CN109930026A

CN109930026A - 一种高强度高导电、耐应力松弛铜合金引线框架材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109930026A
Application number: CN201711365943.4A
Authority: CN
Inventors: 尹向前; 彭丽军; 杨振; 黄国杰; 解浩峰; 冯雪; 高宝东
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: CN109930026B

Abstract

本发明涉及一种高强度高导电、耐应力松弛铜合金引线框架材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。该材料的重量百分比组成为：Ni 3.0～4.0％，P 0.3～0.5％，Si 0.2～0.4％，Sn 0.03～0.1％，Fe 0.5～1％，Co 0.05～0.2％，其余为Cu。通过熔炼及铸造，热轧，粗轧，中间退火，酸洗，中轧，固溶处理，酸洗，精轧，时效处理等加工处理后得到。本发明的引线框架材料的抗拉强度为700～850MPa，电导率为40～50％IACS，延伸率为6～10％，抗应力松弛性能为88～92％，具有高强度高导电、高抗应力松弛特性，可以满足大规模集成电路对中高端引线框架材料的使用要求。

Description

一种高强度高导电、耐应力松弛铜合金引线框架材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度高导电、耐应力松弛铜合金引线框架材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。

背景技术

现代电子信息技术核心部件是集成电路，其主要由芯片和引线框架经封装而成，其中引线框架主要起着支撑芯片、保护内部元件、连接外部电路和向外散发元件热量的作用，是集成电路中的关键材料。随着电子信息高新技术的迅速发展，产品向微、薄、轻、多功能和智能化发展，促使集成电路向大规模、超大和极大规模方向发展。因此，引线框架材料随之向着引线节距微细化、多脚化的方向发展。这不仅对引线框架材料的强度和导电性提出了更高的要求，而且对材料的加工性能提出更高的要求，尤其更为关注材料的抗软化温度及抗应力松弛特性。

目前国内市场上铜基引线框架主要有C19210、C19400和C70250等几种合金，由于C19210和C19400合金强度和导电性能无法满足不了超大规模集成电路的强度及多脚化的发展需求，其主要应用于中低端引线框架材料。C70250合金是一种高端的集成电路用引线框架材料，其导电率约为45％IACS、抗拉强度大于600MPa；但这种合金在生产过程中，需要专门的淬火时效工序及装备，生产工艺较为复杂，生产成本较高，而且目前国内的产品只能满足中低端客户使用要求，影响着合金的产业化和应用。

发明内容

本发明的主要目的是弥补现有铜合金性能的不足，开发出一种高强度高导电、耐抗应力松弛型铜合金材料及提供一种生产工艺简单、操作方便的制备方法，满足超大规模或极大规模集成电路对引线框架材料的使用要求。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料，它的重量百分比组成为：Ni 3.0～4.0％，P 0.3～0.5％，Si 0.2～0.4％，Sn 0.03～0.1％，Fe 0.5～1％，Co 0.05～0.2％，其余为Cu。

优选的，所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的重量百分比组成为：Ni 3.3～3.7％，P 0.4～0.5％，Si 0.2～0.3％，Sn 0.05～0.08％，Fe 0.8～1％，Co 0.1～0.15％，其余为Cu。

所添加合金元素的作用：

镍：镍元素主要与磷、锡、硅元素形成镍磷析出相、镍硅析出相和镍锡析出相，显著提高合金的强度、导电和抗应力松弛性能。

锡：锡元素的添加可以与镍元素形成镍锡析出相。另外由于锡原子与铜原子半径相差较大，在铜合金中添加少量锡元素，能引起较大的晶格畸变，有效的阻碍位错的运动，尤其在合金应力松弛过程中，能有效地拖拽位错，提高合金抗应力松弛。

磷：磷与镍元素相结合，形成镍磷化合物，能有效地阻碍位错的运动，提高合金的抗应力松弛性能。同时可以与氧发生反应，起到除氧的作用

硅：硅元素添加可以促进合金元素的析出，同时可以抑制析出相的长大，提高合金的强度和抗应力松弛性能。

铁：铁元素能与磷形成铁磷析出相，提高合金的强度和导电率，同时能促进其他析出相的析出，并改善合金的耐应力腐蚀敏感性。

钴：钴元素的添加可以促进镍元素在铜基体中脱溶，能有效协同控制析出相的析出和长大。

本发明的另一目的是提供上述高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备加工方法。

一种高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线材料的制备加工方法，包括以下工艺流程：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.热轧，c.粗轧，d.切边，e.中间退火，f.酸洗，g.中轧，h.固溶处理，i.精轧，j.时效处理，k.二次酸洗，l.拉弯矫直，m.分剪入库。

