具有弯曲性和应力弛豫性能的铜合金制造技术

铜合金包含０．０１至１．０质量％的Ｆｅ、０．０１至０．４质量％的Ｐ和０．１至１．０质量％的Ｍｇ，其中余量为铜和不可避免的杂质，并且其粒子直径超过２００ｎｍ弥散体的体积分数为５％或更高，其中粒子直径为２００ｎｍ或更低和含Ｍｇ和Ｐ的弥散体的平均粒子直径为５ｎｍ或更高和５０ｎｍ或更低。优选铜合金的包含Ｆｅ和Ｐ的弥散体的平均粒子直径为２０ｎｍ或更低。该铜合金改善了弯曲性和应力弛豫性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有弯曲性和应力弛豫性能的铜合金。具体而言，它涉及适宜在半导体元件例如半导体器件用的IC引线框中使用的铜合金片材用的原料；电气/电子元件例如印刷线路板用的材料；开关元件；和机械元件例如母线、终端设备和连接器。
技术介绍
Cu-Fe-P合金已经通常使用为用于在上面应用例如半导体器件用的IC引线框中的铜合金。这些Cu-Fe-P合金的实例包括含0.05％至0.15％的Fe和0.025％至0.040％的P的铜合金(C19210合金)和含2.1％至2.6％的Fe、0.015％至0.15％的P和0.05％至0.20％的Zn的铜合金(CDA194合金)。在这些铜合金中，当在铜基质中分散例如Fe或Fe和P的金属间化合物时，这些Cu-Fe-P合金显示高强度、高导电率和高导热性，因此，这些已经通常使用为国际标准合金。随着日益提高的应用，Cu-Fe-P合金必须具有这样的性能，以在热环境中保持接触适应力，即所谓的应力弛豫性能，作为确保在热环境中的可靠性的性能。具体而言，当在热环境例如汽车的发动机室中放置耦合元件时，应力松施，并且接触压力随着时间的推移降低，并且接合处的接触电阻倾向于提高。因此，耦合元件失去了它们的接触适应力。因此，“应力弛豫性能”是反对接触适应力(应力)减少的抵抗性能。相信应力弛豫性能随着应力弛豫率的减少而改善。已经提出改善应力弛豫性能的各种技术。例如日本专利No.2977839公开了一种电气/电子元件用的铜合金，其包含0.1至1.0重量％的Sn、0.02至0.50重量％的Fe、0.01至0.1重量％的P、0.3至1.5重量％(不包括1.5重量％)的Zn和0.1至1.0重量％的Mg，其中余量基本上是Cu。根据这种技术，一起加入Fe和P以形成磷化铁，从而改善弹力限制。此外，铜合金将具有耐软化性，特别是在提高的温度下的优异蠕变性能和应力弛豫性能。日本未审查专利申请公开No.2002-294368提出了一种终端设备和连接器用的铜合金，其包含0.8％至1.5％的Ni、0.5％至2.0％的Sn、0.015％至5.0％的Zn和0.005％至0.1％的P，其中沉积物的面积比率为5％或更低，以保持反对应力弛豫的耐母相性(抑制滑移带的迁移和位错消失的作用)和改善应力弛豫性能。需要用于上述应用中的Cu-Fe-P合金具有能够在开槽后确保突然弯曲例如U型弯曲或90℃弯曲的优异弯曲性，以及高强度和高电导率。但是，上述固溶体硬化元素例如Sn和Mg的加入，或通过提高冷轧的压缩比来提高强度不可避免地导致弯曲性的恶化，因此，需要的强度和弯曲性不能相互兼容。另一方面，已知的是通过晶粒细化或通过控制弥散体的状态可以在一定程度上改善弯曲性(日本未审查专利申请公开No.6-235035和日本未审查专利申请公开No.2001-279347)。但是，最近几年，为了制备具有与元件的尺寸和重量减小兼容的高强度Cu-Fe-P合金，通过提高冷轧的压缩比提高工件硬化的质量变得不可缺少。因此，至于上述高强度材料，通过在日本未审查专利申请公开No.6-23503和日本未审查专利申请公开No.2001-279347中所公开的显微结构控制例如晶粒细化或控制弥散体状态，不可能足够改善上述开槽后的突然弯曲例如U-弯曲或90℃弯曲，。至于Cu-Fe-P合金，日本未审查专利申请公开No.2002-339028提出显微结构的控制。具体而言，它提出(200)衍射与(220)衍射的强度比率I(200)/I(220)为0.5或更高和10或更低，Cube定向的密度为1或更高和50或更低，或Cube定向的密度与S定向的密度之比为0.1或更高和5或更低。日本未审查专利申请公开No.2000-328157提出了(200)衍射和(311)衍射之和(220)衍射的强度比/I(220)为0.4或更高。
