CN109277428A

CN109277428A - 一种复合印刷线路板铝板基带材及其制备工艺

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Publication number: CN109277428A
Application number: CN201811195710.9A
Authority: CN
Inventors: 陈德波; 叶映才; 吴劲草
Original assignee: Weihai Haixin New Material Co Ltd
Current assignee: Weihai Haixin New Material Co Ltd
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2038-10-15
Also published as: CN109277428B

Abstract

本发明涉及印刷线路板铝板基带材制作技术领域，具体地说是一种复合印刷线路板铝板基带材及其制备工艺，其特征在于该铝箔坯料由Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、Cr、Zn和V组成，上述材料组成的重量百分比为Si：0.15~0.25%、Fe：0.35～0.55%、Cu：0.15~0.25%，Mn：0.8~1.0%、Mg：1.1~1.3%、Ti：0.01~0.03%，Cr：0~0.02%，Zn：0~0.03%、V：0~≤0.03%，余量为铝，该制备工艺的步骤如下：（1）原料熔炼；（2）冷轧工序；（3）拉伸清洗切边；（4）纵剪带材的制备；具有提高带材平整度、表面洁净度、优化了表面粗糙度，减少表面铝粉数量及尺寸、减少毛刺长度，提高下游客户的焊接牢固程度，降低线路板的短路不良品率等优点。

Description

一种复合印刷线路板铝板基带材及其制备工艺

技术领域

本发明涉及印刷线路板铝板基带材制作技术领域，具体地说是一种有效提高了带材平整度、表面洁净度、优化了表面粗糙度，减少了表面铝粉数量及尺寸、减少了毛刺长度，提高下游客户的焊接牢固程度，降低线路板的短路不良品率的复合印刷线路板铝板基带材及其制备工艺。

背景技术

众所周知，线路板又可称为印刷线路板或电路板，遍布应用在广告、工业制造、商业零售、医疗、交通、传统手工业等领域。传统线路板的材料一般是玻纤，然而在类似LED这种前置设备发热较大的产品中，其散热性能差，应用效果并不理想。在这种情况下，拥有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能的铝基板进入了我们的视野中，并被广泛的应用于LED灯具使用的线路板中。

目前，线路板按层数来分可分为单面板，双面板，和多层线路板三个大的分类。其中铝基复合印刷线路板中，普通的单面板由三层结构所组成，分别是电路层（铜箔）、绝缘层和铝基层；用于高端使用的双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。此类线路板被广泛使用在：音频设备、电源设备、通讯电子设备、办公自动化设备、汽车、计算机和功率模块中。铝基复合印刷线路板作为一种全新出现的集良好的导热性、电气绝缘性和机械加工性为一身的铝基覆铜板，其生产的核心是铝板基。为满足焊接复合的要求，需要铝板基的板形平整度、带材表面粗糙度Ra、铝卷表面的润湿张力、表面铝粉的尺寸和边部毛刺等性能参数都达到理想的操作水平，以保证下游客户的焊接牢固程度，降低线路板的短路不良品率。但是，现有的生产工艺远远无法精准地满足上述特殊要求。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种有效提高了带材平整度、表面洁净度、优化了表面粗糙度，减少了表面铝粉数量及尺寸、减少了毛刺长度，提高下游客户的焊接牢固程度，降低线路板的短路不良品率的复合印刷线路板铝板基带材及其制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合印刷线路板铝板基带材，其特征在于该铝箔坯料由Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、Cr 、Zn和V组成，上述材料组成的重量百分比为Si：0.15~0.25%、Fe：0.35～0.55%、Cu：0.15~0.25%，Mn：0.8~1.0%、Mg：1.1~1.3%、Ti：0.01~0.03%，Cr：0~0.02%，Zn：0~0.03%、V：0~≤0.03%，余量为铝。

一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于该制备工艺的步骤如下：

（1）原料熔炼：将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、 Cr 、Zn和V混合的炉料加入熔化炉内熔炼并铸造成扁锭，扁锭经过热处理和热轧后制成热轧卷；

