一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其的制備方法，是由以下重量百分比的組分制成：Ni1.9～5.5％，Si0.35～1.8％，Ce0.001～0.02％，Ag0.01～0.12％，P0.01～0.12％，余量為Cu及不可避免的雜質(zhì)。其帶材的制備方法包括熔煉鑄造、熱軋-在線淬火(固溶)、銑面、冷軋、退火(分級時效處理)以及拉彎矯直。本發(fā)明所得成品的抗拉強度達到700～900Mpa、電導(dǎo)率達到48～78％IACS、延伸率不小于6％、軟化溫度不小于560℃，能較好的滿足大規(guī)模集成電路引線框架用銅合金材料的性能需求。
【專利說明】一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其制 備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明屬于銅合金【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線 框架帶材及其制備方法。尤其適用于超大規(guī)模及極大規(guī)模集成電路用引線框架材料高強度 高導(dǎo)稀土銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其的制備方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子信息產(chǎn)品向小型化、薄型化、輕量化和智能化方向發(fā)展以及集成電路 (1C)向大規(guī)模（LSI)和極大規(guī)模（GSI)方向發(fā)展，引線框架銅合金材料的性能要求也愈來 愈高，并相應(yīng)向短、輕、薄、高強度、高精度方向研究發(fā)展。
[0003] 大規(guī)模與極大規(guī)模集成電路制造具有制作工藝復(fù)雜、工作頻率超高、運行功率超 大、工作環(huán)境極端惡劣四大突出特點，因此對其力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能、高溫抗軟化 性能、耐蝕性能的要求極為苛刻。目前，全球開發(fā)出來的銅合金引線框架材料多達120余 種，主要系列為Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系。具有中等強度的Cu-Fe-P系合金 是第一代引線框架銅合金，具有良好的電導(dǎo)率（不小于70% IACS)，是目前集成電路引線 框架應(yīng)用較廣的一種銅合金，但其抗拉強度（不大于550MPa)和抗高溫軟化溫度（不大于 400°C )等綜合性能指標還遠遠不能滿足極大規(guī)模集成電路高負荷長期穩(wěn)定工作的要求。 Cu-Cr-Zr系合金具有高強度、高導(dǎo)電性和良好的耐熱穩(wěn)定性，但Zr元素十分容易氧化，且 該類合金在帶材制備時淬火敏感性強，因此其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、制備成本高，在市場上并為得 到廣泛的應(yīng)用。
[0004] Cu-Ni-Si系合金具有高的抗拉強度、優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、高的抗軟化溫度、優(yōu)良 耐蝕性能，是極大規(guī)模集成電路的理想材料。目前，我國在引線框架銅合金用Cu-Ni-Si系 合金仍處在實驗探索階段，其產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。高強Cu-Ni-Si系銅合金無論在研 究上還是在生產(chǎn)上都相當(dāng)落后，大部分依賴進口。這一局面不僅嚴重威脅著我國銅加工業(yè) 的生存，也嚴重阻礙了我國眾多高新【技術(shù)領(lǐng)域】的發(fā)展。因此有必要提供一種綜合性能高、成 本低、生產(chǎn)工藝簡單、可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的引線框架用Cu-Ni-Si系合金。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種具有高強度、高導(dǎo)電性、抗高溫軟化溫度和優(yōu)異耐蝕 性的含稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其的制備方法，滿足大規(guī)模與極大規(guī)模 集成電路用引線框架帶材的需求。
