一种铝基层状复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于印刷电路板技术领域，具体涉及一种铝基层状复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.印刷电路板(printed circuit board，pcb)用铝片，是指为提高pcb的钻孔精度，在钻孔时覆盖于pcb板(待加工生产板)表面的铝片，亦称润滑铝片、涂层铝片或覆膜铝片。润滑铝片具有缓冲作用，可避免压力脚的产生，提高钻头定位精确度；兼之散热性能优秀，因此可提高钻头寿命，降低钻孔断针率；还可改善孔壁粗糙度，提高钻孔品质，还因为具有优异的散热性能，提高产能效率。
3.最传统的润滑铝片是单纯的铝合金，随着pcb高度致密化的发展，以及对可靠性要求的不断提高，普通纯铝合金由于其本身结构性能上的特点，已经不能够满足这些高、精、尖类pcb产品钻孔时对润滑铝片的要求。
4.相关技术中为提升pcb板的钻孔精度，常在铝合金表面涂覆一层相对较软的树脂薄膜形成润滑铝片，此树脂薄膜有较好的水溶性，使用完成后可用水来清除树脂残留。这种覆膜的润滑铝片可提高pcb钻孔的孔位精度、降低孔位粗糙度，被广泛应用于高精度球栅阵列(ball grid array，bga)结构的pcb钻孔以及较小孔径钻孔等。
5.但是上述润滑铝片为了增加附着力，在涂覆树脂前需先清洗铝片，在钻孔工序结束后需以水洗去除树脂残留，相当于增加了至少两道工序，流程、时间和成本都不节约；此外，清洗铝片和树脂的液体需要进行后处理，否则会污染环境。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铝基层状复合材料，通过铝片层和润滑层硬度、厚度的搭配，可在保证钻孔精度的前提下，使润滑层取代传统的树脂薄膜；因此铝基层状复合材料用作润滑铝板时，可提升散热能力、节约后续流程和成本，且更加环保。
7.本发明还提出一种上述铝基层状复合材料的制备方法。
8.本发明还提出一种上述铝基层状复合材料在制备印刷电路板中的应用。
9.根据本发明的一个方面，提出了一种铝基层状复合材料，包括铝片层以及设于其表面的润滑层；
10.所述润滑层厚度为所述铝片层厚度的10～25％；
11.所述润滑层的材质为铝合金，抗拉强度为80～100mpa；
12.所述铝片层的抗拉强度为110～140mpa。
13.根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
14.(1)因为钻头很硬，如果直接钻硬的铝片层，就会产生滑动，影响钻孔精度，且产生较大的热；
15.本发明中，由于润滑层原料的抗拉强度只有80～100mpa，属于硬度非常低的铝合金，因此可替代传统润滑铝板中的树脂薄膜作为润滑层，同时不影响钻头的定位精度；
16.此外，由于润滑层、铝片层原料硬度的搭配是由软到硬的，因此钻孔时可起到良好的缓冲作用。
17.(2)本发明中，由于润滑层的原料是铝合金，相对于传统的树脂薄膜导热性好，因此当本发明的铝基层状复合材料用于辅助印刷电路板钻孔时，散热性能提升，进而可提升钻头寿命、降低断针率(钻头断裂的几率)、提高钻孔品质和效率。
18.(3)由于本发明中润滑层材质为铝合金，对印刷电路板的后续工艺没有影响，因此不需要进行后续清洗去除树脂的操作，因此节约了流程、成本；也不需要处理清洗带来的废水，提升了环保性。
19.(4)又由于传统润滑铝片中，厚度比为润滑层/铝片层＝10～25％，本发明沿用该厚度比例，因此所得的铝基层状复合材料用于辅助印刷电路板钻孔时，与传统工艺相容性好，因此更方便推广应用。
20.在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑层厚度为所述铝片层厚度的10～20％。
21.在本发明的一些实施方式中，所述铝片层的厚度为145～155μm。
22.在本发明的一些优选的实施方式中，所述铝片层的厚度约为145～155μm。
23.在本发明的一些实施方式中，所述润滑层的厚度为25～35μm。
24.在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑层的厚度约为30μm。
25.在本发明的一些实施方式中，所述润滑层的原料包括1060型铝合金。
26.在本发明的一些实施方式中，所述润滑层的原料为完全退火的1060型铝合金。
27.在本发明的一些实施方式中，所述铝片层的原料包括3003型铝合金。
28.在本发明的一些实施方式中，所述铝片层的原料为完全退火的3003型铝合金。
29.所述完全退火也称再结晶退火，是指以高于相变温度10～20℃的温度退火，然后缓慢冷却的过程。
30.由于纯铜的软态(完全退火后)抗拉强度在220～270mpa之间，纯铁的抗拉强度在170～270mpa之间；均明显高于本发明中铝片层的抗拉强度，也即是硬度明显高于铝片层；因此不能起到良好的缓冲、定位作用，不能替代本发明中的铝片层或润滑层。