技术实现思路
常规技术例如在日本专利No.2977839中调节合金化组分和日本未审查专利申请公开No.2002-294368中减少沉积物面积比率不能足够改善应力弛豫性能。这些技术不能使合金同时具有弯曲性。日本未审查专利申请公开No.2002-339028和日本未审查专利申请公开No.2000-328157中显微结构的控制没有取得优异应力弛豫性能，虽然它们得到了改善的弯曲性。因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有与优异应力弛豫性能不矛盾的优异弯曲性的Cu-Fe-P合金。为了达到上面目的，本专利技术的一个方面在于一种铜合金，其具有弯曲性和应力弛豫性能，并且包含0.01至1.0质量％的Fe、0.01至0.4质量％的P和0.1至1.0质量％的Mg，其中余量为铜和不可避免的杂质，其中铜合金的各自粒子直径超过200nm的弥散体的体积分数为5％或更低，并且其中各自粒子直径为200nm或更低和含Mg和P的弥散体的平均粒子直径为5nm或更高和50nm或更低。为了进一步改善弯曲性和应力弛豫性能，优选各自粒子直径为200nm或更低和含Mg和P的弥散体具有的平均粒子直径为1nm或更高和20nm或更低。为了进一步改善弯曲性和应力弛豫性能，铜合金还可以包含0.01至1.0质量％的Ni和Co中的至少一个。为了改善Sn电镀和焊料的耐热烧蚀性，铜合金还可以包含0.005至3.0质量％的Zn，从而防止热烧蚀(热剥离)。为了避免电导率下降，优选Zn含量为0.005至1.5质量％。为了改善强度，铜合金还可以包含0.01至5.0质量％的Sn。为了避免电导率下降，优选Sn含量为0.01至1.0质量％。根据本专利技术的方面，Cu-Fe-P合金与Mg组合，以具有改善的强度和改善的应力弛豫性能，并且减少粒子直径超过200mm的粗糙弥散体。粒子直径超过200mm的粗糙弥散体促进热环境中的再结晶，从而降低应力弛豫性能，导致变形破裂和促使裂纹扩展，从而降低弯曲性。为了通过在Cu-Fe-P合金中加入Mg而更有效地改善弯曲性和应力弛豫性能，包含Mg和P(Mg-P粒子)的弥散体应当具有的平均粒子直径为5nm或更高和50nm或更低。这些微细的Mg-P粒子防止位错的移动和晶粒生长，从而高效率地改善弯曲性和应力弛豫性能。这些微细的Mg-P粒子对Cu-Fe-P合金性能的这些作用和影响首先是由本专利技术人发现的。这里使用的术语“含Mg和P的弥散体”是指含Mg和P的弥散体，其总含量为粒子中的总组分的60％或更高。同样地，术语“包含Fe和P的弥散体”是指包含Fe和P的弥散体，其总含量为粒子中的总组分的60％或更高。具体实施例方式铜合金的组成下面将描述本专利技术适宜于满足所需要的强度和导电率，并且还满足优异弯曲性和优异应力弛豫性能的Cu-Fe-P合金的化学组成。在本专利技术中，至于达到高强度、高导电率、高弯曲性和高应力弛豫性能的基本组成，铜合金包含0.01至1.0质量％的Fe、0.01至0.4质量％的P和0.1至1.0质量％的Mg，其中余量是铜和不可避免的杂质。在另一个实施方案中，在相对于此基本组成，还包含下面范围的Ni和Co中的至少一个和/或Zn和Sn中的至少一个。可以包含其它杂质元素，其范围为不削弱这些性能。(Fe)铁(Fe)沉积为粒子直径为200nm或更低的Fe或Fe-P弥散体，并且是一种重要元素，其改善铜合金的强度和应力弛豫性能。如果Fe的含量低于0.01质量％，上述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜合金，其具有弯曲性和应力弛豫性能，并且包含０．０１至１．０质量％的Ｆｅ、０．０１至０．４质量％的Ｐ和０．１至１．０质量％的Ｍｇ，其中余量为铜和不可避免的杂质，其中铜合金的各自粒子直径超过２００ｎｍ的弥散体的体积分数为５％或更低，并且其中各自粒子直径为２００ｎｍ或更低和含Ｍｇ和Ｐ的弥散体的平均粒子直径为５ｎｍ或更高和５０ｎｍ或更低。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：有贺康博，尾崎良一，坂本浩，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]