[〇〇〇6] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明提出一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，該合金 材料由以下重量百分比的組分制成：1. 9?5. 5 %的鎳，0. 35?1. 8 %的硅，0. 001?0. 02% 的稀土元素鋪，0. 01?0. 12 %的銀，0. 01?0. 12 %的磷，余量為銅。還可以包括不可避免 的雜質(zhì)。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)選方案為：2. 2?4. 2%的鎳，0.4?1.2%的硅，0.001?0.01 %的稀 土元素鋪，0. 01?0. 08%的銀，0. 01?0. 08%的磷，余量為銅。還可以包括不可避免的雜 質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案為：3. 2?3. 8%的鎳，0.7?0.95%的硅，0.005? 0. 008 %的稀土元素鈰，0. 04?0. 06 %的銀，0. 04?0. 06 %的磷，余量為銅。還可以包括不 可避免的雜質(zhì)。
[0009] 優(yōu)選的，所述鎳：娃=3. 5?5. 5。優(yōu)選鎳：娃=4. 0?4. 6。
[〇〇1〇] 本發(fā)明還提供一種采用上述含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料制備的引線框架帶材。
[0011] 本發(fā)明另外提供一種引線框架帶材的制備方法，步驟是熔煉鑄造一熱軋-在線淬 火一銑面一冷軋一退火一拉彎矯直。具體包括如下步驟：
[0012] 1)熔煉鑄造：將電解銅和電解鎳按照上述質(zhì)量百分比要求投入熔煉爐，待完全熔 化后依次加入銀、磷、硅及銅鈰中間合金，熔煉溫度是1180?1280°C ;
[0013] 2)熱軋-在線淬火：將840?940°C的含有稀土鈰的銅鎳硅合金在軋機上進行熱 車L，且在線淬火，終軋溫度不低于680°C ;
[0014] 3)銑面：將帶材表面氧化層及質(zhì)量缺陷銑削，銑削深度：單面銑削量：0. 25? 0· 85mm,單邊統(tǒng)削量：2-10mm ;
[0015] 4)冷乳：通過乳機將帶材乳制成符合產(chǎn)品尺寸要求的薄帶；
[0016] 5)退火：將軋制后的帶材進行分級時效處理，時效溫度控制在380?520°C，保溫 時間1. 5?8h。同時，根據(jù)綜合性能需要對合金進行三次及三次以上的時效處理；
[0017] 6)拉彎矯直：將帶材在矯直機上進行拉彎矯直處理，矯正帶材的板形缺陷和減少 內(nèi)部的殘余應(yīng)力。
[0018] 本發(fā)明提出的是一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，其有高強度、高導(dǎo)電性、抗 高溫軟化溫度和優(yōu)異耐蝕性。該合金加入的Ni、Si析出產(chǎn)生的第二相Ni 2Si產(chǎn)生強化效 果，采用適當(dāng)?shù)呐浔纫员ＷC合金在時效后，銅基體中殘留較少的合金元素，使合金獲得相對 較好的性能；加入的稀土元素鈰幾乎不固溶于銅，在銅中的作用是變質(zhì)和凈化，可脫氧，并 能與低熔點雜質(zhì)形成高熔點化合物，消除有害作用，提高銅合金的塑性，能夠改善塑性，減 少冷加工的裂紋，確定其添加量在0.001?0.01 %的范圍；加入的銀，對銅的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱 率影響不大，且能顯著提高再結(jié)晶溫度、抗蠕變性能和耐磨性能，確定其添加量在〇. 01? 0.08%的范圍；加入的磷是最有效、成本最低的脫氧劑，微量磷的存在，可以提高熔體的流 動性，改善銅合金的焊接性能、耐蝕性能、提高抗軟化溫度，固溶于銅中的磷顯著降低其導(dǎo) 電性，含磷0. 014%的軟帶導(dǎo)電率為94% IACS，含磷0. 14%的導(dǎo)電率僅為45. 2 %，因此確定 其添加量在〇. 01?〇. 08%的范圍。
[0019] 本發(fā)明所述的含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料在上述工藝下所得成品的抗拉強度 達到700?900Mpa、電導(dǎo)率達到48?78% IACS、延伸率不小于6%、軟化溫度不小于560°C， 能較好的滿足大規(guī)模集成電路引線框架用銅合金材料的性能需求。
[0020] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。 【具體實施方式】
[0021] 參照說明書對本發(fā)明的一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其的 制備方法作以下詳細地說明。
