專利名稱：鍍膜的制備方法、電鍍用陰極輥和制造電路板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍍膜的制造方法、電鍍用陰極輥和制造電路板的方法。
本發(fā)明涉及對制造鍍膜方法的改進(jìn)，其中將載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥的上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽以這樣的方式使用當(dāng)薄膜由膜載運裝置載運時，薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽，從而在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層。而且，本發(fā)明涉及對陰極輥的改進(jìn)。進(jìn)而，本發(fā)明涉及制造電路板的方法，其包含在通過鍍膜制造方法制造的鍍膜上形成電路圖形的步驟。
本發(fā)明優(yōu)選用于制造電鍍樹脂膜。
本發(fā)明使具有良好表面性能的鍍膜的制備成為可能。由于本發(fā)明制備的鍍膜在所形成的電鍍層上基本上沒有凸起或凹陷缺陷，可以通過形成導(dǎo)線節(jié)距為80μm或更小的超精細(xì)電路圖形將其優(yōu)選地用于制備電路板。
本發(fā)明優(yōu)選用于制備鍍膜，其中在薄膜的氣相沉積金屬層上形成電鍍層，所述薄膜的氣相沉積金屬層通過金屬蒸發(fā)法而形成，即其具有包含氣相沉積金屬層和在其上形成的電鍍層的多層層合結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明優(yōu)選用于制備鍍膜，其包含薄膜、在該薄膜上通過化學(xué)鍍形成的化學(xué)鍍層和在該化學(xué)鍍層上形成的電鍍層，即其具有由化學(xué)鍍層和在其上形成的電鍍層組成的多層層合結(jié)構(gòu)。這些鍍膜可以用作電子設(shè)備的部件并對所述部件的尺寸降低和重量降低做出貢獻(xiàn)。而且，它們可以分別地優(yōu)選用作不含粘合劑的雙層柔性印刷線路板，這對降低成本有利。所述雙層柔性印刷線路板可以例如在半導(dǎo)體封裝中用于TAB、COF和PGA。
背景技術(shù)：
用于在載運薄膜的同時在薄膜表面上連續(xù)形成鍍層的方法描述在JP-A-07-22473和JP-A-2001-192793中。在這些方法中，使非金屬薄膜或金屬薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥接觸，載運所述薄膜并輸送通過電鍍槽，從而在電鍍槽中在導(dǎo)電表面上形成鍍層，所述電鍍槽設(shè)置在陰極輥的上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極。在這些方法中，安裝了多個各自由陰極輥和電鍍槽組成的單元，載運所述薄膜，并一個接一個地輸送通過所述多個電鍍單元，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成所需厚度的鍍層。
柔性電路用基材用于電子裝置、電子部件、半導(dǎo)體封裝等中。作為一種基材，采用了由聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜和銅箔組成的布線板。作為布線板，有一種通常稱作“三層型”的板，其中將銅箔經(jīng)由粘合劑粘結(jié)在薄膜上，和一種通常稱作“兩層型”的板，其中通過電鍍等技術(shù)在薄膜上形成金屬層，而不采用粘合劑。最近，以更精細(xì)的節(jié)距形成電路的布線，在這些板型中，兩層型吸引了更多關(guān)注。
在印刷電路用三層板中，將環(huán)氧基樹脂或丙烯酸樹脂用作粘合劑。該板的缺點是其電性能由于粘合劑中所含的雜質(zhì)離子而變差。所述板的粘合劑的耐熱溫度為100℃-150℃，因此在將聚酰亞胺薄膜用作基膜的情況下，該板的缺點是300℃或更高如此高的薄膜耐熱性不能得到充分利用。結(jié)果，在將導(dǎo)線向IC芯片結(jié)合這一需要高溫的過程中，采用的加熱溫度必須降低。
在印刷電路用三層板中，銅箔的通常厚度為18μm或35μm。因此，在以80μm(銅導(dǎo)線寬度40μm，導(dǎo)線間隙40μm)或更小的導(dǎo)線節(jié)距形成布線圖形的情況下，銅過厚以至顯著降低蝕刻速度，另外，銅箔表面一側(cè)上的電路寬度變得與粘合劑一側(cè)的電路寬度極為不同?；蛘?，將發(fā)生這樣的現(xiàn)象蝕刻作用使整個電路寬度變得極窄，不能獲得所需的電路圖形。
為解決三層板中的上述問題，提出了不使用粘合劑的印刷電路用兩層板?？梢酝ㄟ^任何氣相沉積方法如真空蒸發(fā)、濺射或任何離子鍍膜方法(包括PVD法、CVD法，其蒸發(fā)化學(xué)物質(zhì)，包括沉積用金屬)，在薄膜上氣相沉積任意金屬來制備兩層板，以形成導(dǎo)電表面，或者通過化學(xué)鍍法鍍敷任意金屬的膜以形成導(dǎo)電表面，并隨后用銅電鍍對導(dǎo)電表面進(jìn)行電解鍍。
在兩層板中，銅層的厚度可以通過電解銅電鍍自由改變。例如，如果獲得了厚度為8μm的銅層，就可以容易地以60μm的導(dǎo)線節(jié)距制備電路圖形，并可以充分利用任何基底薄膜的耐熱性能。基于這種情況，鍍膜的需求逐漸增長。
然而，當(dāng)對連續(xù)載運的薄膜進(jìn)行電鍍時，考慮到薄膜的剛性，在載運過程中作用于薄膜的張力的量級不能這么大。
而且，除非在載運的薄膜和陰極輥之間存在某種程度的潤滑性，否則薄膜的載運狀態(tài)將被陰極輥擾亂，載運張力沿薄膜的寬度方向在許多個部位得不到平衡。該不平衡性造成載運薄膜發(fā)生褶皺和折痕，使載運狀態(tài)不穩(wěn)定。
對于這一問題，在常規(guī)設(shè)備中，伴著從電鍍槽攜帶來的電鍍液的運行中的薄膜到達(dá)陰極輥，在陰極輥上形成液體層，該液體層解決了這個問題。液體層在薄膜和陰極輥之間提供了某種程度的潤滑性。該潤滑性防止薄膜的載運狀態(tài)沿薄膜寬度方向在多個部位處變得不穩(wěn)定。
而且，如JP-A-2001-192793中所描述，如果載運的薄膜是金屬箔如銅箔，可以使薄膜的載運張力變大，還可以使表面電阻值保持較低，從而能夠獲得與陰極輥的優(yōu)異導(dǎo)電性，而不會造成任何問題。
然而，如JP-A-07-22473中所描述，如果試圖載運厚度為50μm的聚酰亞胺薄膜，該薄膜會由于楊氏模量和薄膜強度等之故而破裂。而且，內(nèi)應(yīng)力會在形成的鍍層中顯示作用。因此，不能向薄膜施加大的張力，采用了一種在薄膜的載運狀態(tài)在相對較低的薄膜張力下獲得平衡的同時而形成鍍層的方法。這就是說，在陰極輥和薄膜之間插入含有電鍍液的液體層，在陰極輥和薄膜之間造成足夠的潤滑作用，使薄膜的載運穩(wěn)定化。
然而，即使在該方法中，如果從陰極輥提供電流來形成鍍層，經(jīng)常會發(fā)生旨在構(gòu)成鍍層的金屬在陰極輥上沉淀和沉積的現(xiàn)象。
會發(fā)生這樣的現(xiàn)象，沉積在陰極輥上的金屬被薄膜帶入電鍍槽中，并在電鍍槽中充當(dāng)晶核，由于電場集中，在導(dǎo)電表面或鍍層表面上形成異常凸起(凸起缺陷)。還會發(fā)生這樣的現(xiàn)象，沉積在陰極輥上的金屬在薄膜中形成凹陷或使導(dǎo)電表面或鍍層表面發(fā)生缺陷。再隨后形成的鍍層的厚度不足以使凹陷或缺陷的部分變平。結(jié)果，制備的鍍膜的表面具有凹陷缺陷。而且，在陰極輥上沉積的金屬的圖形被轉(zhuǎn)移到薄膜的導(dǎo)電表面上，造成表面外觀質(zhì)量下降的問題。
在鍍膜表面上形成的凹陷和凸起缺陷會導(dǎo)致不適后果，比如在形成電路布線的蝕刻步驟中或在電路組裝過程中在結(jié)合IC芯片等的步驟中導(dǎo)線斷裂，造成電路質(zhì)量得不到保證的問題。
旨在構(gòu)成鍍層的金屬在陰極輥上的沉淀會造成這些問題，其抑制方法尚未發(fā)現(xiàn)。當(dāng)前，在設(shè)備運行一定時間后，停止生產(chǎn)，刮掉在陰極輥上沉淀和沉積的金屬。然后，重新啟動設(shè)備的運行。從陰極輥上除掉金屬顯著降低了鍍膜的生產(chǎn)率。
另一方面，常規(guī)陰極輥由鐵基材料形成。而且，電鍍液是基于硫酸的，其經(jīng)常含有鹽酸。因此，陰極輥具有這樣的問題難以選擇防腐蝕材料。在該情況下，SUS316適合用作耐電鍍液材料。然而，甚至SUS316也會具有這樣的問題在使用了一段時間后會造成顆粒間腐蝕。
陰極輥還用作載運薄膜的輥。陰極輥具有的問題是它們被運行的薄膜摩擦而逐漸產(chǎn)生缺陷。因此，如果將陰極輥用于生產(chǎn)一段時間后，它們發(fā)生缺陷而增加了與薄膜的摩擦力，造成薄膜被抓緊的狀態(tài)。該狀態(tài)造成薄膜被拉緊和偏斜并進(jìn)一步造成其在水平方向上不規(guī)則搖擺，由此在載運過程中使其發(fā)生褶皺。在最壞的情況下，運行的薄膜發(fā)生折痕。
而且，可能會發(fā)生旨在構(gòu)成鍍層的金屬如銅沉淀和沉積在陰極輥上的情況。如果采用含有磨料的海綿將沉積物例如銅刮掉以將其除去，用作陰極輥構(gòu)成材料的SUS316經(jīng)常會產(chǎn)生缺陷。
缺陷的樣式會轉(zhuǎn)印至所制備的鍍膜的鍍層例如銅層。具有轉(zhuǎn)移而來的缺陷的鍍膜具有稱作發(fā)絲的表面外觀質(zhì)量缺陷。
所述發(fā)絲是凹陷缺陷并會在形成電路配線的蝕刻步驟中和在電路組裝過程中在結(jié)合IC芯片的步驟中造成導(dǎo)線斷裂。結(jié)果，所制備的電路的質(zhì)量得不到保證。
而且，用于電鍍的陰極輥由于發(fā)生缺陷而大量消耗。在陰極輥用于連續(xù)生產(chǎn)的情況下，必須在使用兩周或約一個月后更換以進(jìn)行重新研磨。這大大增加了設(shè)備的維護(hù)操作和成本，降低了生產(chǎn)率，因而提高了生產(chǎn)成本。
為解決該問題，JP-3135176提出一種方法，其中不使柔性電路板產(chǎn)品的電鍍表面例如銅表面與陰極輥接觸。這就是所謂的不接觸載運法，目前將其用于制造鍍膜。圖17顯示了該方法的概略。在圖17中，載運輥52和53分別在其兩個末端具有大直徑的盤52a、52b和53a、53b。薄膜50通過薄膜50的兩個邊緣部分51a、51b被這些盤導(dǎo)引而載運。在圖17中，符號W表示薄膜50的總體寬度，符號Wa表示非接觸部分的寬度。當(dāng)薄膜50被載運的時候，使液體從載運輥53內(nèi)側(cè)流向外側(cè)，使令薄膜50向外偏斜的力作用在薄膜50上。液體從液體源55經(jīng)由流量控制單元56送入，從噴嘴管57的各個噴嘴孔58噴射出來。
