专利名称:双毛面铜箔的制作方法
本申请是1986年6月20日递交的美国专利申请号为877211的部分继续申请。
本发明涉及电镀领域，尤其是涉及两侧具有粗糙表面或无光毛面的电积铜箔，这种铜箔在制造多层印刷电路板方面具有特殊的应用。
迄今为止，常用的电积铜箔在与电镀滚筒接触的一侧具有一个光滑的表面，而另一表面为粗糙的或无光毛面。通常，毛面的平均粗糙度大约为5～10微米，尽管也可以是15～20微米或更大，或相反地为2～3微米或更小。众所周知，在印刷电路板叠片生产中，通过将铜箔的毛面接合在基体上，在铜箔和电路板基体间能获得显著改善的附着性。
随着多层的出现，即多片铜箔和基体的交替层的叠片或夹层的出现，不仅需要将铜箔接合在一片基体上，而且需要将铜箔接合在两片基体上，即在每片铜箔的上方和下方各接合一片基体。这样，一片基体被接合在毛面上，而另一片基体接合在称为光滑的铜箔表面上。正如预料的那样，在光滑面和与其邻接的基体间的附着性方面面临着许多问题。例如，通过对35微米(1oz.)铜箔进行标准的拉力试验，测得基体和毛面间的典型的附着力为13磅，但是尽管经过特殊处理，在第二片基体和光滑的铜箔表面之间，也仅能获得6磅的附着力。这就会导致在制成的多层电路板中屡屡出现脱层事故。
脱层问题早已被印刷电路工业所意识到，这有大量的杂志文章为证。例如，这样的文章包括《多层问题预防研究》(见《电子组装和生产》，1982年7月刊，第211页)，《印刷电路技术》(见《绝缘/电路》，1981年5月刊，第25页)，和《多层脱层阻力的试验》(见《绝缘/电路》1980年7月刊)。
至今，对于多层附着问题所提出的解决方案通常包括某种类型的二次沉积处理，对铜箔的光滑表面进行化学或电化学氧化，或涂覆上一种增强附着力的粘合剂。由Luce et al在第23，293，109号美国专利中公开的一种二次沉积工序就是这样一种处理，其中铜-铜氧化颗粒的粉末状覆盖层，以无规律的簇状沉积，而形成许多附着到铜箔上的凸起物。虽然这种技术确实能多少提高一些附着力，但是仍不能使附着力提高到与铜箔毛面上得到的附着力相等，而且/或通常在后续的电路板制造工序(如钻孔、焊接和类似工序)中会产生新的问题。
在制造多层板中，已经证实了的、非常严重的铜箔缺陷是所谓的“针孔”和/或气孔问题。早已得知，电积铜箔易于产生气孔或微小的针孔，这些极小的孔用肉眼靠近观察即可看到，其孔径通常大约为10微米(气孔)到100微米(针孔)。虽然在制造传统的单层电路板中会出现针孔问题，但在制造多层板中此问题更加严重。
至今已经提出过许多生产无针孔的铜箔的方案，但是到目前为止，这些方案在实践中证明仅能减少针孔的数目，而不能根除它们，但彻底根除针孔却是印刷电路工业所期望的，并且目前急需应用多层板。
附图中图1示意性地图示了生产本发明的新型铜箔的一种优选方法;
图2示意性地图示了生产新型铜箔的一种替换方法;
图3示意性地图示了生产本发明的新型铜箔的另一种替换方法;
图4和图5为本发明的新型铜箔每面的电子扫描显微照像的对照图;
图6是本发明的新型铜箔的横截面的显微照像图;
图7示意性地图示了生产本发明的新型铜箔的另一种替换方法。
本发明的一个目的是克服在此以前多层电路板中存在的附着力方面的问题，彻底根除针孔，并提供一种具有两个毛面且两毛面相互导电的新型铜箔。本发明的另一目的是提供生产上述铜箔、进而提供用该铜箔生产用于制造印刷电路的新型叠片的方法。本发明的双毛面铜箔是以如下方式生产的利用传统的电镀技术沉积出具有预定厚度的第一层铜箔，取下电镀滚筒上的铜箔，然后在第一层铜箔的平滑表面上沉积第二层铜箔，由此生产出具有两个毛面的复合铜箔。复合铜箔的厚度一般为5～50微米左右，尽管其厚度也可是350微米或更厚，或者也可以薄到能够对无载体的铜箔进行处理的可应用的程度。通常，大多数工业用箔的厚度为18～70微米左右。铜箔的第二沉积层的厚度应该是最终复合铜箔总厚度的1～90%左右，最好为25～75%左右。
