降低铜箔粗糙度方法及其铜箔制品与流程

1.本发明涉及铜箔抛光技术领域，特别涉及一种降低铜箔粗糙度方法及其铜箔制品。


背景技术：

2.铜是与人类关系非常密切的有色金属，是人类历史上使用最早的金属材料之一。铜有丰富的自然矿藏，良好的导电性、导热性、延伸性、耐腐蚀性等性质，广泛应用于电力、电子、能源石化、运输业、机械和冶金工业、轻工业、新兴产业和高科技领域。在尖端技术中铜及其合金也起到了举足轻重的作用，如在集成电路、大规模集成电路、超导电磁体、核聚变装置、形状记忆合金等方面也因其独特性使其成为环境中许多应用的理想材料选择。
3.单晶铜纯度高，电信号传输性能好，因而具有极高的信号传输性能。在高标准传输设备领域以及集成电路封装领域也因单晶铜的廉价与优异性能而得到广泛应用。在科研不断发展的新兴时代，单晶铜是非常好的衬底材料，在表面科学、薄膜制备方面起到了越来越重要的作用，特别是近年利用化学气相沉积法(cvd)在单晶铜上石墨烯的生长越发成熟，大晶粒尺寸铜箔对于提高石墨烯的质量具有重要作用。
4.金属材料在由体型轧制成箔状时，由于晶粒将沿着轧制方向变形，并形成类似纤维状，顺着纤维方向和与其垂直的方向在性能上有着微量的差异，这就导致轧制后箔片的表面存在着明显流体状痕迹，而这些痕迹在以大晶粒尺寸铜箔为基底进行材料生长后会产生一定的不利影响。因箔片的厚度在微米级别，机械抛光劳动强度较大，污染严重而且对形状复杂的材料难以抛光，光泽度保持时间较短。化学抛光包括酸性抛光和碱性抛光，抛光速率较快但不易控制，并且有气体溢出严重污染环境。要消减轧制后的车纹痕迹，使用传统的表面抛光工艺，如机械抛光和化学抛光都不能满足较低的粗糙度，故需要采取效果更好的电化学抛光工艺。
5.公开号“cn107937977a”，名称为“一种阴极辊电解抛光液及抛光方法”的发明专利，其披露了一种阴极辊电解抛光液及抛光方法，该电解抛光液由两种或两种以上的nh4hf2、nano3、hno3、h2so4、(ch2oh)2溶液混合而成，酸含量普遍较高，酸性强，易造成待抛光工件的腐蚀，操作难度高，而且操作温度较高，易产生酸雾，对生产环境有一定的影响。
6.公开号“cn105390384b”，名称为“一种无应力电化学抛光铜时去除二氧化硅的方法”的发明专利，其披露了一种无应力电化学抛光铜时去除二氧化硅的方法,将传统的铜化学机械抛光法与新型的铜无应力电化学抛光法相结合运用，其实现步骤繁多，操作相对麻烦。
7.公开号“cn105603518a”，名称为“一种多晶铜箔转变为单晶cu(100)的方法”的发明专利，其披露的抛光液中的磷酸的浓度高达98％，而且抛光时间较长，抛光效率低。在《铜在磷酸溶液中的电化学抛光研究》一文的图2铜抛光后的粗糙度随磷酸浓度的变化趋势中可以看出，采用磷酸作为电化学抛光液的主要成分，其抛光最低粗糙度仅达到30nm；另外，在铜箔在抛光过程中无夹具夹持，容易发生褶皱，难以保护产品质量。
8.因此，寻找一种环境污染小、混合抛光液种类少、操作简单、粗糙度低的电化学抛光方法具有广阔的应用前景和重要的现实意义。


