本文關鍵詞：銅箔表面刷鍍—去合金化處理工藝基礎及機理

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【摘要】：銅箔是制造印刷線路板和鋰離子電池等的關鍵材料之一。銅箔與樹脂基板壓合之前,通常需要對銅箔進行表面處理,使其具有較好的防氧化、防擴散、耐腐蝕等性能以及有利于獲得與樹脂基板間高的結合強度。傳統(tǒng)的銅箔表面處理工藝包括粗化、固化等工序,存在著工藝流程長、生產(chǎn)效率低、所需設備復雜、能耗大、污染重、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品的質量和性能難以滿足快速發(fā)展的電子信息行業(yè)等對銅箔提出的更高使用品質要求等問題。本論文以壓延銅箔為研究對象,對銅箔表面進行刷鍍、去合金化和偶聯(lián)化處理,制備新型表面處理銅箔。研制銅箔表面連續(xù)自動化刷鍍處理實驗裝置,在此基礎上系統(tǒng)研究雙層化(刷鍍合金層)、多孔化(去合金化層)、偶聯(lián)化(硅烷偶聯(lián)劑處理層)鍍層的形貌、性能及影響因素和形成機理,為高性能表面處理銅箔的開發(fā)與應用、以及刷鍍和去合金化技術的推廣應用奠定基礎。主要研究結果如下：研制了銅箔表面連續(xù)自動化刷鍍處理實驗裝置。該裝置包括注液泵、鍍筆、傳送輥、卷取機和壓力傳感器等。采用卷曲輥實現(xiàn)銅箔連續(xù)傳輸,通過調節(jié)注液泵的功率和注液泵中的液體流速調整鍍筆出液孔流速,通過控制卷曲電動機的轉速控制鍍件的鍍速；通過壓力傳感器控制鍍筆施加在鍍件上的壓力。探明了刷鍍液成分和刷鍍處理工藝對銅箔表面鍍層質量的影響規(guī)律。鋅/鎳主鹽質量比、刷鍍時間和刷鍍電壓是鋅-鎳合金層耐蝕性的主要影響因素。隨著鋅／鎳主鹽質量比由75/25減小到60/40、刷鍍時間由30 s增加到90 s、刷鍍電壓由18 V降低到10 V,鋅-鎳合金層耐蝕性提高。隨刷鍍電壓由18 V降低到10 V、刷鍍時間由120 s縮短至40 s、刷鍍液中檸檬酸濃度由70 g/L增加到90 g/L、酒石酸鉀鈉濃度由10 g/L增加到30 g/L,錫-鋅合金層表面粗糙度增大。揭示了刷鍍微作用力對鍍層質量的影響規(guī)律及對鍍層形貌和性能的作用機理。在刷鍍過程中,隨著刷鍍作用力由0.3 N增加到1.8 N,鋅-鎳合金層表面逐漸變致密、晶粒細化、鍍層表面顆粒生長方向傾斜有序度增加。刷鍍微作用力和電場力共同作用促進晶粒生長�；谖锢砹W理論,建立了刷鍍微作用力對鍍層形貌及性能的作用模型。闡明了去合金化處理工藝對錫-鋅合金層表面粗糙度的影響規(guī)律以及去合金化錫-鋅合金層表面與稀硫酸腐蝕液表面位置關系對鍍層抗剝離強度的影響機制。去合金化過程中,鍍層表面與腐蝕液表面之間的位置關系對錫-鋅合金層表面粗糙度影響最大。重力是影響去合金化效果的重要因素。合金層與腐蝕液上表而夾角0°去合金化時,腐蝕產(chǎn)物受重力作用沉積在鍍層表面,阻礙去合金化進程,去合金化后鍍層表面粗糙度約0.5 μm,抗剝離強度為0.89N/mm；夾角180°去合金化時,腐蝕產(chǎn)物受重力作用進入腐蝕液中,無法在鍍層表面沉積,促進了去合金化進程,去合金化鍍層表面粗糙度約1 μm,抗剝離強度為1.1 N/mm。90°去合金化除了受重力影響外,化學反應電動勢也是影響反應程度的重要因素。從上部至下部,鍍層表面粗糙度逐漸從1 μm減至0.4 μm,抗剝離強度也由1.2 N/mm逐漸降低至0.3 N/mm。弄清了硅烷偶聯(lián)化工藝對多孔化錫-鋅合金層連接性能的影響規(guī)律及機理。隨著硅烷溶液中硅烷偶聯(lián)劑KH550濃度由5wt.%升高到33.3 wt.%、硅烷溶液水解時間由10 min延長至60 min、固化溫度由80℃升高至200℃,鍍層表面抗剝離強度先升高后降低,分別在硅烷偶聯(lián)劑濃度增大到10wt.%、硅烷溶液水解20 min、固化溫度160℃時,鍍層抗剝離強度增大到1.6 N/mm;隨著硅烷溶液固化時間由0.5 h延長至3 h,鍍層抗剝離強度逐漸升高,固化1 h時鍍層抗剝離強度即達到1.6 N/mm,固化3 h得到最大抗剝離強度1.99N/mm。硅烷偶聯(lián)劑不僅在鍍層表面吸附,而且會沿三維孔洞結構向內延伸。鍍層剝離包括鍍層內部剝離、鍍層與硅烷偶聯(lián)劑層界面剝離和硅烷偶聯(lián)劑層與聚酰亞胺膜層剝離多種剝離方式共同作用。設計了新型表面處理壓延銅箔并開發(fā)了壓延銅箔表面雙層化(鋅-鎳合金層、錫-鋅合金層)、多孔化和硅烷偶聯(lián)化的處理新工藝。采用自行研制的銅箔表面連續(xù)自動化刷鍍處理實驗裝置對銅箔表面鍍覆鋅-鎳合金層,在鋅-鎳合金層表面鍍覆錫-鋅合金層,制備雙層化表面處理銅箔。獲得了耐蝕性良好、表面光滑平整且對銅元素的遷移擴散具有很好的阻擋作用的鋅-鎳合金層；刷鍍所得錫-鋅合金層表面粗糙度約為356 nm,在錫-鋅合金層與稀硫酸腐蝕液上表面夾角180°條件下進行多孔化處理,提高了錫-鋅合金層的表面粗糙度和孔隙率,得到最大粗糙度值約1 μm的雙層化-多孔化表面處理銅箔：對鍍層表面進行硅烷偶聯(lián)化處理,得到抗剝離強度達到1.99 N/mmm的雙層化-多孔化-偶聯(lián)化表面處理銅箔。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1291017