除了彻底根除了针孔以外，本发明的铜箔还具有其他一些独特的优点。所述的两沉积层可以具有相同或不同的厚度，也可以是具有相同或不同冶金特性的铜，并可以具有基本相同或根本不同的轮廓。“轮廓”与每侧毛面的粗糙度有关。厚度大约为18微米的传统铜箔(常称为1/2oz.铜箔)，通常具有较低的轮廓，即粗糙度(尽管不是典型的)大约为3～5微米;而称为1oz.箔的铜箔具有较高的轮廓，即大约为10～15微米。一般来说，较薄的箔趋于具有较低的轮廓，而且通常被视为较理想的轮廓，例如，1/2oz.沉积层通常被认为具有较1oz.箔好得多的轮廓，通常还认为较薄的箔在高频下具有较均匀的阻抗。本发明具有获得特定轮廓的能力，即有能力提供所需的具有与1/2oz.箔或1/4oz.箔相应的轮廓的1oz.箔。
在沉积之后，对箔进行各种传统的镀后处理，以进一步提高附着力、防止基体锈蚀等。例如，在使用环氧基体制造印刷电路板的情况下，Luce et al的第3，585，010号美国专利中指出可以使用锌、铟或黄铜的薄层。
图1示出了生产本发明的双毛面箔的一种优选方法。铜箔1的第一沉积层沉积在阴极滚筒12上，滚筒12顺时针转过设置在适当的电镀液14中的阳极13，电镀液是容装在传统的槽10中的。在与滚筒12接触的一侧具有光滑表面的铜箔1，接着在一个或多个控制机构上传送，如所示的辊子机构6和7，而进入槽10a内的电镀液中，在那里，铜箔1的毛面铺置成与阴极滚筒12a接触，滚筒12a在槽10a中反时针转过电镀液14a中的阳极13a。由此，另一层铜就沉积在铜箔1上，从而生产出两侧都具有毛面的复合铜箔1a。箔1a由传统的控制机构，如辊子8传送到卷带辊(未示出)，和/或传到一种或多种二次沉积处理电镀液中，这些电镀液对于本领域的技术人员来说是众所周知的，例如Luce et al在第3，585，010号美国专利中指出的那些。
更具体地说，示于图1的设备包括两个电镀槽。第一个电镀槽由一个用适当的不活泼材料(如铅或不锈钢)制成的槽10构成。如果需要，槽10可由适宜的绝缘材料(如水泥)制成，并衬有金属(如铅或不锈钢)，或衬有非金属材料(如聚乙烯氯化物或橡胶)。滚筒阴极12由适宜的传统安装机构(未示出)可转动地安装。滚筒阴极可由任何适宜的导电金属或合金制成，其中包括铅、不锈钢、钶、钽、钛及其合金。在一种优选结构中，滚筒阴极包括一个不锈钢滚筒，该滚筒具有一个由钛、铬、钶、钽或其一种合金形成的抛光镀面。滚筒阴极12可由已知的任何适宜的马达驱动装置(未示出)驱动转动。
滚筒阴极12安装在槽10中，使它至少部分地浸入电镀液14中。在一种优选结构中，滚筒阴极的大约一半伸入电镀液14的液面下面。
电镀液14一般包括一种酸液，酸液中含有一定浓度的将被电镀的金属离子。例如，若要电镀铜，则电镀液14中含有一定浓度的铜离子。在一种使用本发明的设备形成球化铜箔或珊瑚铜的优选实施例中，电镀液14包括硫酸铜-硫酸和水溶液。电镀液在工作期间最好保持在高温，其中所含铜的浓度大约为40克/升至140克/升，最好大约为60克/升至100克/升。在一个优选实施例中，电镀液中的硫酸浓度在室温下大约为10克/升至100克/升。
应该理解，前述的硫酸铜和硫酸的浓度取决于电镀液的温度，在优选实施例中，槽10配备有将电镀液保持在所需温度下的装置(未示出)。这种温度保持装置可以包括在本领域中已知的任何适宜的装置，例如加热和/或冷却回路。在高温下，硫化铜的浓度范围可以提高到超出前述的浓度范围，这是因为它的溶解度随着温度的升高而升高。如果需要，可以本领域已知的那样，向硫酸铜-硫酸电镀液中加入蛋白质材料(如凝胶体)和/或表面活化剂，以进一步改进表面几何形状。
