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摘要:电解铜箔是电子工业的重要原料。可用于印制电路板和锂离子电池。电解铜箔表面的普通镀锌层只能解决铜箔的耐热性问题，而不能完全解决铜箔的耐蚀性问题。它越来越不能满足应用的需要，添加剂是解决这一问题的有效方法之一。
关键词:电解铜箔；稀土添加剂；耐蚀性
1 电解铜箔的发展趋势
电解铜箔是生产铜箔的主要原料。目前，大多数铜箔用于印刷电路板的制造。随着印刷电路板向多层、薄型化、高密度、高速化方向发展，对电解铜箔的更新提出了更高的要求，使电解铜箔呈现出如下的发展趋势。
1.1铜箔厚度向超薄方向发展
自2000年以来，超薄铜箔（12微米和小于12微米）已经在日本印刷电路板的制造中使用。日本三井有限公司开创了一个3至5微米的超薄铜箔的载体的开发。在超薄铜箔的技术，它的载体的制造技术是一种很重要的环节。日本福田公司开发为9微米的无载波超薄铜箔的产品。在2001年在类型的载体而言，一些日本制造商最近开发的膜载体代替传统的金属载体，以提高印刷电路板的制造的性能。
1.2特殊性能铜箔用途普通化
为了提高电子产品的性能，在军事和航天领域具有特殊性能的铜箔，如高温高延展性铜箔、退火铜箔等，在一般电子产品中得到了广泛的应用。
1.3涂树脂铜箔需求渐增
传统的铜箔基片已不能满足要求，适应印刷电路板向线路细小和微细孔的方向发展，高密度互连技术的发展提供了广阔的涂覆树脂铜箔应用区域。
1.4应用领域越来越广阔
自1990年期间印刷电路板的出现，电解铜箔的唯一用途是在印刷电路板的制造。随科学技术的不断发展，锂离子电池的问世，让电解铜箔应用到新领域。金属箔是用于锂离子电池的集电体的主要材料。电解铜箔具有良好的导电性，适度的潜力，提供给绕组，低成本性等的优点它已成为最大的锂电池制造商在国内外以产生用于锂离子电池的负电流的主要选择。
2 电解铜箔添加剂的作用
镀铜电解液可分为氰化镀铜和无氰化镀铜。氰化镀铜虽然具有许多优良的质量，但由于其毒性高，在生产过程中，对操作人员的健康和运行环境造成了极大的危害；硫酸盐镀铜工艺简单、电流效率高、成本低、操作方便以及平整性好等优点，得到了广泛的应用。在镀铜电解液中加入适量的添加剂，可以取得性能要求的铜箔。目前工业上常用的添加剂由载体、整平剂、光亮剂三部分组成。
2.1载体
载体多为表面活性剂，可降低表面张力，增强溶液在电极上的润湿效果，减少针孔，增加阴极极化。在这些酸光亮铜电镀液，聚乙二醇，聚酰亚胺和聚氧乙烯的各种非离子表面活性可用于各种光亮剂好的分散剂和载体。这不仅可以扩大光亮区域的范围，而且可以提高涂层的质量。提高了低电流区的整平度以及光亮度，提高了低电流区的覆盖能力。
2.2整平剂
整平剂是能够改善镀覆层的平坦性，使镀覆层比衬底的表面光滑，并且改善亮范围的铜镀覆层的低电流密度区域的材料。有机分子，如硫脲衍生物和染料，通常包含氮杂环化合物。
整平作用只有金属沉积物通过电化学极化的控制，并且只有吸附在电极上，并还能抑制电沉积，导致添加剂发挥平整的作用。在电沉积过程中，吸附在表面上的整平剂分子被连续消耗，消耗速度比从溶液体中的整平剂到电极表面的扩散更快，换句话说整平剂的平坦效果是受扩散控制。
2.3 光亮剂
该光亮剂的主要功能是增加阴极电流密度，细化晶粒涂层，并与载体和整平剂一同结合，致使镀层更具有光泽。酸性镀铜光亮剂可以追溯到1940年，最早使用的光亮剂是硫脲和硫脲衍生物。当时它被称为一种主要的光亮剂。同时加入少量表面活性剂作为润湿剂。当初使用的整平剂是有机染料。有机染料被称为二次添加剂。有机聚硫的研究和利用大大提高了酸性镀铜工艺的性能。
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3 添加剂作用
电镀过程中的各种因素都会影响添加剂的作用。从金属电沉积过程的速率控制过程中，添加剂的作用是在电极上的电活性颗粒或添加剂的扩散、电荷的转移或吸收原子进入晶格的过程。
