是拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速（或測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓），也可以是陰極輥的角速度、線速度等。6-銅箔面積質(zhì)量（或名義厚度），可以用9/m2，也可用微米、毫米等厚度單位來表示。式5-4的含義是電解銅箔的面積質(zhì)量與生產(chǎn)電流的大小成正比，與陰極轉(zhuǎn)速成反比。用公式表示則為：It/（V161）=I2/（V262）（式5—5）艮即原電流/（原轉(zhuǎn)速X原厚度）=現(xiàn)電流/（現(xiàn)轉(zhuǎn)速X現(xiàn)厚度）所以，在銅箔生產(chǎn)中，如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)某臺(tái)生箔機(jī)生產(chǎn)的銅箔面積質(zhì)量超重或偏輕，在電流不變的情況下，只需要將陰極輥的轉(zhuǎn)速同比例提高或降低即可。

鋼箱剖ri i電派分新Curt)7 !(x10測(cè))<mu)圖5—8朗極輟面錮箔厚度分布狀況正常下，銅箔的面積質(zhì)量在陰極輥面中間部位是均勻分布的，如圖5-9所示，由于邊緣效應(yīng)的影響，使得陰