(1) 銅帶材向銅箔的軋制加工及厚度的變薄在質(zhì)的飛躍上需要具備的軋機的機械條件或其他相關(guān)工藝條件因素;這是壓延加工所面臨的本質(zhì)問題,銅箔區(qū)分于銅帶的根本差別就是在其厚度上,一般銅箔和銅帶的區(qū)分是以0.05mm界限來劃分的,美、日等國多以0.1mm來劃分,在中國海關(guān)進出口是以0.15mm來劃分的,主要就是考慮到了目前國內(nèi)銅箔生產(chǎn)技術(shù)相對國外落后的現(xiàn)狀,而鋁箔是以0.2mm來劃分的,一般來說,鋁及鋁合金質(zhì)地較銅及銅合金軟,鋁箔軋制理論是軋制時,接觸弧等于軋輥壓扁及輥縫已全部壓靠的情況,其壓下量與軋制壓力的大小已無相關(guān)關(guān)系,軋制過程已由控制張力和軋制速度的大小來完成;而銅箔的軋制目前仍是以軋制壓力壓下為主要形式來完成軋制過程的。因此,鋁箔一般采用四輥不可逆軋機軋制,雙合疊軋,可以生產(chǎn)厚度為0.0065mm的鋁箔。
目前銅箔多采用多輥軋機軋制,如十二輥、十四輥、二十輥軋機等,較大的軋制速度一般為600-800m/min,國外報道有的設(shè)計為1200mm/min,國外在軋制0.025mm的窄幅水箱帶時,也有采用四輥軋機的,軋制帶寬200-300mm,速度達1200mm/min。
采用120mm的軋輥輥徑可以正常軋制0.07mm以上的帶材,用相同的軋制速度軋制0.06mm厚度的銅帶時,軋制壓力為軋制0.07mm時的3倍,軋制壓力太大,軋制難以進行,顯然按小可軋厚度公式分析,軋機已進入軋輥壓靠狀態(tài)。從公式可軋厚度h = 3.58μKD可以看出,除了減小輥徑外,增大前后張力和降低摩擦系數(shù)是有效的方法,箔材軋機設(shè)計時一般取板帶軋制時張應(yīng)力的2-4倍。
實際上,軋制過程中,根據(jù)油膜軸承的原理,軋輥轉(zhuǎn)動速度越高,油膜形成的壓力越大,油膜厚度越厚。所以,速度是在軋輥彈性壓扁的情況下軋件能夠減薄的主要條件之一。提高軋制速度,軋輥上由于瞬時產(chǎn)生的靜壓力使油膜加厚,帶材變??;油膜厚度還與接觸弧的長度有關(guān),接觸弧越長,越不利于軋制油的流動,油膜產(chǎn)生的厚度就越厚,單位軋制壓力就越大,為形成足夠的接觸弧長,滾經(jīng)就并非愈小愈好;同時速度增加時,帶材軋制的變形熱集聚,瞬時溫度升高,使變形抗力有所降低;精密張力控制也是軋制箔材的條件,根據(jù)K=1.155(R-q)的關(guān)系,張力的波動愈大,K值愈小,可軋厚度也減小,愈能軋制較薄帶材,而接觸弧長度與輥徑有直接的關(guān)系。
在軋制時影響軋制厚度的另一個問題就是,在軋制鋁箔時,用四輥軋機,雙合軋制0.0065mm厚度時,速度可以達到2400m/min,其原因是鋁的變形抗力較銅小,比熱為銅的2.3倍,所以在冷軋時產(chǎn)生的變形熱使鋁產(chǎn)生的溫升不太明顯,鋁合金軋制時可以采用閃電不太高的煤油作為基礎(chǔ)油;銅合金的熱容比鋁小得多,變形抗力又大,軋制過程中產(chǎn)生的變形溫升比軋制鋁箔時大得多,高速、高溫軋制時易使軋制油揮發(fā)或焦化,因此銅箔軋制時只能用閃點達140℃的機油做基礎(chǔ)油,其粘度遠比鋁箔用軋制油大,軋制銅箔時采用高速軋制帶面除油相當困難,卷曲機卷曲時因帶面有軋制油張力不易穩(wěn)定,所以一般不宜用過高速度軋機軋制銅箔。
另外,軋機軋制時,軋制壓力的切向分應(yīng)力與正向分應(yīng)力小于某一值時,才能夠保證軋制過程的穩(wěn)定性,即軋輥要具有的剛度,多輥軋機由于中間輥壓緊工作輥,其剛度明顯要增大,其工作輥在軋制壓力下的撓曲變形就要變小。
目前從軋機的類型來說,適用于銅箔軋制的主要還是二十輥和十四輥軋機,特別是北冶近幾年開發(fā)出來的十四輥軋機,具有很大的優(yōu)勢,相對而然,十四輥軋機的結(jié)構(gòu)較二十輥簡單,同時也不比十二輥軋機復雜多少,但是由于其1-3層的排列基本相同,其外層支承、機架、壓下及傳動方式與二十混軋機也基本相同,也具有二十輥軋機相當?shù)膬?yōu)點和性能,即工作輥直徑小、內(nèi)層輥雙向支承、外層輥多點支承、剛性好、軋制力小、道次壓下量大。且十四輥結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,開口度大、散熱好、操作方便。此外,十四輥較二十輥少了6個背襯軸承輥,結(jié)構(gòu)要簡單,減少了制造和運行維護時的成本,在滾系的維修和清洗時,可將上下輥箱整體抽出,十分方便。
