電解銅箔花斑缺陷問題的研究

王建智 樊斌鋒 李應(yīng)恩

摘 要：花斑缺陷在一定程度上制約著電解銅箔的品質(zhì)，結(jié)合筆者所在公司現(xiàn)有生產(chǎn)條件，從微觀形貌、流量因素、溶液溫度及極化因素等方面簡(jiǎn)要分析了花斑產(chǎn)生的原因，不斷完善相關(guān)技術(shù)積累，降低生產(chǎn)異常，該研究具有極大的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)意義。

關(guān)鍵詞：電解銅箔 花斑 流量 溶液溫度

中圖分類號(hào)：TF146.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0045-02

隨著電解銅箔市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)厚度小于12 μm的高性能電解銅箔也在逐年擴(kuò)大[1]。但是，目前所有銅箔企業(yè)均受制技術(shù)所限，在極為苛刻的設(shè)備及工藝環(huán)境下，銅箔產(chǎn)品易形成花斑、針孔、水波紋等缺陷[2-3]，給企業(yè)及行業(yè)的發(fā)展造成很大的困難。其中，花斑就是在銅箔毛面表面上出現(xiàn)花型的小白斑，其一般是連續(xù)出現(xiàn)的。

該文是在筆者所在公司現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，簡(jiǎn)要分析研究了花斑缺陷所產(chǎn)生的原因，力爭(zhēng)在現(xiàn)有工藝及設(shè)備條件下，不斷完善及擴(kuò)充技術(shù)資料的積累，從而對(duì)解決花斑影響銅箔性能的問題有著重要意義，具有良好的前景和應(yīng)用價(jià)值。

1 工藝流程

在該公司現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，保持Cu2+ 濃度70～95 g/L、H2SO4濃度90～120 g/L，加入一定量的明膠、聚乙二醇等添加劑制備不同厚度的電解生箔。電鍍結(jié)束后，取出樣品。用純水清洗，吹風(fēng)機(jī)吹干后采用日立S-3000H型掃描電子顯微鏡進(jìn)行表面形貌測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌

選取相同的整流柜，電流密度大小相同，均為35～65 A/dm2，保證了機(jī)列對(duì)比的前提。首先取花斑的南側(cè)邊部樣品和正常下卷的樣品，進(jìn)行電鏡分析，看二者在電鏡下的表觀狀況有何不同。圖1為采用該工藝制備的有花斑的電解銅箔M面×500 SEM照片。

從圖1中可以看出，銅沉積形成大的銅顆粒后，在銅顆粒上有較多的小顆粒沉積在上面，幾乎每個(gè)銅顆粒上都有較多的小顆粒沉積在上面，導(dǎo)致銅顆粒較大，而且疏松；再看正常下卷的樣品的電鏡照片，如圖2所示。

從圖2中可以看出，銅箔表面上不僅有大顆粒，而且有小顆粒，在大顆粒表面上幾乎沒有小顆粒沉積在上面，小顆?；旧隙荚诠鹊孜恢蒙L(zhǎng)，大顆粒和小顆粒交錯(cuò)生長(zhǎng)，顆粒較花斑上的銅顆粒小，而且致密。根據(jù)電鏡下的照片分析，可以輕松得出答案，花斑是極化較大造成的，具體是電化學(xué)極化還是濃差極化，還有待于進(jìn)一步討論。流量低和溫度低都會(huì)導(dǎo)致濃差極化的產(chǎn)生。

2.2 流量因素

取發(fā)現(xiàn)花斑時(shí)的數(shù)據(jù)為第一組數(shù)據(jù)，跟蹤兩天后的數(shù)據(jù)為第二組數(shù)據(jù)。兩組數(shù)據(jù)對(duì)比圖如圖3所示。

從圖3可以看出，第一組數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)生花斑的3#的流量確實(shí)是1sys所有機(jī)列中最低的，與第二組數(shù)據(jù)相比，1#、2#、4#、5#、6#、9#、10#的流量明顯高于第二組數(shù)據(jù)，3#的流量數(shù)據(jù)相同，但是前后兩次觀察銅箔表面狀況，只有3#有花斑，而且第二次時(shí)的花斑小于第一次。首先看一下前后兩次數(shù)據(jù)時(shí)的1sys銅箔規(guī)格。

從圖4可以對(duì)上述的問題進(jìn)行解釋，那就是不同規(guī)格的銅箔所能承受的最低流量不同，如同第二次數(shù)據(jù)時(shí)，2#和3#流量相同，沒有產(chǎn)生花斑，但是6#和9#的流量也低于3#，規(guī)格相同，卻沒有產(chǎn)生花斑，流量可能不是導(dǎo)致花斑產(chǎn)生的主要原因。

2.3 溶液溫度因素

溶液溫度有上液溫度和回液溫度兩種，對(duì)電解槽中溶液溫度無法測(cè)量，電解槽在電解的過程中會(huì)發(fā)熱，所以回液溫度一定大于上液溫度，可以根據(jù)上液溫度和回液溫度之間的差值，大致對(duì)電解槽中的溶液溫度進(jìn)行評(píng)價(jià)，其兩組數(shù)據(jù)對(duì)比如圖5所示。從圖5可以看出，上液溫度1和上液溫度2進(jìn)行對(duì)比，3#和4#的上液溫度較低，同時(shí)第二次數(shù)據(jù)的8#溫度較3#低，但是第二次數(shù)據(jù)時(shí)，8#的規(guī)格為12 μm銅箔，可能不同規(guī)格的銅箔對(duì)溫度的下限不同。再看回液溫度，3#和4#在第一組數(shù)據(jù)時(shí)的回液溫度較低，但是4#回液溫度較3#回液溫度略高一點(diǎn)，這不僅可以解釋第二次的花斑明顯較第一次輕的原因，而且可以解釋第二次數(shù)據(jù)時(shí)，6#和9#流量低于3#流量，規(guī)格相同，為什么沒有產(chǎn)生花斑的原因。

分析認(rèn)為，溶液的溫度低導(dǎo)致溶液中的離子擴(kuò)散速度變慢，但是電化學(xué)極化卻很小，即銅離子在陰極輥表面沉積的速度很快，導(dǎo)致陰極輥附近的銅離子濃度變小，不能有效地對(duì)陰極輥上沉積的銅離子進(jìn)行補(bǔ)給，就會(huì)導(dǎo)致銅離子不是沉積在陰極輥的表面，而是沉積在其他銅顆粒上面，就會(huì)出現(xiàn)花斑，也就是前面所說的與花斑的電鏡照片一樣的效果。

3 結(jié)語

流量因素還需進(jìn)一步研究分析，溶液溫度及極化因素是產(chǎn)生花斑的主要原因，但可能并不是花斑產(chǎn)生有意義的原因。進(jìn)一步探索出花斑產(chǎn)生的真正機(jī)理，不斷積累相關(guān)的技術(shù)資料，降低生產(chǎn)異常，具有極大的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 王平，袁智斌.我國(guó)電解銅箔未來發(fā)展方向的思考[J].銅業(yè)工程，2009（2）：24-26.

[2] 趙玲艷.電解銅箔工藝條件及其添加劑的實(shí)驗(yàn)研究[D].江西理工大學(xué)，2008.

[3] 易光斌.電解銅箔組織性能及其翹曲產(chǎn)生機(jī)理研究[D].南昌大學(xué)，2014.