一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料及其制备方法技术

一种高耐磨性Cu‑Ni‑Si合金电子封装材料，由以下重量百分比的组分构成：0.2～1.5%的镍，0.1～0.6%的硅，0.1~0.3%的镁，0.1～0.3%的银、0.2～1.5%的钴、0.1～0.5%的Cr2O3，0.1～0.4%的PbO，余量为铜和不可避免的杂质元素。本发明专利技术通过独特的制备工艺制备出了一种高耐磨性、且导电率和抗拉强度均优异的Cu‑Ni‑Si合金电子封装材料，以满足电子封装用铜合金的性能要求。

Cu-Ni-Si alloy electronic packaging material with high wear resistance and preparation method thereof

A high wear resistance Cu Ni Si alloy electronic packaging material, consisting of the components of the following weight percentage: 0.2 to 1.5% of nickel, 0.1 ~ 0.6% silicon, 0.1~0.3% magnesium, 0.1 to 0.3% silver, 0.2 to 1.5% cobalt, 0.1 to 0.5% Cr2O3, 0.1 to 0.4%'s PbO, the residual amount of copper and the inevitable impurity elements. The invention has prepared a Cu Ni Si alloy electronic packaging material with high wear resistance and excellent electrical conductivity and tensile strength by unique preparation technology to meet the performance requirements of copper alloy for electronic packaging.

