CN105088009A - 一种铜合金框架带材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜合金框架带材。由以下成分组成，Ni：6-7.8％；Si：0.15-0.2％；Zr：0.02-0.03%，Sn：0.10-0.15%，Mg：0.65-0.75％；Fe：0.005-0.008％；Ag：0.15-0.20%，P：0.003-0.008%，Zn：0.05-0.15%，Bi:0.25-0.35%，Ti：0.01-0.03%，Cr：0.05-0.08%，In：0.01-0.03%，B：0.04-0.05%，稀土元素：0.05-0.2%，其余为Cu。还公开了铜合金框架带材的制备方法。通过成分优化、轧制和热处理制度的细化，得到的铜合金带材具有高强度、高导电性、抗高温软化温度和优异耐蚀性，满足大规模与极大规模集成电路用框架带材的需求。<b />

Description

一种铜合金框架带材及其制备方法

技术领域

本发明涉及铜合金，特别是铜合金框架带材及其制备方法。

背景技术

铜合金框架材料具有高强度、高导电、低热膨胀、可镀性及优良的加工特性等，在集成电路、半导体元器件等电子领域有着巨大的市场潜力。随着大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，电子封装向短、小、轻、薄方向发展，引线框架将向多引线、小间距方向发展。因此，铜合金带材得到更为广泛的应用。

框架材料不但要具有高性能，还要求极地的残余应力。目前，框架材料带材主要采用熔铸、热轧、冷轧、热处理及精整生产工艺流程。高强度的带材产品在下游进行蚀刻加工后，由于带材内部存在残余应力，常常出现扭曲、翘曲等变形现象，造成后续电镀、封装等工序不能顺利进行。

随着电子信息产品向小型化、薄型化、轻量化和智能化方向发展以及集成电路(IC)向大规模(LSI)和极大规模(GSI)方向发展，引线框架铜合金材料的性能要求也愈来愈高，并相应向短、轻、薄、高强度、高精度方向研究发展。

大规模与极大规模集成电路制造具有制作工艺复杂、工作频率超高、运行功率超大、工作环境极端恶劣四大突出特点，因此对其力学性能、导电性能、导热性能、高温抗软化性能、耐蚀性能的要求极为苛刻。目前，全球开发出来的铜合金引线框架材料多达120余种，主要系列为Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系。具有中等强度的Cu-Fe-P系合金是第一代引线框架铜合金，具有良好的电导率(不小于70％IACS)，是目前集成电路引线框架应用较广的一种铜合金，但其抗拉强度(不大于550MPa)和抗高温软化温度(不大于400℃)等综合性能指标还远远不能满足极大规模集成电路高负荷长期稳定工作的要求。Cu-Cr-Zr系合金具有高强度、高导电性和良好的耐热稳定性，但Zr元素十分容易氧化，且该类合金在带材制备时淬火敏感性强，因此其生产工艺复杂、制备成本高，在市场上并为得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于通过成分、轧制制度及热处理工艺优化提供一种具有高强度、高导电性、抗高温软化温度和优异耐蚀性的多元素铜合金材料带材及其的制备方法，满足大规模与极大规模集成电路用引线框架带材的需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铜合金框架带材，由以下成分组成，Ni：6-7.8％；Si：0.15-0.2％；Zr：0.02-0.03%，Sn：0.10-0.15%，Mg：0.65-0.75％；Fe:：0.005-0.008％；Ag：0.15-0.20%，P：0.003-0.008%，Zn：0.05-0.15%，Bi:0.25-0.35%，Ti：0.01-0.03%，Cr：0.05-0.08%，In：0.01-0.03%，B：0.04-0.05%，稀土元素：0.05-0.2%，其余为Cu。

更进一步地，Ni：6.3％；Si：0.175％；Zr：0.025%，Sn：0.13%，Mg：0.68％；Fe:：0.007％；Ag：0.185%，P：0.005%，Zn：0.09%，Bi:0.28%，Ti：0.015%，Cr：0.06%，In：0.02%，B：0.045%，稀土元素：0.13%，其余为Cu。

更进一步地，所述的稀土元素为铒、镧、铈、铱、钕中的一种或多种。

更进一步地，制备所述的铜合金框架带材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）熔炼：将配好的原料在氮气保护气氛下于高频炉中进行熔炼，熔炼符合成分含量要求后浇铸铜合金锭；