至少一个弧形不溶的初级阳极邻近转动的滚筒阴极12安装在槽10中。一个或几个阳极的主要目的是构成电路并有助于使电镀液14中的铜离子在滚筒阴极12的滚筒表面上还原成一个较光滑的金属沉积层。尽管可以采用任何数目的初级阳极，但通常最好使用弧形阳极，并尽量将初级阳极基本上与转动滚筒阴极12同轴地设置，而且每个阳极都与滚筒12的表面相隔大约4mm至25mm的距离。最好，每个阳极与滚筒表面相隔大约5mm至15mm。初级阳极可由任何适宜的常用安装装置或机构(未示出)安装在槽10中。
除了将初级阳极靠近转动滚筒阴极12安装以外，还应将它布置成能够构成电镀液通路18的形式。在制造铜箔的过程中，利用泵或搅动机构(未示出)使电镀液在初级阳极与滚筒表面间形成的通路18内流动。在此领域中已知的任何适宜的泵都可用来使这种电镀液流动。如果需要，可在槽10中靠近通路18入口部分处安装一支管(也未示出)，以助于将电镀液分放到通路18中。
在本发明设备工作期间，电镀液14以所期望的流速流过初级阳极和转动滚筒阴极12之间的通路18。由第一电源将足以产生所需的基极电流密度的第一电流施加到初级阳极。基极电流密度一般应低于极限电流密度。在电流加到初级阳极之后，在第一电镀区中，电镀液14中的金属就沉积在滚筒表面30上。因为基极电流密度最好小于极限电流密度，所以基本具有均匀厚度的较光滑的金属沉积层(如金属箔)形成在滚筒表面上。
初级阳极可由任何该领域中已知的适宜的导电材料制成。例如，它们可由各种材料，具体地由铅或其合金制成。阳极也可被称为“尺寸稳定阳极”或“DSA”，例如在美国专利第3265526、3632498和/或3711385号中所公开并要求的那些。如果采用多个阳极构件，它们就与共同的第一电源导电地相连。在电源和阳极或阳极构件之间，可以构成任何适宜的电连接。
上文还叙述了第二电镀槽，和其相应元件10a、12a、13a14a，以及它们的工作方式。这些元件一般属于前述的范围，或者它们与第一电镀槽的相应元件是相同的，或者它们中的一个或多个或全部是不同的。特别地，可利用具有不同冶金特性的铜构成复合的电镀液14a。
为了使电镀槽工作，可以采用任何已知的适宜的电源。例如，可以仅采用一个电源，或采用两个分离的电源，每个电源可以是用于供给直流电流的整流器，或者是带有用于产生具有规律性周期脉冲波，如正弦波、方波、三角波或任何其它所需波形的装置的可变电源。
电流密度部分地为电镀液流动的函数，随着电镀液流速增加，就要采用较高的电流密度，而不改变所沉积的金属箔的特性。
在沉积完成后，以本领域中任何已知的适宜方式，将金属箔1或1a从滚筒阴极12或12a上取下。例如，可用一个刀片(未示出)将金属箔从滚筒阴极上剥去。此后，将金属箔清洗、干燥、裁成一定尺寸、卷绕在卷带辊19上和/或传送到一个或多个处理区，以进行一种或多种附加处理，例如进行前述的第3585010号美国专利所指出的处理。
实例两片17～18微米厚的铜箔，每片面积大约为100平方英尺，它们在如前所述的硫酸铜电镀液中形成在直径为5英尺的滚筒上。检验时发现每片上有17～22个针孔。接着将每片铜箔放回到电镀槽中，使其毛面接触阴极滚筒，并在先前的光滑表面上再镀上一层17～18微米厚的铜，以便在所有情况下均生产出面积大约为100平方英尺、每侧各有一个毛面的、35微米厚的铜箔。在对这两个试样进行检验时，没有任何针孔或气孔。
对以上例方法生产出的一个试样进行显微照像检验，图4显示的分别为试样一侧的1000倍、3000倍和5000倍的放大的显微照像图，而图5显示的分别为试样另一侧的同样比例系列的放大的显微照像图，可以看出这两侧具有大体相同的毛面。表面粗糙度的测定表明侧面1在纵向为6.83微米，在横向为5.95微米;侧面2在纵向为6.07微米，在横向为6.29微米。还对试样的横断面进行了显微照像，其结果如图6所示。从图6中可以看出，第二层铜的细长的晶粒并不直接与第一层中的晶粒对正，而是趋于处在邻接第一层中的晶粒之间。