(2) 壓延銅箔在生產(chǎn)過程的后道工藝中的表面處理技術(shù);主要指的就是針對銅箔的使用后期的防氧化腐蝕的表面鈍化處理,與針對壓延銅箔需要具有與電路印制基板的結(jié)合能力的要求,并具有的耐化學藥品性、耐熱性、耐離子遷移性等。隨著電子產(chǎn)品不斷向小型化、多功能化的方向發(fā)展,推動了印制板向多層化、高集成化、高密度化方向發(fā)展,因而對線路中要求使用的薄型化銅箔有更高的抗剝離強度的要求,并能有效地減少或者避免蝕刻線路時產(chǎn)生的“側(cè)蝕”現(xiàn)象,高頻電路中要求銅箔有好的耐離子遷移性能,防止因離子遷移造成樹脂基板絕緣性能下降而引起的線路短路或者斷路,而且對銅箔的耐熱溫度要求比原來的高的多,銅箔的這些性能都與銅箔所采用的表面處理工藝密切相關(guān)。銅箔表面處理技術(shù)也成為了世界上銅箔制造企業(yè)的研究熱點,國外很早就開始了對銅箔的表面處理技術(shù)開展了深入廣泛的研究,開發(fā)出了多種表面處理技術(shù)。而在銅箔表面處理方面做的研究較少,起步較晚。
目前先進的銅箔制造及處理技術(shù)被日本和美國壟斷,由于壓延銅箔的結(jié)構(gòu)和用途與電解銅箔不同,對其表面處理的要求更高,國外這方面的文獻也不是太多。壓延銅箔的阻擋層一般采用兩種處理方式,即黑化處理(銅-鈷-鎳或銅-鎳鍍層)和紅化處理(純銅鍍層),近年來還有開發(fā)出來的鋅-鎳鍍層。
對其結(jié)合面進行的表面處理,包括表面粗化處理或者表面鍍層處理,表面粗化處理利用的是在其銅箔需結(jié)合面上進行表面鍍銅,在精鍍固化,以增大結(jié)合面的表面粗糙度,增大與印制板基板的結(jié)合能力;鍍層處理的基本思路就是在粗化基礎(chǔ)上鍍上一層其他金屬或者合金如鍍鋅及當前技術(shù)靠前的鍍鋅-鎳合金,增大其與印制基板的結(jié)合能力的同時增大其耐熱性與耐蝕性及可焊性,而其主要技術(shù)指標就是與印制基板結(jié)合的抗剝離強度,
(3)板坯水平連鑄、軋制、熱處理過程中組織精密控制技術(shù);在此點上壓延銅箔與電解銅箔有著明顯的區(qū)別。一般電解銅箔(不含低輪廓銅箔)在厚度方向呈現(xiàn)出柱狀結(jié)構(gòu)組織發(fā)達的特性。在撓曲時,通過在術(shù)柱狀結(jié)構(gòu)組織的粒子界面的裂紋的逐漸傳播,在銅箔進行折動撓內(nèi)運動的較早期時,就會造成銅箔的結(jié)構(gòu)破壞。壓延銅箔由于是通過輥壓成形的箔,從而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)組織呈薄層狀,再經(jīng)熱處理,產(chǎn)生了成為等方的再結(jié)晶組織變化。這種結(jié)構(gòu)組織的等方性,不會傳播粒子界面內(nèi)的裂紋,從而在耐撓曲性上表現(xiàn)得的高。
以上就是壓延銅箔在耐折性商區(qū)別于電解銅箔的組織特性,一般來說,根據(jù)晶體內(nèi)部組織分析可知,要進一步地保證壓延銅箔的撓曲性能及加工性能及表面處理及表面粗糙度的要求,在其內(nèi)部的晶粒及其組織組成上,晶粒大些有利于撓曲性上的優(yōu)越,晶粒尺寸增大,晶界減少,在撓曲時由晶界帶來的位錯及裂紋產(chǎn)生及擴展會減少,同時晶粒增大,強度會下降,有利于壓力加工,在熱處理過程中由于表面的晶界氧化腐蝕也會減少。如何在生產(chǎn)的過程中保證其組織的基本性能即精密控制是一項重要的技術(shù)。
(4) 加工生產(chǎn)過程中的銅箔表面在生產(chǎn)過程中的保護性問題;即加工生產(chǎn)過程中的防氧化與腐蝕技術(shù),表面脫脂清洗,酸洗,軋制過程中的軋制油與乳化液的配制,熱處理過程中的保護性防護等。主要是因為銅箔在其厚度上相對于其長和寬的要求所帶來的在其表面積的增大,使其更多地與外界接觸直到鈍化工藝后,同時銅箔在電子信息技術(shù)上的重要技術(shù)參數(shù)表面粗糙度及其后的鍍層粗化也使得表面尤其重要,還有就是在表面相同的氧化腐蝕深度下相對于其薄的厚度來說也顯得尤其的重要。處理不當或者在工藝上存在問題時就會有可能出現(xiàn)銅箔的整體性尺寸偏小,銅箔的厚度大的局部性尺寸偏差,穿孔或者撕裂,其在內(nèi)部出現(xiàn)蝕坑及裂紋時對電子電流的傳輸也會造成很大的影響。