電解銅箔表面缺陷及其產生原因的分析(1)
日期:2024-12-27 22:34:49 作者:宏力精密鋼管 閱讀數:997編者的話:
——祝大同
一、引言
此文,與業界同仁交流下電解銅箔生產制造中,產品的表面缺陷及其對產生原因的分析。
我們生產制造電解銅箔,要明確要記住、遵循三條原則:第一是“潔凈”,第二是“均勻”,第三是精準。工藝設備加工、安裝要求要精準。把握這三條原則,是我從事電解銅箔生產技術工作已經四十多年了,積累、總結出的經驗。
“潔凈”——原鋪材料要干凈(由表及里);環境要干凈(非常重要);生產工具要干凈;人要干凈;只要這些干凈了,電解銅箔就會少產廢品、不產廢品。
“均勻”——銅料塊大小形狀要均勻;溶銅罐的布料要均勻;溶銅罐里的風、液分布要均勻;溶銅罐里出來的高銅溶液與生箔機回的低位槽的低銅溶液混合的要均勻,向溶液里添加的添加劑在生箔機的溶液里分布要均勻;加酸時硫酸的反應、在溶液里的分布要均勻;供生箔機的電在陽極極和陰極表面分布的要十分均勻;生箔機上的擠液、水洗、擠水、烘干要均勻;生箔機的排風速度、風量要均勻;生箔車間的供風風速(小)風量(大)而均勻,酸霧洗滌塔的噴水要均勻;陰極輥研磨、拋光(壓力、水壓、水量、時間)要均勻;這些是電解銅箔生產的基本保證。銅箔越來越薄,生產的難度越來越大,管理越來要求越高。
“精準”——工藝設備加工、安裝要精準;工藝管路的設計、選型、安裝要精準;導電銅排設計安裝要精準;銅箔越干要求越高,但我們與國際上的差距越來越大,國際上的銅箔設備已在極限之上,而我們的設備水平與極限還有一定的距離。據說國外有二、三代的技術儲備,所以國外朋友說他們是靠優異的材料贏我們,這是我們沒有辦法的,我們只能靠調味品調整去追趕。這可是兩嘛事。銅箔的結晶組織是根本不同的,理化性能是不可比的。
電解銅箔生產的全過程始終受人、機、料、法、環的影響。這些因素始終處在變化之中, 導致生產過程始終在變化,最終影響產品質量的不均勻性。一年四季氣候環境是處于千變萬化的,不同的氣候環境對電解銅箔生產和產品質量的影響是不同的;從事電解銅箔生產的人受社會和家庭的影響,精神和行為也是處于千變萬化的,這些變化必然會影響對銅箔生產的操作;電解銅箔生產用的機械在運行過程中造成零部件的磨損,也是處在變化之中的;電解銅箔生產所用各種原輔材料也是有差別的,造成生產條件和工藝參數始終在變化;明膠和氯離子的添加量本來是微量,由于金屬材料的電力線的能量不均勻,在電極表面極其微妙的變化是無法達到一致性控制的;這些變化影響電解銅箔生產過程和產品質量必然處在變化之中。產品質量不可能是一樣的,有的變化沒有超出銅箔質量范圍,是成品;有的變化超出了銅箔質量范圍,是廢品。誰家的銅箔質量變化在掌控之中,變化小,缺陷就少,說明誰家的生產技術水平相對穩定,穩定就是技術水平高,管理水平高。
在銅箔生產的千變萬化之中,誰能預知,誰有準備,誰能掌控,誰的質量缺欠就少,有備則無患。預知者憑的是五年、十年的豐富實際生產經驗,和用豐富的科學知識深入細致的科學分析。因為電解銅箔的生產技術目前在任何書本里找不到,而且各個銅箔生產廠家的工藝、設備、檢測水平、人員經驗素質都不一樣,同樣的問題,但原因不一。有經驗者根據質量缺欠的顏色、形狀、大小、位置、規律、方向等特點,可以立即判斷出產生的原因。甚至可以根據一年四季的變化規律事先做到預防,這些靠的是經驗。電解銅箔生產基本原理誰都懂那么一點,但那些靠對生產細微的觀察調整,親手改進設計、安裝,親身操作得出來的實際技術,比書本上的理論更正確、更實用,沒有真正干過銅箔的人實際是不懂的,而銅箔從設計時開始最需要的,正是那些實際生產技術,十分豐富的生產經驗,不是靠聽說,不是靠看點資料,更不是憑網上的東西。
