專利名稱：具有高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于半導(dǎo)體引線框架(lead frame)材料、發(fā)光二極管(LED)引線框架材料等的銅合金，所述銅合金具有高傳導(dǎo)性和高可加工性(workability),同時(shí)提高或保持了拉伸強(qiáng)度(tensile strength),并涉及制備所述銅合金的方法。
背景技術(shù)：
通常，Cu-Fe-P合金被用作引線框架用的銅合金。例如，鑒于優(yōu)異的強(qiáng)度和傳導(dǎo)性，含有0. 05 0. 15wt% (重量百分比)Fe和0. 025 0. 04wt%P的銅合金(C19210)以及含有2. I 2. 6wt%Fe、0. 015 0. 15wt%P和0. 05 0. 20wt%Zn的銅合金(CDA194)通常被用作國(guó)際標(biāo)
準(zhǔn)銅合金。
然而，隨著裝置的制造朝高密度集成化的趨勢(shì)或者制造更小型裝置的趨勢(shì)，除了電傳導(dǎo)性和熱傳導(dǎo)性之外，還更強(qiáng)烈地需要具有諸如高延伸性和高可鍍性之類的可加工性所需的優(yōu)異表面狀態(tài)的高傳導(dǎo)性的銅合金。盡管Cu-Fe-P合金的優(yōu)點(diǎn)是高傳導(dǎo)性，但為了高強(qiáng)度，也要增加Fe和P的含量，或者還要添加第三種元素，例如Sn、Mg、Ca等等。然而，盡管增加所述元素的含量提高了強(qiáng)度，但傳導(dǎo)性不可避免地變差了。因此，對(duì)于根據(jù)制造具有大容量、小型化和高性能的半導(dǎo)體裝置的趨勢(shì)所要求的具有高傳導(dǎo)性和高強(qiáng)度的良好平衡的銅合金，或者上述性質(zhì)共存的銅合金而言，僅通過控制銅合金的成分來實(shí)現(xiàn)所述銅合金具有局限性。日本公開專利第2001-244400號(hào)在實(shí)施例I中披露了一種由2. 41wt%Fe、
0.24wt%Zn、0. 03wt%P和余量為Cu組成的銅合金，所述銅合金由以下步驟制成通過使用上述成分的熔融金屬的錠塊來進(jìn)行熱加工和溶液處理，在最終通過輥直徑大于100mm、輥壓速度大于200mm/min以及輥油粘度超過0. 05cm2/S的條件下，第一次冷軋，陳化處理(seasoning),最終冷軋(加工率50%),然后退火。然而，如果Fe的含量超過2. 4wt%，那么會(huì)發(fā)生如下問題不僅諸如傳導(dǎo)性等等之類的材料性質(zhì)，而且諸如可鑄造性之類的生產(chǎn)率方面也明顯變差。實(shí)際上，上述專利文獻(xiàn)的實(shí)施例I中的Cu-Fe-P組(group)銅合金具有63%IACS的電導(dǎo)率而不能確保高傳導(dǎo)性，盡管所述銅合金具有530Mpa的相對(duì)高的拉伸強(qiáng)度。日本公開專利第2000-178670號(hào)中披露了一種由總和為0. 05 2. 0wt%的Fe或Ni與P、大于5wt%的Zn、0. I 3. 30wt%Sn和余量為Cu組成的銅合金，其中Fe或Ni與P(Fe/P、Ni/P、(Fe+Ni)/P的原子重量比為0. 2 0. 3，顆粒尺寸(grain size)控制在35 y m以下，并且尺寸小于0. 2 ii m的Fe-P復(fù)合物均勻分散。然而，盡管由于高含量的Zn和Sn而增加了細(xì)小的沉積顆粒，但在實(shí)現(xiàn)不可避免地共存的Cu-Fe-P組銅合金方面存在問題。日本公開專利第S63-161134號(hào)披露了一種由0. OTO. 3wt%Fe、小于0. 4wt%的P、
1.5 5. 0wt%Zn、0. 2 I. 5wt%Sn和余量Cu組成的銅合金。近來,隨著電子元件變得小型化，電子元件的材料呈變薄的趨勢(shì)，從而要求高強(qiáng)度。