3.1控制扩散
一般正常情况下，金属沉积的速率取决于在阴极上而不是金属离子的扩散的添加剂的扩散。由于金属离子的浓度大概是添加剂的105倍，对金属离子而言，电极反应的电流密度比其极限电流密度低得多。添加剂扩散控制的基础下，大部分的添加剂活性中心、吸附在表面张力以及特殊晶面的突出物扩散、吸附，导致吸附原子在电极表面凹陷部分转移晶格中。因此，它起到了光亮整平的作用。
3.2 控制非扩散
根据电镀的非扩散的因素，添加剂的非扩散控制机制可分为电吸附、复合物形成（包括离子桥）、改变了电极的表面张力、离子对、改变电位置和析氢作用。
3.2.1电吸附
第一种类型的电吸附的是一个“结构敏感”：该添加剂的吸附具有选择性，吸附的尺寸、酸度、有效电子对数、碱度和形状对其有影响。另一种类型的电吸附是“电流密度敏感的”或“形状敏感”：该添加剂的吸附依赖于电极的表面形貌。因为在电极的凹面的低电流密度，在凸部的电流密度高，并且该添加剂在高电流密度，这有利于金属离子的凹表面上的沉积优先吸附。
3.2.2形成络合物
金属离子形成具有在溶液中的溶剂或其他配体的复合物，并且复合物被排出到形成所述吸附颗粒之前络合反应必须进行络合。一般情况下，配合物可以形成具有与金属离子不同配位数的多个复合物。这些配合物的浓度可以根据一系列的配合物稳定常数来计算。金属沉积可以是任何配合物放电的结果，沉积速率是由最快速还原络合物决定的。如琥珀酸、酒石酸和盐类，在低浓度下通常被视为添加剂，而不是配体。这些化合物加快金属电沉积反应的低浓度，但形成在高浓度的复合物，以防止反应。金属离子与添加剂结合后，添加剂被吸附在电极上，提高了金属离子在电极表面的吸附速率和吸附量，加快了金属离子的阴极还原。它通过在阴极中添加粒子和金属离子加速对复合电子的沉积。在吸附的水或离子的形成，水合金属离子的部分损失可被减小，并且离子可以选择性地加速在合金某种组分的沉积速率。
3.2.3改变电极表面张力
高效氟表面活性剂、长链磺酸盐以及季铵盐等的表面活性剂能够取代电极表面的一些杂质颗粒。一方面抑制电极，另一方面使暴露的电沉积的表面张力均匀，有利于吸附原子扩散到合适的生长点。当表面活性剂浓度低于临界胶束浓度时，在电极表面形成一层定向膜，其表面张力较低，可在界面上润湿氢等非极性物质。有利于这些非极性物质从电极表面溢出。大多数状况下，倘若这些薄膜有电荷，它们吸引还原各向异性离子到电极的表面上的放电。由于在电镀液中的增加表面活性剂的浓度，添加剂将吸附在电极的表面多层，从而改变电极的界面特性，导致对放电极的反应速率以及电颗粒的电沉积造成一定的影响。需要去除水化层，确保水合例子能够借助表面活性剂顺利排出。
3.2.4改变析氢
金属电沉积过程中存在着析氢反应。将H 2沉淀物可以在不仅可以用作弱光亮剂和整平剂，而且可导致镀层是疏松多孔的。所以，低压电镀能够减少吸附在电极的表面上的氢原子的量，从而使镀层更为致密。尤其是添加剂没有达到饱和溶解度，可以改变氢析出条件（例如在电极表面的pH值和电极的亲水性等），从而阻碍了在电极上的氢原子的结合。消除电极的表面上产生的氢气的一部分，在电镀过程中降低了析氢的量，导致了镀层平整、光滑。另外，该添加剂也可以改变电极表面的电荷密度。
四 结束语
因此，电沉积方法和设备的不断发展和创新已成为当前研究的重点。另外，在实验室研究中，实验参数应接近生产现场，应尽可能选择合适的添加剂，并确定添加剂的合理比例。得到的铜箔内应力较小，铜箔缺陷较少，在光亮的表面上具有致密的晶粒组织。优质均匀分布的电解铜箔对指导工业生产具有重要意义。
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论文作者:刘晓燕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/21
标签：铜箔论文; 电极论文; 添加剂论文; 光亮剂论文; 离子论文; 金属论文; 镀铜论文; 《防护工程》2018年第34期论文;