電解銅箔生產是經過幾千個細微的小環節結合起來的工程,事事具細達到生產技術和產品質量的圓滿,其中任何一個細節沒有做好,就會造成產品質量出現缺陷。任何一個質量缺欠都可以導致銅箔成為廢品,因為銅箔是無缺陷產品。廢品產生的原因有幾百種,再仔細分析有近千個原因。比如:水處理樹脂再生晚一點可能造成水質不合格,用此水洗箔導致銅箔表面氧化;表面處理機列任何一個螺栓松動,都可以造成銅箔出折印;過濾布袋有一、二針縫的不好,可能造成電解液漏濾銅箔出針孔或麻點;陰極輥多拋光一、二回銅箔會打卷;等等,電解銅箔生產過程中每一個不起眼的小環節都關系到產品成廢。本人根據從事四十多年電解銅箔生產、技術、設備、設計、檢驗、銷售的經驗,及參與多家銅箔工程的論證、驗收、技術評估、專題會診。對電解銅箔的各種質量缺欠進行了分析、歸納、整理,供大家參考,由于本人水平有限,分析的可能有錯誤,請各位一線生產者和專家指正。各家有各家的生產工藝和設備,雖然大同小異,但小異有時影響的范圍卻很大,正是這些小異造成了銅箔的質量差異,各家生產技術水平高低有時就差在這些小異上。所以本人的經驗不一定適合每一家工廠,因為本人工作的條件和環境有限,沒有能力對各種問題進行定量的檢測分析,只能進行定性分析和宏觀檢測,再經過生產檢驗,對成功的和失敗的進行綜合分析,反復驗證,取得正確的結果,用來指導生產活動。很多人沒有經歷上個世紀六、七、八十年代那些已經有很大進步的、特殊的、落后的、土法上馬的電解銅箔生產設備和技術,沒有親眼看到那些讓人不可思意的生產情景。所以,可能不能理解,更無法想象到那時的人是一種什么精神,都怎么干的!銅箔質量問題的出現,一般不是單一的因素,是多種因素相互影響的結果,就象電解銅箔生產一樣,是各個專業技術有機地結合起來,相互極佳的配合作用。才能生產出來好的銅箔,在這些成千上萬個因素里如有一個因素出了問題,會直接影響其它幾個因素的變化,造成銅箔質量出問題。電解銅箔表面質量缺陷是指肉眼可見的問題,是宏觀上能夠看得到它的顏色、形狀、大小、方向、位置,根據這些現象的相互關系,我們就可以判斷出產生的原因。
以下,對電解銅箔經常出現的一些表面質量缺陷進行逐一的分析。
二、電解銅箔透光點產生原因
2.1 定義
凡光線從銅箔一面穿透到另一面的孔(或眼),直徑小于1毫米,叫電解銅箔的透光點。
2.2判定方法
人們把在日光下肉眼可見的透光點,稱為電解銅箔上的破洞;把在暗室里可見的透光點稱為針孔;把因硬物硌出來的透光點稱為壓眼。在一般情況下人們所說的透光點指的是針孔,直徑小于1毫米。距銅箔邊部40毫米內的不考核。針孔在銅箔的某一固定位置反復連續出現稱為連續固定針孔,固定針孔容易查找,是陰極輥上有疵點或附著了異物所至,可根據針孔距銅箔邊部的距離來確定在陰極輥上的準確位置。針孔在銅箔上無規律出現稱為零星針孔,零星針孔不宜查找,是電解液和環境臟所至。針孔在銅箔上大面積出現稱為成片針孔,成片針孔有固定的,也有零星的,是電解液和環境臟所至,在陰極輥上的贓物是固定針孔;在電解液里的贓物造成的零星針孔不易查找解決。電解銅箔的壓眼一般位置比較固定容易查找解決。
危害:銅箔上的透光點在用戶壓板時會造成銅箔透膠,使覆銅板與不銹鋼板粘在一起,不能順利的把覆銅板與不銹鋼板分離開,給生產操作帶來麻煩,影響生產效率。對銅箔透出來的膠還要安排人用細砂紙打磨掉,這樣又造成了覆銅板表面有砂紙打磨的痕跡,影響外觀質量。針孔如果處在線路上,極易使線路斷路,造成整個線路板報廢。隨著人們對電子產品小型化的要求,印制線路越來越細,已不允許銅箔有針孔,所以銅箔出現透光點一般都判為廢品。
2.3原因及解決方法