然而，如果打算從上述專利中獲得高強(qiáng)度的銅合金，則需要使冷軋的加工率提高，這造成了可加工性低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是通過適當(dāng)?shù)鼗旌香~合金的成分來提供一種銅合金，所述銅合金兼具有優(yōu)于已知產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和電傳導(dǎo)性，由此所述銅合金適用于電氣或電子部件，如端子、連接器、開關(guān)、繼電器和類似物。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)這些目的以及其他的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的意圖，如本文所具體和概括描述的那樣，一種用于電氣和電子元件的高傳導(dǎo)性和高強(qiáng)度的銅合金，按100被％成分計(jì)，所述銅合金由 0. 05 0. 25wt%Fe、0. 025 0. 15wt % P、0. 01 0. 25wt%Cr、0. 01 0. 15wt%Si、0. 01 0. 24wt%Mg以及余量Cu和不可避免的雜質(zhì)組成。并且,所述成分還可包括小于I. 0wt%的Zn、Sn、Mn、Al和Ni中的至少一種。本發(fā)明的具有上述成分的銅合金通過Fe顆粒分布和Fe與P的稱連(coupling),形成了在Cu基體中的Fe-P組沉積物，其中，如果Fe低于0. 05%,則由于分布效果和沉積物形成的不足難以確保強(qiáng)度，而如果Fe超過0. 25wt%，則由于過量含量的添加元素造成了超過合適量的沉積物，故難以確保作為引線框架要求的水平的70%IACS，從而導(dǎo)致不良的電傳導(dǎo)性。本發(fā)明的銅合金通過在Cu基體中稱連Cr和Si而形成Cr-Si組沉積物,改善了電傳導(dǎo)性和強(qiáng)度，其中如果Cr的含量低于0. 01wt%，則由于沉積物形成的不足難以確保強(qiáng)度和提高可加工性，而如果Cr的含量超過0. 25wt%,則由于粗粒的Cr-Si組沉積物導(dǎo)致不良的傳導(dǎo)性。圖3示出顯示了銅基體中Cr-Si組沉積物的掃描電子顯微鏡照片。本發(fā)明的銅合金通過在Cu基體中耦連Mg和P而形成Mg-P組沉積物，改善了電傳導(dǎo)性和強(qiáng)度，其中如果Mg的含量低于0. 01wt%，則由于沉積物形成的不足難以確保強(qiáng)度，而如果Mg的含量超過0. 25wt%，則導(dǎo)致明顯降低的電傳導(dǎo)性或者不良的撓曲加工性并且生產(chǎn)成本提聞。圖4示出了顯示銅基體中Mg-P組沉積的掃描電子顯微鏡照片。如果Si的含量低于0. 01wt%，則由于在熔融、鑄造和加熱錠塊步驟之后的步驟中沉積物形成的不足，本發(fā)明的銅合金不能有益于強(qiáng)度，而如果Si的含量超過0. 15wt%，則本發(fā)明的銅合金也不表現(xiàn)出上述效果的改善，以及傳導(dǎo)性的明顯下降。圖2示出顯示了銅基體中Mg-Si組沉積的掃描電子顯微鏡照片。P是具有氧化作用的主要元素，與Fe和Mg形成沉積物，并且改善銅合金的強(qiáng)度或耐熱性，其中，如果P的含量低于0. 025wt%,則由于所述沉積物形成不足，不能獲得足夠的強(qiáng)度或耐熱性，而如果P的含量超過0. 15wt%，不僅傳導(dǎo)性，而且耐熱性、熱可加工性以及壓制可加工性都變差。Fe、Mg和P 的比為(Mg+Fe)/P=0. 4 50，優(yōu)選地，F(xiàn)e、Mg和P 的比為(Mg+Fe)/P=2 10。Cr、Mg 和 Si 的比為(Cr+Mg) /Si=O. I 50，優(yōu)選地，Cr、Mg 和 Si 的比為(Cr+Mg) /Si=I 10。所述成分可包括小于I. 0wt%的Zn、Sn、Mn、Al和Ni中的至少一種，其中所述元素影響電傳導(dǎo)性和強(qiáng)度，并且如果所述元素添加超過I. 0wt%，盡管強(qiáng)度提高，但電傳導(dǎo)性下降。并且，參見