（2）热轧：热轧开始温度为900-1000℃，终轧温度为650-750℃，轧后带坯以20-35℃/s的冷却速度进行淬火；

（3）冷轧：将热轧后的铜合金经铣面去除氧化皮后进行40-60%压下率的冷轧加工；然后将冷轧加工得到的铜合金在750-780℃下，保温25-35min；接着进行50-55％压下率的冷轧加工，随后在480-550℃温度下保温时间45-60min；再进行40-60%压下率的冷轧加工，随后在450-470℃温度下保温时间2-3h；再进行40-45％压下率的冷轧加工到所需厚度，最终在410-430℃条件退火0.5-1h；

（4）分级时效：

第一级时效处理：350-380℃，保温1-2h，炉冷到280-320℃，进行第二级时效处理，保温1-2h，炉冷到220-260℃，进行第三级时效处理，保温3-4h，炉冷到160-200℃，进行第四级时效处理，保温12-24h，之后冷水淬火得到铜合金框架带材。

更进一步地，：包括以下步骤：

（1）熔炼：将配好的原料在氮气保护气氛下于高频炉中进行熔炼，熔炼符合成分含量要求后浇铸铜合金锭；

（2）热轧：热轧开始温度为980℃，终轧温度为660℃，轧后带坯以28℃/s的冷却速度进行淬火；

（3）冷轧：将热轧后的铜合金经铣面去除氧化皮后进行55%压下率的冷轧加工；然后将冷轧加工得到的铜合金在770℃下，保温30min；接着进行54％压下率的冷轧加工，随后在510℃温度下保温时间50min；再进行55%压下率的冷轧加工，随后在460℃温度下保温时间2.5h；再进行43％压下率的冷轧加工到所需厚度，最终在420℃条件退火0.6h；

（4）分级时效：

第一级时效处理：375℃，保温1.2h，炉冷到285℃，进行第二级时效处理，保温1.8h，炉冷到230℃，进行第三级时效处理，保温3.5h，炉冷到180℃，进行第四级时效处理，保温16h，之后冷水淬火得到铜合金框架带材。

本发明的效果在于：本发明提出的是一种多合金元素的铜合金框架带材，通过对成分的优化、轧制工艺和热处理制度的配合，本发明所述的铜合金框架带材在上述工艺下所得成品的抗拉强度达到850-1050Mpa、电导率达到75-85％IACS、延伸率不小于8％、软化温度不小于580℃，能较好的满足大规模集成电路引线框架用铜合金材料的性能需求。生产的框架材料带材在下游客户的蚀刻、封装过程中，没有翘曲、扭曲等变形，满足高性能框架材料的蚀刻工艺要求，具有工艺简单、低成本、可实现工业化生产的特点。

具体实施方式

实施例1

铜合金框架带材，由以下成分组成(质量百分比)，Ni：6.7％；Si：0.18％；Zr：0.026%，Sn：0.14%，Mg：0.69％；Fe:：0.007％；Ag：0.175%，P：0.006%，Zn：0.12%，Bi:0.29%，Ti：0.015%，Cr：0.06%，In：0.016%，B：0.045%，稀土元素：0.12%，其余为Cu，所述的稀土元素为镧和铈。

制备上述铜合金框架带材的方法，包括以下步骤：

（1）熔炼：将配好的原料在氮气保护气氛下于高频炉中进行熔炼，熔炼符合成分含量要求后浇铸铜合金锭；

（2）热轧：热轧开始温度为970℃，终轧温度为680℃，轧后带坯以28℃/s的冷却速度进行淬火；

（3）冷轧：将热轧后的铜合金经铣面去除氧化皮后进行55%压下率的冷轧加工；然后将冷轧加工得到的铜合金在760℃下，保温30min；接着进行52％压下率的冷轧加工，随后在490℃温度下保温时间55min；再进行50%压下率的冷轧加工，随后在460℃温度下保温时间2.5h；再进行42％压下率的冷轧加工到所需厚度，最终在420℃条件退火0.7h；

（4）分级时效：

第一级时效处理：375℃，保温1h，炉冷到290℃，进行第二级时效处理，保温1.5h，炉冷到235℃，进行第三级时效处理，保温3.6h，炉冷到180℃，进行第四级时效处理，保温18h，之后冷水淬火得到铜合金框架带材。

实施例2

铜合金框架带材，由以下成分组成(质量百分比)：Ni：6.3％；Si：0.175％；Zr：0.025%，Sn：0.13%，Mg：0.68％；Fe:：0.007％；Ag：0.185%，P：0.005%，Zn：0.09%，Bi:0.28%，Ti：0.015%，Cr：0.06%，In：0.02%，B：0.045%，稀土元素：0.13%，其余为Cu，所述的稀土元素为铱和钕。