(1)陰極輥表面金屬材料上有氣孔、砂眼、雜質或加工疵點,這些缺陷在陰極輥使用過程中在表面出現,使該點不導電或導電不好,不能使銅沉積,導致該點無銅,形成銅箔針孔,陰極輥旋轉一周針孔出現一次,所以叫固定眼。用不銹鋼陰極輥生產電解銅箔出現這種問題是很正常、很普遍、很自然的。出現這種問題只能對陰極輥上的疵點進行補焊修理,如果疵點多就得上車床把疵點車削掉,之后再研磨拋光。如果疵點車削不掉又不能補焊修理,陰極輥只能報廢了,東北鐵嶺銅箔廠從美國進口的鈦材陰極輥焊口上有砂眼,由有豐富經驗的老工人用鐵錘把砂眼一點一點玷平,雖然有一點點凹兜,但可以用于生產,沒有報廢。
(2)陰極輥研磨拋光好之后,如果用水清洗的不干凈,表面留有殘存的磨料微紛和研磨劑,這些微粉和研磨劑是磨料與陰極輥表面摩擦過程中揉嵌貼附在陰極輥表面的晶間里。這些微粉和研磨劑沒有導電功能,它阻擋了銅離子在陰極上的析出,此處因沒有沉積上銅而形成成片針孔。所以,陰極輥磨好后一定要用有一定壓力的水,把陰極輥面沖洗干凈,沖洗水要有一定的水量,保證把貼附在陰極輥表面的微粉和研磨劑沖洗出來,并把微粉和研磨劑從陰極輥表面沖洗下去,進入污水槽里。
(3)陰極輥研磨拋光清洗完之后,如果表面被手和身體,或表面有油、脂、灰塵、其它污物的物體摸扶觸及,會把油、脂等污物粘貼在陰極輥面上,此處不導電,或影響導電效果,極易造成此處不析出銅而產生針孔。所以陰極輥表面清洗干凈后,直至裝槽生產,這個過程陰極輥表面不能接觸到任何東西和物體,也不能使某一處接觸到水。
(4)陰極輥裝入電解槽里,開始生產時表面溫度低,產出的銅箔針孔較多。可能是陰極輥表面溫度低造成陰極極化小,導致陰極析氫所至。析氫嚴重時,可以從極間看到冒出的氣泡一個接一個。另一個原因可能是陰極輥表面吸附大量氣體,在陰極輥表面溫度低時這些氣體沒有受熱膨脹揮發,阻擋了銅離子的沉積,造成銅箔針孔。解決的辦法是把陰極輥裝入電解槽轉動后,用制作的陰極輥罩把陰極輥罩起來,不讓車間的冷空氣冷卻陰極輥表面,使陰極輥表面的溫度快速升上來,之后再送電開槽生產就不會出針孔了。在有條件的情況下也可以把電解液溫度提高一些,流量加大一些,使陰極輥表面溫度短時間提上來,送電生產之后,再把電解液液溫度和流量調整至正常生產藝要求的數。
(5)陰極輥在吊運、裝槽過程中表面如果落上灰塵,使銅箔出現針孔。陰極輥在正常生產時裸露的表面落上灰塵,有灰塵的地方不導電,或導電不好,銅在此點不能析出,銅箔出現針孔。有些灰塵落在陰極輥上,電解液沖洗不掉,可能是電除塵原理吧。車間里的灰塵來源主要有:空調供風過濾不佳或有漏風的地方,灰塵隨著漏濾的空氣進入車間;進入生產車間的人、設備、材料表面有泥土和灰塵帶入車間;車間的門窗、工藝管道孔、設備孔密封不嚴,由此進入灰塵。再則,廠房墻面因酸氣多年的腐蝕,在墻體表面產生大量的微粉,這些微粉成了灰塵。當天車吊重物運行發生震動時便有灰塵落下來,有的因操作不當形成突然的熱氣流或空氣流沖擊或其它東西刮、碰、撞擊,墻上、棚上的微粉落下來,掉在陰極輥表面,陰極輥表面有灰塵的地方不能導電,所以不能沉積銅,造成針孔。解決辦法:采取相應的措施,如 :加強空調過濾的安裝質量和空氣過濾精度,加強廠房的密封,加強對人、物進入車間的衛生管理,對廠房內墻、棚頂進行除灰清理,用水刷洗,噴刷防腐耐蝕漆,或再吊一層密封的棚。在廠房四周多種植樹木,改善大環境,減少環境產生的灰塵污染,這些措施定會減少銅箔針孔,對徹底消除銅箔針孔,減輕過濾凈化電解液的生產成本是有利的
(6)陰極輥研磨和拋光時用的材料表面要十分干凈,如果材料不干凈,有油漬等贓物不能用。因為這些贓物在陰極輥研磨時會粘著在陰極輥表面起著潤滑作用,有些油脂會揉入陰極輥表面的金屬晶界間,造成此處不導電,不能沉積銅,導致銅箔出網狀針孔。這種針孔生產二個小時左右會自行消失,隨著陰極輥表面的腐蝕和銅箔從陰極輥上剝離的機械腐蝕,一點一點的把油脂粘帶下來。磨輥一定要選擇非常干凈的優質的材料,決不能將就對付。磨片每次用后要清洗干凈,放在無灰無塵的地方干燥后待用,保持磨片表面的潔凈。
