CN1056653C - 镀敷预处理无污迹的高强度铜基合金 - Google Patents

镀敷预处理无污迹的高强度铜基合金 Download PDF

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Abstract

一种高强度铜基合金，它基本上含有Ni：0.5-2.0%、Sn：1.2-2.5%、Si：0.04-0.1%、Zn：0.1-1%、Mg：0.0001-0.02%、Mn：0.0001-0.1%、P：0.0001-0.02%、Cu和不可避免的杂质：余量，其中Mg、Mn和P的总量为0.001-0.12%。该Cu基合金适于作电器和电子部件的材料，而且在其镀敷预处理时无污迹。

Description

镀敷预处理无污迹的高强度铜基合金
本发明涉及一种在其镀敷预处理无污迹的，用作电器和电子部件材料的高强度铜基合金。
常规制造电器和电子部件，如接线柱、连接器及半导体器件的导线架时，日本专利公开说明书1-272733曾推荐一种铜(Cu)基合金(以后称之“常规的铜基合金”)，其化学成份基本上包含(重量％，后文以％表示)1.24％的Ni、1.80％的Sn、0.052％的Si、0.55％的Zn、0.0052％的Ca、0.0245％的Mg、0.0058％的Pb，余量为Cu和不可避免的杂质。
本说明书通篇所用的百分比均为重量百分比。
通常将此常规的Cu基合金轧成带材，而后对此带材进行加工，如下料和弯曲以形成有预定形状的电器或电子部件，接着是对这样形成的电器或电子部件进行镀敷，借此得到最终产品，为镀敷这样形成的电器或电子部件，如在半导体器件的导线外表面镀焊料，那么该半导体器件的导线要经受由如下步骤构成的预处理：碱性电解液净化、水洗、酸洗、水洗、去除污迹，再水洗。然后将这样预处理过的导线进行由如下步骤的镀敷：预浸、镀焊料、水洗、中和、水洗、水浴、吹风和干燥。
制备电器和电子部件总是要求较低的成本，而为满足这种要求则要求电器和电子部件应以效率更高的步骤制成。但是，用该常规Cu基合金形成的电器和电子部件在上述的镀敷预处理时，尤其在酸洗步骤中会受到污染。为去除这种污迹，需大量的时间，这就阻碍了生产率的改进。
本发明的目的在于提供一种用作电器和电子部件材料的在镀敷预处理时无污迹的高强度Cu基合金。
为完成上述目的，本发明提供一种Cu基合金，它基本上包含：0.5-2.0％的Ni、1.2-2.5％的Sn、0.04-0.1％的Si、0.1-1％的Zn、0.0001-0.02％的Mg、0.0001-0.1％的Mn、0.0001-0.02％的P，余量的Cu和不可避免的杂质，其中Mg、Mn和P的总量为0.001-0.12％。
本发明上述和其它目的、特性和优点将通过以下的详细阵述而更为明确。
由酸洗步骤无污迹的Cu基合金所形成的电器和电子部件的观点看，去除镀敷预处理时的污迹所需的时间可以减少，从而大大地改进生产率，为得到酸洗时无污迹的高强度Cu基合金，本发明人作了研究，并取得以下发现：
如果一种铜基合金的化学成份基本上包含：0.5-2.0％的Ni、1.2-2.5％的Sn、0.04-0.1％的Si、0.1-1％的Zn、0.0001-0.02％的Mg、0.0001-0.1％的Mn、0.0001-0.02％的P，余量的Cu和不可避免的杂质，其中Mg、Mn和P的总量为0.001-0.12％，则该Cu基合金不仅在机械性能如，抗拉强度，延伸率和可弯性及耐焊料的热剥落性及导电性与该常规Cu基合金一样优良，而且在镀敷预处理时无污迹。结果，如果将该Cu基合金用于制造电器和电子部件，如导线架，则镀敷预处理所需的加工时间与常规Cu基合金制造导线架所需的时间相比可大大减少，结果提高了其生产率。
本发明是以上述发现为基础的。
由于以下理由将本发明Cu基合金的组成元素含量作上述的限定：
(1)Ni
Ni组分起改善该Cu基合金强度和可弯性的作用。但是，若Ni含量小于0.5％，则上述作用达不到所期望的程度，反之，若其量超过2％，则该合金的导电率就不希望地下降。因此，将Ni含量限于0.5-2.0％的范围。优选地，是将Ni含量限于0.8-1.8％的范围。
(2)Sn
Sn组份与Ni组分协同地起作用，从而进一步改善该Cu基合金的强度和可弯性。但是，若Sn含量小于1.2％，上述作用则达不到所期望的程度，反之，若其量超过2.5％，则该合金的加工性能令人不希望地下降。因此，Sn含量被限于1.2-2.5％的范围内，而优选地是应将其限于1.4-2.2％的范围内。