制备上述铜合金框架带材的方法，包括以下步骤：

（1）熔炼：将配好的原料在氮气保护气氛下于高频炉中进行熔炼，熔炼符合成分含量要求后浇铸铜合金锭；

（2）热轧：热轧开始温度为980℃，终轧温度为660℃，轧后带坯以28℃/s的冷却速度进行淬火；

（3）冷轧：将热轧后的铜合金经铣面去除氧化皮后进行55%压下率的冷轧加工；然后将冷轧加工得到的铜合金在770℃下，保温30min；接着进行54％压下率的冷轧加工，随后在510℃温度下保温时间50min；再进行55%压下率的冷轧加工，随后在460℃温度下保温时间2.5h；再进行43％压下率的冷轧加工到所需厚度，最终在420℃条件退火0.6h；

（4）分级时效：

第一级时效处理：375℃，保温1.2h，炉冷到285℃，进行第二级时效处理，保温1.8h，炉冷到230℃，进行第三级时效处理，保温3.5h，炉冷到180℃，进行第四级时效处理，保温16h，之后冷水淬火得到铜合金框架带材。

本发明所述的铜合金框架带材在上述工艺下所得成品的抗拉强度达到850-1050Mpa、电导率达到75-85％IACS、延伸率不小于8％、软化温度不小于580℃，能较好的满足大规模集成电路引线框架用铜合金材料的性能需求。

Claims (5)

1.一种铜合金框架带材，其特征在于：由以下成分组成，Ni：6-7.8％；Si：0.15-0.2％；Zr：0.02-0.03%，Sn：0.10-0.15%，Mg：0.65-0.75％；Fe：0.005-0.008％；Ag：0.15-0.20%，P：0.003-0.008%，Zn：0.05-0.15%，Bi：0.25-0.35%，Ti：0.01-0.03%，Cr：0.05-0.08%，In：0.01-0.03%，B：0.04-0.05%，稀土元素：0.05-0.2%，其余为Cu。

2.如权利要求1所述的铜合金框架带材，其特征在于：Ni：6.3％；Si：0.175％；Zr：0.025%，Sn：0.13%，Mg：0.68％；Fe：0.007％；Ag：0.185%，P：0.005%，Zn：0.09%，Bi:0.28%，Ti：0.015%，Cr：0.06%，In：0.02%，B：0.045%，稀土元素：0.13%，其余为Cu。

3.如权利要求1所述的铜合金框架带材，其特征在于：所述的稀土元素为铒、镧、铈、铱、钕中的一种或多种。

4.制备如权利要求1-3所述的铜合金框架带材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）熔炼：将配好的原料在氮气保护气氛下于高频炉中进行熔炼，熔炼符合成分含量要求后浇铸铜合金锭；

（2）热轧：热轧开始温度为900-1000℃，终轧温度为650-750℃，轧后带坯以20-35℃/s的冷却速度进行淬火；

（3）冷轧：将热轧后的铜合金经铣面去除氧化皮后进行40-60%压下率的冷轧加工；然后将冷轧加工得到的铜合金在750-780℃下，保温25-35min；接着进行50-55％压下率的冷轧加工，随后在480-550℃温度下保温时间45-60min；再进行40-60%压下率的冷轧加工，随后在450-470℃温度下保温时间2-3h；再进行40-45％压下率的冷轧加工到所需厚度，最终在410-430℃条件退火0.5-1h；

（4）分级时效：

第一级时效处理：350-380℃，保温1-2h，炉冷到280-320℃，进行第二级时效处理，保温1-2h，炉冷到220-260℃，进行第三级时效处理，保温3-4h，炉冷到160-200℃，进行第四级时效处理，保温12-24h，之后冷水淬火得到铜合金框架带材。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）熔炼：将配好的原料在氮气保护气氛下于高频炉中进行熔炼，熔炼符合成分含量要求后浇铸铜合金锭；

（2）热轧：热轧开始温度为980℃，终轧温度为660℃，轧后带坯以28℃/s的冷却速度进行淬火；

（3）冷轧：将热轧后的铜合金经铣面去除氧化皮后进行55%压下率的冷轧加工；然后将冷轧加工得到的铜合金在770℃下，保温30min；接着进行54％压下率的冷轧加工，随后在510℃温度下保温时间50min；再进行55%压下率的冷轧加工，随后在460℃温度下保温时间2.5h；再进行43％压下率的冷轧加工到所需厚度，最终在420℃条件退火0.6h；

（4）分级时效：

第一级时效处理：375℃，保温1.2h，炉冷到285℃，进行第二级时效处理，保温1.8h，炉冷到230℃，进行第三级时效处理，保温3.5h，炉冷到180℃，进行第四级时效处理，保温16h，之后冷水淬火得到铜合金框架带材。