CN106756205B - 一种引线框架用铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种引线框架铜合金材料，其重量百分比成分为：Fe：0.08—0.14%；P：0.02—0.04%；Zn：0.02—0.06%；Sn：0.01—0.03%；Ni：0.01—0.03%，余量为铜。制造方法包括：配料、熔炼、水平连铸、挤压、粗轧、一次时效退火、精轧、二次时效退火、成品轧制、成形加工、产品；通过添加少量Sn、Ni、P等元素改善合金综合性能，获得导电率为87.5%IACS，钎焊后合金硬度为原始厚度90%，采用水平连铸使铸坯有较好固溶效果，挤压轧制过程中，进行二次时效处理，并采用分级时效的热处理方法，使合金获得细小的Fe2P第二相质点，从而获得高导电率和抗高温软化硬度等优良的合金材料性能。

Description

一种引线框架用铜合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种引线框架用铜合金材料及其加工方法。
背景技术
引线框架材料主要应用于集成电路和半导体器件，起传递电信号和向外散发元件热量的作用。铜合金以其优良的导电、导热性及价格低等优点，已占框架材料用量的80%以上，其中以Cu-Fe-P系合金为最具代表性。目前在生产方面采用有两种方法：第一种为：“热轧生产法”，即：半连铸铸锭→加热→热轧→在线固溶（或打卷后淬火）→铣面→粗轧→退火→精轧→退火→成品轧制→成品包装。第二种为：上引铸造法，即上引铸造→连续挤压→粗轧→退火→中轧→退火→成品轧制→成品退火→成品其它工序。
第一种生产方法周期长、设备投资大、成品率偏低；第二种方法在生产过程中缺少固溶处理过程，退火温度控制过高（600℃以上）不能利用合金的时效强化效果，使合金的综合性能偏低，客户生产使用中，常会出现焊接后材料的原始硬度降幅太大，难以满足后续加工使用要求。
发明内容
本发明是针对上述问题而提供一种综合性能和使用性能都较好的引线框架铜合金材料以及其合适的制备方法。
本发明提供的一种引线框架铜合金材料，其重量百分比成分为：Fe：0.08—0.14%；P：0.02—0.04%；Zn：0.02—0.06%；Sn：0.01—0.03%；Ni：0.01—0.03%，余量为铜。
添加Zn元素，其添加量控制在0.02-0.06%，添加微量的锌元素可小幅降低合金导电率，但能增强合金基体的硬度，能在钎焊时可产生浸润作用，大大减少合金钎焊时的氧化，提高产品钎焊质量。
添加Sn和Ni，微量的Sn和Ni，可增加合金基体的硬度，其中锡的添加还可提高合金的软化温度，镍的添加可进一步提高合金的抗氧化性，并使合金在钎焊加工后可获得90%左右的原始硬度，增强合金的抗软化性。
铁和磷为该合金的主要添加元素，在合金时效过程中铁和磷，以Fe2P第二相的形式从合金基体中析出，提高合金的导电率，使合金的硬度和抗拉强度升高。
本发明还提供了一种引线框架铜合金材料的制备方法，该方法包括：配料、熔炼、水平连铸、挤压、粗轧、一次时效退火、精轧、二次时效退火、成品轧制、成形加工、产品；
其中，所述熔炼温度为1160～1200℃；
所述水平连铸为节距2～15mm，速度10～30mm/s，然后停0.2～3S，再进行反推1～4mm，反推速度为8～0mm/s；
所述挤压为连续挤压，连续挤压转速为3-15转/分钟；
所述粗轧速度为1-5m/s；
所述一次时效退火温度为450～600℃保温6～10小时，分二级进行；
所述精轧的加工率在30%～70%；
所述第二次时效退火温度为450～550℃保温4～10小时；
所述成品轧制的加工率为10%～60%，轧制后进行成形加工，检验合格包装入库。
水平连铸的最后出口温度在650～850℃之间，进行二次喷水冷却，以达到铸锭固溶效果，减少后道加热和固溶的环节，缩短工艺流程，节省能耗，降低生产成本。
通过两次时效退火，其中第一次为主时效退火450～600℃保温6～10小时分二级进行；第二次时效的时效温度为420～520℃，保温4～10小时，第一次分级时效退火不仅使合金的后道冷加工得以顺利进行，更能使合金获得细小的Fe2P第二相质点，进而获得较高的导电率。第二次退火时效在保持第一次时效所获得的较高导电率同时，获得形变强化与时效强化的叠加效果，可获得更高的综合性能。
附图说明
图1为采用传统工艺生产带材的第二相分布。
