用铝废料生产新型专用PCB铝基箔材

吴丹 黄善球 杨大军 朱东年 刘军民 曾鸿斌 周作江|文

PCB是重要的电子部件，其中铝基箔材是重要的基板材料，其质量直接决定电子产品的性能和使用寿命。本文使用铝混合废料生产的新型专用合金PCB铝基箔材，采用连铸连轧工艺，在提高箔材性能的同时也达到了美化生产环境、减少生产成本，追求利益最大化的目的。

PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，是电子元器件的支撑体和电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。PCB由导电层、导热绝缘层及金属铝基板组成，各组成部分的好坏直接影响到电子产品的质量和使用寿命。

PCB板中的铝基层要求具有高导热性，适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工，适合功率组件表面贴装技术（SMT）工艺。目前，铝基金属板材主要由1XXX系、3XXX系、5XXX系和6XXX系铝合金制得，具有良好的散热性、优良的尺寸稳定性、良好的机加工性、优良的性价比。但是由于对PCB铝基板需求的不断更新，对其性能的要求也越来越高，现有的优点已经逐渐满足不了时代的需求。目前，在PCB加工或元件贴装过焊时，常常会有分层气泡而引起PCB失效，并且分层气泡均发生在绝缘层与铝基界面，究其根本原因是铝基质量不过关所致。

笔者利用铝板铝箔在生产过程中产生的几何废料和工艺技术废料，并通过合理的合金元素配比及控制，严谨科学的工艺流程，加工制成性能良好的专用PCB铝基箔材，为PCB铝基箔材制作提供了一种新思路。

一种用铝废料生产新型专用PCB铝基箔材的生产工艺

1.合金成分

该箔材是以8XXX系合金为基础，以高Fe、高Si合金为基点，对PCB板基材的化学成分进行重新调整，加入适量的稀土元素钆（Gd）、铈（Ce），使新型专用PCB铝基箔材具有更易焊接、强度更高、耐高温性能更好、抗腐蚀性更强、散热性更好的优点，与其他PCB材料相比有着不可比拟的优点。化学成分如表1所示。

2.工艺路线

S1：熔炉准备→炉料准备→装炉→熔化→搅拌与扒渣→调整成分→炉内处理第一次精炼→转炉及静置第二次精炼→除气箱除气扒渣→过滤箱双通道双级陶瓷过滤板过滤除渣→铸轧成8mm厚度的铸轧卷；

S2：将铸轧卷进行轧制，首先将铸轧卷冷轧到3mm厚度；

S3：进行中间退火，采用炉气控温方式退火，即，炉温≤100℃装炉，经两小时炉温升温到480℃，保温16小时；再将炉温经1小时降温到420℃，保温4小时，出炉空冷；

S4：继续轧至0.38mm厚度时，然后转箔轧再轧制至所需厚度。

产品试制过程中的关键技术点

1.合金成分设计和Gd、Ce合金元素对合金加工性能及组织结构的影响研究

本项目产品是以8XXX系合金为基础，以高Fe、高Si合金为基点，对PCB板基材的化学成分进行重新调整，加入适量的稀土元素钆（Gd）、铈（Ce），使新型专用PCB铝基箔材具有更易焊接、强度更高、耐高温性能更好、抗腐蚀性更强、散热性更好的优点，与其他PCB材料相比有着不可比拟的优点。

稀土元素Ce改变了合金的结晶组织，提高合金的力学性能，随着Ce含量的增加，合金晶粒细化，但到一定程度，晶粒有粗化的趋势，且Ce的加入改变Zn、Cu在合金中的分布及第二类型、形貌和含量，从而影响合金的铸造和力学性能。Ce控制在0.10%～0.15%范围内可保证合金的最佳组织状态。

Gd为银白色金属，具有很好的延展性，当Gd与Ce同时存在时，表现出很好的机械性能，但当其高出一定值时，机械性能反而将逐渐下降，因此，将其控制在0.05%～0.10%内表现为最佳的状态。

Fe对合金组织有两个影响，其一，只要有适量Fe存在，就能显著降低Mn在铝中的溶解度，使晶内偏析减小，因此提高Fe含量可以防止合金退火后出现粗大晶粒组织；其二，MnAl6中的锰原子可以被铁原子置换一半而形成（Fe,Mn）Al6，而（Fe,Mn）Al6，性质更硬一些，而且很脆，呈粗大片状出现在合金组织中，使合金强度和塑性降低，且由于稀土元素的影响，将铁的含量确定在0.49～0.65的范围内，可保证合金的组织为最佳状态。

Si也降低锰在铝中的溶解度，Si在合金中形成金属间化合物T相（Al10Mn2Si）,呈方块状分布，使合金塑性降低。当硅含量不高时（约0.1%以上），可出现共晶体α＋T＋Si，能使制品裂纹倾向增加。但当Fe≥0.2%、且Fe≥Si时，合金裂纹倾向性急剧下降。因此将Si设定在0.36%～0.49%内即可有效控制产品质量。

Mn具有一定的强化作用，随着锰含量增加，合金强度提高。本发明将锰含量控制在0.25%以下。

Al中微量的Zn、Mg、Cu存在，还可提高合金的屈服强度，使得经塑性变形后的合金具有良好的弹性，更加有利于0.1mm厚度的薄板保持平整度和抗折弯能力，在连续切片垛板生产过程中，可避免折痕、碰伤、凹印等缺陷发生。

2.退火工艺的研究

由于PCB铝基铸轧板带材在铸轧时固溶体成分不均匀，易出现枝晶偏析现象，因此在轧制到3.0mm时必须采用高温均匀化退火，使固溶体分解，退火工艺采用炉气控温方式退火，即，炉温≤100℃装炉，经两小时炉温升温到480℃，保温16小时；再将炉温经1小时降温到420℃，保温4小时，出炉空冷。铸轧卷进行高温退火后轧到0.2～0.1mm厚度时，总加工率为93.33%～96.67%。

表1 PCB铝基箔材合金成分表

结束语

该箔材是PCB铝基板的重要组成部分，主要用于电子产品。通过利用废铝料生产的新型专用PCB铝基箔材其板形良好，抗拉强度高，表面洁净、色泽均匀、无擦划伤、折痕和碰伤、凹印等缺陷，质量稳定；力学性能高、具有高导热性，适应于钻孔、冲剪和切割等机加工，更适合功率组件表面贴装SMT工艺；废料的利用率更高，适用的废料范围更广，解决了生产现场废料最大程度的回收利用问题，改善了生产环境。中