然而，如果通過該方法載運薄膜50，從載運輥內(nèi)側(cè)施加偏斜力的液體變得不穩(wěn)定，薄膜50偏離載運輥的大直徑部分(盤部分)，造成不能連續(xù)生產(chǎn)。而且，在載運輥53是陰極輥的情況下，當(dāng)從兩端供電時，供電面積小，容易使供電不穩(wěn)定。結(jié)果，形成鍍層的厚度變得不規(guī)則。用于電鍍的陰極輥被嚴(yán)重消耗，并且在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，必須在使用兩周至約一個月后更換電鍍用陰極輥以進(jìn)行重新研磨。這大大增加了設(shè)備維護(hù)操作和成本，降低了生產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)成本。
電氣和電子設(shè)備正換代為IC型式，并快速地變得更高度地緊湊和更高度集成化。為此，柔性印刷電路板圖形的導(dǎo)線節(jié)距從150-200μm的節(jié)距變?yōu)楦鼮榫?xì)的80-150μm，目前需要制備導(dǎo)線節(jié)距為30-80μm的電路圖形。將來，預(yù)計對導(dǎo)線節(jié)距小于80μm的電路圖形的制備需求將會增長。
本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供制備鍍膜的方法，其解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的問題并能夠滿足上述需求。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供可用于鍍膜制備方法中的陰極輥，其能解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題并能夠滿足上述需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的鍍膜制備方法是，以這樣的方式使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽在用所述薄膜載運裝置載運薄膜的同時，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，其特征在于，以下的關(guān)系得到滿足E0＞[(I/CS)xd]/σ其中E0是構(gòu)成鍍層的金屬的還原電勢；I是流經(jīng)電鍍用陰極輥的電流值；CS是經(jīng)由液體層與陰極輥電接觸的薄膜的導(dǎo)電表面的面積；d是陰極輥和薄膜導(dǎo)電表面之間的間隙厚度；σ是構(gòu)成液體層的液體的電導(dǎo)率。
優(yōu)選通過主要由硫酸組成的電解質(zhì)的濃度對存在于所述間隙中構(gòu)成該液體層的液體的電導(dǎo)率進(jìn)行控制。
存在于所述間隙中構(gòu)成液體層的液體的電導(dǎo)率優(yōu)選為1mS/cm至100mS/cm。
優(yōu)選所述間隙的厚度d為20μm-500μm。
優(yōu)選通過薄膜的載運張力對所述間隙厚度d進(jìn)行控制。
優(yōu)選所述薄膜的載運張力為10N/m至320N/m。
優(yōu)選鍍層由銅組成。
優(yōu)選薄膜由聚酰亞胺樹脂或聚酯樹脂制成。
優(yōu)選通過與陰極輥表面接觸而提供的刀片和/或彈性體除去構(gòu)成鍍層且沉淀在陰極輥表面上的材料。
優(yōu)選向陰極輥、刀片和彈性體中的至少一方連續(xù)地或間斷地供應(yīng)液體。
通過以下方法將本發(fā)明的電鍍用陰極輥用于制備鍍膜，其中以這樣的方式使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽在用所述薄膜載運裝置載運薄膜的同時，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽輸送，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，其特征在于陰極輥的表面粗糙度R最大為1μm或更小。
通過以下方法將本發(fā)明的電鍍用陰極輥用于制備鍍膜，其中以這樣的方式使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽在用所述薄膜載運裝置載運薄膜的同時，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽輸送，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，該方法的特征在于陰極輥的維氏硬度為200或更高。
在本發(fā)明的電鍍用陰極輥中，優(yōu)選在其上形成主要由鎢組成的表面層。
在本發(fā)明的電鍍用陰極輥中，優(yōu)選在其上形成含有50％或更多的鎢并進(jìn)一步含有至少一種選自鉻、鎳和碳的元素的表面層。
在本發(fā)明的電鍍用陰極輥中，優(yōu)選在其上形成含有60-80重量％鎢，15-25重量％鉻、1-10重量％鎳和1-10重量％碳的表面層。
在本發(fā)明的電鍍用陰極輥中，優(yōu)選通過熱噴涂法對其表面進(jìn)行處理。
優(yōu)選所述熱噴涂法是爆燃火焰噴涂法。
通過基于熱噴涂法的表面處理形成的熱噴涂層的孔隙率優(yōu)選為2％或更低。
如果將本發(fā)明的電鍍用陰極輥用作實施本發(fā)明鍍膜制備方法的陰極輥，則使多個薄膜沿陰極輥相互平行地運行。
本發(fā)明的電路板制備方法的特征在于在通過本發(fā)明的鍍膜制備方法制造的鍍膜上形成電路圖形。


圖1是顯示一種用于實施本發(fā)明的鍍膜制備裝置的形式的垂直剖面簡圖。
圖2是部分顯示圖1裝置中的陰極輥和電鍍槽的垂直剖面簡圖。
圖3是顯示一種用于實施本發(fā)明的陰極輥單元的形式的垂直剖面簡圖。
圖4是顯示用于實施本發(fā)明的陰極輥單元另一種形式的垂直剖面簡圖。
圖5是顯示在施加至各個整流器的各電流值下間隙和電導(dǎo)率之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是顯示用于測量陰極輥上液體層厚度的測量儀器的透視簡圖。
圖7是顯示實施例3和4中薄膜載運位置的平面圖。
圖8是顯示用于測量實施例3和4中薄膜張力的測量儀器的透視簡圖。
圖9是顯示實施例3中薄膜載運位置的曲線圖。
圖10是顯示實施例4中薄膜載運位置的曲線圖。
圖11是顯示對比例3中薄膜載運位置的曲線圖。
圖12是顯示對比例4中薄膜載運位置的曲線圖。
圖13是顯示實施例3中薄膜張力測量結(jié)果的曲線圖。
圖14是顯示實施例4中薄膜張力測量結(jié)果的曲線圖。
圖15是顯示對比例3中薄膜張力測量結(jié)果的曲線圖。
圖16是顯示對比例4中薄膜張力測量結(jié)果的曲線圖。
圖17是顯示描述于JP-3135176中的常規(guī)不接觸式薄膜載運裝置的透視圖。
具體實施例方式
下面參考

本發(fā)明鍍膜制備方法的形式。
圖1從整體上概要地顯示了連續(xù)式電鍍設(shè)備，其中通過薄膜載運裝置從薄膜退繞裝置306將具有導(dǎo)電表面的薄膜4a連續(xù)退繞并載運，并在電鍍槽6中進(jìn)行電鍍，通過薄膜卷繞裝置324對鍍膜4b進(jìn)行卷繞。
在所述設(shè)備中制備鍍膜4b的方法包含從薄膜卷材退繞具有導(dǎo)電表面的薄膜4a的薄膜供應(yīng)步驟301、預(yù)處理步驟(例如用酸處理、脫脂處理、水洗等對薄膜4a的導(dǎo)電表面進(jìn)行處理)，和在導(dǎo)電表面上形成鍍層的電鍍步驟303、除去或洗掉電鍍液、防銹處理、洗掉處理殘留物和進(jìn)一步干燥的后處理步驟304，以及將制得的鍍膜4b卷繞成薄膜卷材的卷繞步驟305。在薄膜4a的導(dǎo)電表面清潔的情況下，可以省略預(yù)處理步驟302。在不需要對制得的鍍膜4b進(jìn)行后處理的情況下，后處理步驟304可以省略。
在圖1中，當(dāng)從薄膜退繞裝置306退繞的具有導(dǎo)電表面的薄膜4a輸送通過儲料器307和進(jìn)而通過均衡輥段308時，調(diào)節(jié)其載運張力。隨后，當(dāng)運行的薄膜4a輸送通過速度控制輥段309時，將其控制在基本恒定的運行速度。然后，將運行的薄膜4a輸送通過酸處理和脫脂處理段310和水洗段312并引入含有電鍍液7的電鍍槽6中。在圖2中顯示了電鍍槽6的部分放大視圖。
在圖2中，在薄膜4a的導(dǎo)電表面與陰極輥1-1保持電接觸的同時，該膜沿陰極輥1-1運行，然后被引入電鍍槽6中。在電鍍槽6中，薄膜4a沿著潛輥101-1輸送并從電鍍槽6中升起，到達(dá)下一個陰極輥1-2。
電鍍槽6收容分別用堆積銅球裝填的殼體102-1和102-2。殼體102-1和102-2用作陽極2。陰極輥1-1和1-2用作陰極。來自整流器(DC電源)3-1的電流在陽極和陰極之間流過。在電鍍槽6中，對各個陽極2提供屏蔽板106-1和106-2。這一結(jié)構(gòu)形成了圖2中點劃線包圍的一個電鍍單元6a。
類似地，隨后的單元由用作陰極的陰極輥1-2和1-3、潛輥101-2、各自用堆積銅球裝填的殼體102-3和102-4用作陽極2、屏蔽板106-2和106-3和整流器(DC電源)3-2組成。在圖1所示的電鍍裝置中，在薄膜4a的載運方向上，從上游一側(cè)到下游一側(cè)連續(xù)設(shè)置許多這樣的電鍍單元6a。薄膜4a一個接一個地通過各個電鍍單元6a以增加在其導(dǎo)電層上形成的鍍層的厚度。
優(yōu)選對各個單元6a中的電流條件進(jìn)行選擇以確保用于薄膜4a的電流密度保持在0.2-10A/dm2。后面將對電流密度做出定義。當(dāng)一個接一個地通過各個單元6a后，在從最后一個單元6a出來的薄膜4a的導(dǎo)電層上形成了厚度為1-30μm的鍍層。
在電鍍槽6的底部提供了進(jìn)氣口(用于空氣攪拌的噴嘴)330-1、330-2、330-3和330-4。優(yōu)選從這些進(jìn)氣口引入新鮮空氣331-1、331-2、331-3和331-4并釋放到電鍍液7中，用于攪拌電鍍槽6中的電鍍液7。這改進(jìn)了所形成的鍍層的均勻性。在這種情況下，向形成鍍層的區(qū)域提供新鮮空氣有效地改進(jìn)了鍍層的均勻性。其原因是在所形成的鍍層表面附近用來形成鍍層的金屬離子的濃度被提高了。
