对压延铜箔的认识与思考

对压延铜箔的认识与思考压延铜箔在当今的电子信息技术这块上面的应用可谓是显得越来越重要了，主要是在于其能够满足当今不断发展的电子技术上的要求，在现在其铜箔制造的相关领域上的电解铜箔占统治地位的基础之上，又需要重视压延铜箔了，压延铜箔相对于电解铜箔来说主要就是在生产工艺及成本，在生产技术水平及难度上面目前还是处于一种比较空白和靠前的，目前国内能够生产压延铜箔并且具备先进的技术水平的企业还很少，或者说处于起步的阶段，根本不能够满足目前国内兴起的电子信息技术行业的需求，也有一些企业同高校之间的联合从技术上去争取取得突破，如今年4月份广源铜带股份有限公司与北京科技大学在压延铜箔方面的签约合作研究，属于尖端靠前的研究领域，在电子信息技术发展前提下，其应用显得越来越重要与不可替代性，目前在压延铜箔这块的产品也基本上一处于依赖进口的现状，而且价格十分昂贵，压延铜箔生产方面的相关技术国外严格保密，在国内比较的研究比较缺乏的基础之上也引起了国家科技发展部的高度重视，在其公布的铜加工行业科技“铜材短流程生产关键技术开发与工程化”项目中就包含了压延铜箔方面的这个课题，说明此生产技术的发展和研究是很重要的。

当今在铜箔的生产制造与加工的这一块，日本和美国的生产技术水平是最领先的，特别是日本，有一定的历史研究基础和实力，在东亚地区其他国家也有相关的的发展，国内主要是随着经济的发展以来带动的电子信息技术发展的需要而发展起来的，这是当今世界铜箔的发展的其相关外部环境，整体上也还是以电解铜箔为主，压延铜箔为补充的基本格局，在覆铜板最初的生产时期，世界上大多数都是使用压延铜箔。

发展到20世纪60年代末至70年代初，由于它在幅宽（目前可工业化生产的最大宽度在550— 800mm范围内）上难于满足大面积覆铜板生产的需要，且在成本上也较高，因此目前在刚性覆铜板的生产中，开始不再大批量采用压延铜箔，而是采用电解铜箔，在电解铜箔的开发一来，由于之前的压延铜箔生产的技术落后与成本及生产工艺及幅宽的因素而逐渐被电解铜箔替代了。

而压延铜箔由于其自有的特性在电子技术发展的今天其重要性又凸显了出来，引起重视，是一个值得去研究和开发的领域。

压延铜箔按化学式可以分为电子管用无氧铜箔，无氧铜箔和紫铜箔，以及添加有微量元素的耐蚀合金铜箔和耐热性合金铜箔。

紫铜箔的用途主要是用于柔性印制电路板，纸板电路印刷板，电磁屏蔽带，复合扁电缆，绕组和锂电池的层电极等。

在本课题下根据生产规划及目标与任务，主要是针对于紫铜箔及其存在的相关技术问题与分析。

要生产与现代的电子技术相适应的压延紫铜箔，弥补电解铜箔在高频信息传输与精细线路及挠性印制电路领域的空缺，其在生产技术上面遇到的主要关键问题就应该包括如下几个方面：（1）铜带材向铜箔的轧制加工及厚度的变薄在质的飞跃上需要具备的轧机的机械条件或其他相关工艺条件因素；这是压延加工所面临的本质问题，铜箔区分于铜带的根本差别就是在其厚度上，在国内，一般铜箔和铜带的区分是以0.05mm 界限来划分的，美、日等国多以0.1mm来划分，在中国海关进出口是以0.15mm 来划分的，主要就是考虑到了目前国内铜箔生产技术相对国外落后的现状，而铝箔是以0.2mm来划分的，一般来说，铝及铝合金质地较铜及铜合金软，铝箔轧制理论是轧制时，接触弧等于轧辊压扁及辊缝已全部压靠的情况，其压下量与轧制压力的大小已无绝对关系，轧制过程已完全由控制张力和轧制速度的大小来完成；而铜箔的轧制目前仍是以轧制压力压下为主要形式来完成轧制过程的。