圖1，本發(fā)明提供了一種制備高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的銅合金的方法，所述方法包括以下步驟獲得所述成分的熔融金屬，鑄造所述熔融金屬以獲得錠塊(ingot)，將所述錠塊在85(Tl000°C進(jìn)行熱軋，冷卻后進(jìn)行冷軋，在40(T600°C下退火(第一次退火)1 10小時(shí)，以30 70%的壓縮比進(jìn)行中間軋制(第二次冷軋)，在50(T80(TC下熱處理(第二次退火)30^600秒，再最終軋制(最終冷軋)縮至20 40%。如果熱軋中溫度超過1000°C，則沉積物的形成反而變差，在溫度低于800°C時(shí)也 同樣。并且，盡管冷軋時(shí)的壓縮比上限并沒有特別的規(guī)定，但通常，在低于85%的范圍內(nèi)的加工率下會(huì)獲得良好的結(jié)果。高加工率提高了軋機(jī)的負(fù)載。第一次退火時(shí)的合適條件是40(T60(TC下歷時(shí)1 10小時(shí)，其中，如果超過600°C，并且超過10小時(shí)，則溫度和退火時(shí)間直接影響強(qiáng)度，并且高溫和長(zhǎng)退火時(shí)間反而顯示出電傳導(dǎo)性的降低，而如果溫度低于400°C，并且退火時(shí)間低于I小時(shí)，則不足以確保沉積物或
者再結(jié)晶。在第二次冷軋中，如果冷加工率高于70%，則變形的材料量增加，并且撓曲加工性變差。與此相反，如果冷加工率低于20%，則不能獲得足夠的強(qiáng)度改善的效果。第二次退火是去除變形退火，其中，如果在低于500°C退火的溫度下進(jìn)行退火并且退火時(shí)間小于30秒，則由壓制造成的變形不能被充分去除，而如果在超過750°C的溫度下進(jìn)行退火并且退火時(shí)間超過600秒，則材料逐漸軟化，不能獲得預(yù)期的材料性質(zhì)。有益效果因此，通過在Cu-Fe-P組合金中添加Mg、Cr和Si，獲得了具有高傳導(dǎo)性同時(shí)具有優(yōu)于已知產(chǎn)品的高強(qiáng)度和高可加工性的銅合金，而不會(huì)使作為合金決定性特征的傳導(dǎo)性有實(shí)質(zhì)性變差，所述銅合金也沒有表面缺陷，從而能夠用作半導(dǎo)體引線框架材料和晶體管材料，并且能夠用作具有高強(qiáng)度、高傳導(dǎo)性和高可加工性材料的連接端子元件。附圖簡(jiǎn)要說明圖I示出顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式制備銅合金的方法步驟的流程圖。圖2示出顯示了銅基體中Mg-Si組沉積的掃描電子顯微鏡照片。圖3示出顯示了銅基體中Cr-Si組沉積的掃描電子顯微鏡照片。圖4示出顯示了銅基體中Mg-P組沉積的掃描電子顯微鏡照片。實(shí)施本發(fā)明的最佳方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，其中一些例子在附圖中示出。將表I中的合金在高頻熔爐中熔融以形成厚度為22mm、寬度為40mm、長(zhǎng)度為180mm的錠塊。將錠塊在950°C的溫度下加熱I小時(shí)，熱軋縮至厚度為10mm，各個(gè)面表面加工1mm，然后冷軋縮至I. 5mm。將冷軋后的材料在480°C的溫度下進(jìn)行熱處理3小時(shí)，冷軋縮至0. 4mm,在650°C的溫度下進(jìn)行去除變形退火，然后最終軋制縮至0. 25mm,從而獲得表2所示的冷軋材料。
此外，為了表面清洗，將冷軋后的材料進(jìn)行選擇性的陳化處理(seasoning)、酸清潔和拋光、第二次熱處理、以及用拉伸矯直機(jī)(tension Ieveler)進(jìn)行校正處理。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的方法不限于此，但可以根據(jù)客戶需要組合選自以下步驟的步驟熱軋、冷軋、陳化處理、表面清潔(酸清潔和拋光)、張力退火、拉伸矯直等等，這些步驟與銅拉伸車間所做的正常操作相同，用以滿足客戶的不同質(zhì)量需求。表I
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的銅合金，以100wt%成分計(jì)，所述銅合金由0. 05 0. 25wt%Fe、0. 025 0. 15wt%P、0. 01 0. 25wt%Cr、0. 01 0. 15wt%Si、0. 01 0. 24wt%Mg 以及余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)組成。