雖然在附圖中未被示出，但優(yōu)選將電鍍槽6中的電鍍液7從電鍍槽中排出、過濾以除去污染物并在恒定循環(huán)下引入電鍍槽6中。
鍍層形成完畢后從電鍍槽6中出來的鍍膜4b沿著用來檢測薄膜張力的輥325輸送。隨后，使鍍膜4b相繼輸送通過水洗步驟314(用洗滌水315處理薄膜以除去附著的電鍍液)，防銹處理步驟316(用防銹處理液317保護(hù)形成的鍍層)，水洗步驟318(用以除去過量的防銹處理液)，和具有用于除水的干燥爐的干燥步驟320。
從干燥步驟320出來的鍍膜4b輸送通過速度調(diào)節(jié)段321和均衡輥段322以調(diào)節(jié)其張力。經(jīng)張力調(diào)節(jié)的鍍膜4b輸送通過儲料器323并通過薄膜卷繞裝置324卷繞成薄膜卷材。
圖3是顯示用于實施本發(fā)明鍍膜制備方法的鍍膜制備方法中所用的陰極輥單元的實例的垂直剖面放大視圖。該陰極輥單元包含陰極輥1、電解質(zhì)收容盤10、用于調(diào)節(jié)電解質(zhì)的調(diào)節(jié)罐11和由管路13和16組成并為電解質(zhì)收容盤10供應(yīng)電解質(zhì)的電解質(zhì)供應(yīng)裝置。
在圖3中，具有導(dǎo)電表面5的薄膜4a與陰極輥1保持電接觸，當(dāng)如圖3所示按順時針方向運行時，附于陰極輥1一側(cè)而旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電表面5，被載運而進(jìn)入電鍍槽6中。陰極輥1與馬達(dá)連接(附圖中未示出)，如圖3所示按順時針方向轉(zhuǎn)動。
在薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1的一部分圓周表面之間插入液體層8。符號d表示液體層8的厚度。
在陰極輥1下面，安裝了電解質(zhì)收容盤10。向電解質(zhì)收容盤10供應(yīng)經(jīng)濃度控制的電解質(zhì)9。一部分陰極輥1浸沒在電解質(zhì)9中。當(dāng)陰極輥1旋轉(zhuǎn)時，其不間斷地浸浴在電解質(zhì)9中。隨著旋轉(zhuǎn)，向形成液體層8的區(qū)域供應(yīng)電解質(zhì)9。結(jié)果，在薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1的表面之間形成了液體層8。
經(jīng)由管路13和16從收容經(jīng)濃度控制的電解質(zhì)12的調(diào)節(jié)罐11向電解質(zhì)收容盤10供應(yīng)電解質(zhì)9。管路13和16配有液體供給泵14和閥段(電磁閥)15。向電解質(zhì)收容盤10供應(yīng)的電解質(zhì)12的量受到閥15的作用或泵14的作用的嚴(yán)格控制。電解質(zhì)收容盤10中的電解質(zhì)9濃度發(fā)生變化，這是由于沿薄膜4a運行方向位于上游側(cè)的電鍍單元6a(圖2)的電鍍液被引入電解質(zhì)收容盤10的緣故。為防止?jié)舛茸兓?，將電解質(zhì)從出料口17放出，從管路16供應(yīng)經(jīng)濃度調(diào)節(jié)的電解質(zhì)12。
整流器3經(jīng)陰極輥1向形式為裝填以堆積銅球的殼體的陽極2供應(yīng)電流IA。優(yōu)選此時的電流密度選擇為0.2-10A/dm2。電流密度指的是從整流器3施加的電流除以薄膜4a在電鍍槽6的電鍍液7中浸沒部分的面積得到的值。
圖4是顯示用于實施本發(fā)明鍍膜制備方法的鍍膜制備方法中所用的另一個陰極輥單元實例的垂直剖面放大圖。該陰極輥單元包含陰極輥1、液體接收盤31、刀片21、彈性體22和液體供應(yīng)段24、27和29。
圖4陰極輥單元的陰極輥1的功能與圖3陰極輥單元的陰極輥1的功能相同。然而，陰極輥1在設(shè)置于其底部的設(shè)備方面是彼此不同的。
在圖4的陰極輥單元中，提供了刮刀21用于從陰極輥1上除去附著在其上的沉積物。刀片21是以這樣的方式支承在支座26上的使其刃端保持與陰極輥1的表面接觸。提供了液體供應(yīng)段24向刀片21供應(yīng)液體25。
而且，提供了彈性體22以除去附著在陰極輥1上的沉積物。彈性體22是以這樣的方式支承在支座23上的使其上部表面保持與陰極輥1的表面接觸。提供了液體供應(yīng)段27向彈性體22供應(yīng)液體28。
而且，提供了液體供應(yīng)段29向陰極輥1供應(yīng)液體30。
雖然未在附圖中示出，但液體25、28和30的供應(yīng)量各自受到泵和閥的嚴(yán)格控制。
為防止液體25、28和30進(jìn)入電鍍槽6，提供了接收盤31，并具有排出口33以排出接收的液體32。
在圖3中，為防止用于構(gòu)成鍍層的金屬沉淀和沉積在陰極輥1上，必須使以下的關(guān)系得到滿足，E0＞[(I/CS)xd]/σ(i)其中d是陰極輥1和薄膜4a的導(dǎo)電表面5之間存在著液體層8的間隙的厚度；σ是構(gòu)成存在于間隙中的液體層8的液體的電導(dǎo)率；I是流經(jīng)電鍍用陰極輥1的電流的值；CS是經(jīng)由液體層8與陰極輥1保持電接觸的薄膜4a的導(dǎo)電表面5的面積；E0是構(gòu)成鍍層的金屬的還原電勢。
實際上希望如此。針對相關(guān)的電流值I，以電流條件和金屬的還原電勢E0為參考，對選作橫坐標(biāo)的間隙厚度d和選作縱坐標(biāo)的電導(dǎo)率σ之間的關(guān)系按照式(i)計算作圖，并采用處于圖中所繪線之上范圍內(nèi)的任意電導(dǎo)率σ。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使是薄膜4a在其導(dǎo)電表面5與陰極輥1經(jīng)由液體層8保持電接觸而載運的情況下，如果導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間的電勢差超過構(gòu)成鍍層的金屬的還原電勢E0的值，會出現(xiàn)以下現(xiàn)象其中用于構(gòu)成鍍層的金屬沉淀在陰極輥1上。本發(fā)明人進(jìn)行了各種試驗以期防止沉淀現(xiàn)象。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了式(i)所示的關(guān)系。
本發(fā)明鍍膜制備方法的特征在于，使陰極輥1和薄膜4a的導(dǎo)電表面5之間的間隙的厚度d、構(gòu)成存在于間隙中的液體層8的液體的電導(dǎo)率σ、流經(jīng)電鍍用陰極輥1的電流值I和經(jīng)由液體層8與陰極輥1保持電接觸的薄膜4a的導(dǎo)電表面5的面積CS中的至少一方經(jīng)控制以確保[(I/CS)xd]/σ的值能夠保持小于構(gòu)成鍍層的金屬的還原電勢E0值。
在該情況下，用于構(gòu)成鍍層的金屬沉淀在陰極輥1上的現(xiàn)象得到防止。另外，由于在導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間插入液體層8，薄膜4a的載運狀態(tài)也能保持良好。
作為構(gòu)成液體層8的液體，可以采用包含于電鍍液7中的電解質(zhì)。用作構(gòu)成液體層8的液體的電解質(zhì)9優(yōu)選是主要由硫酸組成的電解質(zhì)，因為這樣不易生成金屬鹽。在構(gòu)成鍍層的金屬是銅的情況下，特別優(yōu)選采用主要由硫酸組成的電解質(zhì)。
為了調(diào)節(jié)構(gòu)成液體層8的電解質(zhì)9的電導(dǎo)率，希望監(jiān)控調(diào)節(jié)罐11中供應(yīng)的電解質(zhì)的電導(dǎo)率，并使用采用離子交換水等稀釋高濃度硫酸得到的溶液來調(diào)節(jié)電導(dǎo)率。經(jīng)電導(dǎo)率調(diào)節(jié)的電解質(zhì)的電導(dǎo)率通過高精度電導(dǎo)率儀進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)電導(dǎo)率低于所需值時，將高濃硫酸供應(yīng)到調(diào)節(jié)罐11中，當(dāng)電導(dǎo)率高于所需值時，供應(yīng)離子交換水。優(yōu)選所述電導(dǎo)率的調(diào)節(jié)是反饋控制的。
如圖3所示，從調(diào)節(jié)罐11供應(yīng)的經(jīng)調(diào)節(jié)電導(dǎo)率的電解質(zhì)9收集在位于陰極輥1下面的電解質(zhì)收容盤10中。相對電解質(zhì)收容盤10來設(shè)置陰極輥1以確保陰極輥1的一部分與收集在電解質(zhì)收容盤10中的電解質(zhì)9保持接觸或浸沒在其中。如果陰極輥1是旋轉(zhuǎn)的，則附著在陰極輥1表面上的電解質(zhì)9被載帶至液體層8形成的區(qū)域，并在該區(qū)域，在運行的薄膜4a和陰極輥1的導(dǎo)電表面5之間形成液體層8。
在圖4所示的陰極輥1中，從液體供應(yīng)段24向刀片21供應(yīng)液體25。向刀片21供應(yīng)的液體25沉積在陰極輥1的表面上，并且當(dāng)陰極輥1旋轉(zhuǎn)時，液體25被載帶至液體層8形成的區(qū)域，在運行的薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間形成液體層8。
而且，在圖4所示的陰極輥1中，從液體供應(yīng)段27向彈性體22供應(yīng)液體28。向彈性體22供應(yīng)的液體28沉積在陰極輥1的表面上，并且當(dāng)陰極輥1旋轉(zhuǎn)時，液體28被載帶至液體層8形成的區(qū)域，在運行的薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間形成液體層8。
進(jìn)而，在圖4所示的陰極輥1中，從液體供應(yīng)段29向陰極輥1直接供應(yīng)液體30。向陰極輥1供應(yīng)的液體沉積在陰極輥1的表面上，當(dāng)陰極輥1旋轉(zhuǎn)時，液體被帶至液體層8形成的區(qū)域，在運行的薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間形成液體層8。
