一种引线框架材料用复杂多元铜合金材料及其制备方法，其质量百分比组成为：Fe：0.1～0.3％，Ni：0.1～0.25％，Sn：0.05～0.2％，P：0.03～0.08％，B：0.005～0.015％，Co：0.02‑0.10％，其余为Cu。另外，该合金还规定铁与磷的原子比为0.5～4.0。其中，该复杂多元铜合金材料通过熔炼及铸造、热轧、初轧、中间退火、酸洗、中轧、在线固溶处理、精轧、低温退火处理等加工处理后得到。其的抗拉强度450～520MPa，电导率大于75％IACS，热导率313W/(m.k)，伸长率大于等于3％，应力松弛率(H状态、温度100℃、时间100h)的达到20％，可满足大规模集成电路对中高端引线框架材料的使用要求。
【技术实现步骤摘要】
一种引线框架材料用复杂多元铜合金材料及其制备方法
本专利技术涉及一种复杂多元的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。
技术介绍
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。铜合金凭借其优良的导电、导热性能广泛用于引线框架材料。对于高性能铜合金的开发和制备主要依靠合金化和固溶时效处理来实现，即将低固溶度的合金加入到铜中，通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，强度增大，导电率下降，随后进行时效处理，大量合金元素以沉淀相形式析出，均匀弥散分布于铜基体中，电导率迅速提升，同时由于析出相的强化作用，强度进一步得到提升，再结合形变强化，最终得到强度和导电性优良的高性能铜合金。目前国内市场上铜基引线框架主要有Cu-Fe-P(代表产品有KFC和C194)和Cu-Ni-Si(代表产品有C7025)系列，均采用固溶+时效处理，来达到性能要求。通过控制的合金元素的种类和添加量，能得到不同种类的析出相、含量和形貌特征，从而决定了合金的强度和导电率。总体上，随着合金元素添加的种类和含量的增多，强度会逐渐提升，导电率逐渐下降。如KFC合金Fe、P含量分别为0.1％和0.03％，合金导电率大于80％IACS，强度有400MPa左右，但随着Fe含量逐渐增加，如C19400的Fe含量2.4％时，合金抗拉强度增大到420～520MPa，但合金的导电率降低至60％IACS左右。因此，添加合适的合金元素，制定出合理的生产工艺，生产综合性能更加优良的框架材料，促进我国铜加工领域框架内产品的快速发展，是现阶段各铜加工研究和生产单位的重要课题之一。
技术实现思路
本专利技术旨在铜基中添加的特定元素，制定出一套适合于引线框架材料用复杂多元铜合金材料及其制备方法，其导电率大于75％IACS、抗拉强度达到450～530MPa，其综合性能优于KFC和C194合金之间。本合金的化学组成为：Fe：0.1～0.3％，Ni：0.1～0.25％，Sn：0.05～0.2％，P：0.03～0.08％，B：0.005～0.015％，Co：0.02-0.10％，其余为Cu。说明本合金成分设计的理由，阐述各项元素的作用。铁：可以与P形成铁磷析出相或形成单质铁相，可以有效的细化晶粒，延缓再结晶过程，提高铜合金的强度和硬度。含量低于0.1％，形成的析出强化相量不够，达不到需要的强化效果，含量过高，铜基体中固溶的Fe元素过多，会降低铜合金的电导率，并且形成的析出强化相形貌和大小偏粗糙，对合金的强化造成负面影响。镍元素：可以起到固溶强化和促进强化相析出的作用，此外镍元素的添加还可以增加合金的润湿性，提高引线框架材料的封装焊接性。锡元素：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，能有效地缠绕位错，提高合金抗应力松弛。此外，锡元素的添加也能显著提高合金的耐热剥离性能。但当Sn元素含量超过0.5％，会严重恶化合金导电率。磷元素：具有固溶强化的效果，并且可以脱氧，同时可以与镍元素相结合，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。与铁形成的金属间化合物，析出相弥散强化是提升合金强度的最主要强化手段，磷含量偏高时，铜基体中固溶的磷元素过多，会显著降低铜合金的电导率。硼元素：增加熔体的流动性，细化晶粒组织，提高合金的强度和改善合金导电性能，考虑硼元素在铜中的溶解度较低，B含量范围优选0.005～0.015％。钴：添加少量的钴能与锡形成钴锡化合物，增加合金强度，提高弹性极限。同时，明显提高合金的导电性能和耐疲劳性能，此外钴与铜原子半径相近，对电子散射作用小。考虑钴价偏高，钴含量一般控制在0.5～1.0％。添加的元素除了上述作用外，元素与元素间形成的金属化合物也对合金的性能起着重要的影响，尤其对此类需要进行固溶时效处理的铜合金而言，时效析出物的种类、含量、分布和形貌特征及残留在铜基固溶体中元素含量的对合金的性能起着决定性作用，析出物越多，分布越分散，强化效果越明显，铜基体中的铁、磷元素含量越多，导电率越低。本专利开发的合金在时效过程中主要的析出物为Fe-P系和Fe-Ni-P系，并且大部分的Fe和P元素都以金属间化合物的形式存在，只有少量的固溶于铜基体中，最终能制备所需要的高强度高导电铜合金。