步骤a中，采用工频感应炉在非真空环境下进行熔铸，所述熔炼的温度为1250～1300℃，所述铸造的温度控制在1200～1250℃。

熔炼前，在感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁中间合金和铜硅中间合金，将温度升至1250～1300℃，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15min，铸造温度为1200～1250℃，进行半连续铸造。

步骤b中，将半连续铸造铸锭进行热轧，热轧温度850～950℃，保温1～3h，变形量为80～90％。

步骤c中，将热轧后的锭坯进行粗轧，变形量为60～80％。

步骤e中，将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，退火温度为550～600℃，退火时间为4～6h。

步骤g中，将酸洗后的板材进行中轧，变形量为60～80％。

步骤h中，将中轧后的板带材进行固溶处理，固溶温度为800～850℃，退火时间为4～6h。

步骤i中，将酸洗后的带材进行精轧，变形量为30～60％，优选为40～50％。

步骤j中，将精轧后的带材放置钟罩式退火炉中进行时效处理，时效处理温度为400～500℃，退火时间为3～8h。

本发明的优点：本发明通过对铜合金进行成分设计和优化，相对于高端C7025引线框架材料而言，是一种高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料，其化学成分为：镍含量为3.0～4.0％，磷含量为0.3～0.5％，硅含量为0.2～0.4％，铁含量为0.5～1％，钴含量为0.05～0.2％，其余为铜。另外，本发明开发出了一种适用于上述铜合金的制备加工方法，经加工热处理后的高强度高导电、耐应力松弛型铜合金引线框架材料抗拉强度为700～850MPa，电导率为40～50％IACS，延伸率为6～10％，抗应力松弛性能(在120℃下工作1000h)为88～92％，相对于高端引线框架C7025合金而言，具有高强度高导电、高抗应力松弛特性，完全可以满足大规模集成电路对中高端引线框架材料的使用要求。

下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

具体实施方式

本发明的高强度高导电、耐应力松弛铜合金引线框架材料，它含有如下重量百分数的化学成分：Ni 3.0～4.0％，P 0.3～0.5％，Si 0.2～0.4％，Sn 0.03～0.1％，Fe 0.5～1％，Co 0.05～0.2％，其余为Cu。

上述高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备及加工方法，包括以下工艺流程：包括以下工艺流程：

a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，熔炼前，在感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，将温度升至1250～1300℃，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15min，进行半连续铸造；

b.热轧，将半连续铸造铸锭进行热轧，热轧温度850～950℃，保温1～3h，变形量为80～90％；

c.粗轧，将热轧后的锭坯进行粗轧，变形量为60～80％；

d.切边；

e.中间退火，将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，退火温度为550～600℃，退火时间为4～6h；

f.酸洗；

g.中轧，将酸洗后的板材进行中轧，变形量为60～80％；

h.固溶处理，将中轧后的板带材进行固溶处理，固溶温度为800～850℃，退火时间为4～6h；

i.精轧，将酸洗后的带材进行精轧，变形量为30～50％；

j.时效处理，将精轧后的带材放置钟罩式退火中进行时效处理，时效处理温度为400～500℃，退火时间为3～8h；

k.酸洗；

l.拉弯矫直；

m.分剪入库。

实施例1

本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，合金的成分见表1的实施例1。

1.熔炼：在感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，将温度升至1250℃，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15min，铸造温度为1250℃，进行半连续铸造。

2.热轧：将半连续铸造铸锭进行热轧，热轧温度900℃，保温2h，变形量为85％。

3.粗轧：将热轧后的锭坯进行粗轧，变形量为80％。

4.中间退火：将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，退火温度为600℃，退火时间为4h。

5.中轧：将酸洗后的板材进行中轧，变形量为60％。

6.固溶处理：将中轧后的板带材进行固溶处理，固溶温度为850℃，退火时间为4h。

7.精轧：将酸洗后的带材进行精轧，变形量为50％。

8.时效处理：将精轧后的带材放置钟罩式退火炉中进行时效处理，时效处理温度为500℃，退火时间为3h。

经过以上熔炼与铸造、热轧、初轧、中间退火、中轧、固溶处理、精轧、时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例1。