（2）冷轧工序：对步骤（1）中的热轧卷一次进行第一道冷轧，中间道次冷轧和成品道次冷轧，冷轧第一道次的压下率为50~60%，辊面粗糙度0.80 Ra(μm)，轧制油温度35～45℃，轧制油流量70~100%，轧制油喷射压力6～7bar；冷轧中间道次的压下率为30~45%，轧制油温度30～40℃，轧制油流量40~70%，轧制油喷射压力6～7bar，冷轧成品道次的压下率为20~30%，辊面粗糙度0.55Ra(μm)，轧制油温度35～45℃，轧制油流量40~70%，轧制油喷射压力6～7bar，最终轧制成品厚度为0.15～0.40mm；

（3）拉伸清洗切边：经过纯拉伸机列进行拉伸变形纠正板型，拉伸段延伸率0.1～0.8%；同时进行表面清洗和切边，清洗过程中，脱脂槽碱液温度55～70℃，脱脂槽碱液电导率5～20ms/cm，漂洗水温度50～70℃；

（4）纵剪带材的制备：经清洗切边拉伸以后的带材，上纵剪机切边分条到成品宽度400～700mm。

进一步，本发明步骤（2）冷轧工序中，第一道次冷轧速度400～600m/min，中间道次冷轧速度600～800m/min，成品道次冷轧速度700～900m/min。

进一步，本发明在步骤（2）冷轧工序中，轧制前张力20～42Mpa，后张力12～40Mpa。

进一步，本发明步骤（2）冷轧工序中，控制轧制油NAS污染度小于5级，轧制油40℃运动粘度值在2.0～2.5mm²/s，添加剂质量浓度为6～9%，添加剂为醇酯复合配成，作用为提高油膜强度，改善润滑条件。

进一步，本发明步骤（2）冷轧工序中，第一道次压下率为52~59%。

进一步，本发明步骤（3）拉伸清洗切边过程中，脱脂槽液温度60～70℃，脱脂槽液电导率6～15ms/cm，漂洗水温度55～70℃，拉伸段延伸率0.15～0.75%。

本发明的有益效果在于：

1.本发明中控制了各个冷轧道次的压下率，各个冷轧道次的轧制油温度、流量、压力等参数，使得冷轧带材板形平直度较好，表面带油量少，表面铝粉少，铝粉尺寸小。

2. 本发明通过控制清洗时的碱液浓度电导率、碱液温度、漂洗水温度等参数，使得清洗后带材表面清洁度高，表面粗糙度Ra值0.50~0.72μm，铝卷表面的润湿张力要在32～40达因、表面铝粉的尺寸＜2.5μm。

3. 本发明通过控制拉伸时的延伸率等参数，达到了很好的板形矫正效果，拉伸后带材平直度好，波高≤2mm。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合印刷线路板铝板基带材，其特征在于该铝箔坯料由Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、Cr 、Zn和V组成，上述材料组成的重量百分比为Si：0.15~0.25%、Fe：0.35～0.55%、Cu：0.15~0.25%，Mn：0.8~1.0%、Mg：1.1~1.3%、Ti：0.01~0.03%，Cr：0~0.02%，Zn：0~0.03%、V：0~≤0.03%，余量为铝，带材表面粗糙度Ra值0.50~0.72μm，铝卷表面的润湿张力要在32～40达因、表面铝粉的尺寸＜2.5μm、边部毛刺长度＜0.02mm，波高≤2mm，该制备工艺的步骤如下：（1）原料熔炼：将将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、 Cr 、Zn和V混合的炉料加入熔化炉内熔炼并铸造成扁锭，扁锭经过热处理和热轧后制成热轧卷；（2）冷轧工序：对步骤（1）中的热轧卷一次进行第一道冷轧，中间道次冷轧和成品道次冷轧，冷轧第一道次的压下率为50~60%，辊面粗糙度0.80 Ra(μm)，轧制油温度35～45℃，轧制油流量70~100%，轧制油喷射压力6～7bar；冷轧中间道次的压下率为30~45%，轧制油温度30～40℃，轧制油流量40~70%，轧制油喷射压力6～7bar，冷轧成品道次的压下率为20~30%，辊面粗糙度0.55Ra(μm)，轧制油温度35～45℃，轧制油流量40~70%，轧制油喷射压力6～7bar，最终轧制成品厚度为0.15～0.40mm；（3）拉伸清洗切边：经过纯拉伸机列进行拉伸变形纠正板型，拉伸段延伸率0.1～0.8%；同时进行表面清洗和切边，清洗过程中，脱脂槽碱液温度55～70℃，脱脂槽碱液电导率5～20ms/cm，漂洗水温度50～70℃；（4）纵剪带材的制备：经清洗切边拉伸以后的带材，上纵剪机切边分条到成品宽度400～700mm。