(7)原料銅表面如果有油、漆、脂類有機物投入溶銅罐中,會百分之百的造成銅箔出針孔。原料銅上的這種有機物進入溶銅罐里,在硫酸銅水溶液浸泡下,在風的攪拌下,有的直接進入電解液里懸浮著,這種有機物具有一定的黏度和點位,極易黏附在陰極輥上,使此處不導電,阻礙銅離子析出,在此處不能沉積銅,形成銅箔上的針孔。電解銅板上有的油漆在溶液里不溶解,當銅溶解完之后,油漆以粉沫狀進入電解液里成為懸浮雜質,對銅箔生產造成嚴重威脅。對電解銅板上有油的部分,在剪切時把有油的部分挑選出去,表面有油、漆、脂類的電解銅板是不能用的。在九十年代初,我廠用過一次表面全是機油的銅料,雖然用減進行了刷洗,還是造成電解液液面漂浮一層機油,五、六天的時間產出的銅箔全有針孔。銅箔生產變成了從有油的電解液里提銅了。經驗告訴我們銅管材絕對不能用,美國的同行早就告訴過我們,遺憾的是我們沒人聽。在八十年代后期,因資金困難,買便宜的銅管作原料,銅管里有油,油上有灰,用堿、酸洗不到銅管里的油,造成銅箔長時間有針孔。小的銅桿、銅棒表面沒有油可以用,經過機加表面有油的最好不要用,如果要用,需要剪成銅粒或小銅條,用高溫將油脂炭化后再用。用線材最好先用高溫把線材上的有機物炭化了,清洗干凈后再投入溶銅罐使用,這樣做安全。線材最好剪切成小條,這樣也有利于布料,把空氣壓住,不跑風。
(8)陰極輥表面研磨、拋光的不細,粗糙,表面電性能狀態不良。在稀硫酸溶液里進行銅電解時,極易引起陰極表面析氫,析氫的地方阻礙了銅的析出,造成了銅箔上的針孔。銅箔光面Rz非常不均,說明陰極輥表面研磨狀態不好。銅箔光面Rz不均勻,銅箔毛面Rz就會更加不均勻,光面和毛面Rz值都太高,銅箔出針孔的可能性會高。Rz高,毛面的山型凸起結晶又粗大又不均勻,在表面處理時,粗化沉積上的亞銅小節瘤形成也是又粗糙又不均勻。且集中在生箔毛面較大的突起點上。以前我廠用不銹鋼陰極輥,后來改用鈦陰極輥沒有經驗,研磨方法和材料都不合適,陰極輥表面磨的不細,使銅箔光面像橘子皮,針孔也較多,后來拋棄了招遠的磨輥方法,和三M的砂紙帯,改用和我們相同的陰極輥材料的九江銅箔廠的磨輥方法,選用上海工業大學的砂紙帯,棍面才慢慢的好起來。陰極輥表面一定研磨得用肉眼看不到絲毫的研磨痕跡,象鏡面一樣光滑無痕。陰極輥表面磨得越光滑使用的時間越長,產品質量越好,下次研磨時省時、省力、省料,利于提高生產效率。
(9)硫酸里如果灰塵多、雜質多,加入電解液里會污染電解液造成銅箔產生針孔,無論是油脂類有機雜質,還是無機雜質,在電解液里都是有害的。有些可以直接造成銅箔針孔,有些是間接造成銅箔針孔。硫酸如果渾濁,發白或發黃,或有異味,不符合標準,是絕對不能用的。硫酸一定要選擇優質的,那種圖便宜不顧質量導致的經濟損失的教訓太多了,決不是一家、兩家銅箔廠的經驗教訓。付出的學費不是幾十萬,而是上百萬、幾百萬的問題。
(10)廢銅箔投入溶銅罐的量過多,會造成銅箔針孔,這方面的經驗教訓不少,也不是一家二家的問題。因為廢銅箔內含有大量的有機物明膠,特別是經過表面處理的廢箔里除了含有有機物外,表面還含有其它金屬,廢箔一次性大量投入溶銅罐,是極其有害的,極易導致電解液里雜質過多被污染,使銅箔出針孔,同時銅箔結晶粗糙、發脆。長時間廢銅箔投入量過多日積月累,量變引起質變。到時候這種電解液便無法生產出合格的銅箔,只能停產處理,或更換電解液。所以,廢箔的投入量要嚴格控制,應按比例進行投料,最好不投入生箔溶銅灌里,可以安比例投到表面處理粗化溶銅灌里。
