CN105619931B - 一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材及连续加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材及连续加工方法，包括表面清洗、热轧复合、半成品表面清洗、半成品轧制、连续光亮退火、成品轧制、精整和分条8个步骤。采用本方法制造的Cu/Mo/Cu层状金属卷带材成品长度可以达到数十米乃至百米，有利于提高生产效率，降低生产成本，保证产品质量一致性，适合规模化连续生产，具有较好的生产应用价值。

Description

一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材及连续加工方法
技术领域
本发明专利涉及层状金属卷带材加工领域，具体涉及一种高导热率、低膨胀系数的CMC层状金属卷带材及连续加工方法。
背景技术
Cu/Mo/Cu(CMC)层状金属是一种新型高导热、低膨胀系数的电子封装材料,具有优良的导热性能和可调节的热膨胀系数，是国内外大功率电子元器件首选的电子封装材料和热沉散热材料，广泛用于微波、通讯、射频、航空航天、电力电子、大功率半导体激光器、医疗等行业。例如，现在国际上流行的BGA封装就大量采用该材料作为基板。另外，在微波封装和射频封装领域，也大量采用该材料做热沉。在军用电子设备中，它常常被采用为高可靠线路板的基体材料。
CMC以及新型Cu/MoCu/Cu层状金属也是我国诸多高科技领域所必需的关键性配套材料，高端电子产品开发与生产的基础，例如，现代的微波通信发射装置、电力电子器件、高性能集成电路等产品。
相比传统的钨铜(WuCu)、钼铜(MoCu)金属复合材料，铜钼铜(Cu/Mo/Cu)层状金属导热率较高，而铜/钼铜/铜(Cu/MoCu/Cu)层状金属因钼铜合金中铜在钼中网状分布，其导热率更高。
常用的制备方法有焊接复合，电镀复合，***复合等，如公开号CN1843691A和CN1850436A,公开日为2006年10月11日和2006年10月25日，板状铜覆板状钼接合而成复合板片，不能连续生产，需要经过反复退火、轧制，工艺繁琐，非连续规模化生产，生产效率低，质量一致性不易控制。
朱玉斌等人的发明专利《一种铜钼铜层状复合材料的制备方法》，公开号CN102527747.A，清洗铜板和钼板的表面，尺寸裁成同样大小，交替叠加加载压块，层叠状推入氢气炉内，保温(60-100)分钟，完成三金属扩散接合，生产效率低下，不适合规模化生产。
王志法等人的发明专利《铜－钼－铜三层复合板的制造方法》，如公开号：CN1408485，采用熔铸固液结合原理，将钼锭两面放置电解铜板，加温使铜板熔化与钼板坯固液结合，再热轧、退火、轧制到成品，该结合工艺复杂，且钼层与铜层的厚度比例控制受限，无法满足产品质量要求。
王德志等人的发明专利《一种高结合强度高精度铜-钼-铜叠层复合材料制备方法》，申请号：201210433614.X，采用三层金属片层叠扩散钎焊的原理，钎焊结合成复合板片，再冷轧减薄，由于钼比较容易氧化，该工艺的结合强度不易控制，且产品也只是层状金属片材，生产效率低下。
张家毓等人发明专利《一种铜钼铜层状复合金属材料的制备方法》，专利号：CN102371719A,通过两次***复合得到复合板方法较为复杂，生产过程具有危险性，且成本较高，不适合规模化生产。
美国专利(US4950554，US4988392，US4957823)采用焊接轧制方法制备铜钼铜材料，对焊接设备要求较高，产品实现难度较大，容易出现局部焊接不牢缺陷，同时制备成本也较高。
发明内容
本发明目的在于针对现有Cu/Mo/Cu(CMC)层状复合材料制造过程存在的非连续性，提供一种工艺简单，便于连续规模化生产的电子封装用层状金属复合卷带材及连续加工方法。
为了实现上述目的本发明采用的连续加工方法的技术方案如下：一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，包括表面清洗、热轧复合、半成品表面清洗、半成品轧制、连续光亮退火、成品轧制、精整和分条8个步骤，本方法中所用设备均具有收卷和放卷功能。具体步骤如下：
(1)表面清洗：将0.1-3.0mm厚度的铜(Cu)卷带，放卷，在线连续去油、酸洗(5-20％稀硫酸)、抛光(圆形百洁布抛光片)、冲洗(纯净水)，卷取为卷状；将0.1-3.0mm厚度的钼(Mo)卷带，放卷，在线连续去油、酸洗、抛光(圆形钢丝刷轮)、冲洗(纯净水)，卷取为卷状。
(2)热轧复合：把步骤(1)中清洗好的铜卷带和钼卷带，按照铜卷带、钼卷带、铜卷带的上中下顺序，放卷，分别进入加热炉相应的加热温区，在保护气体下，同时进入两辊轧机，将三层金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状；
(3)半成品清洗：将步骤(2)层状金属卷带材，放卷，经过硫酸连续酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗，卷取为卷状。