2.如權(quán)利要求I所要求的銅合金，其中所述成分還包括小于I.0wt%的Zn、Sn、Mn、Al和Ni中的至少一種。
3.如權(quán)利要求I所要求的銅合金，其中所述Fe、Mg和P的比為(Mg+Fe)/P=0.4 50。
4.如權(quán)利要求3所要求的銅合金，其中所述Fe、Mg和P的比為(Mg+Fe)/P=2 10。
5.如權(quán)利要求I所要求的銅合金，其中所述Cr、Mg和Si的比為(Cr+Mg)/Si=0.廣50。
6.如權(quán)利要求5所要求的銅合金，其中所述Cr、Mg和Si的比為(Cr+Mg)/Si=f10。
7.一種制備高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的銅合金的方法，包括以下步驟 獲得由以下成分組成的高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的銅合金的熔融金屬以100被％成分計(jì)，0. 05 0. 25wt%Fe、0. 025 0. 15wt%P、0. OTO. 25wt%Cr、0. OTO. 15wt%Si、0. OTO. 24wt%Mg 以及余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)； 鑄造所述熔融金屬以獲得錠塊；以及 將所述錠塊在85(Tl000°C進(jìn)行熱軋，冷卻后進(jìn)行冷軋，在40(T600°C下退火1 10小時(shí)，以30 70%的壓縮比進(jìn)行中間軋制，在50(T80(TC下熱處理30 600秒，以及以20 40%的壓縮比進(jìn)行最終軋制。
8.如權(quán)利要求7所要求的方法，其中所述成分包括小于I.0wt%的Zn、Sn、Mn、Al和Ni中的至少一種。
9.如權(quán)利要求7或8所要求的方法，其中陳化處理步驟包括以下步驟通過形成Fe-P組、Mg-P組、Cr-Si組和Mg-Si組沉積物來制造所述銅合金以確保高強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅合金，所述銅合金通過適當(dāng)?shù)鼗旌香~合金的成分而兼具有優(yōu)于已知產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和電傳導(dǎo)性，由此所述銅合金適用于電氣或電子部件，如端子、連接器、開關(guān)、繼電器和類似物。具有高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的所述銅合金的成分包括0.05～0.25wt%Fe、0.025～0.15wt%P、0.01～0.25wt%Cr、0.01～0.15wt%Si、0.01～0.25wt%Mg、余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。此外，本發(fā)明涉及一種制備具有高強(qiáng)度和高傳導(dǎo)性的銅合金的方法，所述方法包括以下步驟獲得所述成分的熔融金屬，鑄造熔融金屬以獲得錠塊，將錠塊在850～1000℃進(jìn)行熱軋，熱軋產(chǎn)物冷卻后進(jìn)行冷軋，在400～600℃下退火1～10小時(shí)，以30～70%的壓縮比對(duì)退火產(chǎn)物進(jìn)行中間軋制，在500～800℃下熱處理中間軋制產(chǎn)物30～600秒，以及以20～40%的壓縮比對(duì)熱處理產(chǎn)物進(jìn)行最終軋制。
文檔編號(hào)C22C9/00GK102782168SQ201080063398
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者全甫珉, 崔尚永, 李東雨, 李智勛, 金仁達(dá), 金大鉉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豊山