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料及其制备方法
本专利技术涉及铜合金材料
，具体的说是一种高耐磨性的Cu-Ni-Si合金电子封装材料及其制备方法。
技术介绍
作为集成电路封装不可或缺的引线框架材料，承担着固定芯片、信息输出和电路散热等多重任务。因此，现代电子行业基于使用需求，对电子封装材料高强度、高导电性以及良好的热传导性等要求日趋严苛。近年来，随着电子部件的高集成化及小型化、薄壁化的快速发展，与此相对应地，对于集成电路中所使用的铜合金的要求等级也愈益提高。目前，现有技术中主要开发的集成电路引线框架用铜合金有Cu-Ag、Cu-Mg、Cu-Cr-Zr以及Cu-Ni-Si合金。其中，Cu-Ni-Si合金以其均衡的导电性能与硬度指标被广泛应用。但是铜合金的强度指标和导电能力具有此消彼长的相关性，即：要保证理想的导电率，就要对其强度性能做出牺牲。因此，合金制备工艺的关键点在于保证不明显降低导电性能的前提下，最大程度地提高其强度。同时，还要提高材料的耐磨损能力，以求延长其使用寿命。中国专利2012年11月29日（公告号：CN102925746A）公开的一种高性能Cu-Ni-Si系合金及其制备和加工方法，通过半连铸、热轧、退火、冷轧、固溶及时效处理等工艺，获得合金的抗拉强度能维持在730~820MPa，但导电率仅能维持在40~50%IACS。中国专利2012年6月5日（公告号：CN102703754A）公开的一种高强度高导电性Cu-Ni-Si基合金，该合金的组分为：Cu(95.5~97.5)-Ni(2.0~3.0)-Si(0.5~1.2)-V(0~0.3)，元素钒V提高了合金的时效动力，短时间内时效获得高体积分数的弥散分布在基体上的Ni2Si和(NiV)2Si增强相，但其电导率不高，仅为60%IACS，且无耐磨性能的表征。
技术实现思路
为了解决现有技术中的Cu-Ni-Si合金导电率与抗拉强度不能同时兼顾的技术问题。本专利技术通过独特的制备工艺制备出了一种高耐磨性、且导电率和抗拉强度均优异的Cu-Ni-Si合金电子封装材料，以满足电子封装用铜合金的性能要求。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料，由以下重量百分比的组分构成：0.2～1.5%的镍，0.1～0.6%的硅，0.1~0.3%的镁，0.1～0.3%的银、0.2～1.5%的钴、0.1～0.5%的Cr2O3，0.1～0.4%的PbO，余量为铜和不可避免的杂质元素。所述Cu-Ni-Si合金中，镍和钴的总重量与硅的重量配比为（4～5）：1，且镍和钴的重量相同。一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备中间合金：（1）按照上述重量百分配比，分别称取铜、镁、镍和钴，之后，将称取的铜按照4:4:2的比例分为三份，然后，将4:4:2的三份铜分别与称取的镁、镍和钴进行混合，得到铜镁混合物、铜镍混合物和铜钴混合物；（2）将步骤（1）制得的铜镁混合物、铜镍混合物或铜钴混合物置于压强为0.04～0.06Mpa的氩气气氛熔炼炉中进行熔炼，制得温度为1050～1110℃的金属熔液，然后，将所得金属熔液浇铸于预热至80～120℃的锭模中，之后，将所得铸锭自然冷却至室温，得到铜镁中间合金、铜镍中间合金或铜钴中间合金，备用；上引连铸：按照上述重量百分配比，分别称取纯硅、银粉、Cr2O3粉、PbO粉以及步骤一制得的铜镁中间合金、铜镍中间合金或铜钴中间合金置入覆有木炭层的真空熔炼炉坩埚内进行熔炼，得到液态合金，之后，在通氩气保护条件下，采用牵引系统对液态合金进行上引连续铸造，制得棒坯，备用；步骤三、连续挤压：将步骤二制得的棒坯放入连续挤压机中，制成板坯，备用；步骤四、固溶处理：将步骤三制得的板坯置于热处理炉中，在870～920℃温度条件下，保温1～2h进行固溶处理，然后进行水淬；步骤五、预冷轧-时效-冷轧：对步骤四水淬后的板坯进行变形量为40～80%的预冷轧变形，之后，在400～550℃温度条件下，进行保温1～4h的时效处理，随后再进行第二次变形量为20～80%的冷轧变形，即得成品电子封装材料。进一步的，在步骤一中，所述熔炼时的温度为1230～1280℃，且熔炼前抽真空至炉内压强为5×10-2Pa。进一步的，在步骤二中，所述通氩气的保护方法为，充氩气至真空熔炼炉内压强为45kPa，铸造时的温度为1180～1250℃。进一步的，在步骤二中，所述上引连续铸造时的拉坯速度为280mm/min。进一步的，在步骤三中，所述连续挤压机的挤压比为5～10:1，转速为2~3r/min，挤压温度≥820℃。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术所提供的一种高耐磨性的Cu-Ni-Si合金电子封装材料是在Cu-Ni-Si合金的基础上加入镁、银、钴和微量Cr2O3和PbO。经由多种组分之间的微合金化的作用，构成了抗拉性能和导电率均优异，且具有高耐磨性的电子封装材料用铜合金。合金组分中，镍与硅生成Ni2Si，并在Cu基体上析出，能够充分提高合金的延伸率，防止热压延产生裂纹。银的加入能够大幅提高合金的导电率，同时也能进一步提高合金的延伸率；所添加的钴能够均匀弥散分布于铜基体上，使合金的磨损率显著降低；Cr2O3作为摩擦组元能够有效提升抗磨性能，PbO起到了减磨润滑作用。本专利技术通过限定合金的成分及其各组分的百分配比，使各组分综合作用，显著提高了Cu-Ni-Si合金材料的综合性能，使成品Cu-Ni-Si合金的抗拉强度大于≥560MPa，导电率≥67%IACS，延伸率≥10%，显微硬度≥180HV，拉断力≥49kN，能较好的满足电子封装材料对Cu-Ni-Si合金性能的要求。（2）本专利技术在制备步骤中，摒弃了常规所有物料混合熔炼进行Cu-Ni-Si合金制备的方法，而独特的选择了预先制备铜镁中间合金、铜钴中间合金、铜镍中间合金作为熔炼配料，再加入纯硅、银粉、以及Cr2O3粉、PbO粉进行熔炼的操作方式，能够有效减少镁、钴等易氧化元素的烧损量，利于对合金成分实现精确控制，使成分均匀，内部无明显缺陷。同时，Cr2O3粉、PbO粉的加入还能够显著的细化合金的晶粒，提高合金的耐磨损性能。（3）、本专利技术通过限定合金的成分及其各组分的质量配比，硅：镍+钴为1：5～1：4，镍：钴为1：1。通过上引连铸、连续挤压，固溶处理，拉拔变形，拉拔变形和时效处理等工艺操作，使成品合金的抗拉强度大于≥560MPa，导电率≥67%IACS，延伸率≥10%，显微硬度≥180HV，拉断力≥49kN，能较好的满足电子封装材料对Cu-Ni-Si合金性能的要求。具体实施方式下述实施例仅对本专利技术作进一步详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料，由以下重量百分比的组分组成：0.2～1.5%的镍，0.1～0.6%的硅，0.1~0.3%的镁，0.1～0.3%的银、0.2～1.5%的钴、0.1～0.5%的Cr2O3，0.1～0.4%的PbO，余量为铜和不可避免的杂质元素。合金中，镍和钴的总重量与硅的重量配比为（4～5）：1，且镍和钴的重量相同。一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料的其制备方法，包括以下步骤：（1）制备铜镁中间合金：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐磨性Cu‑Ni‑Si合金电子封装材料，其特征在于：由以下重量百分比的组分构成：0.2～1.5%的镍，0.1～0.6%的硅，0.1~0.3%的镁，0.1～0.3%的银、0.2～1.5%的钴、0.1～0.5%的Cr2O3，0.1～0.4%的PbO，余量为铜和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料，其特征在于：由以下重量百分比的组分构成：0.2～1.5%的镍，0.1～0.6%的硅，0.1~0.3%的镁，0.1～0.3%的银、0.2～1.5%的钴、0.1～0.5%的Cr2O3，0.1～0.4%的PbO，余量为铜和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料，其特征在于：所述Cu-Ni-Si合金中，镍和钴的总重量与硅的重量配比为（4～5）：1，且镍和钴的重量相同。3.根据权利要求1或2所述的一种高耐磨性Cu-Ni-Si合金电子封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制备中间合金：（1）按照上述重量百分配比，分别称取铜、镁、镍和钴，之后，将称取的铜按照4:4:2的比例分为三份，然后，将4:4:2的三份铜分别与称取的镁、镍和钴进行混合，得到铜镁混合物、铜镍混合物和铜钴混合物；（2）将步骤（1）制得的铜镁混合物、铜镍混合物或铜钴混合物置于压强为0.04～0.06Mpa的氩气气氛熔炼炉中进行熔炼，制得温度为1050～1110℃的金属熔液，然后，将所得金属熔液浇铸于预热至80～120℃的锭模中，之后，将所得铸锭自然冷却至室温，得到铜镁中间合金、铜镍中间合金或铜钴中间合金，备用；步骤二、上引连铸：按照上述重量百分配比，分别称取纯硅、银粉、Cr2O3粉、PbO粉以及步骤一制得的铜镁中间合金、铜镍中间合金或铜钴中间合金置入覆有木炭层的真空熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，高直，安俊超，李丽华，万欣娣，王智勇，劳晓东，孙慧丽，柴哲，宋克兴，田保红，刘勇，国秀花，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41