除此之外，本专利技术除了对Fe、P含量进行限定之外，还对其原子数百分比(即Fe/P)比例做了限定，即0.5～4.0。当Fe/P值小于0.5时，含有的P过量溶解于铜基体中，造成合金导电率下降，当Fe/P值大于4.0时，含有的Fe过量，在合金中生成单纯的粗糙的Fe颗粒，造成合金强度降低。因此，最终将Fe/P的范围确定为0.5～4.0。另外，本专利技术还提供上述复杂多元引线框架材料的制备方法。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.铣面，d.粗轧，e.切边，f.钟罩退火，g.酸洗，h.中轧，i.在线固溶处理，j.精轧，k.低温张力退火，l.拉弯矫直，n.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，在感应炉中加入60％的边角料和40％的新料，其中新料包括电解铜、电解镍、铜磷和铜硼中间、铜钴中间合金，将温度升至1220～1250℃，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15～25min，进行半连铸铸造，铸造的温度控制在1190～1215℃。步骤b中，将半连续铸造生产铸坯进行步进炉加热，热轧温度为830-870℃、热加工率为80-90％，并采用喷水急冷的方式进行固溶处理。步骤c中，将热轧毛坯料进行铣面处理，上下铣面量约7mm，主要去除表面氧化层。步骤d中，将铣面后的锭坯进行冷轧开坯，变形量为70～85％。步骤f中，将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行钟罩退火，退火温度为500～550℃，退火保温时间为5～8h，同时具有再结晶软化和时效析出第二相粒子的作用，可大幅度提高导电率有时效的作用。步骤h中，将酸洗后的板材进行中轧，变形量为60～80％。步骤i中，将中轧后的板带材进行在线固溶处理，采用具有固溶时效功能的连退线进行退火，同时进行在线表面清洗，固溶温度为850/1090/650℃，速度控制在40-60m/min。步骤j中，将酸洗后的带材进行精轧，变形量为20～40％。、步骤k中，对经过精轧后的带材进行低温张力退火，低温退火温度为350/380℃，速度为15-25m/min。本专利技术的优点：本专利技术通过对铜合金进行成分设计和优化，合金抗拉强度达到450～520MPa，导电率大于75％IACS、热导率313W/(m.k)，应力松弛率(H状态、温度100℃、时间100h)的达到20％，其综合性能优于KFC和C194之间，具有明显的性能和成本优势。其化学成分为：Fe0.1～0.3％，Ni0.1～0.25％，Sn0.0.5～0.2％，P0.03～0.08％，B0.005～0.015％，其余为铜。另外，本专利技术开发出了一种适用于上述铜合金的制备方法，经加工热处理后的引线框架材料经在线高温快速固溶+冷加工+低温张力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种引线框架材料用复杂多元铜合金材料，其特征在于：它含有如下质量分数的化学成分：Fe：0.1～0.3％，Ni：0.1～0.25％，Sn：0.05～0.2％，P：0.03～0.08％，B：0.005～0.015％，Co：0.02‑0.10％，其余为Cu。
【技术特征摘要】
1.一种引线框架材料用复杂多元铜合金材料，其特征在于：它含有如下质量分数的化学成分：Fe：0.1～0.3％，Ni：0.1～0.25％，Sn：0.05～0.2％，P：0.03～0.08％，B：0.005～0.015％，Co：0.02-0.10％，其余为Cu。2.根据权利要求1所述的引线框架材料用复杂多元铜合金材料，其特征在于：Fe与P的原子比为0.5～4.0。3.一种引线框架材料用复杂多元铜合金材料的制备方法，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.铣面，d.粗轧，e.切边，f.钟罩退火，g.酸洗，h.中轧，i.在线固溶处理，j.精轧，k.低温张力退火，l.拉弯矫直，n.分剪入库。4.根据权利要求3所述的引线框架材料用复杂多元铜合金材料制备方法，其特征在于：采用工频感应炉在非真空环境下进行熔铸，在工频感应炉中加入60％的车间回角料和40％的新料，其中新料包括电解铜、电解镍、铜磷和铜硼中间、铜钴中间合金，将温度升至1220～1250℃，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15～25min，进行半连铸铸造，铸造的温度控制在1190～1215℃。5.根据权利要求4所述的引线框架材料用复杂多元铜合金材料制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李凌锋，刘峰，邵烨，廖骏骏，周玉萍，洪晴胜，任家和，周云渭，谢家阳，周伟，罗根清，
申请(专利权)人：宁波兴业盛泰集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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