因此，铝箔一般采用四辊不可逆轧机轧制，双合叠轧，可以生产厚度为0.0065mm的铝箔。

目前铜箔多采用多辊轧机轧制，如十二辊、十四辊、二十辊轧机等，最大的轧制速度一般为600-800m/min，国外报道有的设计为1200mm/min，国外在轧制0.025mm的窄幅超薄水箱带时，也有采用四辊轧机的，轧制带宽200-300mm，速度达1200mm/min。

采用120mm的轧辊辊径可以正常轧制0.07mm以上的带材，用相同的轧制速度轧制0.06mm厚度的铜带时，轧制压力为轧制0.07mm时的3倍，轧制压力太大，轧制难以进行，显然按最小可轧厚度公式分析，轧机已进入轧辊压靠状态。

从公式最小可轧厚度h = 3.58μKD可以看出，除了减小辊径外，增大前后张力和降低摩擦系数是最有效的方法，箔材轧机设计时一般取板带轧制时张应力的2-4倍。

实际上，轧制过程中，根据油膜轴承的原理，轧辊转动速度越高，油膜形成的压力越大，油膜厚度越厚。

所以，速度是在轧辊弹性压扁的情况下轧件能够减薄的主要条件之一。

提高轧制速度，轧辊上由于瞬时产生的静压力使油膜加厚，带材变薄；油膜厚度还与接触弧的长度有关，接触弧越长，越不利于轧制油的流动，油膜产生的厚度就越厚，单位轧制压力就越大，为形成足够的接触弧长，滚经就并非愈小愈好；同时速度增加时，带材轧制的变形热集聚，瞬时温度升高，使变形抗力有所降低；精确张力控制也是轧制箔材的必要条件，根据K=1.155(R-q)的关系，张力的波动愈大，K值愈小，最小可轧厚度也减小，愈能轧制较薄带材，而接触弧长度与辊径有直接的关系。

在轧制时影响轧制厚度的另一个问题就是，在轧制铝箔时，用四辊轧机，双合轧制0.0065mm厚度时，速度可以达到2400m/min，其原因是铝的变形抗力较铜小，比热为铜的2.3倍，所以在冷轧时产生的变形热使铝产生的温升不太明显，铝合金轧制时可以采用闪电不太高的煤油作为基础油；铜合金的热容比铝小得多，变形抗力又大，轧制过程中产生的变形温升比轧制铝箔时大得多，高速、高温轧制时易使轧制油挥发或焦化，因此铜箔轧制时只能用闪点达140℃的机油做基础油，其粘度远比铝箔用轧制油大，轧制铜箔时采用高速轧制带面除油相当困难，卷曲机卷曲时因带面有轧制油张力不易稳定，所以一般不宜用过高速度轧机轧制铜箔。

另外，轧机轧制时，必须保证轧制压力的切向分应力与正向分应力小于某一值时，才能够保证轧制过程的稳定性，即轧辊必须要具有一定的刚度，多辊轧机由于中间辊压紧工作辊，其刚度明显要增大，其工作辊在轧制压力下的挠曲变形就要变小。

目前从轧机的类型来说，适用于铜箔轧制的主要还是二十辊和十四辊轧机，特别是北冶近几年开发出来的十四辊轧机，具有很大的优势，相对而然，十四辊轧机的结构较二十辊简单，同时也不比十二辊轧机复杂多少，但是由于其1-3层的排列基本相同，其最外层支承、机架、压下及传动方式与二十混轧机也基本相同，也具有二十辊轧机相当的优点和性能，即工作辊直径小、内层辊双向支承、外层辊多点支承、刚性好、轧制力小、道次压下量大。

且十四辊结构简单，制造容易，开口度大、散热好、操作方便。

此外，十四辊较二十辊少了6个背衬轴承辊，结构要简单，减少了制造和运行维护时的成本，在滚系的维修和清洗时，可将上下辊箱整体抽出，十分方便。

（2）压延铜箔在生产过程的后道工艺中的表面处理技术；主要指的就是针对铜箔的使用后期的抗氧化腐蚀的表面钝化处理，与针对压延铜箔需要具有与电路印制基板的结合能力的要求，并具有一定的耐化学药品性、耐热性、耐离子迁移性等。