31.此外，关于热传导系数：铜381w/(m
·
k)和铝218w/(m
·
k)远大于铁80w/(m
·
k)，因此铜和铝均为很好的散热材料；但是满足钻孔精度的铜的价格约为7万元/吨，铝的价格约为2万元/吨，也就是铝的价格约为铜价格的1/3.5，因此本发明采用铝基原料还显著节约了成本。
32.根据本发明的再一个方面，提出了一种所述的铝基层状复合材料的制备方法，包括将所述润滑层和铝片层的原料复合、加热后，轧制成型。
33.根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
34.复合板的制备工业上已经较为成熟，因此本发明提供的制备方法与传统工艺相容性好，不需要增设新的设备，节约了成本。
35.在本发明的一些实施方式中，所述复合中，所述铝片层的原材料和所述润滑层的原材料之间的接触面进行了打磨。
36.在本发明的一些实施方式中，所述加热的温度为530～550℃。
37.在本发明的一些实施方式中，所述加热的时长为13～17h。
38.在本发明的一些实施方式中，所述加热的时长约为15h。
39.在本发明的一些实施方式中，所述轧制成型的压力为100～1000t。
40.在本发明的一些实施方式中，所述轧制成型包括依次行进的热轧、冷粗轧和冷精轧。在本发明的一些实施方式中，所述热轧的首道次压下量为4mm
±
0.5mm。
41.在本发明的一些实施方式中，所述热轧的首道次压下量约为4mm。
42.在本发明的一些实施方式中，所述热轧的首道次轧制力为220～250t。
43.在本发明的一些实施方式中，除首道次外，所述热轧的轧制力为100～1000t。
44.除首道次外的其余热轧处理，可使铝片层原料和润滑层原料之间产生冶金结合。
45.在本发明的一些实施方式中，所述热轧后所得第一中间板的厚度为7.0mm
±
0.5mm。
46.在本发明的一些实施方式中，所述热轧后所得第一中间板的厚度约为7.0mm。
47.在本发明的一些实施方式中，所述第一中间板的宽度为1200～1350mm。
48.在本发明的一些实施方式中，所述第一中间板的宽度约为1350mm。
49.在本发明的一些实施方式中，所述冷粗轧后所得第二中间板的厚度为0.36～0.39mm。
50.在本发明的一些实施方式中，所述冷粗轧后所得第二中间板的厚度约为0.37mm。
51.在本发明的一些实施方式中，所述冷粗轧包括依次进行的第一次冷粗轧、切边、一次退火和第二次冷粗轧。
52.在本发明的一些实施方式中，所述第一次冷粗轧包括四个道次，第一道次得到的第二中间板a的厚度约为4.5
±
0.1mm；第二道次得到的第二中间板b的厚度约为2.7
±
0.1mm；第三道次得到的第二中间板c的厚度约为1.6
±
0.1mm；第四道次得到的第二中间板d的厚度约为1.0
±
0.1mm。
53.在本发明的一些实施方式中，所述切边包括将所得第二中间板d裁剪为宽度约为1270
±
5mm。在本发明的一些实施方式中，所述一次退火的温度约为360℃，时间约为2h。
54.所述一次退火的作用是消除所述第一次冷粗轧过程中产生的加工硬化。
55.在本发明的一些实施方式中，所述第二次冷粗轧包括首先将所述第二中间板d的厚度轧制为约0.58
±
0.1mm，再轧制为所述第二中间板要求的厚度。
56.在本发明的一些实施方式中，所述冷精轧后所得铝基层状复合材料的厚度为0.17～0.20mm。
57.在本发明的一些优选的实施方式中，所述冷精轧后所得铝基层状复合材料的厚度约为0.18mm。
58.在本发明的一些实施方式中，所述冷精轧包括第一次冷精轧、第二次退火和第二次冷精轧。
59.在本发明的一些实施方式中，所述第一次冷精轧包括将所述第二中间板的厚度轧制为约0.265mm。
60.在本发明的一些实施方式中，所述第二次退火的温度约为380℃，时间约为2h。
61.所述第二次退火的作用是使所述第一次冷精轧所得中间板充分软化，获取目标强
度。
62.在本发明的一些实施方式中，所述第二次冷精轧包括将所述第一次冷精轧得到的板材轧制为所述铝基层状复合材料要求的厚度。
63.在本发明的一些实施方式中，所述第二次冷精轧的末道次加工率为30～35％。
64.在本发明的一些实施方式中，所述第二次冷精轧的末道次加工率约为32％。
65.所述加工率为ψ＝(s
0-s)/s0；其中s表示加工前厚度，s表示加工后厚度。
66.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述复合前，对所述润滑层和铝片层的原料进行表面处理。
67.在本发明的一些实施方式中，所述表面处理的方法为铣面。
68.若所述润滑层和铝片层的原料厚度比例不满足要求，可以在所述表面处理后进行所述润滑层和铝片层的原料的热轧，以调整厚度比例。
69.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，还包括在所述轧制成型后依次进行退火、拉矫和分切处理。