在圖4所示的陰極輥1中，將上述三種方法中的至少一種用作形成液體層8的方法。在任何一種方法中，只要求構(gòu)成存在于間隙d中的液體層8的液體的電導(dǎo)率基本滿足上述式(i)。
在實際的生產(chǎn)控制中，優(yōu)選將電導(dǎo)率控制在1mS/cm-100mS/cm。
在電導(dǎo)率小于1mS/cm的情況下，如果試圖避免用于構(gòu)成鍍層的金屬在陰極輥1上沉淀，施加的電流值必須選擇低電流值。在采用低電流值的生產(chǎn)工藝中，鍍膜4b的生產(chǎn)率下降。因此，由于不能提高生產(chǎn)率，不優(yōu)選該電導(dǎo)率低于1mS/cm。
特別是在構(gòu)成鍍層的金屬是銅的情況下，如果采用了具有后面描述的實施例1所示尺寸的電鍍裝置，則200A的電流值是銅在陰極輥1上沉淀的限值，即使將間隙d保持至40μm那么小也如此。如果采用一個整流器對約3.2m×0.52m面積進(jìn)行電鍍，在該情況下用于形成鍍層的電流密度最高僅可以升高至1.2A/dm2。
在電導(dǎo)率大于100mS/cm的情況下，金屬容易從形成的鍍層上溶解下來。因此，由于容易發(fā)生金屬溶解的現(xiàn)象，不優(yōu)選該電導(dǎo)率高于100mS/cm。
可以通過調(diào)節(jié)薄膜4a的載運張力來控制間隙d的大小。理論上，存在以下公知的霍力方程(ii)。
d＝α×r×(βμv/T)2/3(ii)其中α和β是常數(shù)；r是陰極輥1的直徑；μ是液體層8液體的粘度；v是薄膜4a的載運速度；T是薄膜4a的載運張力。
可以根據(jù)該理論方程發(fā)現(xiàn)間隙d和薄膜4a的載運張力T之間的關(guān)系。然而，由于存在間隙d實際上反比于載運張力T的2/3次冪的關(guān)系，該關(guān)系可以用來控制間隙d和載運張力T。
基于以下的方法，在需要將間隙d調(diào)節(jié)至其1/2的情況下，僅需要將載運張力乘以2(3/2)≈2.83倍。如果如上所述控制間隙d，則可以設(shè)定滿足式(i)的生產(chǎn)條件。
在生產(chǎn)過程中，優(yōu)選將薄膜4a的載運張力T保持在10N/m-320N/m。在載運張力T小于10N/m的情況下，在薄膜4a的運行路徑中，可能會發(fā)生薄膜4a沿水平方向不規(guī)則擺動。該現(xiàn)象的發(fā)生意味著在生產(chǎn)過程中薄膜的載運狀態(tài)控制得不成功。在載運張力T大于320N/m的情況下，如果在薄膜4a的導(dǎo)電表面5上形成的鍍層的金屬存在內(nèi)部應(yīng)變，則會出現(xiàn)形成的鍍膜4b發(fā)生卷曲的現(xiàn)象。該現(xiàn)象的出現(xiàn)意味著不能生產(chǎn)質(zhì)量良好的鍍膜4a。
優(yōu)選間隙d的寬度為2μm-500μm。如果間隙d的寬度小于2μm，薄膜4a的導(dǎo)電表面5直接與陰極輥1接觸的機(jī)會就會增加，這部分地歸因于與陰極輥1表面粗糙度的關(guān)系。如果直接接觸的頻度增加，就不能獲得具有良好質(zhì)量的鍍膜4b。如果間隙d的寬度大于500μm，在薄膜4a的運行路徑中，可能會發(fā)生薄膜4a沿水平方向不規(guī)則擺動。該現(xiàn)象的發(fā)生意味著在生產(chǎn)過程中薄膜的載運狀態(tài)控制得不成功。
通過張力檢測輥325(圖1)檢測載運張力T。與載運張力T檢測值有關(guān)的信號用來控制速度調(diào)節(jié)段321的薄膜載運速度，以確保載運張力T的檢測值基本保持恒定，結(jié)果，經(jīng)控制以確保載運張力T的值變得基本恒定。希望該控制是反饋控制。
控制圖1中薄膜4a的載運速度時，使陰極輥1是驅(qū)動輥，并在速度控制段309中設(shè)定基準(zhǔn)速度。在該控制方法中，可以設(shè)定陰極輥1-1和1-2之間作用于薄膜4a上的牽引比。而且，在該控制方法中，將相鄰的各個陰極輥1之間的牽引比設(shè)定為逐漸增高，速度調(diào)節(jié)段321控制薄膜4b的最終載運速度。如果采用該控制方法，位于電鍍槽6上方的陰極輥1處的薄膜4a的載運張力的最大值T最大出現(xiàn)在張力檢測輥325處。因此，可以基于載運張力最大值T最大控制薄膜4a的載運張力T，并優(yōu)選這樣做。
當(dāng)載運張力T較小時，間隙d的寬度較大。也可以測量載運張力T最低處的第一陰極輥1-1上的間隙d以提高或降低載運張力T，確保該間隙寬度符合目標(biāo)值。
有時會發(fā)生用于構(gòu)成鍍層的金屬沉淀在陰極輥1上的現(xiàn)象。為防止該現(xiàn)象，可以為每個陰極輥1提供用于刮掉沉淀金屬的刀片21。優(yōu)選使刀片21的刃端沿陰極輥1的旋轉(zhuǎn)方向傾斜，而不是朝向為垂直于陰極輥1的表面。在該構(gòu)造下，即使用于構(gòu)成鍍層的金屬沉淀在陰極輥1上，也可以通過刀片21刮掉并除去沉淀的金屬。
刀片21承托在支座26上。支座26具有能沿垂直于陰極輥1旋轉(zhuǎn)方向的方向(沿陰極輥1的寬度方向)調(diào)節(jié)刀片21刃端按壓力的功能。在該構(gòu)造下，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)以確保刀片21刃尖對陰極輥1表面按壓的力可以在陰極輥1的寬度方向上保持均勻。
使刀片21與陰極輥1接觸。因此，優(yōu)選刀片21的材料不易于造成金屬反應(yīng)并不易于造成由于接觸部分存在電解質(zhì)而產(chǎn)生的電池現(xiàn)象(氧化-還原現(xiàn)象)?；谶@一觀點，優(yōu)選刀片21由樹脂或陶瓷制成。由塑性樹脂制成的刀片可以是例如EL Japan Co.，Ltd.生產(chǎn)的塑料刀片“E500”，Eco Blade K.K.生產(chǎn)的UHMW聚乙烯基刀片，或K.K.TokyoSeisakusho生產(chǎn)的氟樹脂基TS刀片。由陶瓷制成的刀片可以是例如K.K.Tokyo Seisakusho生產(chǎn)的SIC新型陶瓷刀片。
也可以提供用于擦除陰極輥1上沉淀的金屬的彈性體22而與陰極輥1的表面滑動接觸。彈性體22承托在支座23上。支座23具有能夠沿垂直于陰極輥1旋轉(zhuǎn)方向的方向(沿陰極輥1的寬度方向)調(diào)節(jié)彈性體22的按壓力的功能。在該構(gòu)造下，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)以確保對陰極輥1表面按壓彈性體22的力可以沿陰極輥1的寬度方向保持均勻。
彈性體22由海綿、無紡布、泡沫等組成。彈性體22的材料優(yōu)選是聚氨酯、PVA(聚乙烯醇)、PVC(聚氯乙烯)、聚乙烯或者丁基基或氯丁橡膠基橡膠材料。其中，由于PVA(聚乙烯醇)和PVC(聚氯乙烯)能夠耐受主要由硫酸組成的電解質(zhì)和電鍍液，它們是特別優(yōu)選的。
如果將刀片21和彈性體22一起使用，可以高效率地除去陰極輥1上沉淀的金屬。例如，由于與刀片21接觸不良而偶然殘留在陰極輥1局部上的沉淀金屬可以被彈性體22擦除。
希望連續(xù)或間斷地向帶有沉淀金屬的陰極輥1、刀片21和彈性體22供應(yīng)液體。該液體將沉淀金屬洗去。在該構(gòu)造中，可以更高效地除去沉淀金屬。另一方面，將該液體用作使式(i)中構(gòu)成液體層8的液體的電導(dǎo)率σ保持恒定的手段。
如圖4所示，從液體供應(yīng)段24、液體供應(yīng)段27或液體供應(yīng)段29供應(yīng)液體。即，從液體供應(yīng)段24向刀片21供應(yīng)液體25，從液體供應(yīng)段27向彈性體22供應(yīng)液體28。要不然就從液體供應(yīng)段29向陰極輥1供應(yīng)液體30。
作為用于制備鍍膜的基底薄膜，優(yōu)選采用由聚酰亞胺樹脂或聚酯樹脂形成的薄膜。在形成用作電子電路材料的鍍銅薄膜的情況下，優(yōu)選采用通用聚酯樹脂薄膜作為基底薄膜。在組裝電路IC等需要耐釬焊熱的情況下，可以將聚酰亞胺樹脂薄膜優(yōu)選用作基底薄膜。
基底薄膜的具體實例包括聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯和聚α，β-雙(2-氯苯氧基乙烷-4，4’-二甲酸)乙二酯醇、聚醚醚酮、芳族聚酰胺、聚烯丙基化物、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚噁二唑、前述物質(zhì)的鹵基取代產(chǎn)物和甲基取代產(chǎn)物，前述物質(zhì)的共聚物和由前述物質(zhì)與其它有機(jī)聚合物組成的混合物。所述基底薄膜還可以含有添加劑如潤滑劑和增塑劑。
作為基底薄膜，特別優(yōu)選通過雙軸牽引平擠薄膜獲得的機(jī)械性能改進(jìn)的薄膜，所述流延薄膜是通過熔體擠出含有85摩爾％或更多的下式表示的重復(fù)單元的聚合物而獲得的。
(其中X代表H、CH3、F或Cl基團(tuán))。
作為基底薄膜，還優(yōu)選通過濕法成型或干法成型聚合物獲得的薄膜，所述聚合物含有50摩爾％或更多的下式表示的重復(fù)單元，或通過雙軸牽引和/或熱處理所述薄膜獲得的薄膜。
(其中X代表H、CH3、F或Cl基團(tuán)；m和n分別獨立地代表0-3的整數(shù))。
對于柔性電路，經(jīng)常采用厚度為6-125μm的基底薄膜，特別適合采用厚度為12-50μm的基底薄膜。
使具有如此薄厚度的寬幅薄膜在圖1所示的鍍膜制備裝置中順利地運行是極為困難的。即使在薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間存在液體層8，薄膜4a也可能運行不順暢。
在陰極輥1的表面最大粗糙度R最大大于1μm的情況下，當(dāng)提高載運張力T時，會發(fā)生陰極輥1表面上存在的表面凸起的高度變得高于居間的液體層8的厚度d的情況，造成表面凸起咬住薄膜4a的現(xiàn)象。如果發(fā)生該現(xiàn)象，則薄膜4會被陰極輥1的表面緊持。結(jié)果，薄膜4a被局部繃緊，與之對應(yīng)，還會局部松弛。
如果出現(xiàn)這種狀況，則薄膜4a的導(dǎo)電表面5或剛剛形成的鍍層的表面就會出現(xiàn)缺陷。而且，還會出現(xiàn)陰極輥1的表面粗糙度向薄膜4a的導(dǎo)電表面5轉(zhuǎn)印的問題。
本發(fā)明的電鍍用陰極輥通過使陰極輥的表面粗糙度R最大保持在1μm或更低解決了該問題。如果采用該陰極輥，即使薄膜很薄，液體層對陰極輥的潤滑作用也是順滑的，并且可以經(jīng)由該制備裝置穩(wěn)定地載運薄膜。
然而，如果陰極輥是由常規(guī)的SUS316制成的，隨著使用時間的流逝，顆粒間腐蝕會逐漸發(fā)生。而且，由于其表面硬度是約70維氏硬度Hv，表面會因與薄膜的摩擦而被逐漸地磨損并發(fā)生缺陷。結(jié)果，不能保持1μm或更低的表面粗糙度R最大，產(chǎn)品的表面外觀質(zhì)量會下降。
為解決這一問題，試驗了各種方法。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用比構(gòu)成鍍層的金屬硬度更高的材料來形成陰極輥表面的方法是有效的。在該構(gòu)造中，可以防止陰極輥磨損引起的表面粗糙度R最大的增加。構(gòu)成鍍層的銅的維氏硬度為約170。
本發(fā)明人試驗了各種具有高維氏硬度的陰極輥，特別試驗了表面處理方法。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)主要采用鎢的表面處理層非常好。而且，發(fā)現(xiàn)含有50％或更多鎢并進(jìn)一步含有選自鉻、鎳和碳中至少一種或多種元素的表面處理層是優(yōu)選的。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，含有60-80重量％鎢、15-25重量％鉻、1-10重量％鎳和1-10重量％碳的表面處理層是更優(yōu)選的。這樣的材料能夠耐受主要由硫酸組成并進(jìn)一步含有鹽酸等的電鍍液，因而是極為優(yōu)選的。
作為表面處理方法，有PVD法如真空蒸發(fā)法和濺射法、CVD法、熱噴涂法、離子注射法、鍍敷法等。其中，優(yōu)選通過熱噴涂法進(jìn)行表面處理，因為這樣可以簡便地生成極硬的層。而且，由于可以簡便地形成較厚的層，使表面處理結(jié)束后表面粗糙度易于通過金剛石研磨機(jī)來調(diào)節(jié)，優(yōu)選熱噴涂法。
熱噴涂法包括氧-燃料噴涂法、電噴涂法、火焰噴涂法如粉末火焰噴涂法、線火焰噴涂法、棒火焰噴涂法或爆燃火焰噴涂法、電弧噴涂法和等離子噴涂法。能夠形成密實的碳化鎢基層的爆燃火焰噴涂法是極為優(yōu)選的。
為防止電鍍液腐蝕基底金屬，優(yōu)選表面處理層的厚度為30μm或更高。而且，考慮到耐久性，優(yōu)選表面處理層的厚度為100μm或更高。而且，為防止電鍍液腐蝕噴涂層的內(nèi)部，優(yōu)選熱噴涂層的孔隙率為2％或更低。
如果采用了上述的電鍍用陰極輥，則可以防止薄膜表面發(fā)生缺陷。而且，可以防止陰極輥產(chǎn)生的異常抓緊力作用在薄膜上，所述薄膜可以穩(wěn)定地載運。這些益處的結(jié)果就是可以在薄膜上形成良好的鍍層。
這樣的陰極輥可使多個薄膜沿著這些陰極輥相互平行地運行。在采用所述陰極輥的情況下，即使同時令多個薄膜并行地運行，薄膜也不會產(chǎn)生無規(guī)的張力，且各個薄膜都可以良好地載運。在具有長運行路徑的方法中，其中薄膜極經(jīng)常地沿著多個陰極輥和潛輥折轉(zhuǎn)，本發(fā)明的陰極輥顯示出極佳的效果。在該構(gòu)造中，可以在有限的空間內(nèi)制備大量的鍍膜，使曾經(jīng)很低的鍍膜生產(chǎn)效率被顯著提高。
實施例以下描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明不受其限制。在以下實施例中，按照以下方法測量各種性能。
(1)塑料薄膜的表面張力按照J(rèn)IS K 6766-1977(聚乙烯和聚丙烯的濕法測試方法)測量塑料薄膜的表面張力。當(dāng)所述表面張力為56達(dá)因/cm或更低時，采用由甲酰胺和乙二醇單乙醚組成的混合溶液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液來測量表面張力，當(dāng)所述表面張力為57-73達(dá)因/cm時，采用由水(72.8達(dá)因/cm)和乙二醇(47.7達(dá)因/cm)組成的混合溶液。
(2)接觸角采用Kyowa Interface Science Co.，Ltd.生產(chǎn)的ACE接觸角測量儀通過液滴法測量接觸角。
(3)濺射層厚度采用觸針法表面粗糙度測試儀進(jìn)行測量。在形成濺射層之前，用可被溶劑除去的墨水部分涂覆樣品，然后形成濺射層，除去墨水涂層進(jìn)行測量。
(4)鍍層厚度采用蝕刻劑部分地除去鍍層，采用Keyence Corporation生產(chǎn)的激光顯微鏡測量高度差。
(5)電導(dǎo)率采用Horiba Advanced Techno Co.，Ltd.生產(chǎn)的CEH-12型電導(dǎo)率儀進(jìn)行測量。測量方法是AC雙電極法，采用測量范圍在0-199mS/cm的傳感器。
(6)存在液體層的間隙采用圖6所示的儀器測量相應(yīng)于液體層厚度的間隙。在圖6所示的測量儀器中，具有纜線43的位移計44沿著附著在液體層厚度測量架41上的滑動導(dǎo)軌42移動，檢測信號被放大器單元45放大，以放大信號的形式傳輸。作為測量傳感器(位移計44)，采用了KeyenceCorporation生產(chǎn)的激光位移計來測量液體層的厚度。作為傳感器頭，采用了微型高精度CCD激光位移傳感器“LK-010”，采用了作為放大器單元45的“LK-3100”。所述傳感器的分辨率為0.1μm，光點直徑為20μm，參考距離為10mm。
(7)載運張力在陰極輥的兩側(cè)安裝壓力盒型傳感器進(jìn)行測量。所述傳感器為Minebea Co.，Ltd.生產(chǎn)的“C2G1-25K”型。測量范圍可以調(diào)至0-250N。對基于陰極輥重量和載運薄膜接觸角獲得的張力值進(jìn)行修正。
作為簡易方法，采用圖8所示的測量儀器測量生產(chǎn)過程中的載運張力。沿陰極輥61a、載運輥62和陰極輥61b展開薄膜4a進(jìn)行載運。在安裝在滑動導(dǎo)軌64上的滑動單元65上安裝推拉式量器63，對薄膜4a按壓薄膜壓輥68。設(shè)置一個制動器66，使得在薄膜壓輥68壓下15mm時，滑動停止。隨著在薄膜4a運行的同時，輥68被壓下15mm，采用推拉式量器63測量從載運薄膜4a接收到的力。所用的推拉式量器63是Aikoh Engineering Co.，Ltd.生產(chǎn)的“9550型”。
(8)表面粗糙度采用觸針法三維表面粗糙度測量儀進(jìn)行測量。
實施例1在本實施例中，向柔性電路板施用鍍銅薄膜。
(1)具有導(dǎo)電表面的薄膜的制備在薄膜從薄膜卷退繞的同時，在減壓裝置中對其進(jìn)行處理，隨后卷繞成薄膜卷。在該設(shè)備中，進(jìn)行了等離子處理、鎳鉻層的形成和銅層的形成。
預(yù)先安裝一卷25μm厚、520mm寬、12500m長的聚酰亞胺薄膜“Kapton”1(Du Pont，USA的注冊商標(biāo))。
以2m/分鐘的速度用氬氣的輝光放電等離子體對薄膜的一個表面進(jìn)行處理。為進(jìn)行處理，以2cm的距離與棒形電極保持接觸而載運薄膜，向該電極施加高電壓，采用以電極對作為接地電極的內(nèi)電極系統(tǒng)等離子裝置。在2.5Pa的氬氣壓力、初級輸出電壓2kV、高頻供電頻率為110kHz和2m/分鐘的速度下處理薄膜，以形成輝光放電等離子層。經(jīng)處理薄膜的表面張力大于70達(dá)因/cm，接觸角為43度。
然后，在2.6×10-6Pa的氬氣壓力下，采用由20重量％鉻和80重量％鎳組成的靶，通過應(yīng)用DC磁控濺射法形成30nm的鎳鉻層。然后，采用由純度99.99重量％銅組成的靶，通過DC磁控濺射法形成100nm的銅層。
從該薄膜上除去形成濺射層用測試部分和引導(dǎo)部分以制備具有濺射層的12000m薄膜。
(2)鍍層的形成將所得到的具有濺射層的12000m薄膜卷分成四個3000m的卷，以制備各自具有導(dǎo)電表面的四個520mm×3000m薄膜卷。使其中之一輸送通過以下的電鍍裝置以形成鍍層。
作為電鍍裝置，采用了圖1和3所示的裝置。將銅用作陽極2。將16個每個都是圖2中點劃線包圍的單元6a的單元用來構(gòu)成電鍍環(huán)路和電鍍裝置。制備了具有8μm厚銅鍍層的薄膜4b。
每個陰極輥1都是直徑為210mm、長度800mm、壁厚10mm的SUS316圓筒。當(dāng)從陰極輥1-1沿潛輥101-1向陰極輥1-2輸送薄膜4a時，薄膜的通過長度為4m。通過長度指的是薄膜4a從陰極輥1頂部至下一個陰極輥頂部的長度。因此，電鍍段的總通過長度為64m。
薄膜的預(yù)處理條件、電鍍條件和防銹處理條件示于表1中。設(shè)定鍍銅的電流密度以確保電流密度隨著沿陰極輥1和潛輥101通過次數(shù)的增加而逐漸升高。第一至第十六個單元各自的整流器3的電流設(shè)置示于表2中。
將以表2的電流值和銅的還原電勢0.337V為參考，對于每個電流值從式(i)計算得到的存在液體層的間隙d和電導(dǎo)率σ之間的關(guān)系表示為圖5中的曲線。只需要對電導(dǎo)率進(jìn)行控制，使其位于圖5曲線中指示相關(guān)電流值的線之上。銅的還原電勢因銅離子的活度或濃度而變化，但作為銅標(biāo)準(zhǔn)單位電極電勢的Cu2+/Cu值是0.337V。從銅離子的濃度來判斷，該電勢低于該值。因此，將該值用作還原電勢。而且，由于將接觸角設(shè)定為120度，薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間的接觸面積經(jīng)計算為520mm寬×約220mm。
采用圖6中所示的激光位移計44測量對應(yīng)于液體層厚度的間隙d，設(shè)定薄膜載運張力T以確保間隙d變?yōu)?00μm或更小。為了設(shè)定薄膜張力，采用圖1所示的S形折繞速度控制段309足夠地降低張力，然后，一個接一個地改變每個輥的轉(zhuǎn)動速度，從而在各個相鄰的輥之間以不同的比率牽引薄膜，由此設(shè)定各自的張力。在陰極輥(張力檢測輥)325處，采用壓力盒自動檢測壓力，采用速度調(diào)節(jié)段321驅(qū)動馬達(dá)的速度進(jìn)行反饋控制以確保陰極輥325處的張力變?yōu)?60N/m。在張力最小的陰極輥1-1處，對應(yīng)于液體層厚度的間隙d通過圖6的檢測儀器來測量，為125μm。
載運速度設(shè)定為1m/分鐘，當(dāng)設(shè)定各個陰極輥1-1-1-17的馬達(dá)驅(qū)動力時，逐步地設(shè)定牽引比，以逐漸地提高速度并逐漸增大張力。
可以這樣進(jìn)行控制，使每個單元6a處的電導(dǎo)率不同，但是在該情況下，設(shè)備變得昂貴。因此，要進(jìn)行調(diào)節(jié)使所有的單元6a中液體層的電導(dǎo)率保持在10mS/cm，以確保不超過銅沉淀限值。對圖3中調(diào)節(jié)罐11的硫酸濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)定泵14達(dá)到100ml/分鐘，以控制接收盤10中的液體濃度。
結(jié)果，銅沒有沉淀在陰極輥1的表面上，載運狀態(tài)非常穩(wěn)定。獲得了具有良好卷繞形式的薄膜卷4b。
然后，觀測鍍銅的表面。電鍍表面幾乎沒有異常凸起和凹陷，證實可以制備具有優(yōu)異表面外觀質(zhì)量的銅鍍膜。異常凸起和凹陷的數(shù)目示于表3中。
(3)圖形化電路的形成用光敏液體光刻膠涂覆薄膜并采用電路圖形掩模向紫外光曝光，然后進(jìn)行顯影，所述圖形有1024根銅導(dǎo)線，導(dǎo)線寬度為30μm，導(dǎo)線間隔為30μm，即導(dǎo)線節(jié)距為60μm。采用氯化鐵作為蝕刻劑來形成圖形化電路。采用立體顯微鏡，以150x的放大倍數(shù)觀測五十個這樣的圖形化電路，以凹口(chip)(10μm或更大的凹口被認(rèn)作缺陷，圖形化電路中1024條導(dǎo)線即使只一條有缺陷凹口即作廢)和斷線為基準(zhǔn)來判斷圖形化電路的質(zhì)量。結(jié)果示于表4中。圖形化電路顯示出100％的產(chǎn)率。
表1

表2

表3在520mm×100mm中的凸起和凹陷數(shù)目

表4

實施例2在本實施例中，向柔性電路板施用了鍍銅薄膜。
(1)具有導(dǎo)電表面的薄膜的制備制備了與實施例1完全相同的具有導(dǎo)電表面的薄膜。
(2)鍍層的形成將所得到的具有濺射層的12000m薄膜卷分成四個3000m的卷，以制備四個520mm×3000m的薄膜卷。使其中之一輸送通過以下的電鍍裝置以形成鍍層。
作為電鍍裝置，采用了圖1和4所示的裝置。將銅用作陽極2。將16個每個都是圖2中點劃線包圍的單元6a的單元用來構(gòu)成電鍍環(huán)路和電鍍裝置。制備了具有8μm厚銅鍍層的薄膜4b。
每個陰極輥1都是直徑為210mm、長度800mm、壁厚10mm的SUS316圓筒。當(dāng)從陰極輥1-1沿潛輥101-1向陰極輥1-2輸送薄膜4a時，薄膜的通過長度為4m。通過長度指的是薄膜4a從陰極輥1頂部至下一個陰極輥頂部的長度。因此，電鍍段的總通過長度為64m。
薄膜的預(yù)處理條件、電鍍條件和防銹處理條件示于表1中。設(shè)定鍍銅的電流密度以確保電流密度隨著沿陰極輥1和潛輥101通過次數(shù)的增加而逐漸升高。第一至第十六單元各自的整流器3的電流設(shè)置示于表2中。
將以表2的電流值和銅的還原電勢0.337V為參考，對于每個電流值，從式(i)計算得到的相應(yīng)于液體層厚度的間隙d和電導(dǎo)率σ之間的關(guān)系表示為圖5中的曲線。只需要對電導(dǎo)率進(jìn)行控制，使其位于圖5曲線中指示相關(guān)電流值的線之上。銅的還原電勢因銅離子的活度或濃度而變化，但作為銅標(biāo)準(zhǔn)單位電極電勢的Cu2+/Cu值是0.337V。從銅離子的濃度來判斷，該電勢低于該值。因此，將該值用作還原電勢。而且，由于將接觸角設(shè)定為120度，薄膜4a的導(dǎo)電表面5和陰極輥1之間的接觸面積經(jīng)計算為520mm寬×約220mm。
采用圖6中所示的激光位移計44測量相應(yīng)于液體層厚度的間隙d，設(shè)定薄膜載運張力T以確保間隙d變?yōu)?00μm或更小。為了設(shè)定薄膜張力，采用圖1所示的S形折繞(lap)速度控制段309足夠地降低張力，然后，一個接一個地改變每個輥的轉(zhuǎn)動速度，從而在各個相鄰的輥之間以不同的比率牽引薄膜，由此設(shè)定各自的張力。在陰極輥(張力檢測輥)325處，采用壓力盒自動檢測壓力，采用速度調(diào)節(jié)段321驅(qū)動馬達(dá)的速度進(jìn)行反饋控制以確保陰極輥325處的張力變?yōu)?60N/m。在張力最小的陰極輥1-1處，對應(yīng)于液體層厚度的間隙d通過圖6的檢測儀器來測量，為80μm。
載運速度設(shè)定為1m/分鐘，當(dāng)設(shè)定各個陰極輥1-1-1-17的馬達(dá)驅(qū)動力時，逐步地設(shè)定牽引比，以逐漸地提高速度并逐漸增大張力。
可以這樣進(jìn)行控制，使每個單元6a處的電導(dǎo)率不同，但是在該情況下，設(shè)備變得昂貴。因此，要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所有單元6a中液體層的電導(dǎo)率保持在2mS/cm，以確保不超過銅沉淀限值。即，將硫酸用作圖4中洗滌刀片21的液體25，其電導(dǎo)率設(shè)定為2mS/cm。每三分鐘提供2秒鐘的噴淋以確保每2分鐘供應(yīng)200ml的液體25。而且，將硫酸用作向彈性體22供應(yīng)的液體27，其電導(dǎo)率設(shè)定在2mS/cm。每三分鐘提供2秒鐘的噴淋以確保每2分鐘供應(yīng)200ml的液體27。以此順序，在向刀片21噴淋硫酸一分鐘后，供應(yīng)液體27。而且，將硫酸用作向陰極輥1供應(yīng)的液體30，其電導(dǎo)率設(shè)定在2mS/cm。每三分鐘提供2秒鐘的噴淋以確保每2分鐘供應(yīng)200ml的液體30。以此順序，在向彈性體22噴淋硫酸一分鐘后，供應(yīng)液體30。用這種方式控制構(gòu)成液體層8的液體的濃度。
由于對應(yīng)于液體層厚度的間隙d和電導(dǎo)率σ之間的關(guān)系，形成了不滿足式(i)的部分，而且當(dāng)薄膜4a離開每個陰極輥1時，在陰極輥1上觀測到了沉淀的銅。然而，通過刀片21和彈性體22除掉了沉淀的銅，這確保當(dāng)該部分下一次面對薄膜4a時處于潔凈狀態(tài)。
即使銅只是暫時沉淀在陰極輥1表面上，也立即將其除去。因此，薄膜4a不會被損壞并可以被穩(wěn)定地載運?？梢灾苽溷~鍍膜4b成為具有良好卷繞形式的薄膜卷。
所用的刀片21是EL Japan Co.，Ltd.生產(chǎn)的塑料刀片E500。彈性體22的海綿由PVA制成，將其向陰極輥1均勻地按壓以確保按壓壓力為50N/m。
然后，觀測銅鍍層的表面，該鍍層表面幾乎沒有異常凸起和凹陷，證實可以制備具有優(yōu)異表觀質(zhì)量的銅鍍膜。異常凸起和凹陷的數(shù)目示于表3中。
(3)圖形化電路的形成用光敏液體光刻膠涂覆薄膜并采用電路圖形掩模向紫外光曝光，然后進(jìn)行顯影，所述圖形具有1024根銅導(dǎo)線，導(dǎo)線寬度為30μm，導(dǎo)線間隔為30μm，即導(dǎo)線節(jié)距為60μm。采用氯化鐵作為蝕刻劑來形成圖形化電路。采用立體顯微鏡，以150x的放大倍數(shù)觀測五十個這樣的圖形化電路，以凹口(10μm或更大的凹口被認(rèn)作缺陷，圖形化電路中1024條導(dǎo)線即使只一條有缺陷凹口即作廢)和斷線為基準(zhǔn)來判斷圖形化電路的質(zhì)量。結(jié)果示于表4中。圖形化電路顯示出100％的產(chǎn)率。
對比例1在本對比例中，向柔性電路板施用鍍銅薄膜。
(1)具有導(dǎo)電表面的薄膜的制備制備與實施例1完全相同的具有導(dǎo)電表面的薄膜。
(2)鍍層的形成將所得到的具有濺射層的12000m薄膜卷分成四個3000m的卷以制備各自具有導(dǎo)電表面的四個520mm×3000m的薄膜卷。使其中之一輸送通過以下的電鍍裝置以形成鍍層。
作為電鍍裝置，采用了圖1和3所示的裝置。將銅用作陽極2。將16個每個都是圖2中點劃線包圍的單元6a的單元用來構(gòu)成電鍍環(huán)路和電鍍裝置。制備了具有8μm厚銅鍍層的薄膜4b。
每個陰極輥1都是直徑為210mm、長度800mm、壁厚10mm的SUS316圓筒。當(dāng)從陰極輥1-1沿潛輥101-1向陰極輥1-2輸送薄膜4a時，薄膜的通過長度為4m。通過長度指的是薄膜4a從陰極輥1頂部至下一個陰極輥頂部的長度。因此，電鍍段的總通過長度為64m。
薄膜的預(yù)處理條件、電鍍條件和防銹處理條件示于表1中。設(shè)定鍍銅的電流密度以確保電流密度隨著沿陰極輥1和潛輥101通過次數(shù)的增加而逐漸升高。第一至第十六單元各自的整流器3的電流設(shè)置示于表2中。
采用圖6中所示的激光位移計44測量對應(yīng)于液體層厚度的間隙d，設(shè)定薄膜載運張力T以確保間隙d變?yōu)?00μm或更小。為了設(shè)定薄膜張力，采用圖1所示的S形折繞速度控制段309足夠地降低張力，然后，一個接一個地改變每個輥的轉(zhuǎn)動速度，從而在各個相鄰的輥之間以不同的比率牽引薄膜，由此設(shè)定各自的張力。在陰極輥(張力檢測輥)325處，采用壓力盒自動檢測壓力，采用速度調(diào)節(jié)段321驅(qū)動馬達(dá)的速度進(jìn)行反饋控制以確保陰極輥325處的張力變?yōu)?60N/m。在張力最小的陰極輥1-1處，對應(yīng)于液體層厚度的間隙d通過圖6的檢測儀器來測量，為125μm。
載運速度設(shè)定為1m/分鐘，當(dāng)設(shè)定各個陰極輥1-1-1-17的馬達(dá)驅(qū)動力時，逐步地設(shè)定牽引比，以逐漸地提高速度并逐漸增大張力。
將離子交換水放入圖3的調(diào)節(jié)罐11中，設(shè)定泵14達(dá)到100ml/分鐘以向接收盤進(jìn)行供應(yīng)。在該情況下，接收盤10中電解質(zhì)的電導(dǎo)率為0.02mS/cm。
結(jié)果，在載運的前半程中陰極輥的表面被輕微地著上了類似銅的顏色，第六至第十四個陰極輥的表面上有沉淀的銅并被著上類似銅色。在開始時，載運狀態(tài)是穩(wěn)定的，但在一些陰極輥開始帶有沉淀銅后，載運狀態(tài)逐漸變得不穩(wěn)定，造成薄膜在陰極輥上抓緊。薄膜被繃緊和偏斜并受到液體中攪動空氣的影響，薄膜開始在水平方向不規(guī)則地擺動并在陰極輥上產(chǎn)生折皺。而且，由于鍍銅薄膜剛性大，還觀測到折痕。
然后，觀測銅鍍層的表面，因為折痕，所述薄膜不能被用作產(chǎn)品，即使在一些地方?jīng)]有折痕，沿薄膜載運方向，到處形成長軸100μm、高60μm的大量異常凸起。異常凸起和凹陷的數(shù)目示于表3中。