(11)紫雜銅投入溶銅罐過多要造成銅箔出針孔,包括廢紫銅線。大家都知道,有色金屬熔煉一次,增加一次雜質;拉伸一次,增加一次雜質。用紫銅線作原料,必須有極佳的電解液過濾技術和設備,否則時間長了必然污染電解液,使銅箔出針孔。如果電解液過濾技術有限,使用紫雜銅時,最好先對表面的有機物進行高溫炭化處理,再用熱的弱酸浸洗一下,浸洗時用少量壓縮空氣攪拌效果更好,再用去離子水浸洗一下,之后投入溶銅罐里,這樣做可以把紫雜銅表面的有機物、灰塵、無機鹽處理掉。
(12)溶銅罐內布料不均,從溶銅罐底部供給的壓縮空氣(也叫風),風不能在溶銅罐內的原料縫隙間被均勻分布,風不能緩慢的在原料縫隙間從下面曲線竄上來。而是在一處或幾處從溶銅罐底部垂直快速沖上來,把溶銅罐底部沉積的雜質攪動起來,這些雜質隨著電解液進入儲液槽,之后有些較大的雜質被過濾機阻擋了,有些較小的雜質透過了過濾布隨電解液進入電解槽里,粘附在陰極輥上造成銅箔針孔。溶銅罐的投料量、布料方法、料塊的幾何尺寸及大小普遍不被一些人重視,就是對一些不起眼的小事不重視,覺得這也無所謂,那也不重要才造成了銅箔的大量針孔、粗糙等質量問題。溶銅罐內供給的壓縮空氣,是靠均勻的布料來實現在溶銅罐內均勻分布的,布料不均勻使壓縮空氣不可能使空氣在讓他灌里分布均勻,壓縮空氣分布不均勻,就不可能使風緩慢在料塊間竄來竄去,到最后耗盡了氧從溶銅罐里冒出來。原料接觸不到風就不溶解,溶銅罐就不能達到最好的工作效率。溶銅罐也就起不到堆積過濾的作用,陽極泥、極微小的灰塵就會被電解液帶出來。均勻布料能使壓縮空氣均勻分布,風的速度就會極其緩慢,這是原料對風產生的阻力。陽極泥等極微小的雜質就會被粗糙的原料銅表面阻擋,附著在原料銅表面。如果常年生產,溶銅罐里始終做到均勻布料,在停產清點掏罐時你會看到越是溶銅罐下面的原料,表面掛的細泥越多,到罐底時銅料表面的泥最多。如果你有機會,有時間,你可以認真長期考察一翻,凡是布料密集、均勻、滿灌的時候,銅箔質量一定好,肯定不會有針孔。(空氣環境、陰極輥的問題除外)
(13)電解液機械過濾效果不好,進入電解槽里的電解液微小顆粒雜質較多,造成銅箔出針孔。過濾效果不好的原因主要有:
① 過濾布選擇不當,過濾粒度大了,使一些微小的顆粒透過去了,可能是過濾布的品種選擇的不對,不耐較高的硫酸溶液溫度。當溫度高、壓力大時,變形大,增大了過濾粒度,導致一些本不該透過去的雜質,沒有被截留過濾出來,造成了銅箔針孔;
② 新過濾布直接使用,過濾布沒有經過弱堿、弱酸浸泡,沒有去除布上的可溶有機物,這些可溶有機物在較高溫度的硫酸銅溶液中,被從過濾布上溶解下來進入電解液里,造成銅箔針孔;
③過濾機裝好后,沒有經過對過濾布進行掛濾餅的過程,過濾機的濾布上沒有形成濾餅,達不到電解液技術要求的過濾效果,就直接用于生產過濾電解液,使有些微小顆粒透過過濾布進入電解槽。造成銅箔針孔,但這種現象隨著過濾布上濾餅的形成,過濾機達到較好的過濾效果后針孔會逐漸消失;
④ 過濾袋沒有縫好,針眼較大,針腳較大,或邊角沒有搭好,沒有壓好,有縫隙;或沒有安裝好,密封墊沒有壓平、壓實,有孔隙造成電解液漏濾;使銅箔出針孔;五是機械過濾機里的電解液分布不合理,硅藻土粉沫掛的不均勻,有漏掛的地方,當生產過濾電解液時造成漏濾。硅藻土粉沫、活性炭粉沫進入電解槽,造成銅箔針孔,這種現象隨著生產的進行,漏掛的地方逐漸形成濾餅,會逐漸好轉,最綜達到理想效果。