(3)Si
Si组份作用是使该Cu基合金在为浇铸而熔化的过程中脱氧，以及和Ni组分共同形成镍的硅化物而改善该Cu基合金的耐热性。但是，若Si含量小于0.04％，则上述作用达不到所需要的程度，反之，若其量超过0.1％，则在镀敷预处理的酸洗过程中污迹量不希望地增加，因此，Si含量被限于0.04-0.1％的范围内，而优选地是将其限于0.05-0.09％的范围内。
(4)Zn
Zn组份起着进一步改善耐焊料热剥落能力的作用。但是，若Zn含量小于0.1％，则上述作用达不到所需要的程度，反之，若其量超过1％，则该合金的锡焊的可焊性变差。因此，Zn含量被限于0.1-1％的范围。优选地是Zn含量应限于0.2-0.8％的范围。
(5)Mg、Mn和P
Mg、Mn和P组份在为浇铸而熔化的过程中使该合金脱S，以及固定游离的S，从而起改善该合金的热加工性能或使其脱氧的作用。但是，若Mg、Mn和P含量中的每一个小于0.0001％，同时它们的总量小于0.001％，则上述作用达不到所希望的程度。另一方面，若Mg、Mn和P含量分别超过0.02％、0.1％和0.02％，并且同时它们的总含量超过0.12％，则由于脱S和固定游离S而对热工性的进一步改进就不能达到或脱氧的作用饱和。因此，Mg、Mn和P含量被分别限于0.0001-0.02％、0.0001-0.1％和0.0001-0.02％的范围内，并同时将Mg、Mn和P的总含量限于0.001-0.12％的范围内。优选地是分别将Mg、Mn和P含量限于0.0003-0.015％、0.0005-0.08％和0.0005-0.018％的范围内，并同时将Mg、Mn和P组份的总含量限于0.004-0.11％。
为生产本发明的高强度Cu基合金，加入熔炼炉中的各种原料的比例应当使所得的Cu基合金有上述的化学成份，然后在熔融合金表面盖有木炭的大气气氛下将其熔炼。
接着描述本发明Cu基合金的实施例。实施例
将电解铜在中频槽型无芯熔炼炉中，在大气下，并盖有木炭的熔融Cu的表面进行熔炼。将各种合金的组成元素单独地或以母合金铁的形式加入铜熔液，以制造化学成分如表1和表2中所示的Cu基合金。将这样制得的Cu基熔融合金经半连铸以生产出锭，每个锭的尺寸为厚160mm、宽600mm、长4400mm。
将锭在850℃的温度下热轧成厚11mm的热轧板，并将该板立即水冷，接着剥皮以从其上去除氧化皮。然后使板重复经冷轧、退火、酸洗的一系列步骤，以得到厚0.375mm的冷轧片材。进而，在750℃温度下于连续退火炉中将该片材退火，再冷轧而得到厚0.15mm的冷轧片材，接着将此冷轧片材在连续退火炉中于500℃的温度下终退火20秒以消除应力，从而生产出本发明Cu基合金No.1-15的冷轧片材和常规的Cu基合金No.1的冷轧片材。
将本发明Cu基合金No.1-15和常规Cu基合金No.1的，厚0.15mm的冷轧片材切成宽35mm，长45mm的试样。将该试样在含
NaOH               60g/升
2Na2O·SiO2     40g/升的水溶液中，在下列的条件下：
槽温               43℃
槽电压             5V
供能时间           120秒经受电解净化。然后将试样用水洗涤，然后经镀敷预处理，即酸洗、水洗和干燥。酸洗是在含有：
H2O2               60g/升
H3PO4              100g/升的水溶液中，在下面的条件下：
槽温               35℃
浸泡时间           60秒进行。经这样预处理的试样表面作污迹存在的检测。该检测结果示于表1和2中。
从表1和2所示结果可清楚看出，在常规Cu基合金试样1的表面发现有污迹，而在本发明Cu基合金试样1-15任一种的表面上没发现任何污迹。因此，在用本发明Cu基合金片材制造电器和电子部件，如半导体器件的导线架时为镀敷而作的预处理步骤所需的工作时间大为减少，因而生产大大改善，由此降低了制造成本，这就带来了上述工业上有用的效果。
[表1]
    试样                                化学成分(重量％) 污迹
Ni Sn Si Zn Mg Mn P (Mg+Mn+P)   铜及不可避免的杂质
    本发明铜合金 1 0.53 1.80 0.071 0.52 0.011 0.049 0.009 0.069 余量 无
    2     1.23     1.78     0.070     0.56   0.012   0.051   0.011     0.074     余量 无