通过上述技术方案，本发明旨在提供一种可大幅度提高复合印刷线路板质量的铝板基，本发明的铝板基由指定组份含量的金属元素熔炼而成，带材表面粗糙度Ra值0.50~0.72μm，铝卷表面的润湿张力要在32～40dyn、表面铝粉的尺寸＜2.5μm、边部毛刺长度＜0.02mm，波高≤2mm。使用本发明的铝板基带材其表面平整度高、表面洁净度好，同时还优化了表面粗糙度、减少了表面铝粉数量及尺寸、减少了毛刺长度，可以明显提高下游客户的焊接牢固程度，降低线路板短路不良品率。

为了获得上述的铝板基来制备线路板，本发明设计了一套独有的技术方案，本发明在将铸锭均匀化加热和热轧后，制成热轧卷，对热轧卷进行严格冷轧和拉伸清洗处理，最终才能得到力学性能和表面性能合格的产品。本发明的冷轧工序分成：第一道次冷轧，中间道次冷轧和成品道次冷轧三次工序。目前，大量铝板基达不到高质量标准的原因是成品带材表面洁净度达不到要求，这主要是由于铝基板本身化学性质相对活泼，在扁锭热处理过程中本身容易产生氧化皮，而铝基板表面产生的氧化皮，再加之其质地柔软本身容易受到磨损，导致在冷轧过程中会产生大量的粉末状杂质，我们统称为铝粉。这些铝粉极易随轧制油附着在带材表面，如果前期对杂质处理不彻底，会直接影响到后续的几道冷轧工序的，无法很好的控制铝粉的量，如果仅通过后续的清洗工序根本无法达到理想的表面清洁效果，还会给清洗工序带来极大的负担，对后续工序会产生极大的影响。

为了消除表面杂质对产品质量的影响，本发明在第一道次冷轧时，选用大粗糙度轧辊并且配合大压下率使用，轧辊的大粗糙度和大压下率带来的大轧制力会对扁锭表面产生犁沟作用，犁沟作用可使扁锭表面氧化皮与坯料本体脱离；本技术方案在第一道冷轧中还使用特定温度的高温轧制油，轧制油在高温下粘度降低、流动性提高，配合大压力、大流量，将犁削下来的氧化皮铝粉冲刷掉，这样可以有效减少后续道次铝粉的产生，保证坯料带材顺利进入下一冷轧过程。

顺利去除坯料表面氧化膜后，本发明后续冷轧过程一直处于对带材表面平整度、表面洁净度等质量因素与带材本身生产效率的最大化平衡中。在实际生产中带材磨损程度会直接影响其表面粗糙度与表面洁净度，而轧辊与带材表面的相对摩擦力是决定其磨损程度的重要原因。轧辊与带材表面的相对摩擦力是由他们之间的摩擦因数和轧制压力决定的。在实际生产中轧辊与带材之间的摩擦因数主要受他们之间的轧制油的润滑条件影响，轧制油本身的物理性质和油膜强度都是影响其润滑条件的重要因素。我们在研究中发现，冷轧压下率对带材表面磨损程度有极大影响：压下率增加，单位体积的金属变形量增加，单位压力增大，随着压下率的增加，变形区长度增加，轧制力增加；随变形区长度、轧制力的增加，进入辊缝的油膜厚度减少，摩擦因数增大；也就是说压下率对轧制力和摩擦因数均产生作用，因此在整个过程中各道次的压下率必须根据其作用进行严格控制，在保证生产效率的前提下，减轻铝粉的产生。

而我们之前分析过摩擦因数不仅与油膜厚度有关还与轧制油本身的温度有关，冷轧过程中，随变形区温度的升高，轧制油粘度降低，油膜厚度、强度减小，摩擦因数增大，摩擦力、轧制力增大，轧辊对带材的磨损程度加大，产生的铝粉也会增多。金属冷轧过程中产生大量的变形热，使轧辊和带材急剧升温，如冷却能力不够，将急剧恶化润滑条件，加剧摩擦和磨损，产生大量铝粉，冷却能力对高速、大压下率的冷轧过程尤为重要。高速旋转的轧辊上附着一层轧制油膜，它阻止轧辊热量的散发，必须提供较高的轧制油喷射压力，才能冲破轧辊上附着的油膜，充分冷却轧辊，提高轧制油喷射量也将提高冷却效果。提高轧制油喷射流量和压力也将提高对轧辊和入口表面的清洗效果，减少带材表面铝粉的累积。因此在制备带材过程中，轧辊粗糙度、压下率，轧制油的温度、流量、压力均会对整个冷轧过程产生复杂的相互影响，要想得到高质量的产品，必须对各个冷轧道次的压下率、轧辊粗糙度、轧制油均进行严格的控制。