(14)電解液里如果進入油、脂、漆及其粉沫等非親水性有機物,百分之百造成銅箔出針孔。在這些有機物中,有的是原料銅表面用油漆寫的批號、重量等標記,剪切時沒有挑選出去,或在投入溶銅灌時沒有把它處理掉,將油漆帶入電解液里;有的水中有油,配液時帶入電解液里;有的溶銅供風里有油,在給溶銅供風時,將油帶入溶銅罐里;有的設備(如天車)漏油掉入電解液里;還有的設備上涂刷的油漆干了后,粉沫脫落掉入電解液里,還有溶銅罐上的保溫材料和刷的油漆掉入電解液里形成細粉沫,這些都可以導致銅箔產生針孔。這些問題在設計,施工,生產中都要給予足夠的注意和重視,工作做到了問題是可以避免的。
(15)溶銅罐布料不均勻壓不住風,向溶銅罐里供多少風,可能會白白的跑多少風,空氣沒有溶入溶液里,空氣沒有與金屬銅接觸,造成溶銅罐內原料銅表面嚴重缺氧。這種情況會在銅溶解時產生大量銅粉,一價銅含量也增加,這種情況出現必然造成銅箔針孔。所以溶銅罐布料密集,裝滿灌十分重要。在掏罐時你可以發現,凡是沒有風的地方的銅塊表面不溶解有一層棕紅色的銅粉,這里可能也有泥,但銅粉是肯定的。隨著溶銅罐里銅塊的溶解,銅塊的會自動產的移動位置,風的路線因銅塊移動而不斷的改變。當風吹到銅塊沒溶解的這面,原來沒有溶解的銅塊表面開始溶解,隨著銅塊的溶解,原料堆會變形,向因銅料溶解的空洞這邊傾覆,使料塊的分布被改變,原來沒有被風吹到的原料表面的銅粉,開始被風吹到了,這些銅粉一但被風吹著,立即進入電解液里,隨著電解液進入生產循環系統,有的進入電解槽里,造成銅箔針孔。所以不要小看溶銅灌布料,這是電解銅箔生產技術中十分重要的部分,這里有學問,很多銅箔廠的銅箔質量問題就出在這里,過濾不能去出全部雜質,很多雜質是無法過濾的,有人卻蒙在鼓里不知道。
(16)電解液中的明膠、銅離子、硫酸、溫度、電流密度等參數相互之間不協調會造成銅箔針孔。如:電解液中銅濃度太低,而酸濃度太高,導致析氫,銅箔出針孔;電解槽里電解液循環量不足,銅離子供不應求,引起陰極析氫,銅箔出針孔;電解電流密度較大,造成陰極表面銅離子供應不足,引起析氫,造成銅箔針孔。銅箔出現針孔時,可以加大溶液里的明膠添加量,把硫酸減15g/L左右。(這里指高酸濃度的電解液),此法可以讓銅箔毛面的山型凸起物數量多起來,“山”的尺寸小起來。但膠量過多抗剝離強度會下降,如果出現了抗剝離強度下降,就慢慢地增加硫酸的投入量。抗剝離強度恢復好了,把硫酸投入量降到以前的生產條件。硫酸投入量過多了,還會使銅箔出現針孔,如果真的出現針孔,盡快把明膠投入量再多一些。這里最關鍵的是控制電解液里的雜質含量多少,如果電解液過濾效果好雜質含量極少,增加明膠對銅箔質量不會有什么影響。如果電解液里雜質含量較高,增加明膠極易造成銅箔粗糙,長膠疙瘩,可能還會造成出現更多的針孔,此時電解液處理難度就很大了。
(17)銅箔生產加入質量不好的明膠,等于向電解液里加雜質,明膠質量不好,無任何有益作用,反而變成害處,銅箔會出針孔。明膠加入量過多,陰極表面吸附的明膠量過多,明膠解吸時,因銅箔的快速沉積,將來不及解吸的明膠阻擋在陰極表面被包在晶界里,在高溫烘干時明膠軟化收縮,銅箔的針孔就出來了。有的經過表面處理機列的酸、堿腐蝕,高溫烘干針孔就又多了;明膠的作用與化學性質無關,與陰極輥表面各點的過電位有關,即與吸附能有關。不同的點吸附能不一樣,吸附量不一樣,解吸也不一樣,造成銅箔針孔。明膠過量一般用加大活性炭過濾來處理,最快的方法是用鹽酸來調整。鹽酸一定要少加,一會一會的加,邊加邊觀查銅箔表面變化,見好就停,加多了無法挽回。如果加多了,可以用加入較大量的硫酸來調整,但電解液里硫酸濃度高了又不好向低了調整,最好認真控制工藝不出問題。如果有機物含量過高,可以加入雙氧水再經過活性炭過濾的方法處理。明膠量加少了,銅箔結晶不細致,也會使銅箔出針孔。所以,電解銅箔生產關鍵是控制工藝穩定,再穩定,原鋪材料要穩定,風、酸,水、汽要穩定,量要穩定,質要穩定。