    3     1.99     1.81     0.069     0.51   0.010   0.048   0.008     0.066     余量 无
    4     1.25     1.22     0.072     0.54   0.010   0.050   0.012     0.072     余量 无
    5     1.24     2.47     0.071     0.52   0.009   0.051   0.010     0.070     余量 无
    6     1.23     1.80     0.042     0.51   0.011   0.052   0.009     0.072     余量 无
    7     1.24     1.79     0.098     0.55   0.012   0.049   0.012     0.073     余量 无
    8     1.25     1.81     0.070     0.11   0.010   0.051   0.009     0.070     余量 无
[表2]
    试样                                   化学成分(重量％)   污迹
Ni Sn Si Zn Mg Mn P (Mg+Mn+P)   铜及不可避免的杂质
  本发明铜合金   9     1.23     1.78     0.071     0.97     0.009     0.050     0.010     0.069     余量 无
    10     1.22     1.82     0.068     0.54     0.0002     0.049     0.009     0.0582     余量 无
    11     1.21     1.80     0.071     0.54     0.018     0.051     0.011     0.080     余量 无
    12     1.20     1.79     0.070     0.54     0.010     0.0001     0.010     0.0201     余量 无
    13     1.24     1.81     0.069     0.53     0.011     0.098     0.009     0.118     余量 无
    14     1.23     1.82     0.072     0.49     0.009     0.049     0.0002     0.0582     余量 无
    15     1.22     1.81     0.068     0.50     0.012     0.050     0.019     0.081     余量 无
对比的铜合金1     1.24     1.80     0.052     0.55     0.0245   Ca：0.0052，Pb：0.0058     余量 有

Claims (2)

1、一种在其镀敷预处理时无污迹的高强度Cu基合金，它含有(重量％)：Ni：        0.5-2.0％、Sn：        1.2-2.5％、Si：        0.04-0.1％、Zn：        0.1-1％、Mg：        0.0001-0.02％、Mn：        0.0001-0.1％、P：         0.0001-0.02％、Cu和不可避免的杂质：余量，其中Mg、Mn及P的总量为0.001-0.12％。
2、按照权利要求1的高强度Cu基合金，它含有：Ni：        0.8-1.8％、Sn：        1.4-2.2％、Si：        0.05-0.09％、Zn：        0.2-0.8％、Mg：        0.0003-0.015％、Mn：        0.0005-0.08％、P：         0.0005-0.018％、Cu和不可避免的杂质：余量，其中Mg、Mn和P的总量为0.004-0.11％。
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