电解铜箔制造过程及其生产原理

电解铜箔的制造工艺及生产原理(一)电解铜箔制造工艺自20世纪30年代后期开始生产以来，电解铜箔一直用于电子工业。随着电子工业的发展，电解铜箔的质量不断提高，其制造技术也在飞速发展。各铜箔制造企业和相关研究单位在电解铜箔制造技术的研究上也取得了长足的进步，形成了多种电解铜箔制造技术。各企业生产电解铜箔的关键技术差异很大。然而，无论关键技术及其具体工艺如何不同，电解铜箔的制造过程一般包括电解液制备、原箔制造、表面处理、分切加工以及相关的检测控制、附属设备等过程。基本工艺流程如图5-1-1所示。(2)电解质的制备电解液的制备是电解铜箔生产的第一步。主要步骤是将铜原料溶解在硫酸溶液中，然后经过一系列过滤和提纯，制备出成分合格、纯度高的电解液。电解液的质量直接影响铜箔产品的质量，不仅影响铜箔的内部质量，还影响铜箔的外观质量。因此，要严格控制制铜过程中使用的原辅材料，也要严格控制电解液制备的生产设备和操作过程。作为制备电解液的过程，所用的原料包括电解铜、裸铜线、铜棒、铜米等。要求原料中铜的纯度必须达到99.95%以上，铜原料中的铅、铁、镍、砷、锑、铝、硫等各种杂质和有机杂质必须符合GB 4667-1997 电解阴极铜国家标准第1号铜的要求。硫酸作为一种重要的原料，在生产过程中是不可缺少的，其质量也应达到国家标准化学纯度水平的技术要求。1.几种常见的电解质制备工艺(1)第一个过程(图5-1-2)(4)第四个过程(图5-1-5)2.电解质的制备工艺上面只列出了四个有代表性的电解液制备工艺流程。此外，由于各铜箔生产企业在技术水平、设备条件、配套能力等方面的差异，以及铜箔生产的不同等级要求，电解液制备循环方式也存在一定的差异。尽管电解液的循环方式不同，但其机理都是相同的，包括铜溶解、有机物去除、固体颗粒过滤、温度调节、电解液成分调节等功能和目的。首先将清洗后的铜料、硫酸和去离子水加入到具有溶解能力的溶铜罐中，向罐中吹入压缩空气，在加热条件下(一般为50-90 t)将铜氧化，生成的氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜水溶液，当硫酸铜水溶液溶解到一定的cu2浓度(一般为120 -150 gIL)时，硫酸铜水溶液进入原液罐(或过滤后进入原液罐)。与制桶机返回的贫铜电解液(通常为70 -100 gIL)混合，使电解液成分符合工艺要求，然后经过活性炭过滤、机械过滤、温度调节等一系列设备和工艺，将符合工艺要求的电解液送至制桶机(或电解装置)进行原箱生产。在实际生产过程中，电解液被回收，原桶从循环机中连续生产出来，电解液中的铜被消耗掉，而铜从溶铜罐中连续溶解出来，经过一系列过滤、温度调节和成分调节后，再连续送入制桶机。其中，活性炭用于吸附电解液中的有机物(包括有机添加剂)，机械过滤用于过滤(拦截)电解液中的固体颗粒。当选者电解液制备的辅助配套条件包括：铜材处理、压缩空气供应、蒸汽供应、硫酸和纯水供应等。(1)铜材处理如前所述，生产电解铜箱所用的原材料是铜材料，包括电解铜、裸铜线、铜棒、铜米等。其内部质量必须满足国标GB 467-1997 电解阴极铜中1号铜对铜纯度和杂质的技术要求。外观要求清洁，不含油、有机物、污垢和其他附着在其他金属上的有害物质。所生产的电解铜桶越薄等级越高，对铜材料的质量要求也越高，特别是杂质含量越低，铜纯度越好，附着的有机物越少越好。铜材料，尤其是电解铜，在装入溶铜罐之前应切成条状或块状，并进行碱洗、酸洗和水洗，以去除表面的油渍、灰尘和其他杂质。(2)硫酸供应的硫酸是电解铜槽生产过程中的消耗材料，其质量将极大地影响铜筒的外观和内部质量。因此，应选择化学纯度或国家硫酸标准中分析纯度水平以上的质量，纯度应大于95%，特别是要保证无结块和有害金属杂质不超标。