在室温下进行检验时，铜箔的标准厚度大约为1.3密耳;在纵向，其抗拉极限为57.61千磅/吋2(35.61千磅/吋2对应于0.2%流动)，延伸率为9.6%;在横向，其抗拉极限为57.23千磅/吋2(35.57千磅/吋2对应于0.2%流动)，延伸率为7.08。
虽然图1中仅示出用一个初级阳极13构成一中心流体通路18，但是也可以采用两个或更多个不溶的弧形阳极(未示出)以替代唯一的阳极13。在仅使用一个阳极时，通常在阳极的中心部分开设一个或多个开口，以允许电镀液流入转动滚筒表面和阳极表面间的间隙18。
在图2所示的实施例中，阴极滚筒12和12a都被设置在唯一的电镀槽10内的共同电镀液14中。此实施例对于下述应用特别有益，即用在那些实质上并不需要使用不同的电镀液组分来改变两层沉积铜的冶金成分的场合。
尽管根据一种连续的金属箔生产系统对本发明进行了上述说明，但是根据需要也可以分批的形式生产金属箔。这个实施例不仅由上述的实例说明，而且由图3图示。在图3所示的实施例中，箔1收集在卷带辊17上，然后从卷带辊17供入到第二电镀槽10a中，并使箔1的毛面侧与滚筒12a接触。如此例中所示的那样，箔1a收集在卷带辊19上。
与图3所示的实施例类似的另一个实施例由图7示出。在此实施例中，箔1收集在卷带辊17上，然后经一个导电接触辊7a(它使箔变成阴极)将箔1从卷带辊17传送到第二个电镀槽10a中的不导电滚筒12b上，并使箔1的毛面侧与滚筒12b接触。辊子8a最好(但不是必须)是一个类似于导电接触辊7a的阴极接触辊。然后将箔1a传送给适宜的收集装置，例如传送卷带辊19。
虽然图7示出了一种称之为分批式的生产过程，但是应该理解，它也能类似于图1或图2所示的那些例子作为连续的生产过程工作，与那些例子的不同之处仅在于在本例中第二个滚筒是不导电的，而辊子7a和/或8a是使金属箔变成阴极的接触辊。
本发明还提供了一种用于制造印刷电路的新型叠片，这种叠片包括若干片绝缘的电路板基体，每片基体有一个上表面和一个下表面，并由一层铜箔使其与上方或下方的基体隔开。所述铜箔具有第一毛面和第二毛面，第一毛面牢固地接合在其下方的基体的上表面上，而第二毛面牢固地接合在其上方的基体的下表面上。通常(尽管不是必须的)，叠片中最上方和最下方的绝缘基体可各具有一层附加的铜箔(单或双毛面)，铜箔分别牢固地接合在基体裸露的表面上。基体层和铜箔层构成的叠片可由本领域中各种已知的装置完成。
利用本发明生产出的金属箔可被层叠到适当的基体上。很明显，用于叠片中的具体基体将根据叠片的用途和其工作条件而改变。具体地说，适当的基体包括由聚四氟乙烯浸过的玻璃纤维和由一定的碳氟化合物浸过的玻璃纤维，这些碳氟化合物包括三氟氯乙烯的聚合物和一定的共聚物等。在将铜箔接合到环氧基体上时，就需要按第3585010号美国专利所指出的，在铜箔上加阻隔涂层。如果需要，可用粘合剂将处理过的铜箔粘结在基体上。可采用本领域中已知的任何适宜的传统技术，将处理过的铜箔接合到基体上。
尽管结合铜箔的生产过程对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明的技术也可用于电镀其他的金属，例如包括(并不仅限于此)铅、锡、锌、铁、镍、金和银。当然，所用电镀液的类型、电镀液中金属和酸的浓度、流速和电流密度，将根据待镀金属的种类而改变。
尽管电镀设备中的阴极被描述成一种转动滚筒阴极，但是也可以采用环形带式阴极(即支承载体)来实现本发明的生产过程。
在本说明书中提到的专利、专利申请和专利公开通过在此引用而结合起来。
显然，根据本发明，提供了用于生产双毛面金属箔的方法和设备，这种金属箔完全满足前述的目的、方式和优点。虽然结合具体的实施例对本发明进行了描述，但可以确信，本领域的技术人员显然可以根据前面的描述，对本发明进行变换，修改和变化。因此，本发明将包括属于所附权利要求
的实质和范围的所有变换、修改和变化。
权利要求
1.一种通过电镀生产出的铜箔，具有均为毛面的第一和第二表面，所述表面彼此导电并基本上没有孔。