(4)半成品轧制：经步骤(3)清洗后的金属卷带材，放卷，在φ170*250两辊轧机上压延，沿长度方向延伸，沿宽度方向宽展可忽略，变形量为10-30％，卷取为卷状。
(5)连续光亮退火：经步骤(4)轧制后的层状金属卷带材，放卷，经过连续光亮退火炉，在保护气体下进行退火处理，卷取为卷状。
(6)成品轧制：经步骤(5)处理后的层状金属卷带材，放卷，在φ90/260*300四辊轧机上压延，沿长度方向延伸，沿宽度方向宽展可忽略，变形量为3-30％，卷取为卷状。
(7)精整：采用多辊整平机对步骤(6)轧制的层状金属卷带材，放卷、矫平、收卷，反复重复此过程，直到层状金属带矫平。
(8)分条：放卷，分切多余的边部，卷取为卷状，获得满足厚度配比要求的Cu/Mo/Cu层状金属卷带材。
在本发明的具体实施例中，所述铜卷带为纯铜材料，钼卷带选自纯钼或钼铜合金材料。钼铜合金为Mo70Cu、Mo60Cu或Mo50Cu。
具体地，步骤(2)所述进入加热炉具体为：铜卷带进入600-900℃加热温区，钼卷带进入800-1200℃加热温区，如铜卷带和钼卷带加热温度相同时，进入同一加热温区，在3-20m3/h氨分解气体或氢气的保护下,同时进入45-150吨两辊轧机，变形量为30-70％，以1-10m/min轧制速度，将三层金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状。
进一步，步骤(5)中所述退火处理为：退火炉温度600-900℃，通入5-10m3/h氨分解气体或氢气保护，走带速度为3-10m/min。
采用以上方法制得的Cu/Mo/Cu层状金属卷带材中间芯层为纯Mo或MoCu合金(如Mo70Cu、Mo60Cu、Mo50Cu等)，上下面为纯Cu层，且上下两层铜层厚度差小于0.03mm。所述Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的Cu：Mo：Cu厚度度配比为1:1:1～1:6:1。
相比传统的钨铜(WuCu)、钼铜(MoCu)金属复合材料，铜钼铜(Cu/Mo/Cu)层状金属导热率较高，而铜/钼铜/铜(Cu/MoCu/Cu)层状金属，因钼铜合金中铜在钼中网状分布，其导热率更高。
Mo或者MoCu层具有较低的热膨胀系数，Cu层具较好的导热性、优良导电性和较低的接触电阻等优异的性能，Cu/Mo/Cu或Cu/MoCu/Cu层状复合卷带材的膨胀系和导热率可以根据设计的三层厚度比例而调节。常用厚度比例1:1:1、1:2:1、1:3:1、1:4:1、13:74:13。
原料Cu卷带、Mo或MoCu卷带、Cu卷带本身就有一定长度，通过轧制压延，厚度减薄，在卷取力的作用下，卷带材沿着长度方向延伸，沿宽度方向的宽展较小。所以Cu卷带、Mo或MoCu卷带、Cu卷带通过连续热轧结合之后，成品长度可以达到数十米乃至百米的三层金属复合卷带材。
根据本发明方法制备的产品，有利于提高生产效率，降低生产成本，保证产品质量一致性，适合规模化连续生产，弥补了国内无法提供该类长带状材料的空白，具有较好的生产应用价值。
附图说明
图1为本发明的制造工艺流程图；
图2为表面清洗示意图；
图3为热轧复合示意图；
图4为半成品表面清洗示意图；
图5为半成品轧制示意图；
图6为连续光亮退火示意图；
图7为成品轧制示意图；
图8为精整示意图；
图9为分条示意图。
具体实施方式
以下实例中所用设备均具有收卷和放卷功能。本发明的流程图参见图1，实施例中的各步骤示意图参见图2到图9。
实施实例1
1、表面清洗：将1.0mm厚度的铜(Cu)卷带，在具有收放卷功能的设备上，放卷，在线连续去油、10％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗；将1.8mm厚度的钼(Mo)卷带，在具有收放卷功能的设备上，放卷，在线连续去油、20％酸液酸洗、圆形钢丝刷轮抛光、纯净水冲洗。
2、热轧复合：把清洗后的(Cu、Mo、Cu)三金属卷带材，放卷，分别进入加热炉的相应的加热温区，Cu进入750℃加热温区，Mo进入950℃加热温区，在10m3/h氨分解气体或氢气的保护下,同时进入100吨轧机，变形量33％，轧制到厚度2.0mm,以8m/min轧制速度完成三金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状。
3、半成品清洗：层状金属卷带材，放卷，经过10％硫酸连续酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗，卷取为卷状。
4、半成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在φ170*250两辊轧机上沿长度方向延伸，沿宽度方向宽展可忽略，压延到厚度1.6mm，变形量20％，卷取为卷状。