本技术方案第一道次采用大的压下率，将坯料带材表面由于前道工序（扁锭均匀化加热、热轧）过程中产生的氧化皮清除，减少后续道次铝粉的产生。中间道次采用适中的压下率，兼顾生产效率与减少铝粉。成品道次采用小压下率，减少铝粉的产生，同时保证良好的板形。冷轧成品道次不但通过小压下率，减少铝粉的产生，而且轧制油高油温、大流量、大压力，将铝粉冲刷掉，另外，高温下轧制油粘度低、流动性好，容易被吹扫掉，可减少表面带油量及铝粉。

本发明控制了清洗时的碱液浓度电导率、碱液温度、漂洗水温度。碱洗的目的是洗掉带材表面的轧制油、铝粉等杂物，提高表面达因值。碱液浓度电导率过高，则会导致带材表面过腐蚀，另外，碱液消耗成本偏高。碱液浓度电导率偏低，则清洗效果不好，轧制油、铝粉清洗不干净，达因值达不到32以上。碱液温度过高，会导致碱液成分分解变质失效；碱液温度偏低，则清洗效果不好，轧制油、铝粉清洗不干净，达因值达不到32以上。漂洗水温度过低，则漂洗效果不好，漂洗水温度过高，则会加速胶辊老化，降低胶辊使用寿命。本发明控制脱脂槽碱液温度55～70℃，脱脂槽碱液电导率5～20ms/cm，漂洗水温度50～70℃，达到了良好的清洗效果，清洗拉伸后带材表面粗糙度Ra值0.50~0.72μm，铝卷表面的润湿张力要在32～40达因、表面铝粉的尺寸＜2.5μm。

本发明还控制了拉伸段的延伸率，如果延伸率过低，则无法使带材产生塑性延伸，达不到矫直板形的效果；延伸率过高，则对胶辊的磨损增大，导致胶辊印痕，缩短胶辊使用寿命，且断带的风险增大。本发明控制拉伸段延伸率0.1～0.8%，板形矫正效果好，拉伸后的带材波高≤2mm。

通过上述技术方案，本发明还控制了轧制油清洁度，轧制过程中产生的铝粉大部分被轧制油冲洗掉，流入污油箱，由于轧制油的循环使用，必须清除掉混在轧制油中的铝粉颗粒，保持轧制油清洁，否则会污染带材表面，使带材表面附着更多铝粉。过滤是消除轧制油铝粉的有效方法，消除油内铝粉也是轧制油过滤的主要目的，本发明控制轧制油NAS污染度小于5级。

实施例1

一种复合印刷线路板铝板基带材，带材内包括以下重量百分比的元素：Si：0.19%、Fe：0.42%、Cu：0.19%，Mn：0.89%、Mg：1.21%、Ti：0.15%，Cr：0.004%，Zn：0.004%、V：0.025%，余量为铝，上述带材的制备工艺包括以下步骤：（1）原料熔炼：将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、 Cr 、Zn和V混合的炉料加入熔化炉内熔炼并铸造成扁锭，扁锭经过热处理和热轧后制成热轧卷，（2）冷轧：轧制过程中，冷轧第一道次压下率55%，轧制油温度35～45℃，轧制油流量70~100%；中间道次压下率控制在30%~45%，轧制油温度30～40℃，轧制油流量40~70%；成品道次压下率20~30%，轧制油温度35～45℃，轧制油流量40~70%；轧制前张力20～42Mpa，后张力12～40Mpa，冷轧轧制油控制NAS污染度小于5级，40℃运动粘度值在2.0～2.5mm²/s，添加剂浓度为6～9%，轧制油压力≥6bar；（3）清洗切边拉伸：轧制到成品厚度0.15～0.40mm，经过纯拉伸机列进行拉伸变形纠正板型，同时进行表面清洗和切边，脱脂槽碱液温度55～70℃，脱脂槽碱液电导率5～20ms/cm，漂洗水温度50～70℃，拉伸段延伸率0.15%；清洗拉伸后带材表面粗糙度Ra值0.55μm，铝卷表面的润湿张力要在33达因、表面铝粉的尺寸1μm、波高1.5mm；（3）纵剪带材的制备：经清洗切边拉伸以后的带材，上纵剪机切边分条到成品宽度400～700mm。纵剪后边部毛刺长度0.01mm。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：一种复合印刷线路板铝板基带材，带材内包括以下重量百分比的元素：Si：0.19%、Fe：0.42%、Cu：0.19%，Mn：0.85%、Mg：1.21%、Ti：0.20%，Cr：0.004%，Zn：0.004%、V：0.025%，余量为铝。