2.一种铜箔是由第一层电镀铜和第二层电镀铜复合而成，所述第一层电镀铜具有相对的第一和第二表面，且所述的第一表面为毛面，所述的第二层电镀铜沉积在所述第一层电镀铜的第二表面上，且其裸露的一面为毛面，由此提供一种具有两个毛面的铜箔。
3.根据权利要求
2的一种铜箔，其中所述的复合箔的厚度小于大约350微米。
4.根据权利要求
2的一种铜箔，其中所述的复合箔的厚度大约为5～70微米。
5.根据权利要求
3的一种铜箔，其中所述的第一层的厚度大约为复合箔平均总厚度的1～99%。
6.根据权利要求
4的一种铜箔，其中所述的第一层的厚度大约为复合箔平均总厚度的1～99%。
7.根据权利要求
3的一种铜箔，其中所述的第一层的厚度大约为复合箔平均总厚度的25～75%。
8.根据权利要求
4的一种铜箔，其中所述的第一层的厚度大约为复合箔平均总厚度的25～75%。
9.根据权利要求
2的一种铜箔，其中所述的第一层是在第一电镀槽中电镀上的，而所述的第二层是在第二电镀槽中电镀上的。
10.根据权利要求
4的一种铜箔，其中所述的毛面的平均粗糙度大约为2～20微米。
11.根据权利要求
8的一种铜箔，其中所述的毛面的平均粗糙度大约为2～20微米。
12.根据权利要求
4的一种铜箔，其中所述的毛面的平均粗糙度大约为3～15微米。
13.根据权利要求
8的一种铜箔，其中所述的毛面的平均粗糙度大约为3～15微米。
14.一种生产具有两个毛面的铜箔的方法，包括下列步骤在阴极电镀滚筒上沉积具有一个毛面和一个光滑表面以及预定厚度的第一层铜箔，从电镀滚筒上取下铜箔，然后在第一层铜箔的光滑表面上沉积第二层铜箔，由此生产出具有两个毛面的复合箔。
15.根据权利要求
14的方法，其中将所述的第一层铜箔供给到第二滚筒，并使所述第一层的毛面与所述滚筒接触，而使所述铜箔成为阴极，并使所述滚筒至少转过一个阳极，从而使第二层铜箔电镀在第一层铜箔的光滑表面上。
16.根据权利要求
15的方法，其中通过使所述的铜箔至少与一个阴极接触辊接触而使铜箔成为阴极，并且其中所述第二滚筒的表面是不导电的。
17.根据权利要求
15的方法，其中通过使所述的铜箔与第二阴极电镀滚筒接触而使铜箔成为阴极。
18.根据权利要求
15的方法，其中将所述的第一层铜箔连续地供给第二滚筒。
19.根据权利要求
17的方法，其中将所述第一电镀滚筒和第二电镀滚筒置于仅容装有一种电镀液的共同的电镀槽中。
20.根据权利要求
17的方法，其中将第一电镀滚筒和第二电镀滚筒分别置于两单独的电镀槽中，每个电镀槽单独地容装一种电镀液。
21.根据权利要求
18的方法，其中将第一电镀滚筒和第二电镀滚筒分别置于两个单独的电镀槽中，每个电镀槽单独地容装一种电镀液。
22.根据权利要求
21的方法，其中两个单独的电镀槽中的两种电镀液具有不同的电镀液组分。
23.一种用于制造印刷电路的新型叠片，包括多片绝缘的电路板基体，每片基体各有一个上表面和一个下表面，并由一层铜箔使其与上方或下方的基体隔开，所述铜箔具有第一毛面和第二毛面，第一毛面牢固地接合到其下方基体的上表面上，而第二毛面牢固地接合到其上方基体的下表面上。
24.根据权利要求
23的叠片，其中所述叠片中的最上方和最下方的绝缘基体具有一层附加的铜箔，所述铜箔分别牢固地接合在基体裸露的表面上。
专利摘要
本发明提供一种具有两个毛面的新型铜箔。本发明的双毛面铜箔是以如下方法生产的利用传统的电镀技术沉积具有预定厚度的第一层铜箔；从电镀滚筒上取下第一层铜箔，并然后在第一层铜箔的光滑表面上沉积第二层铜箔，由此生产出具有两个毛面的复合箔。
文档编号C25D1/04GK87104293SQ87104293
公开日1988年3月16日 申请日期1987年6月19日
发明者彼得·派克海姆 申请人:古尔德公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan