Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierliche Erzeugung von
Haftbelägen
auf Metallfolien, insbesondere auf Kupferfolien mit glatter Oberfläche. Die
Erzeugung der Haftbeläge
erfolgt dabei in einem kontinuierlichen Verfahren durch elektrochemische
Behandlung mit Stromimpulsen.The
The invention relates to a process for the continuous production of
retentive coatings
on metal foils, in particular on copper foils with a smooth surface. The
Generation of adhesive coatings
takes place in a continuous process by electrochemical
Treatment with current impulses.
Es
ist bekannt, Metallfolien, insbesondere elektrolytisch hergestellte
Kupferfolien, in einem kontinuierlichen elektrochemischen Verfahren
mit Haftbelägen
zu versehen. Die Erzeugung dieser Haftbeläge erfolgt dabei durch kathodische
Abscheidung von dendritischen Metallschichten bei kritischen Stromdichten.
Das Problem der Erzeugung solcher Beläge besteht vor allem bei der
Herstellung von Leiterplattenmaterialien. Die glatte Oberfläche der
Metallfolien wird durch die dendritischen Beläge aufgeraut und vergrößert und
dadurch beim Verbinden von Metallfolien mit isolierenden Trägerwerkstoffen
eine formschlüssige
Haftung erreicht. Deshalb wurden zur Erzeugung solcher Beläge nach
dem oben genannten elektrochemischen Prinzip verschiedene Verfahren
entwickelt und geschützt.It
is known, metal foils, in particular electrolytically produced
Copper foils, in a continuous electrochemical process
with adhesive pads
to provide. The generation of these adhesive pads is done by cathodic
Deposition of dendritic metal layers at critical current densities.
The problem of the production of such pads is mainly in the
Production of printed circuit board materials. The smooth surface of the
Metal foils are roughened and enlarged by the dendritic coverings and
thereby when joining metal foils with insulating carrier materials
a form-fitting
Liability reached. Therefore, for the production of such coatings after
the above electrochemical principle various methods
developed and protected.
Die
Verfahren zur kathodischen Erzeugung dendritischer Beläge sind
jedoch dadurch gekennzeichnet, dass sie nur in einem sehr schmalen
Band stationärer
kathodischer Stromdichten, den sogenannten kritischen Stromdichten,
eine haft- und wischfeste
Abscheidung der aufrauenden dendritischen Beläge gestatten. Bei geringer Überschreitung der
kritischen Stromdichte erfolgt bereits eine Abscheidung pulverförmiger nicht
haftender Beläge. Eine
geringfügige
Unterschreitung führt
dagegen zur Abscheidung glatter Beläge. Nur bei Konstanthaltung aller
Elektrolyseparameter lässt
sich eine haft- und wischfeste Abscheidung aufrauender dendritischer Haftbeläge in einem
kontinuierlichen Verfahren technisch stabil realisieren. Das erfordert
jedoch einem hohen anlagentechnischen Aufwand für Kontroll-, Steuer- und Regeleinrichtungen.
Problematisch ist dabei die Konstanthaltung der Zusammensetzungsvariablen.
Sie lässt
sich für
spezifisch erforderliche organische Zusätze, deren Konzentration nur
im ppm-Bereich liegt, mit vertretbaren Aufwand in einem kontinuierlichen
Prozess technisch nicht verwirklichen.The
Processes for the cathodic generation of dendritic deposits are
however, characterized in that they only in a very narrow
Band stationary
cathodic current densities, the so-called critical current densities,
an adhesive and smudge-proof
Allow deposition of the roughening dendritic deposits. At low overrun of the
Critical current density is already a deposition of powdery not
adhesive coverings. A
minor
Shortfall leads
in contrast to the deposition of smooth deposits. Only with constant maintenance of all
Electrolysis parameter leaves
a adherent and wipe-resistant deposition of roughening dendritic adhesive coatings in one
realize continuous processes technically stable. That requires
However, a high investment outlay for control and regulating equipment.
The problem here is the constancy of the composition variables.
She lets
for
specifically required organic additives, their concentration only
in the ppm range, with reasonable effort in a continuous
Process not realized technically.