储存硫酸的容器最好是耐酸的工程塑料或陶瓷容器，不应使用碳钢或不锈钢。(3)将压缩空气供应给供应给铜溶解罐的压缩空气。它的主要功能是供氧，以促进溶铜罐中有足够的氧气氧化铜，达到溶铜的目的；二是提供搅拌，促进铜液在溶铜罐中的流动，提高溶铜速度。使用的设备有两种：一种是空气压缩机；第二个是罗茨鼓风机。但是，无论使用哪种设备，都要求产生的压缩空气必须是无油的，并经过除油除尘装置，以保证进入溶铜罐的压缩空气的纯度。(4)电解铜锚生产全过程使用纯水作为纯水供应。纯水用于电解液制备，主要用于生产中的初始配液和补充液体消耗。目前，生产纯水的方法有很多，如电渗析、反渗透、离子交换等。作为电解铜箔生产用水，最好使用离子交换法生产高纯度和低电导率的水，从而去除水中的导电离子。因此，铜管生产应使用去离子水。(5)作为电解液制备，需要蒸汽供应能力来加热铜溶解槽中的电解液，并且还需要空气引导装置来排出在铜溶解设备中产生的酸雾。5.铜溶解的基本原理电解液的制备是将预处理后的铜原料放入溶铜罐中，向硫酸水溶液(电解液)中通入氧气，通过一系列氧化反应最终形成硫酸铜水溶液。化学方程式如下：2Cu O2 2H2S04=2CUS04 2H20铜溶解反应是固液固气液气多相反应。反应速度与铜溶解槽中铜的量(具体而言，铜的表面积)、供应的氧气量、电解质的温度以及铜材料表面界面处反应物的浓度有重要关系，因此反应速度与反应物接近界面的速度、产物离开界面的速度以及界面两相反应的速度有关。最慢的一步决定了整体反应速度。扩散通常是多相反应中最慢的一步。多相反应速率还与界面性质、界面几何形状、界面表面积以及界面上是否存在新相有关。铜溶解过程可以大致分为以下步骤：(1)反应物O2和H2 S04扩散到铜表面；(2)反应物O2和H2 S04被铜表面吸附；(3)化学反应发生在表面可以看出，当铜材料发生阳极溶解反应时，阴极发生两个去极化反应，一个是氢去极化反应，另一个是氧去极化反应。因此，提高阴极的去极化速度可以加快铜的溶解速度。在实际生产过程中，为了加快铜的溶解，应注意以下几点(1)尽可能增加铜的表面积，如使用裸铜线、铜棒，最好是铜米，将电解铜切割成小块；(2)增加溶铜罐的鼓风量有两个效果：一是提供足够的氧气，二是加强搅拌效果；(3)提高溶铜槽的温度有利于化学反应速度和扩散速度，但实验表明，当温度达到85时，反应速度达到最大，因此在实际生产过程中，可以控制在80-85。(4)合理分配是指铜料在溶铜罐中合理均匀的布置，使压缩空气和电解液有理想的流动通道，有利于提高溶铜速度。(3)原箔制造原箔的制作是电解铜生产中的一个关键工序。原箔是电解铜成品的半成品，决定了电解铜箔的大部分质量性能。如铜箔密度、抗拉强度、延伸率、铜纯度、质量电阻率、针孔穿透点等指标，也在很大程度上决定了后续工艺中表面处理的质量，也是对前期工艺电解液制备系统先进可靠的检验。1.原始气缸制造的基本过程最初的箔制造过程是电解过程。它是在一种特殊的电解设备中完成的。它通常使用由特殊铁材料制成的铁表面辐条作为阴极卷轴，使用含1%银的优质铅银合金(或使用特殊涂层的铁板)作为阳极，并在阳极和阴极之间添加硫酸铜电解液。在直流电的作用下，金属铜沉淀在阴极组件上。随着阴极系列的连续旋转，铜在系列表面上连续沉淀，沉淀的金属铜从系列表面连续剥离、洗涤、干燥并卷绕成卷，从而形成原始的圆筒。通过调节不同的阴极径向速度，可以生产不同厚度的原圆筒。2.原宿制造的主要工艺参数作为原始的箔制造工艺，每个制造商所使用的设备，尤其是阴极组件，是非常不同的，并且工艺条件也是非常不同的。因此，作为原宿制造的主要工艺参数，也有很大的不同。表5-1-7列出了几组有代表性的工艺参数供参考。由此可见，不同厂家的工艺参数相差很大，这是正常的。但是，每个参数之间有一定的匹配关系。