(3)圖形化電路的形成用光敏液體光刻膠涂覆薄膜并采用電路圖形掩模向紫外光曝光，然后進(jìn)行顯影，所述圖形具有1024根銅導(dǎo)線，導(dǎo)線寬度為30μm，導(dǎo)線間隔為30μm，即導(dǎo)線節(jié)距為60μm。采用氯化鐵作為蝕刻劑來形成圖形化電路。采用立體顯微鏡，以150x的放大倍數(shù)觀測五十個這樣的圖形化電路，以凹口(10μm或更大的凹口被認(rèn)作缺陷，圖形化電路中1024條導(dǎo)線即使只一條有缺陷凹口即作廢)和斷線為基準(zhǔn)來判斷圖形化電路的質(zhì)量。結(jié)果示于表5中。圖形化電路顯示出6％的產(chǎn)率，即只能獲得很少的正常圖形化電路。
對比例2在本對比例中，向柔性電路板施用鍍銅薄膜。
(1)具有導(dǎo)電表面的薄膜的制備制備與實施例1完全相同的具有導(dǎo)電表面的薄膜。
(2)鍍層的形成將所得到的具有濺射層的12000m薄膜卷分成四個3000m的卷以制備各自具有導(dǎo)電表面的四個520mm×3000m的薄膜卷。使其中之一輸送通過以下的電鍍裝置以形成鍍層。
作為電鍍裝置，采用了圖1和3所示的裝置。將銅用作陽極2。將16個每個都是圖2中點劃線包圍的單元6a的單元用來構(gòu)成電鍍環(huán)路和電鍍裝置。制備了具有8μm厚銅鍍層的薄膜4b。
每個陰極輥1都是直徑為210mm、長度800mm、壁厚10mm的SUS316圓筒。當(dāng)從陰極輥1-1沿潛輥101-1向陰極輥1-2輸送薄膜4a時，薄膜的通過長度為4m。通過長度指的是薄膜4a從陰極輥1頂部至下一個陰極輥頂部的長度。因此，電鍍段的總通過長度為64m。
薄膜的預(yù)處理條件、電鍍條件和防銹處理條件示于表1中。設(shè)定鍍銅的電流密度以確保電流密度隨著沿陰極輥1和潛輥101通過次數(shù)的增加而逐漸升高。第一至第十六單元各自的整流器3的電流設(shè)置示于表2中。
采用圖6中所示的激光位移計44測量對應(yīng)于液體層厚度的間隙d，設(shè)定薄膜載運張力T以確保間隙d變?yōu)?0μm或更小。為了設(shè)定薄膜張力，采用圖1所示的S形折繞速度控制段309足夠地降低張力，然后，一個接一個地改變每個輥的轉(zhuǎn)動速度，從而在各個相鄰的輥之間以不同的比率牽引薄膜，由此設(shè)定各自的張力。在陰極輥(張力檢測輥)325處，采用壓力盒自動檢測壓力，采用速度調(diào)節(jié)段321驅(qū)動馬達(dá)的速度進(jìn)行反饋控制以確保陰極輥325處的張力變?yōu)?20N/m。
載運速度設(shè)定為1m/分鐘，當(dāng)設(shè)定各個陰極輥1-1-1-17的馬達(dá)驅(qū)動力時，逐步地設(shè)定牽引比，以逐漸地提高速度并逐漸增大張力。在對薄膜4a進(jìn)行載運時，沒有從圖3的調(diào)節(jié)罐11供應(yīng)液體。
結(jié)果，在載運的前半程中陰極輥的表面輕微地著上類似銅色，第六至第十四個陰極輥有沉淀的銅并被著上類似銅色。在開始時，薄膜可以進(jìn)行載運，但隨著薄膜4a張力的提高，薄膜4a保持繃緊狀態(tài)一段時間，產(chǎn)生折痕，然后破裂。
從上述實施例和對比例，尤其是表3所示的產(chǎn)品的表面缺陷可以看出，本發(fā)明的方法制備的鍍膜具有極優(yōu)異的外觀質(zhì)量。本發(fā)明的方法制備的鍍膜優(yōu)選用于制備柔性電路板，其需要形成精細(xì)導(dǎo)線節(jié)距的電路。
參考特定的實施例以下描述本發(fā)明的電鍍用陰極輥。
為選擇耐受電鍍液的材料，檢測了材料對電鍍液的耐受性。結(jié)果，極難發(fā)現(xiàn)兼具電導(dǎo)率和電鍍液耐受性的材料。
采用滴管滴加幾毫升表1所示的電鍍液，而且每天擦除滴加的電鍍液，用眼睛觀測耐受性能。不具耐受性的材料表面會變色。這項工作持續(xù)2周。兩周過后獲得的結(jié)果示于表6中。表6顯示了被檢測的材料及其性能。如表6所示，主要由鎢組成的材料，尤其是含有預(yù)定量鉻和其它元素的那些顯示出優(yōu)異的耐電鍍液性。
實施例3在本實施例中，向柔性電路板施用了鍍膜。
(1)具有導(dǎo)電表面的薄膜的制備在薄膜從薄膜卷退繞的同時，在減壓裝置中對其進(jìn)行處理，隨后卷繞成薄膜卷。在該設(shè)備中，進(jìn)行了等離子處理、鎳鉻層的形成和銅層的形成。
預(yù)先安裝一卷25μm厚、520mm寬、12500m長的聚酰亞胺薄膜“Kapton”1(Du Pont，USA的注冊商標(biāo))。
以2m/分鐘的速度用氬氣的輝光放電等離子體對薄膜的一個表面進(jìn)行處理。為進(jìn)行處理，以2cm的距離與棒形電極保持接觸而載運薄膜，向該電極施加高電壓，采用以電極對作為接地電極的內(nèi)電極系統(tǒng)等離子裝置。在2.5Pa的氬氣壓力、初級輸出電壓2kV、高頻供電頻率為110kHz和2m/分鐘的速度下處理薄膜，以形成輝光放電等離子層。經(jīng)處理薄膜的表面張力大于70達(dá)因/cm，接觸角為43度。
然后，在2.6×10-6Pa的氬氣壓力下，采用由20％鉻和80％鎳組成的靶，通過應(yīng)用DC磁控濺射法形成30nm的鎳鉻層。然后，采用由純度99.99重量％銅組成的靶，通過DC磁控濺射法形成100nm的銅層。
從該薄膜上除去形成濺射層用測試部分和引導(dǎo)部分以制備具有濺射層的12000m薄膜。
(2)鍍層的形成將所得到的具有濺射層的12000m薄膜卷分成四個3000m的卷，以制備各自具有導(dǎo)電表面的四個520mm×3000m的薄膜卷。使其中之二輸送通過以下的電鍍裝置以形成鍍層。
作為電鍍裝置，采用圖1所示的裝置。將銅用作陽極2。將16個每個都是圖2中點劃線包圍的單元6a的單元用來構(gòu)成電鍍環(huán)路和電鍍裝置。制備具有8μm厚銅鍍層的薄膜4b。
每個陰極輥1都是直徑為210mm、長度1500mm、壁厚10mm的SUS316圓筒。通過對應(yīng)于表6中所示No.8表面處理的熱噴涂處理來處理陰極輥1的表面。表面處理層的厚度為200μm，表面粗糙度R最大為0.4μm。陰極輥1的不圓度為0.05mm或更低，圓柱度(Cylindricity)為0.08mm或更低，圓周方向偏差為0.08mm或更低。表面的維氏硬度Hv為1000。
當(dāng)從陰極輥1-1沿潛輥101-1向陰極輥1-2輸送薄膜4a時，薄膜的通過長度為4m。通過長度指的是薄膜4a從陰極輥1頂部至下一個陰極輥頂部的長度。因此，電鍍段的總通過長度為64m。
薄膜的預(yù)處理條件、電鍍條件和防銹處理條件示于表1中。設(shè)定鍍銅的電流密度以確保電流密度隨著沿陰極輥1和潛輥101通過次數(shù)的增加而逐漸升高。第一至第十六個單元各自的整流器3的電流設(shè)置示于表5中。
表5

表6

表中符號的意義。
A兩個月過后沒有變化B一個月過后輕度變色C一周過后輕度變色D一天過后輕度變色E立即變色為了設(shè)定薄膜張力，采用圖1所示的S形折繞速度控制段309足夠地降低張力，然后，一個接一個地改變每個輥的轉(zhuǎn)動速度，從而在各個相鄰的輥之間以不同的比率牽引薄膜，由此設(shè)定各自的張力。在陰極輥(張力檢測輥)325處，采用每個壓力盒自動檢測壓力，采用速度調(diào)節(jié)段321驅(qū)動馬達(dá)的速度進(jìn)行反饋控制以確保陰極輥325處的張力變?yōu)?40N/m。
采用圖8所示的簡易張力測量儀器測量每個陰極輥1上的載運張力。圖8的張力測量儀器可以測量作用于520mm寬薄膜上的張力。
將載運速度設(shè)定在1m/分鐘，當(dāng)設(shè)定各個陰極輥1-1-1-17的馬達(dá)驅(qū)動力時，逐步地設(shè)定牽引比，以逐漸地提高速度并逐漸增大張力。
使兩個薄膜4a相互平行地沿著各陰極輥1進(jìn)行運行。這兩個薄膜的載運狀態(tài)非常穩(wěn)定。
對兩張3000m長的薄膜4a進(jìn)行載運，載運開始后180分鐘的載運位置繪制成圖9所示的曲線。圖7中顯示兩張薄膜4a-1和4a-2載運狀態(tài)下圖1電鍍槽段303的平面圖。
在圖7中，將陰極輥1軸向的距離選作縱軸(Y)，薄膜4a載運方向(垂直于陰極輥1軸向的方向)的距離選作橫軸(X)。
在圖7中，薄膜4a-1的載運線稱作線A，薄膜4a-2的載運線稱作線B。符號Au和Av指的是薄膜4a-1兩個邊緣的運行位置，Bu和Bv指的是薄膜4a-2的相應(yīng)位置。如圖9所示，薄膜載運位置非常穩(wěn)定。沒有出現(xiàn)兩張薄膜4a-1和4a-2相互重疊的現(xiàn)象，它們載運的非常穩(wěn)定。
采用圖8所示的測量儀器測得的載運張力T的值示于圖13中。從圖13中可以看出，向兩張薄膜4a-1和4a-2平順地傳遞張力。
然后，觀測銅鍍層的表面。鍍層表面幾乎沒有異常凸起和凹陷，證實可以制備具有優(yōu)異表觀質(zhì)量的銅鍍膜。異常凸起和凹陷的數(shù)目示于表7中。在電鍍表面上沒有觀測到缺陷，電鍍表面的表面粗糙度R最大為1μm。
(3)圖形化電路的形成用光敏液體光刻膠分別涂覆薄膜并采用電路圖形掩模向紫外光曝光，然后進(jìn)行顯影，所述圖形具有1024根銅導(dǎo)線，導(dǎo)線寬度為30μm，導(dǎo)線間隔為30μm，即導(dǎo)線節(jié)距為60μm。采用氯化鐵作為蝕刻劑來形成圖形化電路。采用立體顯微鏡，以150x的放大倍數(shù)觀測五十個這樣的圖形化電路，以凹口(10μm或更大的凹口被認(rèn)作缺陷，圖形化電路中1024條導(dǎo)線即使只一條有缺陷凹口即作廢)和斷線為基準(zhǔn)來判斷圖形化電路的質(zhì)量。結(jié)果示于表8中。圖形化電路顯示出100％的產(chǎn)率。
表7在520mm×100mm中的凸起和凹陷數(shù)目

表8

實施例4一年后，進(jìn)行了完全相同的制備，如圖10和14和表7和8所示，獲得了與實施例1實質(zhì)上相同的結(jié)果。
對比例3在本對比例中，向柔性電路板施用了鍍銅薄膜。
(1)具有導(dǎo)電表面的薄膜的制備制備與實施例1完全相同的具有導(dǎo)電表面的薄膜。
(2)鍍層的形成將所得到的具有濺射層的12000m薄膜卷分成四個3000m的卷以制備各自具有導(dǎo)電表面的四個520mm×3000m的薄膜卷。使其中之二輸送通過以下的電鍍裝置以形成鍍層。
作為電鍍裝置，采用了圖1所示的裝置。將銅用作陽極2。將16個每個都是圖2中點劃線包圍的單元6a的單元用來構(gòu)成電鍍環(huán)路和電鍍裝置。制備具有8μm厚銅鍍層的薄膜4b。