(18)陽極板表面有過多的氧化鉛皮時,在硫酸銅電解液里生成大量的硫酸鉛粉沫,這些粉沫造成銅箔出現針孔。電解時在陽極表面出現放氧,氣泡和電解液流動形成的合力把陽極表面覆蓋的硫酸鉛粉沫攪動起來,附著在陰極輥上造成了銅箔針孔。在電子掃描電鏡下能看到銅箔毛面的空洞,有條狀和塊狀的,就象山谷、山洞一樣。針孔里的硫酸鉛粉沫有的在里邊,有的可能被壓力較大的洗箔水沖洗掉了。所以可以認定這種銅箔上的針孔是硫酸鉛粉沫等附著造成的。出現這種情況應停槽刷洗陽極板,把陽極板上的硫酸鉛全部清理干凈,在使用鉛陽極時一定把氧化鉛皮清理干凈,用鉛陽極的電解槽,電解液的循環量要大一些,有一定的攪拌能力,沖擊能力,把溶解的硫酸鉛粉沫沖帶出去,防止硫酸鉛粉沫在極間滾來滾去,使銅箔出針孔。
(19)陰極輥邊部長銅粒,這種銅粒十分疏松極易粉碎,當銅箔從陰極輥上剝離一掀一蹦時銅箔邊部刮碰到生長的銅粒,銅粒粉碎散落在銅箔毛面上。這種銅粒的表面全是微小毛刺,銅箔毛面也是微小的毛刺,銅粒落在銅箔毛面上就等于粘在銅箔上了。當銅箔經過剝離導輥時銅箔被銅粒硌出了小眼,這就是壓眼。在收卷時如果銅粒被卷在里邊,一硌就是四、五層銅箔,硌漏的都是壓眼,銅箔越薄硌的層數越多。陰極輥邊部長銅粒是一個很煩人的問題,要加強陰極輥邊部的密封,陰極輥表面與端部的倒角密封好是關鍵。這主要取決于陰極輥倒角是否十分平整光滑,輥面邊部和端面(密封槽里的)是否與陰極輥表面一樣的光滑平整,倒角上有飛邊毛刺或劃碰凹坑,會造成倒角與密封膠圈接觸時有縫隙,嚴重影響密封效果。另外密封膠圈的硬度要適當的軟一些,這樣能使陰極輥的倒角凸入膠圈里,有利于對倒角的密封。密封膠圈表面也不能有飛邊毛刺和凹坑,這樣就無法把陰極輥邊上的倒角十分嚴密的包裹起來,達不到密封效果。陰極輥邊部密封是目前國內、外銅箔企業普遍重視的問題,目前的陰極輥邊部密封方法都不理想,所以都在研究、探索,誰都在想力求早日徹底解決這個難題,這里主要問題還是材料問題,也有結構不合理的方面。只要不懈的努力,只要認真的研究,哪種方法都能做得好,都能做得完美無缺。
(20)電解液里銅離子濃度太高,造成陰極輥端部的密封槽和密封膠圈上出現硫酸銅結晶,陰極輥旋轉過程中硫酸銅被噴水管、擠水輥、或其它東西刮碰散落下來,落在銅箔毛面,當銅箔帶著硫酸銅小顆粒經過導輥和收卷時,堅硬的硫酸銅小顆粒把銅箔硌破,造成銅箔壓眼、壓坑。有的電解槽排風正好在陰極輥端面的邊部,此處既有洗箔冷水的流淌冷卻,又是電解槽排風時車間的低溫空氣進入電解槽排風口的主要通道,使此處溫度最低,自然是硫酸銅最易結晶的地方。所以銅箔生產時一定要認真嚴格控制電解液里的銅離子濃度,還要選擇好電解槽最佳排風位置,這對保護陰極輥邊部氧化緩慢也有好處。
(21)如果銅箔生產車間排風不好,有的電解液經常跑、冒、滴、漏,車間里時常酸霧彌漫,嗆得人直咳嗽。年久會使車間屋頂、墻壁上形成一層微綠色的硫酸鹽,時間長了把水泥腐蝕成了粉末。當受到震動和氣流沖擊時會散落下來,落在陰極輥上,造成該處不導電,使銅箔出針孔,落在銅箔上會造成壓眼、壓坑和表面污點。
(22)陰極輥表面拋光時間過長,光面拋得特別亮,使陰極表面氧化膜反而增厚了,陰極極化反而降低,導致陰極電流密度減小,陰極析氫,在陰極輥上先析出的是粉狀的亞銅,造成銅箔光面的嚴重銅粉,因為陰極輥表面有較多的銅粉,影響了銅離子的正常析出,造成銅箔結晶的位錯、孔穴較多,有些成了針孔。陰極輥表面拋光時間不能太長,時間長了反而把陰極輥表面給拉毛了,即增大了表面粗糙度。容易造成陰極表面析氫,使銅箔出針孔。