技术实现要素：

9.针对上述不足，本发明的目的之一在于，提供一种对环境污染小、混合抛光液种类少、操作简单，能实现更低粗糙度的降低铜箔粗糙度方法。
10.本发明的目的之二在于，提供一种采用上述降低铜箔粗糙度方法加工制得的铜箔制品。该铜箔制品的粗糙度比处理前降低了10倍以上，有镜面反光效果，可满足超光滑铜箔市场的应用。
11.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
12.一种降低铜箔粗糙度方法，其包括以下步骤：
13.(1)配制抛光液：将浓磷酸和分析纯乙二醇按体积配比为2～5：1进行混合，制得无水磷酸-乙二醇抛光液；
14.(2)待抛光铜箔处理：将多晶铜箔置于高温退火炉中进行退火得到大晶粒尺寸铜箔，并用夹具夹持；
15.(3)电化学抛光：将步骤(2)中的大晶粒尺寸铜箔作为阳极，另选取金属板为阴极，一并置入抛光槽的抛光液中进行电化学抛光；
16.(4)清洗：将完成电化学抛光的大晶粒尺寸铜箔进行清洗，然后进行干燥处理，获得降低粗糙度的铜箔制品。将得到的铜箔制品通过原子力显微镜进行验证，10μm
×
10μm的范围大晶粒尺寸铜箔粗糙度的粗糙度(rms)，抛光后的粗糙度降低10倍以上。
17.作为本发明的一种优选方案，所述浓磷酸的浓度为80～90％，优选为85％。
18.作为本发明的一种优选方案，所述夹具由玻璃板或金属板经切割工艺制成。所述夹具是为了在抛光过程中保持避免铜箔在抛光过程中发生褶皱，所述玻璃板包含但不限于有机玻璃板或含氧化硅的普通玻璃板，所述金属板包含但不限于含有锰﹑铁﹑锌﹑铝、铅、锡、镍、硅、磷元素的铜板，或者不锈钢、铝合金等金属板材。
19.作为本发明的一种优选方案，所述多晶铜箔为压延铜箔或电解铜箔。所述大晶粒尺寸铜箔的x射线衍射峰包括但不限于cu(111)晶面，也可以是cu(110)、cu(100)、cu(211)、cu(345)、cu(553)、cu(122)、cu(255)、cu(256)等不同低高密勒指数的铜箔。
20.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(3)中的金属板包括但不限于铅板、铬板、石墨板、镍板、锡板、铅锡板、不锈钢、锌板或磷铜板。
21.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(3)中的电化学抛光参数电压为1～4v，电流密度5～20a/dm2，抛光时间0.5～3min。
22.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(4)采用无水乙醇和去离子水对完成电化学抛光的大晶粒尺寸铜箔进行多次清洗，清洗过程中保持空气湿度低于55％；
23.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(4)采用压缩空气或惰性干燥性气体对完成清洗的大晶粒尺寸铜箔进行干燥。如氮气、氩气等，要确保不与大晶粒尺寸铜箔发生反应。
24.一种采用上述降低铜箔粗糙度方法制得的铜箔制品，其的表面粗糙度为1～2nm，，平均晶粒尺寸为100μm～20cm，厚度为3～100μm，可以为3μm、6μm、12μm、18μm、25μm、32μm、50
μm、100μm或其它数值厚度。
25.本发明的有益效果为：本发明提供的降低铜箔粗糙度方法工艺简单，操作简单、有效，通过电化学抛光技术，将多晶铜箔退火而成的大晶粒尺寸铜箔作抛光处理，而且抛光液由浓磷酸和乙二醇混合而成，不仅所用原材料种类少，成本低，环境污染小，而且抛光效果好。采用本发明降低铜箔粗糙度方法抛光获得的铜箔制品，其的表面粗糙度可达1～2nm，相比处理前降低了10倍以上，光洁度高，具有较好的镜面效果，满足超光滑铜箔市场的应用。
26.下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
27.图1为本发明夹具的结构示意图。
28.图2为采用本发明降低铜箔粗糙度方法抛光后的大晶粒尺寸铜箔。
29.图3为原子力显微镜下的抛光前后表面粗糙对比。
具体实施方式
30.实施例1：
31.(1)配制抛光液：用1080ml的85％的浓磷酸，以及360ml分析纯级别的乙二醇，在室温下混合搅拌10min，即得无水磷酸-乙二醇抛光液；