5、连续光亮退火：层状金属卷带材，放卷，经过连续光亮退火炉700℃，通入6m3/h氨分解气体或氢气保护，走带速度3m/min，卷取为卷状。
6、成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在φ90/260*300四辊轧机上压延到1.52mm,变形量5％，卷取为卷状。
7、精整：7辊的多辊整平机反复矫平。
8、分条：分切多余的边部，获得1:3:1配比要求的Cu/Mo/Cu(CMC)卷带材。
实施实例2
1、表面清洗：将0.7mm厚度的铜(Cu)卷带，放卷，在具有收放卷功能的设备上，连续去油、15％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗；将1.0mm厚度的钼(Mo70Cu)卷带，放卷，在具有收放卷功能的设备上，连续去油、20％酸液酸洗、圆形钢丝刷轮抛光、纯净水冲洗。
2、热轧复合：把清洗的(Cu、Mo70Cu、Cu)三金属卷带材放卷，分别进入加热炉的相应的加热温区，Cu进入700℃加热温区，Mo70Cu进入900℃加热温区，在10m3/h氨分解气体或氢气的保护下,同时进入100吨轧机，变形量42％，轧制到厚度1.4mm,以8m/min轧制速度完成三金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状。
3、半成品清洗：层状金属卷带材，放卷，经过10％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗，卷取为卷状。
4、半成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在两辊轧机上沿长度方向延伸，沿宽度方向宽展可忽略，压延到厚度1.15mm，变形量17.0％，卷取为卷状。
5、连续光亮退火：层状金属卷带材，放卷，经过连续光亮退火炉700℃，通入6m3/h氨分解气体或氢气保护，走带速度3m/min，卷取为卷状。
6、成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在φ90/260*300四辊轧机上压延到1.02mm,变形量11％，卷取为卷状。
7、精整：9辊的多辊整平机反复矫平。
8、分条：分切多余的边部，获得1:2:1配比要求的Cu/Mo70Cu/Cu卷带材。
实施例3
1、表面清洗：将0.1mm厚度的铜(Cu)卷带，放卷，在具有收放卷功能的设备上，连续去油、15％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗；将0.4mm厚度的钼(Mo60Cu)卷带，放卷，在具有收放卷功能的设备上，连续去油、20％酸液酸洗、圆形钢丝刷轮抛光、纯净水冲洗。
2、热轧复合：把清洗的(Cu、Mo60Cu、Cu)三金属卷带材放卷，分别进入加热炉的相应的加热温区，Cu进入600℃加热温区，Mo60Cu进入800℃加热温区，在3m3/h氨分解气体或氢气的保护下,同时进入45吨轧机，变形量30％，轧制到厚度0.4mm，以10m/min轧制速度，完成三金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状。
3、半成品清洗：层状金属卷带材，放卷，经过15％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗，卷取为卷状。
4、半成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在两辊轧机上沿长度方向延伸，沿宽度方向宽展可忽略，轧制到厚度0.36mm，变形量10％，卷取为卷状。
5、连续光亮退火：层状金属卷带材，放卷，经过连续光亮退火炉600℃，通入5m3/h氨分解气体或氢气保护，走带速度10m/min，卷取为卷状。
6、成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在φ90/260*300四辊轧机上压延,轧制到厚度0.35mm，变形量3％，卷取为卷状。
7、精整：19辊的多辊整平机反复矫平。
8、分条：分切多余的边部，获得Cu/Mo60Cu/Cu卷带材。
实施例4
1、表面清洗：将3mm厚度的铜(Cu)卷带，放卷，在具有收放卷功能的设备上，连续去油、20％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗；将2mm厚度的钼(Mo50Cu)卷带，放卷，在具有收放卷功能的设备上，连续去油、20％酸液酸洗、圆形钢丝刷轮抛光、纯净水冲洗。
2、热轧复合：把清洗的(Cu、Mo50Cu、Cu)三金属卷带材放卷，分别进入加热炉的相应的加热温区，Cu进入900℃加热温区，Mo50Cu进入1200℃加热温区，在20m3/h氨分解气体或氢气的保护下,同时进入150吨轧机，变形量30％，轧制到厚度5.6mm，以1m/min轧制速度完成三金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状。