每个工艺参数的选择及其匹配关系决定了原箔的质量。因此，制造商也在不断探索工艺参数的适当组合，以寻求最佳质量和最高生产效率。3.原宿制造的辅助条件作为制造原始气缸所需的辅助条件，除了准备和供应电解液、DC电源、阴极径向研磨、从电解池引入空气、添加添加剂等条件外，还需要其他条件。(1) DC电源原宿制造厂使用的直流电流是一种高电流低电压直流电流，一般在1000至50000安培之间。它由变压器整流器提供。然而，制桶机的供电方式有两种：一种是多机串联供电，另一种是单机供电。这两种供电方式各有优缺点，但目前首选单机供电，因为它有利于单机操作和单机产品质量调整。(2)添加添加剂的电解铜锚的一些性能，如抗拉强度、伸长率、粗糙表面粗糙度、质量电阻率等指标，在很大程度上取决于原锚的质量(3)电解槽导气管电解铜锚的生产对环境要求非常严格。除了生产空间的空气净化以及温度和湿度的调节之外，还必须对生产机器的电解池进行良好的空气引导，以便在生产机器的生产过程中挥发的含有酸雾的气体不被排放到生产环境空间中，而是被直接泵送走。抽出的含酸气体必须通过酸雾净化设备与硫酸分离，净化后排入大气。(4)阴极组件研磨阴极组件的表面质量直接影响电解铜抛光表面的质量和视觉效果。其研磨技术已成为电解铜桶生产的关键技术之一。在阴极辊磨削问题上，各厂家采用的工艺方法多种多样，差异也很大。但是，一般来说，砂纸(布)、尼龙轮、尼龙刷轮、PYA轮、磨堆片、磨堆盘、磨堆轮、磨堆片刷等。被利用了。每个制造商根据研磨工艺选择不同的研磨材料。阴极系列研磨可分为离线研磨和在线抛光。所谓离线研磨抛光是指在新系列专用设备上对阴极系列进行的一系列研磨抛光过程，该系列在长期在线生产和使用过程中，表面有划痕等缺陷，表面变化较大。在线抛光是指在跟踪机上安装抛光装置，在阴极辐条的生产和使用的每一个阶段对阴极卷轴表面进行抛光，有利于减少阴极辐条的装卸次数，提高生产效率。4.原气缸制造的基本原理原宿使用硫酸铜水溶液作为电解液，其主要成分包括Cu2、H和少量其他金属阳离子和阴离子，如羟基-、S042-、等。在直流电的作用下，阳离子移动到阴极，阴离子移动到阳极。阳极一般采用不溶性阳极(铅银合金或涂层铁板等)。)。由于各种离子的沉淀电位不同，它们的组成成分也有很大的不同。在阴极上，从Cu2获得的两个电子被还原成铜并在阴极网上电化学结晶。电极反应如下：Cu2 2e=Cu氧和氢即： 20h-2e1 2H 02在阴极氢氧放电后产生，因此整个过程仍然是一个制酸过程。由于氧气流失，H S042-结合形成硫酸，即： 2H SO42H2 S04。总反应为：这样，在电解过程之后，电解液中Cu2的含量连续降低，H2 S04的含量连续增加。这个过程与铜溶解过程正好相反。铜溶解过程是不断增加电解液中Cu2的含量并不断降低H2 S04的含量。因此，电解液的循环通过铜溶解和电解两个过程持续保持电解液中Cu2和H2 S04含量的平衡。在电解过程中，CU2不断地在阴极径向表面获得电子的电化学结晶，形成原始的圆筒。通过控制各种工艺参数，合理调整阴极径向速度，可以获得不同厚度的铜桶。对于铜箔生产，电结晶过程的质量直接影响铜箔的晶体结构，并与化学成分、电性能、机械性能等有关。整个电解过程遵循法拉第定律、离子迁移理论、电极过程动力学和电化学原理的扩散动力学。(4)铜箔的表面处理表面处理是铜箔生产中的一个重要环节，包括粗糙层处理、耐热层处理和抗氧化层处理。其中，前两项在原箔粗糙表面进行，抗氧化层处理在原两个表面进行，这三个方面的处理在同一台表面处理机上分步骤连续完成。1.表面处理的一般过程目前，国内外各种铜箔生产企业采用的铜锚表面处理工艺预处理是指清洗、去除氧化和蚀刻原箔表面的过程。制盒机生产后原堵塞物存放时间短，表面易产生氧化层，必须在粗化