Deshalb
wurde bereits in der DD 112 145 ein Verfahren
vorgeschlagen, durch mehrfaches Aufprägen von hohen Stromimpulsen
zunächst
gezielt pulverförmige
Beläge
zu erzeugen und diese danach bei niedrigeren stationären Stromdichten
auf der Oberfläche
zu fixieren. Um dieses Prinzip in einem kontinuierlichen Verfahren
zu realisieren, wird die Metallfolie in einem Behälter durch
ein Bad geführt
und über
schmale unlösliche
Anoden kurzzeitig mittels hoher Stromdichte pulsartig auf der Folie
zunächst ein
pulverförmiger
Haftbelag erzeugt. Danach wird der pulverförmige Belag über lösliche Anoden
in einem bei üblichen
stationären
Stromdichten ablaufenden Abscheidungsvorgang auf der Folienoberfläche fixiert.
Die erforderlichen Stromdichten werden dafür über zwei separiert gesteuerte
Gleichstromquellen bereitgestellt. Auf diesem Wege lassen sich ohne aufwendige
Kontroll-, Steuer- und Regeltechnik haftfeste raue Beläge auf Metallfolien
in einem kontinuierlichen Prozess erzeugen. Nachteilig für dieses Verfahren
ist jedoch, dass die zur Vermeidung pulverförmiger Beläge notwendige Einwirkungsdauer
von hohen Stromimpulsen durch die verfahrensgemäße Umsetzung über unlösliche Zusatzanoden
und einer zweiten Gleichstromquelle nur unzureichend steuerbar ist.
Die Pulslänge
ist durch die Foliendurchzugsgeschwindigkeit sowie die Breite der
Zusatzanoden festgelegt. Da weitere Prozessstufen einen konstanten
Durchzug erfordern, gibt es für
eine Beeinflussung kaum einen Spielraum. Haftfeste Beläge unterschiedlicher
Dicke lassen sich dann nur über
den Austausch der Zusatzanoden realisieren. Nachteilig ist auch
der Einsatz von zwei Stromversorgungsgeräten sowie die Kombination von
löslichen
und unlöslichen
Anoden. Um einen ausgeglichenen Elektrolythaushalt zu gewährleisten,
sind deshalb aufwendige Aufkonzentrierungsmaßnahmen für den Metallgehalt erforderlich.
Nachteilig ist ferner, dass die Aufrauung über fixierte Pulverteilchen
geschieht. Die mechanische Festigkeit dieser fixierten Pulverteilchen
ist für viele
moderne Anwendungen in der Elektronik nicht ausreichend. Geprägte Schaltungen
zum Beispiel, die unter Verwendung von Metallfolien mit diesen Haftbelägen hergestellt
werden, fallen bereits unterhalb der für diese Schaltungen vorgeschriebenen mechanischen
Beanspruchungsgrenze aus. Es besteht deshalb die Forderung, den
aufrauenden Haftbelag in bezug auf die mechanische Festigkeit zumindest
betragsmäßig mit
solcher Festigkeit herzustellen, wie sie auch die zu beschichtende
der Metallfolie besitzt.That is why already in the DD 112 145 proposed a method to initially generate powdered deposits targeted by multiple imposition of high current pulses first and then fix them at lower steady state current densities on the surface. In order to realize this principle in a continuous process, the metal foil is passed through a bath in a container and, via narrow insoluble anodes, a pulse-like adhesive coating on the foil is first of all briefly generated by means of a high current density. Thereafter, the powdery coating is fixed on the film surface via soluble anodes in a deposition process taking place at conventional stationary current densities. The required current densities are provided via two separately controlled DC sources. In this way, adherent, firm deposits on metal foils can be produced in a continuous process without expensive control and control technology. A disadvantage of this method, however, is that the necessary to avoid powdery coatings exposure time of high current pulses by the method according to the implementation of insoluble additional anodes and a second DC power source is insufficiently controllable. The pulse length is determined by the film passage speed and the width of the additional anodes. Since further process stages require a constant draft, there is hardly any room for influencing them. Adhesive-resistant coverings of different thicknesses can then be realized only by replacing the additional anodes. Another disadvantage is the use of two power supplies and the combination of soluble and insoluble anodes. In order to ensure a balanced electrolyte balance, therefore, elaborate Aufkonzentrierungsmaßnahmen for the metal content are required. Another disadvantage is that the roughening is done via fixed powder particles. The mechanical strength of these fixed powder particles is not sufficient for many modern applications in electronics. Embossed circuits, for example, which are produced using metal foils with these adhesive linings, fail already below the mechanical stress limit prescribed for these circuits. There is therefore a requirement to produce the roughening adhesive coating in terms of mechanical strength, at least in terms of amount with such strength, as they also has to be coated of the metal foil.
Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile
zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, mit Hilfe dessen sich
Haftbeläge,
die aus isolierten fest mit der Oberfläche verwachsenen formstabilen
feinkristallinen Gebilden hoher Festigkeit bestehen, in einem einfachen
Verfahren kontinuierlich auf Metallfolien abzuscheiden. Dadurch
soll auf einer glatten Metallfolie ein Rauhigkeitsprofil entstehen,
das in idealer Weise beim Verbinden mit einem isolierenden Trägermaterial
eine stabile formschlüssige
Verankerung hoher Festigkeit ergibt.Of the
The invention is therefore based on the object, the disadvantages mentioned
to eliminate and to create a procedure with the help of which
Adhesive coverings,
made of isolated rigid with the surface grown dimensionally stable
fine-crystalline structures of high strength exist in a simple
Process continuously deposited on metal foils. Thereby
Should a roughness profile be created on a smooth metal foil,
this is ideal when bonding to an insulating substrate
a stable form-fitting
Anchoring high strength results.
Erfindungsgemäß basiert
das Verfahren zur Herstellung solcher Beläge darauf, dass einer kontinuierlich
durch ein Galvanisierbad gezogenen Metallfolie, das die Metallionen
der zu beschichtenden Metallfolie enthält, über durch Schlitzblenden abgeschirmte
lösliche
oder unlösliche
Anoden mittels eines gesteuerten Pulsgleichrichters mehrfach positive Doppelpulszyklen
mit einem ersten sehr steilen kurzen und einem nachfolgenden zweiten
flachen aber längeren
Puls aufgeprägt
werden. Die über
die Schlitze der Schlitzblenden an der Metallfolie wirksame Pulszyklenzahl
muss dabei mindestens zwei Zyklen besser jedoch ein mehrfaches von
zwei umfassen. Die Höhe
des ersten steilen Pulses muss dabei den zulässigen Wert der Grenzstromdichte
für das
verwendete Galvanisierbad erreichen, die Länge des Pulses jedoch unterhalb
der Transitionszeit bis zur völligen
Verarmung der Metallionen an der Folienoberfläche liegen. Die Höhe des zweiten
Pulses darf dabei höchstens
die Hälfte
des ersten Pulses, besser aber ein Drittel oder weniger, die Länge jedoch
mindestens genau solang wie der erste, besser aber das Doppelte
oder mehr betragen. Abhängig
von der gewünschten
Haftbelagsdicke beträgt
die Zahl der Schlitze der vor den Anoden angeordneten Schlitzblenden
mindestens einen oder mehrere. Die Breite der Schlitze muss so ausgelegt
sein, dass bei der für das
Verfahren festgelegten Foliendurchzugsgeschwindigkeit mindestens
zwei Pulszyklen an der Metallfolie wirksam werden.According to the invention, the method is based on Production of such coatings on the fact that a continuously drawn by a galvanizing metal foil containing the metal ions of the metal foil to be coated through slit shielded soluble or insoluble anodes by means of a controlled pulse rectifier multiply positive double pulse cycles with a first very steep short and a subsequent second flat but longer pulse can be impressed. The effective over the slots of the slit diaphragm on the metal foil pulse cycle number must include at least two cycles better, but a multiple of two. The height of the first steep pulse must thereby reach the permissible value of the limiting current density for the galvanizing bath used, but the length of the pulse should be below the transition time until complete depletion of the metal ions on the film surface. The height of the second pulse may be at most half of the first pulse, but better one third or less, the length but at least as long as the first, but better be twice or more. Depending on the desired adhesive layer thickness, the number of slots of the slit diaphragms arranged in front of the anodes is at least one or more. The width of the slots must be designed so that at least two pulse cycles on the metal foil take effect at the film passage speed specified for the method.
