1·实验
1.1原料
三氧化铬,氢氧化钾,硫酸镍,钼酸钠,柠檬酸,稳定剂,玻璃纤维环氧树脂半固化片(FR-4料),软水,以及厚度35μm的电解铜箔。
1.2电解铜箔的表面处理工艺
为了提高电解铜箔的剥离强度和防氧化性能,需要对其毛(M)面和光(S)面进行表面处理[9],工艺流程分述如下。
(1)毛箔M面处理流程:酸洗—粗化—固化—水洗—锌合金—水洗—电镀铬(或电镀镍钼合金)—水洗—硅烷偶联剂—烘干。
(2)毛箔S面处理流程:酸洗—水洗—锌合金—水洗—电镀铬(或电镀镍钼合金)—水洗—烘干。
1.2.1酸洗
采用高酸低铜溶液,主要目的是清洗掉毛箔表面的氧化层,以便后续处理。
1.2.2粗化
与酸洗液成分相当,主要目的是增加毛箔M面的活性基点,提高铜箔的剥离强度。
1.2.3固化
镀液组成为高铜低酸,不仅能提高铜箔的剥离强度,而且能防止表面粗化层脱落。
1.2.4锌合金电镀
为锌–镍合金镀液,主要是保证铜箔S面和M面具有一定的高温防氧化性能。
1.2.5硅烷偶联剂处理
采用一定浓度的KH560偶联剂,主要是提高铜箔的剥离强度,也有助于提高常温防氧化性能。
1.2.6烘干
采用150~300°C的热风将铜箔S面和M面吹干,便于储存。
1.3电解铜箔电镀铬和电镀镍钼合金的镀液组成及工艺条件
电镀铬和电镀镍钼合金的镀液组成及工艺条件见表1。
2·铬镀层和镍钼合金镀层的性能比较
2.1表面处理前后铜箔的抗拉强度及延伸率
抗拉强度和延伸率是衡量电解铜箔质量好坏的两个重要内在性能指标。如果铜箔的延伸率和抗拉强度较高,根据物体的热胀冷缩性能,那么在铜箔压成线路板时就不容易出现由于高温或低温引起的断路现象。表2给出了35μm电解毛箔和经过表面处理铜箔的高温和常温抗拉强度及延伸率的测量结果。常温抗拉强度由LD-1000A型1级电子式拉力试验机(济南嘉正仪器制造有限公司)测得;高温抗拉强度测试采用自制的高温抗拉强度仪,该仪器由常温抗拉强度仪和101A-2型电热鼓风干燥箱(龙口市电炉制造厂)组成,将常温抗拉强度仪中铜箔拉伸段移入电热鼓风干燥箱中,待温度升至180°C时进行测量。
对表2的数据分析可知,电解铜箔和经过表面处理粗化箔的抗拉强度和延伸率的变化均在要求的范围内,表面电镀铬和电镀镍钼合金试样的抗拉强度和延伸率均无明显差异。因为粗/固化层、电镀铬层或电镀镍钼合金层的厚度相对于铜箔本身的厚度来说比较小,表面处理只是在毛箔微观凸起的中上部形成了少量沉积层,基本上不会影响电解铜箔的延伸率和抗拉强度,所以延伸率和抗拉强度主要取决于电解毛箔本身。尽管不同镀层造成铜箔的抗拉强度和延伸率有细微的差别,但均达到国家标准(GB/T5230–2000《电解铜箔》),符合生产要求。
2.22种镀层的耐高温氧化性
2.32种镀层的常温防氧化性能
分别对电镀铬和电镀镍钼合金后的铜箔进行常温防氧化性能测试,具体步骤如下:
(1)每台机列取测试样一张,尺寸为300mm×1290mm),均匀地裁切成4张150mm×150mm的样品,取样时注意保护铜箔光面,避免汗水、唾液等外来杂物污染。
(2)运行LHU-213型恒温恒湿箱,设置试验条件,即温度80°C,相对湿度90%。
(3)用不锈钢钎从样品边角处穿入,每张样品之间保持一定的距离,悬置于恒温恒湿箱内,测试24h后检查铜箔光面的氧化情况。
根据客户要求及行业生产标准制定的判断依据为:氧化点个数A=0为优,1≤A≤2为合格,A>2为不合格,表3给出了试验结果。
由表3的实验数据得知,电镀铬试样和电镀镍钼合金试样在150mm×150mm范围内的氧化点个数都合格,满足客户要求。由此可见,电镀镍钼合金镀层和电镀铬镀层的常温防氧化性能相当,都能满足生产的要求。
2.4剥离强度及劣化率
图1为试样蚀刻后和剥离强度测试后的照片。观察已蚀刻掉铜箔的基板可以发现,2种镀层试样在基板上均无残留物,应该蚀刻掉的部分被完全蚀刻干净,而且两者在蚀刻液中的蚀刻速度也相当。
综上所述,电镀铬和电镀镍钼合金的铜箔的化学性质都比较稳定,在印制电路板蚀刻时,可以最大限度地避免侧蚀现象的发生,保证线路板质量的稳定。
3·结论
从满足电解铜箔生产要求的方面着手,对电镀铬镀层和有望代铬的电镀镍钼合金层进行了一些性能上的比较,得出以下结论:
(1)高、常温抗拉强度和延伸率是电解铜箔本身固有的物理性能,通过表面粗化、固化、电镀铬或电镀镍钼合金等一系列处理后,电解铜箔的抗拉强度和延伸率均未发生下降。
(2)电镀镍钼合金试样的高温耐氧化性能好于电镀铬试样,而两者的常温防氧化能力相当,均满足生产要求。
(3)电镀铬层覆铜板的剥离强度和劣化率均好于电镀镍钼合金层的覆铜板试样,但都符合生产要求,并且两者的蚀刻速度相当,蚀刻后基本无残留物,保证了PCB厂家的质量稳定。