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《電解銅箔生產(chǎn)與技術(shù)講座四》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、電解銅箔生產(chǎn)與技術(shù)講座四4.1電解原理與電解液雖然山于應(yīng)用銅箔制造企業(yè)不同使得所牛?產(chǎn)出的電解銅箔在性能上各有特色但制造工藝卻基本一致。即以電解銅或具有與電解銅同等純度的電線廢料為原料將其在硫酸中溶解制成硫酸銅溶液以金屬轆筒為陰極通過(guò)電解反應(yīng)連續(xù)地在陰極表而電解沉積上金屬銅同時(shí)連續(xù)地從陰極上剝離這工藝稱為生箔電解工藝。最示從陰極上剝離的一面光面就是層壓板或印刷線路板表面見(jiàn)到的一面反面第四篇、電解液與電解工藝二4.2電解銅箔的性能為電沉積過(guò)程電解銅箔的主耍性能是在銅箔電解過(guò)程中決定的。銅箔性能與電解沉積層的結(jié)構(gòu)緊密相聯(lián)系實(shí)際上人們正是通過(guò)控
2、制不同的電解沉積條件來(lái)獲得到晶態(tài)、微晶態(tài)甚金非晶態(tài)沉積層。各種新的電解沉積技術(shù)如脈沖反向脈沖技術(shù)的引入粗晶沉積層可以被轉(zhuǎn)化成細(xì)晶結(jié)構(gòu)其至選擇和控制固體微粒與沉積層基質(zhì)共沉積可以得到復(fù)合表而處理層等來(lái)制造不同性能的銅箔產(chǎn)品。作為一個(gè)電解銅箔技術(shù)人員在生產(chǎn)管理和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí)不僅要熟悉銅箔具體的生產(chǎn)流程而還要加強(qiáng)生產(chǎn)工藝、銅箔產(chǎn)品性能在各種環(huán)境及狀態(tài)下特性的諸多方面的研究和了解。本章將著重闡述銅箔是如何在陰極上形成為影響銅箔質(zhì)量的因素。電解銅箔的形成涉及到銅在陰極上的析出、氫在陰極上析出、其他金屬離子共同析出以及陽(yáng)極反應(yīng)等方血的問(wèn)題如果要獲
3、得厚度與性能均勻的箔材電流在陰極的分布、析出金屬與陰極電流分布的關(guān)系等必須一并考慮。4.2.1銅在陰極上析出4.2.11電解沉積過(guò)程銅的電解沉積過(guò)程是電解液中的銅離了借助外界直流電的作用直接還原為金屬銅的過(guò)程。金屬銅離子還原析出形成金屬銅的過(guò)程并不象一般人們所想象的那樣神秘也不同于一些教科書(shū)所說(shuō)的那樣在陰極發(fā)牛.Cu22eCu陽(yáng)極發(fā)牛H20SO42-H2SO402。因?yàn)榻饘俚碾娊獬练e牽涉到新相的牛成-電結(jié)品步驟。即使最簡(jiǎn)單溶液中的反應(yīng)也不是一步完成而應(yīng)包括若干連續(xù)步驟。如1銅的水化離子擴(kuò)散到陰極表而2水化銅離子包括失去部分水化膜使銅離了與
4、電極表而足夠接近失水的銅離了中主體的價(jià)電了能級(jí)提高了使之與陰極上費(fèi)米能級(jí)的電了相近為電了轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件。3銅離了在陰極放電還原形成部分失水的吸附原了。這是一種中間態(tài)離了對(duì)于Cu2來(lái)說(shuō)這一過(guò)程由兩階段組成第一步是Cu2eCu該步驟非常緩慢第二步是CueCu部分失水并打陰極快速交換電子的銅離子可以認(rèn)為電子出現(xiàn)在離子中和返回陰極中的概率大致相等即這種中間態(tài)離子所帶的電荷約為離子電荷的一半因此有時(shí)也把它稱之為吸附離子。4被還原的吸附離子失去全部水化層成為液態(tài)金屬屮的金屬原子5銅原子排列成一定形式的金屬晶體。由于銅的電結(jié)晶過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程雖然
5、人們對(duì)銅的電結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的研究過(guò)去一直以為銅的電結(jié)晶過(guò)程必須先形成晶核然后再長(zhǎng)大為晶體。近年來(lái)電結(jié)晶理論有了較人發(fā)展出現(xiàn)了諸如直接轉(zhuǎn)移理論、表面擴(kuò)張理論、位錯(cuò)品體生長(zhǎng)理論等等它們的共同Z處在于認(rèn)為金加電結(jié)品過(guò)程除需耍形成核外還可以在原冇棊體金屬的晶格上繼續(xù)長(zhǎng)大主要取決于電結(jié)晶的條件。但是應(yīng)當(dāng)指出無(wú)論是否形核冃前比較公認(rèn)的觀點(diǎn)是晶核的牛?成和晶核的成長(zhǎng)與電解過(guò)程的許多因素有關(guān)主要是電解液的特性、電流密度、電解液溫度、溶液的攪拌、氫離子濃度以及添加劑的作用等。4.2.1.2晶核的形成在陰極電解銅箔形成的過(guò)程中冇兩個(gè)平行的過(guò)程晶核的形
6、成和晶體的成長(zhǎng)。在結(jié)晶開(kāi)始時(shí)銅并不在陰極轆筒的表面上隨意沉積它只是選擇在對(duì)銅離子放電需要最小活化能的個(gè)別點(diǎn)上沉積。被沉積的金加品體首先在陰極轆主體金屬欽品體的棱角上牛?成。電流只通過(guò)這些點(diǎn)傳送這些點(diǎn)上的實(shí)際電流密度比整個(gè)表血的平均電流密度耍人的多。在靠近己牛成晶體的陰極部分的電解液屮被沉積銅離子濃度貧化于是在陰極主體晶體鈦的邊緣上產(chǎn)生新的晶核。分散的晶核數(shù)量逐步增加玄到陰極的整個(gè)表血?為金屬銅的沉積物所覆蓋為止。我們知道水溶液屮結(jié)晶時(shí)新的晶粒只冇在過(guò)飽和溶液中才能形成因?yàn)樾律傻木Я＞Ш耸俏⑿【w和人晶體比較它具冇較高的能屋因此是不穩(wěn)定的
7、。也就是說(shuō)對(duì)于小晶體而言是飽和溶液對(duì)于人晶體已經(jīng)是過(guò)飽和。因此在溶液中形成新的晶粒的必要條件是溶液達(dá)到過(guò)飽和。対于銅的電結(jié)品則必須在一定的超電位過(guò)電位下陰極表血才能形成品核。対于溶液中的結(jié)晶過(guò)飽和度越大能夠作為晶核長(zhǎng)大的微小晶粒的臨界尺寸越小它的形成功也越小晶核的生成速度也越大。對(duì)于銅的電結(jié)晶過(guò)程而言也類似超電位也稱之為超電位越人晶核生成越容易晶核生成速度也越人。晶核的生成速度除隨著超電位的增大新晶核的形成速度迅速增大外還與晶面指數(shù)有關(guān)。這是由于不同晶面上點(diǎn)陣排布方式不同緊鄰的原子數(shù)也不和同因此不同品面上的交換電流密度不一樣在相同電流密度
8、下的電化學(xué)超電位也不一樣以致不同品面上的晶核生成速度出現(xiàn)差別。例如沉積在銅的111100和110晶面的原了將分別與34和5個(gè)晶格原了相鄰并與它們鍵合。隨看相鄰接原子數(shù)目增多銅在該晶面沉積速度增