Diese
Verfahrensweise gestattet, auf der entsprechend behandelten Metallfolie
haftfest aber isoliert mit der Oberfläche verwachsene, feinkristalline
und damit formstabile, knollenartige Gebilde zu erzeugen, die auf
Grund ihrer kristallinen Beschaffenheit auch eine hohe Festigkeit
besitzen und damit Haftbeläge
auch auf sehr glatten Metallfolien herzustellen, die im Verbund
mit einem isolierenden Trägermaterial
die Beanspruchungsstandards moderner Schaltungen erfüllen.These
Approved procedure, on the corresponding treated metal foil
adherent but isolated with the surface intergrown, finely crystalline
and thus to produce dimensionally stable, bulbous formations that open
Due to their crystalline nature also a high strength
own and thus adhesive pads
also produce on very smooth metal foils, which in the composite
with an insulating carrier material
meet the stress standards of modern circuits.
Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und der in 1 dargestellten Skizze näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment and the in 1 illustrated sketch will be explained in more detail.
Eine
als Kathode geschaltete elektrolytisch oder durch Walzen hergestellte
Kupferfolie 1 wird zur kontinuierlichen Beschichtung mit
Haftbelag durch den Galvanisierbehälter 2 an den als
Anoden geschalteten und durch Schlitzblenden 3; 4 abgedeckten
löslichen
Kupferelektroden 5; 6 vorbeigeführt. Die Schlitzblenden 3; 4 enthalten
jeweils zwei 10 mm breite Schlitze 7; 8; 9; 10. Über ein
anodisch steuerbares Pulsstromversorgungsgerät 11 sind die Anoden
mit dem Pluspol verbunden. Der negative Pol des Pulstromversorgungsgerätes liegt
dabei an der Kupferfolie. Der Behälter enthält ein ruhendes schwefelsaures
Kupfersulfatbad der Zusammensetzung: 150 g/l CuSO4·5H2O, 80 g/l H2SO4, 50 mg/l Chlorid. Die Temperatur des Bades
beträgt
40°C. Für diese
Badbedingungen liegt die Diffusionsgrenzstromdichte bei 20 A/dm2 und die Transitionszeit bis zur völligen Kupferionenentladung
bei 420 ms. Erfindungsgemäß erfolgt
deshalb die Haftbelagsabscheidung bei einer Pulsstromdichte des
ersten Pulses mit 20 A/dm2 und einer Pulslänge von
400 ms sowie für den
zweiten Impuls mit einer Pulshöhe
von 7,5 A/dm2 und einer Pulslänge von
800 ms. Bei einer vorgegebenen Durchzugsgeschwindigkeit der Folie
von 0,20 m/min resultieren daraus zwei Pulszyklen pro Schlitz. Mit
diesem erfindungsgemäßen Pulsregime
lassen sich auf der entsprechend behandelten Kupferfolie haftfest
aber isoliert mit der Oberfläche
verwachsene, feinkristalline und damit formstabile, knollenartige Gebilde
erzeugen, 2, die auf
Grund ihrer kristallinen Beschaffenheit auch eine hohe Festigkeit
besitzen und im Verbund mit einem isolierenden Trägermaterial
die Beanspruchungsstandards moderner Schaltungen erfüllen.A switched as a cathode electrolytically or by rolling copper foil 1 is used for continuous coating with adhesive coating by the galvanizing 2 at the connected as anodes and through slit diaphragms 3 ; 4 covered soluble copper electrodes 5 ; 6 past. The slit diaphragms 3 ; 4 each contain two 10 mm wide slots 7 ; 8th ; 9 ; 10 , Via an anodically controllable pulse power supply unit 11 the anodes are connected to the positive pole. The negative pole of the Pulstromversorgungsgerätes lies on the copper foil. The vessel contains a quiescent sulfuric acid copper sulfate bath of the composition: 150 g / l CuSO 4 .5H 2 O, 80 g / l H 2 SO 4 , 50 mg / l chloride. The temperature of the bath is 40 ° C. For these bath conditions, the diffusion limit current density is 20 A / dm 2 and the transition time to complete copper ion discharge is 420 ms. According to the invention, therefore, the adhesive deposition occurs at a pulse current density of the first pulse with 20 A / dm 2 and a pulse length of 400 ms and for the second pulse with a pulse height of 7.5 A / dm 2 and a pulse length of 800 ms. For a given throughput speed of the film of 0.20 m / min resulting in two pulse cycles per slot. With this pulsed regime according to the invention can be on the correspondingly treated copper foil adherent but isolated with the surface grown, finely crystalline and thus dimensionally stable, bulbous structure produce 2 Because of their crystalline nature, they also have a high strength and in combination with an insulating carrier material meet the stress standards of modern circuits.