步骤（2）冷轧第一道次压下率56%；

步骤（3）脱脂槽碱液温度64～66℃，脱脂槽碱液电导率13～15ms/cm，拉伸段延伸率0.15%。

产品外观质量：带材表面粗糙度Ra值0.60μm，铝卷表面的润湿张力要在34达因、表面铝粉的尺寸2μm、边部毛刺长度0.015mm，波高1.2mm。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：一种复合印刷线路板铝板基带材，带材内包括以下重量百分比的元素：Si：0.19%、Fe：0.42%、Cu：0.19%，Mn：0.89%、Mg：1.24%、Ti：0.16%，Cr：0.004%，Zn：0.004%、V：0.025%，余量为铝。

步骤（2）冷轧第一道次压下率57%；

步骤（3）脱脂槽碱液温度66～68℃，脱脂槽碱液电导率10～13ms/cm，拉伸段延伸率0.20%。

产品外观质量：带材表面粗糙度Ra值0.68μm，铝卷表面的润湿张力要在36达因、表面铝粉的尺寸1.5μm、边部毛刺长度0.009mm，波高1.0mm。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：一种复合印刷线路板铝板基带材，带材内包括以下重量百分比的元素：Si：0.19%、Fe：0.42%、Cu：0.19%，Mn：0.89%、Mg：1.17%、Ti：0.19%，Cr：0.004%，Zn：0.004%、V：0.025%，余量为铝。

步骤（2）冷轧第一道次压下率58%；

步骤（3）脱脂槽碱液温度68～70℃，脱脂槽碱液电导率6～10ms/cm，拉伸段延伸率0.25%。

产品外观质量：带材表面粗糙度Ra值0.70μm，铝卷表面的润湿张力要在38达因、表面铝粉的尺寸0.8μm、边部毛刺长度0.012mm，波高0.8mm。

表1为产品质量检测指标

复合印刷线路板铝板基技术指标以0.254±0.01mm厚度为检测例。

Claims

1.一种复合印刷线路板铝板基带材，其特征在于该铝箔坯料由Al、Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Ti、 Cr 、Zn和V组成，上述材料组成的重量百分比为Si：0.15~0.25%、Fe：0.35～0.55%、Cu：0.15~0.25%、Mn：0.8~1.0%、Mg：1.1~1.3%、Ti：0.01~0.03%、Cr：0~0.02%、Zn：0~0.03%、V：0~≤0.03%，余量为铝。

2.一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于该制备工艺的步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于所述的步骤（2）冷轧工序中，第一道次冷轧速度400～600m/min，中间道次冷轧速度600～800m/min，成品道次冷轧速度700～900m/min。

4.根据权利要求2所述的一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于所述的步骤（2）冷轧工序中，轧制前张力20～42Mpa，后张力12～40Mpa。

5.根据权利要求2所述的一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于所述的步骤（2）冷轧工序中，控制轧制油NAS污染度小于5级，轧制油40℃运动粘度值在2.0～2.5mm²/s，添加剂质量浓度为6～9%，添加剂为醇酯复合配成。

6.根据权利要求2所述的一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于所述的步骤（2）冷轧工序中，第一道次压下率最优化为52~59%。

7.根据权利要求2所述的一种复合印刷线路板铝板基带材的制备工艺，其特征在于所述的步骤（3）拉伸清洗切边过程中，脱脂槽液优化温度60～70℃，脱脂槽液优化电导率6～15ms/cm，漂洗水优化温度55～70℃，拉伸段优化延伸率0.15～0.75%。