实施例2

本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，合金的成分见表1的实施例2。

1.熔炼：在感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，将温度升至1300℃，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15min，铸造温度为1200℃，进行半连续铸造。

2.热轧：将半连续铸造铸锭进行热轧，热轧温度850℃，保温1h，变形量为80％。

3.粗轧：将热轧后的锭坯进行粗轧，变形量为60％。

4.中间退火：将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，退火温度为550℃，退火时间为6h。

5.中轧：将酸洗后的板材进行中轧，变形量为80％。

6.固溶处理：将中轧后的板带材进行固溶处理，固溶温度为800℃，退火时间为6h。

7.精轧：将酸洗后的带材进行精轧，变形量为30％。

8.时效处理：将精轧后的带材放置钟罩式退火炉中进行时效处理，时效处理温度为400℃，退火时间为8h。

经过以上熔炼与铸造、热轧、初轧、中间退火、中轧、固溶处理、精轧、时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例2。

实施例3

本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，合金的成分见表1的实施例3。

1.熔炼：在感应炉中加入电解铜、电解镍、纯锡、铜磷中间合金、纯钴、铜铁和铜硅中间合金，将温度升至1275℃，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15min，铸造温度为1225℃，进行半连续铸造。

2.热轧：将半连续铸造铸锭进行热轧，热轧温度950℃，保温3h，变形量为90％。

3.粗轧：将热轧后的锭坯进行粗轧，变形量为70％。

4.中间退火：将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，退火温度为570℃，退火时间为5h。

5.中轧：将酸洗后的板材进行中轧，变形量为70％。

6.固溶处理：将中轧后的板带材进行固溶处理，固溶温度为825℃，退火时间为5h。

7.精轧：将酸洗后的带材进行精轧，变形量为40％。

8.时效处理：将精轧后的带材放置钟罩式退火炉中进行时效处理，时效处理温度为450℃，退火时间为5h。

经过以上熔炼与铸造、热轧、初轧、中间退火、中轧、固溶处理、精轧、时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例3。

表1实施例1-3的合金性能表

合金	Ni	P	Si	Sn	Fe	Co	Cu
								实施例1	3	0.5	0.2	0.03	0.5	0.2	余量
实施例2	3.5	0.4	0.3	0.07	0.7	0.14	余量
								实施例3	4	0.3	0.4	0.1	1	0.05	余量

表2实施例1-3的合金性能表

本发明的引线框架材料的抗拉强度为700～850MPa，电导率为40～50％IACS，延伸率为6～10％，抗应力松弛性能(在120℃下工作1000h)为88～92％，相对于高端引线框架C7025合金而言，具有高强度高导电、高抗应力松弛特性。

Claims

1.一种高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料，其特征在于：它的重量百分比组成为：Ni 3.0～4.0％，P 0.3～0.5％，Si 0.2～0.4％，Sn 0.03～0.1％，Fe 0.5～1％，Co 0.05～0.2％，其余为Cu。

2.根据权利要求1所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料，其特征在于：该材料的重量百分比组成为：Ni 3.3～3.7％，P 0.4～0.5％，Si 0.2～0.3％，Sn 0.05～0.08％，Fe 0.8～1％，Co 0.1～0.15％，其余为Cu。

3.根据权利要求1或2所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.热轧，c.粗轧，d.切边，e.中间退火，f.酸洗，g.中轧，h.固溶处理，i.精轧，j.时效处理，k.二次酸洗，l.拉弯矫直，m.分剪入库。

4.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：采用工频感应炉进行熔铸，所述熔炼的温度为1250～1300℃，所述铸造的温度为1200～1250℃。

5.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：将半连续铸造铸锭进行热轧，热轧温度850～950℃，保温1～3h，变形量为80～90％。

6.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：将热轧后的锭坯进行粗轧，变形量为60～80％。

7.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，退火温度为550～600℃，退火时间为4～6h。

8.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：将中轧后的板带材进行固溶处理，固溶温度为800～850℃，退火时间为4～6h。

9.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：所述中轧的变形量为60～80％；所述精轧的变形量为30～60％。

10.根据权利要求3所述的高强度高导电、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备方法，其特征在于：将精轧后的带材放置钟罩式退火炉中进行时效处理，时效处理温度为400～500℃，退火时间为3～8h。