[0022] 本發(fā)明實施例1-4設(shè)計一種具有高強度、高導(dǎo)電性、抗高溫軟化溫度和優(yōu)異耐蝕 性的含稀土鈰的銅鎳硅合金材料、引線框架帶材及其的制備方法，滿足大規(guī)模與極大規(guī)模 集成電路用引線框架帶材的需求。該合金是由以下重量百分比的組成制成：3. 2?3. 8%的 鎳，0· 7?0· 95%的硅，0· 005?0· 008%的稀土元素鈰，0· 04?0· 06%的銀，0· 04?0· 06% 的磷，余量為銅。還可以包括不可避免的雜質(zhì)。所述鎳：娃=3.5?5.5。優(yōu)選鎳：娃= 4.0?4.6。具體組分用量見表1。
[0023] 本發(fā)明實現(xiàn)上述含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料制備的引線框架帶材的制備方法 主要包括如下步驟：
[0024] (1)熔煉鑄造：將電解銅和電解鎳按照上述質(zhì)量百分比要求投入熔煉爐，待完全 熔化后依次加入銀、磷、硅及銅鈰中間合金，熔煉溫度是1230°C ;
[0025] (2)熱軋-在線淬火：將860°C的含有稀土鈰的銅鎳硅合金在軋機上進行熱軋，且 在線淬火，終軋溫度為690°C ;
[0026] (3)銑面：將帶材表面氧化層及質(zhì)量缺陷銑削，銑削深度：單面銑削量：0. 5mm，單 邊統(tǒng)削量：6mm ;
[0027] ⑷冷乳：通過乳機將帶材乳制成0. 1mm的薄帶；
[0028] (5)退火：將軋制后的帶材進行分級時效處理，時效溫度控制在450°C，保溫時間 3h。同時，根據(jù)綜合性能需要對合金進行三次及三次以上的時效處理；
[0029] (6)拉彎矯直：將帶材在矯直機上進行拉彎矯直處理，矯正帶材的板形缺陷和減 少內(nèi)部的殘余應(yīng)力。
[0030] 各具體實施例中的組成及性能見表1所示：
[0031] 表1:
[0032]
【權(quán)利要求】
1. 一種含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，其特征在于，該合金材料由以下重量百分比的 組分制成：1· 9?5. 5 %的鎳，0· 35?1. 8 %的硅，0· 001?0· 02 %的稀土元素鈰，0· 01? 0. 12%的銀，0. 01?0. 12%的磷，余量為銅及不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，其特征在于，其組分為： 2. 2?4. 2 %的鎳，0· 4?L 2 %的硅，0· 001?0· 01 %的稀土元素鈰，AgO. 01?0· 08 %的 銀，P0. 01?0. 08%的磷，余量為銅及不可避免的雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，其特征在于，其組分為： 3. 2?3. 8%的鎳，0· 7?0· 95%的硅，0· 005?0· 008%的稀土元素鈰，0· 04?0· 06%的銀， 0. 04?0. 06%的磷，余量為銅及不可避免的雜質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，其特征在于，所述鎳：硅= 3. 5 ~ 5. 5〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料，其特征在于，所述鎳：硅= 4. 0 ?4. 6〇
6. -種采用權(quán)利要求1-5任一項所述的含有稀土鈰的銅鎳硅合金材料制備的引線框 架帶材。
7. -種如權(quán)利要求6所述的引線框架帶材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 熔煉鑄造：將合金按照質(zhì)量百分比要求及一定的順序投入熔煉爐，熔煉溫度是 1180 ?1280°C ; 2) 熱軋-在線淬火：將840?940°C的含有稀土鈰的銅鎳硅合金在軋機上進行熱軋，且 在線淬火，終軋溫度不低于680°C ; 3) 銑面：將帶材表面氧化層及質(zhì)量缺陷銑削，銑削深度：單面銑削量：0. 25?0. 85mm， 單邊統(tǒng)削量：2-10mm ; 4) 冷軋：通過軋機將帶材軋制成符合產(chǎn)品尺寸要求的薄帶； 5) 退火：將軋制后的帶材進行分級時效處理，時效溫度控制在380?520°C，保溫時間 1. 5?8h，同時，根據(jù)綜合性能需要對合金進行三次及三次以上的時效處理； 6) 拉彎矯直：將帶材在矯直機上進行拉彎矯直處理，矯正帶材的板形缺陷和減少內(nèi)部 的殘余應(yīng)力。
【文檔編號】B21C37/04GK104046843SQ201410300113
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】姜業(yè)欣, 胡海軍, 許丙軍, 孫克斌, 張建華, 付連岳, 馬鋼 申請人:中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司