32.(2)待抛光铜箔处理：将多晶铜箔置于高温退火炉中用氢气退火得到厚度为25μm的大晶粒尺寸铜箔，并用夹具夹持；参见图1，利用universal pls6.75激光平台切割机将厚度为3mm的亚克力板切成两块玻璃板体2，该玻璃板体2上开有与需夹持的多晶铜箔1的外形轮廓相适配的开口，将多晶铜箔1放在两块玻璃板体之间，通过开口的边缘位置按压在多晶铜箔1的边缘位置，有效防止在抛光过程中发生褶皱情况，提升平整性；
33.(3)电化学抛光：在室温下用直流电源对大晶粒尺寸铜箔进行电化学抛光，将大晶粒尺寸铜箔作为阳极，磷铜板作为阴极，抛光电压2.5v，电流密度10a/dm2，抛光时间2min；
34.(4)清洗：将带有大晶粒尺寸铜箔的夹具取出立即置于含有无水乙醇及去离子水的槽中，用流动的液体清洗5min，取出后用氮气干燥，获得低粗糙度大晶粒尺寸铜箔制品，参见图1。参见图2，为抛光前后表面粗糙对比图。其中处理前的粗糙度为16.398nm，抛光后的粗糙度为1.634nm。
35.实施例2：
36.(1)配制抛光液：用720ml的85％的浓磷酸，以及360ml分析纯级别的乙二醇，在室温下混合搅拌12min，即得无水磷酸-乙二醇抛光液；
37.(2)待抛光铜箔处理：将多晶铜箔置于高温退火炉中用氢气退火得到厚度为18μm的大晶粒尺寸铜箔，并用夹具夹持；参见图1，利用电火花线切割机床或切割机将厚度为2mm的不锈钢切割成两块金属板体，该金属板体上开有与需夹持的多晶铜箔的外形轮廓相适配的开口，将多晶铜箔放在两块金属板体之间，通过开口的边缘位置按压在多晶铜箔的边缘位置；
38.(3)电化学抛光：在室温下用直流电源对大晶粒尺寸铜箔进行电化学抛光，将大晶粒尺寸铜箔作为阳极，磷铜板作为阴极，金属板体不与抛光液接触，抛光电压2v，电流密度10a/dm2，抛光时间3min；
39.(4)清洗：将带有大晶粒尺寸铜箔的夹具取出立即置于含有无水乙醇及去离子水的槽中，用流动的液体清洗6min，取出后用氮气干燥，获得低粗糙度大晶粒尺寸铜箔制品，其中处理前的粗糙度为17.801nm，抛光后的粗糙度为1.503nm。
40.实施例3：
41.(1)配制抛光液：用1080ml的85％的浓磷酸，以及360ml分析纯级别的乙二醇，在室温下混合搅拌25min，即得无水磷酸-乙二醇抛光液；
42.(2)待抛光铜箔处理：将多晶铜箔置于高温退火炉中用氢气退火得到厚度为36μm的大晶粒尺寸铜箔，并用夹具夹持；参见图1，利用激光切割机将厚度为1.5mm的铝合金切割成两块金属板体，该金属板体上开有与需夹持的多晶铜箔的外形轮廓相适配的开口，将多晶铜箔放在两块金属板体之间，通过开口的边缘位置按压在多晶铜箔的边缘位置；
43.(3)电化学抛光：在室温下用直流电源对大晶粒尺寸铜箔进行电化学抛光，将大晶粒尺寸铜箔作为阳极，磷铜板作为阴极，金属板体不与抛光液接触，抛光电压3v，电流密度20a/dm2，抛光时间2min；
44.(4)清洗：将带有大晶粒尺寸铜箔的夹具取出立即置于含有无水乙醇及去离子水的槽中，用流动的液体清洗5min，取出后用氮气干燥，获得低粗糙度大晶粒尺寸铜箔制品，其中处理前的粗糙度为16.673nm，抛光后的粗糙度为1.721nm。
45.上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。
46.本发明提供的降低铜箔粗糙度方法工艺简单，操作简单、有效，通过电化学抛光技术，将多晶铜箔退火而成的大晶粒尺寸铜箔作抛光处理，而且抛光液由浓磷酸和乙二醇混合而成，组分简单，只有两种单一溶液，所用原材料种类少，成本低，且两种组分都与水互溶，便于清洗，环境污染小，抛光效果好，表面粗糙度可达1～2nm，相比处理前降低了10倍以上，光洁度高，具有较好的镜面效果，能有效削减多晶铜箔退火形成单晶后原表面残留的晶界痕迹，以及铜箔冷轧工艺残留的痕迹，满足超光滑铜箔市场的应用。另外整个抛光工作条件设定简单，抛光参数电压为1～4v，电流密度5～20a/dm2，抛光时间为0.5～3min，在室温下即可进行，易于实现。
47.根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似方法而得到的其它方法及制品，均在本发明保护范围内。