3、半成品清洗：层状金属卷带材，放卷，经过20％稀硫酸酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗，卷取为卷状。
4、半成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在两辊轧机上沿长度方向延伸，沿宽度方向宽展可忽略，轧制到厚度3.9mm，变形量30％，卷取为卷状。
5、连续光亮退火：层状金属卷带材，放卷，经过连续光亮退火炉600℃，通入5m3/h氨分解气体或氢气保护，走带速度3m/min，卷取为卷状。
6、成品轧制：层状金属卷带材，放卷，在φ90/260*300四辊轧机上压延,轧制到厚度3.2mm变形量20％，卷取为卷状。
7、精整：7辊的多辊整平机反复矫平。
8、分条：分切多余的边部，获得1:1:1的Cu/Mo50Cu/Cu卷带材。

Claims (7)

1.一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，其特征在于：包括表面清洗、热轧复合、半成品表面清洗、半成品轧制、连续光亮退火、成品轧制、精整和分条8个步骤，具体步骤如下：
（1）表面清洗：将铜卷带在具有收卷和放卷功能的设备上，放卷， 在线连续去油、酸洗、抛光、冲洗，卷取为卷状；将钼卷带在具有收卷和放卷功能的设备上，放卷，在线连续去油、酸洗、抛光、冲洗，卷取为卷状；
（2）热轧复合：把步骤（1）中清洗好的铜卷带和钼卷带，按照铜卷带、钼卷带、铜卷带的上中下顺序，放卷，进入加热炉，其中铜卷带进入600-900℃加热温区，钼卷带进入800-1200℃加热温区，且钼卷的加热温度至少比铜卷的加热温度高200℃，在保护气体下，同时进入两辊轧机，变形量为30-70%，将三层金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状；
（3）半成品清洗：将步骤（2）层状金属卷带材，放卷，经过硫酸连续酸洗、圆形百洁布抛光片抛光、纯净水冲洗，卷取为卷状；
（4）半成品轧制：经步骤（3）清洗后的层状金属卷带材，放卷，在φ170*250两辊轧机上压延，变形量为10-30%，卷取为卷状；
（5）连续光亮退火：经步骤（4）轧制后的层状金属卷带材，放卷，经过连续光亮退火炉，在保护气体下进行退火处理，卷取为卷状；
（6）成品轧制：经步骤（5）退火处理后的层状金属卷带材，放卷，在φ90/260*300四辊轧机上压延，变形量为3-30%，卷取为卷状；
（7）精整：采用多辊整平机对步骤（6）轧制的金属卷带材，放卷，矫平，收卷，反复重复此过程，直到带材平整；
（8）分条：放卷，分切多余的边部，卷取为卷状，获得满足厚度配比要求的Cu/Mo/Cu层状金属卷带材，所述Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的上下两层铜层厚度差小于0.03mm。
2.根据权利要求1所述一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，其特征在于：所述铜卷带为纯铜材料，厚度为0.1-3.0mm，钼卷带选自纯钼或钼铜合金材料，厚度为0.1-3.0mm。
3.根据权利要求2所述一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，其特征在于：所述钼铜合金为Mo70Cu、Mo60Cu或Mo50Cu。
4.根据权利要求1到3任一项所述一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，其特征在于：步骤（2）所述进入加热炉具体为：铜卷带进入600-900℃加热温区，钼卷带进入800-1200℃加热温区，在3-20m3/h氨分解气体或氢气的保护下,同时进入45-150吨两辊轧机，变形量为30-70%，以1-10m/min轧制速度，将三层金属轧制结合为层状金属带并卷取为卷状。
5.根据权利要求1到3任一项所述一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，其特征在于：步骤（5）中所述退火处理为：退火炉温度600-900℃，通入5-10m3/h氨分解气体或氢气保护，走带速度为3-10m/min。
6.根据权利要求1到3任一项所述一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的连续加工方法，其特征在于：所述Cu/Mo/Cu层状金属卷带材的厚度度配比为1:1:1～1:6:1。
7.一种Cu/Mo/Cu层状金属卷带材，其特征在于：所述Cu/Mo/Cu层状金属卷带材是由权利要求1到6任一种方法制造得到的。
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