(23)電解銅箔生產配液用的水質如果不純凈,水中含有工農業、居民生活和飲食服務業用水,或水質混濁,微生物較多,對銅箔生產是十分有害的。用這種水配制電解液必然造成銅箔出針孔,可以說百分之百的造成銅箔出針孔。如用江河、湖泊、死水庫的水,濁度處理是關鍵,不能把水中細泥、動植物腐殖脂徹底去除,一旦進入電解槽里銅箔必然出針孔。銅箔生產用水最不可選擇的是死水,即不流動的水。因為這種水里的有機物含量特別高,都是膠體物,又非常難處理干凈,處理成本也高,這種有機物對銅箔生產危害最大。
(24)空氣質量不好銅箔容易出針孔,電解車間灰塵大銅箔出針孔,這一點大家都清楚,這里我說的是供給溶銅的空氣不好也極易造成銅箔出針孔。如:空氣中含有灰塵、水銹、油脂等,溶銅供給的空氣直接進入電解液里,一般簡單過濾是不能去出空中漂浮的微小雜質,或不能完全去除。溶銅車間氣溫較高,一般都是敞開門窗,有的沒有門窗,可見人們對此不重視。有的溶銅車間緊靠馬路,有時附近有工程施工灰塵特別大,這種條件下的噴淋式溶銅是很難避免被空氣污染電解液,導致銅箔出現零星針孔。浸泡式溶銅所用的空氣同樣要求十分潔凈,浸泡式溶銅所用的空氣一般都經過反復的過濾凈化,除油除水,是比較干凈的,但有時也出問題,即過濾出了問題,使空氣里有油或水銹,導致銅箔出針孔。
(25)有時在生產過程中突然出現電解液的跑、冒、漏,造成電解液大量流失,人們為了減少損失把這些電解液重新收集起來,返回生產系統里,造成了銅箔的大量針孔。因為銅箔生產車間的地面都是用高分子材料作的防腐表面,當電解液與這些高分子材料長時間接觸浸泡,溶解了防腐材料里的一些高分子材料,使它溶入了電解液里,這些被污染的電解液進入生產系統里,雖然經過過濾,但有些高分子是過濾不出去的,引起銅箔出針孔和結晶粗糙。
(26)電解液里隨著原材料、活性炭帶入氯離子,生產過程又添加了氯離子,雖然從銅箔表面看不出明顯改變,但銅箔結晶體里的枝狀晶增多,孔穴增多,結晶不均勻性增多。隨著氯離子含量的進一步增多,銅箔結晶組織中的縫隙增多,枝狀晶增多,粗糙度增大,滲透點增多,有的成了針孔,抗拉強度下降。因為目前的溶液處理技術對硫酸銅溶液里的氯離子去除問題,還沒有什么即經濟又簡單的有效方法,所以氯離子的添加要甚之又甚。
(27)電解槽里的陽極板四周應該是屏蔽密封的,如果下部沒有屏蔽密封,在進液口處有縫隙,生產時間長了縫隙里會淤積泥沙。在生產時因各種說不清的原因,可能電解液里帶有氣泡,也可能是陽極產生的氣泡,還有其它的原因,把陽極板背面積存的泥沙沖了出來,進入陰、陽極間,造成銅箔出零星針孔。
(28)電解槽的上液管路在末端應設置排污口,定期對管路進行排污。在生產開始供液時,必須把閥門打開,將管路里積存的泥沙氣體排走,不能把這些泥沙和氣體沖入電解槽里,它會造成銅箔出針孔。為了防止這個問題,上液管路應該是傾斜的,當停產時管路里的電解液能全部排空,可用水沖洗,防止管路里淤積泥沙。
(29)用油或乳化劑作潤滑劑研磨陰極輥,在磨輥時壓力較大將潤滑劑研磨鑲入陰極輥表面的晶界里,之后沒有用較大的摩擦力將晶界里的潤滑劑磨洗出來,造成銅箔大面積網狀針孔。隨著銅箔生產的進行,銅箔從陰極輥上剝離的機械腐蝕,會把晶界里的油逐漸拉帶下來。經過幾個小時后針孔就沒有了,但要造成大量廢品。
(30)陰極輥表面氧化嚴重時,銅箔在陰極輥上生成時已經氧化的很嚴重,在銅箔上極易產生針孔,可能是引起析氫的原因。把陰極輥拋光后針孔消失,幾個小時后,隨著陰極輥表面氧化,針孔又重復出現,拋光后,針孔又消失,天天如此。有人說是陰極輥表面暴露空氣時間太長;有人說磨輥精度不夠;有人說是生產車間氣溫高濕度大;有人說電解電流過大;有人說是生產的銅箔太薄了,銅箔從陰極輥上剝離太頻繁陰極輥表面機械腐蝕速度太快;有人說向陰極輥表面吹熱風烘干銅箔的溫度過高;都有道理!應該根據生產現場的條件、環境等實際情況確定解決方法。
(連載1,發表于《電子銅箔資訊》2020年3期)