70.在本发明的一些实施方式中，所述退火的温度为370～390℃。
71.在本发明的一些实施方式中，所述退火的温度约为380℃。
72.在本发明的一些实施方式中，所述退火的时长为1.5～2h。
73.在本发明的一些实施方式中，所述退火的时长约为2h。在本发明的一些实施方式中，所述拉矫，所述润滑层一侧表面采用被动型毛化辊。
74.在本发明的一些实施方式中，所述被动型毛化辊的粗糙度为3.0～4.0um。
75.采用具有一定粗糙度的被动型毛化辊的作用是，提升所述润滑层一侧表面的粗糙度，以提升钻头与润滑层的摩擦力，进而提升钻孔的精度。
76.在本发明的一些实施方式中，所述分切，所得铝基层状复合材料的宽度约为1245
±
1mm。
77.在本发明的一些实施方式中，所述分切后，还包括包装，所述包装为以纸芯卷绕所得铝基层状复合材料，并进行封装；每卷铝基层状复合材料的重量为3～3.5t。
78.根据本发明的再一个方面，提出了一种所述铝基层状复合材料在制备印刷电路板中的应用。
79.根据本发明的一种优选的实施方式的应用，至少具有以下有益效果：
80.本发明提供的铝基层状复合材料可作为润滑铝板，且通过铝片层和润滑层硬度、厚度的搭配，在保证钻孔精度的前提下，能够使润滑层取代传统的树脂薄膜；因此当其应用于润滑铝板时，提升了散热能力、节约了后续流程和成本，且更加环保。
81.若无特殊说明，本发明中的“约”表示误差范围为
±
2％；例如“约为100”表示的含义为“100
±
100
×
2％”，即100
±
2。
附图说明
82.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
83.图1为本发明实施例1冷粗轧后所得中间板的截面显微金相图；
84.图2为本发明实施例1冷精轧后所得铝基层状复合材料铝片层一面的实物图；
85.图3为本发明实施例1冷精轧后所得铝基层状复合材料润滑层一面的实物图；
86.图4为商业润滑铝片树脂涂层一侧表面的实物图；
87.图5为以3003铝合金作为润滑铝层的钻孔精度示意图；
88.图6为以实施例1所得铝基层状复合材料作为润滑铝层的钻孔精度示意图。
具体实施方式
89.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
90.实施例1
91.本实施例制备了一种铝基层状复合材料，具体过程如表1所示，其中对材料尺寸的表示为厚
×
宽
×
长，例如铝片层原料3003：350*1350*5500mm，表示原料材质型号为3003铝合金，厚度为350mm，宽度为1350mm，长度为5500mm；
92.字母c表示任意长度均可满足。
93.表1实施例1所得铝基复合层状复合材料的制备工艺
94.[0095][0096]
试验例
[0097]
本试验例测试了实施例制备的铝基层状复合材料的中间产物性能和终产物性能。其中：
[0098]
冷粗轧后所得中间板的截面显微金相如图1所示；图中显示，中间板的总厚度约为0.372mm；润滑层的厚度为0.057～0.060mm，均一性好。
[0099]
冷精轧后中间板材的实物图如图2～3所示；图中显示两种材料的平整度、均匀度良好。
[0100]
商业具有树脂涂层的润滑铝板中(广东省东莞市项华电子科技有限公司，0.18mm厚度规格润滑铝片)，树脂涂层一侧的实物图如图4所示，显示图4中的粗糙度为ra2.5～3.5μm，图3中中间板材的铝基润滑层的粗糙度为0.2～0.6μm，说明本发明提供的铝基层状复合材料，要达到与商业润滑铝板相同的效果，仅需打磨提升其粗糙度即可；而本发明后续的拉矫过程恰可将润滑层的粗糙度提升至约为3.0μm；
[0101]
其中粗糙度的测试方法为接触(触针)式仪器在材料表面进行检测。
[0102]
本试验例还测试了以实施例1所得铝基层状复合材料作为润滑铝板，以及以同等厚度的涂有树脂的商业润滑铝板的钻孔精度，其中钻孔的条件为：采用日立hitachi nd-6l型钻头，直径为0.25mm，转速为200krpm，钻孔数为60000，矫正线宽(guide line)80μm，最大连击次数(max hit)2000。
[0103]
钻孔精准度的测试结果如图5～6所示；其中图5为以涂有树脂的商业润滑铝片的钻孔精度示意图，过程能力指数cpk值为3.0；图6为以实施例所得铝基层状复合材料作为润滑铝板的钻孔精度示意图，结果显示过程能力指数cpk值为3.5；说明本发明提供的铝基层状复合材料可显著提升钻孔精度。
[0104]
本试验例还测试了实施例1所得铝基层状复合材料的拉伸强度，测试方法参考编号为gb/t 228-1987的标准文件，测试结果显示，实施例1所得铝基层状复合材料的拉伸强度在140～170mpa之间(同一卷铝基层状复合材料的长度可长达千米，此数值范围对应不同位置拉伸强度的统计值)。
[0105]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。