随着电子产品不断向小型化、多功能化的方向发展，推动了印制板向多层化、高集成化、高密度化方向发展，因而对精细线路中要求使用的薄型化铜箔有更高的抗剥离强度的要求，并能有效地减少或者避免蚀刻线路时产生的“侧蚀”现象，高频电路中要求铜箔有更好的耐离子迁移性能，防止因离子迁移造成树脂基板绝缘性能下降而引起的线路短路或者断路，而且对铜箔的耐热温度要求比原来的高的多，铜箔的这些性能都与铜箔所采用的表面处理工艺密切相关。

铜箔表面处理技术也成为了世界上铜箔制造企业的研究热点，国外很早就开始了对铜箔的表面处理技术开展了深入广泛的研究，开发出了多种表面处理技术。

而国内在铜箔表面处理方面做的研究较少，起步较晚。

目前先进的铜箔制造及处理技术被日本和美国垄断，由于压延铜箔的结构和用途与电解铜箔不同，对其表面处理的要求更高，国外这方面的文献也不是太多。

压延铜箔的阻挡层一般采用两种处理方式，即黑化处理（铜-钴-镍或铜-镍镀层）和红化处理（纯铜镀层），近年来还有开发出来的锌-镍镀层。

对其结合面进行的表面处理，包括表面粗化处理或者表面镀层处理，表面粗化处理利用的是在其铜箔需结合面上进行表面镀铜，在精镀固化，以增大结合面的表面粗糙度，增大与印制板基板的结合能力；镀层处理的基本思路就是在粗化基础上镀上一层其他金属或者合金如镀锌及当前技术靠前的镀锌-镍合金，增大其与印制基板的结合能力的同时增大其耐热性与耐蚀性及可焊性，而其主要技术指标就是与印制基板结合的抗剥离强度，其表面处理的主要工艺流程为：粗化表面处理化学除油→水洗→酸洗→水洗→粗化处理（表面镀铜）→水洗→固化处理（表面精镀）→水洗→酸洗→水洗→钝化处理→水洗→烘干镀层表面处理化学除油→水洗→酸洗→水洗→粗化处理（表面镀铜）→水洗→酸洗→镀锌合金或者锌镍合金→水洗→钝化→水洗→涂硅烷耦合剂→烘干（3）板坯水平连铸、轧制、热处理过程中组织精确控制技术；在此点上压延铜箔与电解铜箔有着明显的区别。

一般电解铜箔（不含低轮廓铜箔）在厚度方向呈现出柱状结构组织发达的特性。

在挠曲时，通过在术柱状结构组织的粒子界面的裂纹的逐渐传播，在铜箔进行折动挠内运动的较早期时，就会造成铜箔的结构破坏。

压延铜箔由于是通过辊压成形的箔，从而构成的结构组织呈薄层状，再经热处理，产生了成为等方的再结晶组织变化。

这种结构组织的等方性，不会传播粒子界面内的裂纹，从而在耐挠曲性上表现得特别的高。

以上就是压延铜箔在耐折性商区别于电解铜箔的组织特性，一般来说，根据晶体内部组织分析可知，要进一步地保证压延铜箔的挠曲性能及加工性能及表面处理及表面粗糙度的要求，在其内部的晶粒及其组织组成上，晶粒大些有利于挠曲性上的优越，晶粒尺寸增大，晶界减少，在挠曲时由晶界带来的位错及裂纹产生及扩展会减少，同时晶粒增大，强度会下降，有利于压力加工，在热处理过程中由于表面的晶界氧化腐蚀也会减少。

如何在生产的过程中保证其组织的基本性能即精确控制是一项重要的技术。

(3)加工生产过程中的铜箔表面在生产过程中的保护性问题；即加工生产过程中的防氧化与腐蚀技术，表面脱脂清洗，酸洗，轧制过程中的轧制油与乳化液的配制，热处理过程中的保护性防护等。

主要是因为铜箔在其厚度上相对于其长和宽的要求所带来的在其表面积的增大，使其更多地与外界接触直到钝化工艺后，同时铜箔在电子信息技术上的重要技术参数表面粗糙度及其后的镀层粗化也使得表面尤其重要，还有就是在表面相同的氧化腐蚀深度下相对于其薄的厚度来说也显得尤其的重要。

处理不当或者在工艺上存在问题时就会有可能出现铜箔的整体性尺寸偏小，铜箔的厚度大的局部性尺寸偏差，穿孔或者撕裂，其在内部出现蚀坑及裂纹时对电子电流的传输也会造成很大的影响。