每個陰極輥1都是直徑為210mm、長度1500mm、壁厚10mm的SUS316圓筒。對陰極輥1的表面進(jìn)行研磨，在研磨后具有R最大為0.6μm的表面粗糙度。陰極輥1的圓度為0.05mm或更低，圓柱度為0.08mm或更低，圓周方向偏差為0.08mm或更低。表面的維氏硬度Hv為70。
當(dāng)從陰極輥1-1沿潛輥101-1向陰極輥1-2輸送薄膜4a時，薄膜的通過長度為4m。通過長度指的是薄膜4a從陰極輥1頂部至下一個陰極輥頂部的長度。因此，電鍍段的總通過長度為64m。
薄膜的預(yù)處理條件、電鍍條件和防銹處理條件示于表1中。設(shè)定鍍銅的電流密度以確保電流密度隨著沿陰極輥1和潛輥101通過次數(shù)的增加而逐漸升高。第一至第十六單元各自的整流器3的電流設(shè)置示于表5中。
為了設(shè)定薄膜張力，采用圖1所示的S形折繞速度控制段309足夠地降低張力，然后，一個接一個地改變每個輥的轉(zhuǎn)動速度，從而在各個相鄰的輥之間以不同的比率牽引薄膜，由此設(shè)定各自的張力。在陰極輥(張力檢測輥)處，采用每個壓力盒自動檢測壓力，采用速度調(diào)節(jié)段321驅(qū)動馬達(dá)的速度進(jìn)行反饋控制以確保陰極輥325處的張力變?yōu)?40N/m。采用安裝在陰極輥1兩側(cè)上的壓力盒測量每個陰極輥1上的載運張力。
載運速度設(shè)定為1m/分鐘，當(dāng)設(shè)定各個陰極輥1-1-1-17的馬達(dá)驅(qū)動力時，逐步地設(shè)定牽引比，以逐漸地提高速度并逐漸增大張力。
在開始使用后，所述設(shè)備可以順利地運行一周。然而之后在陰極輥1的表面上逐漸出現(xiàn)缺陷，并可以通過目測識別。薄膜4a被抓緊在陰極輥1的表面上，發(fā)生繃緊和偏斜并受到電鍍液7中攪動空氣的影響，薄膜4a開始在水平方向不規(guī)則地擺動并在陰極輥1上產(chǎn)生折皺。而且，由于鍍銅薄膜剛性大，還觀測到折痕。
對兩張3000m長的薄膜4a進(jìn)行了載運，載運開始后180分鐘的載運位置繪制成圖11所示的曲線。圖7中顯示兩張薄膜4a-1和4a-2載運狀態(tài)下圖1電鍍槽段303的平面圖。就兩張薄膜4a-1和4a-2的運行狀態(tài)而言，它們分別在圖11中位置連線彎曲的位置處沿水平方向不規(guī)則擺動，載運狀態(tài)非常不穩(wěn)定。
采用圖8所示的測量儀器測得的載運張力T的值示于圖15中?？梢钥闯?，向兩張薄膜4a-1和4a-2傳遞的張力無規(guī)律地變化。
然后，觀測銅鍍層的表面，因為折痕，所述薄膜不能被用作產(chǎn)品，即使在一些地方?jīng)]有折痕，在薄膜載運方向到處形成長軸100μm、高60μm的大量異常凸起。異常凸起和凹陷的數(shù)目示于表7中。而且，在觀測表面外觀質(zhì)量的時候，觀測到與陰極輥1的缺陷相似的缺陷，其表面粗糙度R最大非常大，達(dá)20μm。認(rèn)為陰極輥1的缺陷被復(fù)制到薄膜4b的表面上。
(3)圖形化電路的形成用光敏液體光刻膠涂覆薄膜并采用電路圖形掩模向紫外光曝光，然后進(jìn)行顯影，所述圖形具有1024根銅導(dǎo)線，導(dǎo)線寬度為30μm，導(dǎo)線間隔為30μm，即導(dǎo)線節(jié)距為60μm。采用氯化鐵作為蝕刻劑來形成圖形化電路。采用立體顯微鏡，以150x的放大倍數(shù)觀測五十個這樣的圖形化電路，以凹口(10μm或更大的凹口被認(rèn)作缺陷，圖形化電路中1024條導(dǎo)線即使只一條有缺陷凹口即作廢)和斷線為基準(zhǔn)來判斷圖形化電路的質(zhì)量。結(jié)果示于表8中。圖形化電路顯示出4％的得率，只能獲得很少的正常圖形化電路。
對比例4在本對比例中，向柔性電路板施用鍍銅薄膜。
在與對比例1完全相同的條件下，重復(fù)3個月的制備操作。在此期間，兩張薄膜4a-1和4a-2在水平方向上發(fā)生極不規(guī)則的擺動并相互重疊。每張薄膜都發(fā)生褶皺和折痕，無法進(jìn)行正常的制備。
對兩張3000m長的薄膜4a-1和4a-2進(jìn)行載運，將之后70分鐘的載運位置繪制成圖12所示的曲線。圖7中顯示兩張薄膜4a-1和4a-2載運狀態(tài)下圖1電鍍槽段303的平面圖。就兩張薄膜4a-1和4a-2的運行狀態(tài)而言，它們分別在圖12中位置連線彎曲的位置處沿水平方向不規(guī)則擺動，載運狀態(tài)非常不穩(wěn)定。
采用圖8所示的測量儀器測得的載運張力T的值示于圖16中。可以看出，向兩張薄膜4a-1和4a-2傳遞的張力無規(guī)律地變化。檢測陰極輥1的表面，觀測發(fā)現(xiàn)存在大量深約0.5mm的缺陷。
從表8所示的值可以看出，通過本發(fā)明的制備方法，采用本發(fā)明的電鍍用陰極輥制備的鍍銅薄膜，其鍍層的表面狀態(tài)極佳。因此，所述鍍銅薄膜適合于制備以精細(xì)的導(dǎo)線節(jié)距形成的柔性電路板。該鍍銅薄膜的生產(chǎn)率也是優(yōu)異的。
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，可以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成表面外觀質(zhì)量優(yōu)異的鍍層，并可以以優(yōu)異的生產(chǎn)率制備外觀質(zhì)量優(yōu)異的鍍膜。優(yōu)選將制得的鍍膜用作電路板基底，特別是以60μm或更小的導(dǎo)線節(jié)距形成電路的柔性電路板的基底。
權(quán)利要求
1.鍍膜制備方法，其中使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽，其中通過所述薄膜載運裝置載運薄膜，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，該方法的特征在于，以下的關(guān)系得到滿足E0＞[(I/CS)xd]/σ其中E0是構(gòu)成鍍層的金屬的還原電勢；I是流經(jīng)電鍍用陰極輥的電流的值；CS是經(jīng)由液體層與陰極輥電接觸的薄膜的導(dǎo)電表面的面積；d是陰極輥和薄膜導(dǎo)電表面之間間隙的厚度；且σ是構(gòu)成液體層的液體的電導(dǎo)率。
2.權(quán)利要求1的鍍膜制備方法，其中通過主要由硫酸組成的電解質(zhì)的濃度對構(gòu)成存在于間隙中的液體層的液體的電導(dǎo)率進(jìn)行控制。
3.權(quán)利要求1的鍍膜制備方法，其中構(gòu)成存在于間隙中的液體層的液體的電導(dǎo)率為1mS/cm-100mS/cm。
4.權(quán)利要求1的鍍膜制備方法，其中間隙的厚度d為20μm-500μm。
5.權(quán)利要求4的鍍膜制備方法，其中通過薄膜載運張力來控制間隙的厚度d。
6.權(quán)利要求5的鍍膜制備方法，其中薄膜載運張力為10N/m-320N/m。
7.權(quán)利要求1的鍍膜制備方法，其中鍍層由銅組成。
8.權(quán)利要求1的鍍膜制備方法，其中薄膜由聚酰亞胺樹脂或聚酯樹脂制成。
9.權(quán)利要求1的鍍膜制備方法，其中通過與陰極輥表面接觸而提供的刀片和/或彈性體除去構(gòu)成鍍層并沉淀在陰極輥表面上的材料。
10.權(quán)利要求9的鍍膜制備方法，其中連續(xù)或間歇地向陰極輥、刀片和彈性體中的至少一方供應(yīng)液體。
11.電鍍用陰極輥，用于通過以下方法來制備鍍膜，其中以這樣的方式使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽在用所述薄膜載運裝置載運薄膜的同時，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽，從而在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，其特征在于陰極輥的表面粗糙度R最大為1μm或更小。
12.電鍍用陰極輥，用于通過以下方法來制備鍍膜，其中以這樣的方式使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽在用所述薄膜載運裝置載運薄膜時，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，其特征在于陰極輥表面的維氏硬度為200或更高。
13.權(quán)利要求11或12的電鍍用陰極輥，其具有主要由鎢組成的表面層。
14.權(quán)利要求11或12的電鍍用陰極輥，其具有含50重量％或更多的鎢并進(jìn)一步含有至少一種選自鉻、鎳和碳的元素的表面層。
15.權(quán)利要求11或12的電鍍用陰極輥，其具有含60-80重量％鎢，15-25重量％鉻、1-10重量％鎳和1-10重量％碳的表面層。
16.權(quán)利要求11或12的電鍍用陰極輥，通過熱噴涂法對其表面進(jìn)行處理。
17.權(quán)利要求16的電鍍用陰極輥，其中所述熱噴涂法是爆燃火焰噴涂法。
18.權(quán)利要求16的電鍍用陰極輥，其中通過基于熱噴涂法的表面處理形成的熱噴涂層的孔隙率為2％或更低。
19.鍍膜制備方法，其中使用載運具有導(dǎo)電表面的薄膜的薄膜載運裝置、陰極輥和設(shè)置在陰極輥上游和/或下游側(cè)并收容電鍍液和陽極的電鍍槽，其中通過所述薄膜載運裝置載運薄膜，使薄膜的導(dǎo)電表面與陰極輥經(jīng)由液體層電接觸并輸送通過電鍍槽，以在薄膜的導(dǎo)電表面上形成鍍層，其特征在于所述陰極輥是權(quán)利要求11或12所述的電鍍用陰極輥。
20.通過在鍍膜上形成電路圖形來制備電路板的方法，其特征在于所述鍍膜是通過權(quán)利要求1-10或權(quán)利要求19中任意一項所述的鍍膜制備方法制備的鍍膜。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制備鍍膜的方法，其使具有導(dǎo)電表面的薄膜與陰極輥經(jīng)由在薄膜和陰極之間插入的液膜電接觸并在薄膜的導(dǎo)電表面上形成金屬鍍層，其特征在于滿足以下關(guān)系式E
文檔編號H05K1/00GK1675411SQ0381954
公開日2005年9月28日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月17日
發(fā)明者野村文保, 原田裕史 申請人:東麗株式會社, 東麗薄膜加工有限公司