图2为采用本发明生产带材的第二相分布。
具体实施方式
以下为该发明实施的具体说明：
本发明引线框架用铜合金材料的实施例1：
其重量百分比成分为Fe:0.12%，P：0.03%，Zn：0.05%；Sn：0.025%；Ni：0.012%，余量为铜。
具体可表述如下：以重量百分比计，按照上述化学含量成分进行配料，将电解铜、部分磷铜（约1/3配比）、白铜管（B10）、锡锭、H65棒依次加入水平连铸炉进行熔炼，熔炼温度为1160～1200℃，出口温度控制为780℃，二次喷水冷却，产出Φ20规格的铸锭。挤压前对铸坯表面进行清洗或去皮操作，经洗刷后进行连续挤压，连续挤压转速为3～15转/分，产出10×60mm规格的铜排，经粗轧后厚度为2.2mm的铜板带。进行第一次时效退火分二级进行，一级退火温度为500～530℃保温3小时，二级退火温度为470～500℃保温4小时，然后再进行精轧至厚度为0.7mm铜板带。接着第二次时效退火，退火温度为450～480℃保温6小时，最后轧制至0.5mm铜板带，清洗后进行200～230℃保温6小时的去应力退火，得到符合要求的产品。产品性能指标：导电率为86.5%IACS，硬度为HV126，经460℃3分钟软化试验后，其硬度值仍达HV115。
按上述工艺制备的材料，第二质点相Fe2P弥散分布，使材料在高温下（钎焊温度）有更优良抗软化能力。由于钎焊前后硬度差值仅为9个HV值，材料内部应力大大降低，从而保证钎焊后材料的板型，避免出现较大变形和翘曲现象。
其他实施例的具体化学成分含量见表1所示。
表1
本发明其他实施例的生产工艺按表2进行熔炼、铸造、挤压、粗轧、一次退火、精轧、二次退火、成品轧制，最终得到成品。
表2
本发明其他实施例的性能指标如表3
表3
实施例 硬度HV 导电率%IACS 软化测试后硬度HV
实施例2 122 88.6 111
实施例3 124 88.2 110
实施例4 122 88.5 112
对比例 121 88.9 101
本发明的工艺流程为：配料→熔炼→水平连铸→挤压（挤压前进行去皮或刷铣操作）→粗轧→一次退火（分级时效）→精轧→二次退火（时效）→成品轧制→成形加工→产品
传统工艺制备方法（上引方法）：配料→熔炼→上引连铸→挤压（挤压前进行去皮或刷铣操作）→粗轧→一次退火（时效550℃*7h）→精轧→二次退火（时效）→成品轧制→成形加工→产品
综上所述，实施例2、实施3、实例4通过成分配比、工艺流程的改进，使引线框架用铜合金材料的硬度HV比对比例高，导电率%IACS与对比例相当，但在经460℃×3min软化试验后，其硬度值要高于对比例，可有效保证钎焊后材料的板型，避免出现较大变形和翘曲现象。
本发明的技术优点在于通过添加少量Sn、Ni、P等元素，来改善合金综合性能（可获得导电率为87.5%IACS,钎焊后合金硬度为原始硬度90%的），并采用“分级时效”的热处理方法获得材料优良的性能（如硬度和抗高温软化硬度等）。在制备过程中，控制水平连铸最后出口温度650～850℃，并进行二次喷水冷却，可达到铸坯较好的固溶效果，使材料在后续加工和时效过程中有更细小、弥散的第二相析出，并且可以减少后道加热固溶工序，缩短工艺流程；在挤压轧制过程中，采用二次时效处理，可使材料的焊接性能和抗软化温度有较大提高。
图1为上引杆坯经连续挤压带坯通过冷轧以及退火后的组织，黑色的颗粒状物质为Fe2P质点相，由图中可以看出第二相（质点相）呈团状分布，分布不均。图2为本发明生产的带材金相组织，从图中可以看出，第二相（质点相）质点均匀分布于基体中。
新方法制备的材料由于第二相（质点相）均匀弥散分布在基体中，使得材料在钎焊过程中硬度降低少，材料中应力低，避免出现翘曲、变形等缺陷。

Claims (3)

1.一种引线框架铜合金材料，其重量百分比成分为：Fe：0.08—0.14%；P：0.02—0.04%；Zn：0.02—0.06%；Sn：0.01—0.03%；Ni：0.01—0.03%，余量为铜；其特征是制造方法包括：配料、熔炼、水平连铸、挤压、粗轧、一次时效退火、精轧、二次时效退火、成品轧制、成形加工、产品；
其中，所述熔炼温度为1160～1200℃；
所述水平连铸为节距2～15mm，速度10～30mm/s，然后停0.2～3S，再进行反推1～4mm，反推速度为8mm/s；
所述挤压为连续挤压，连续挤压转速为3-15转/分钟；
所述粗轧速度为1-5m/s；
所述一次时效退火温度为450～600℃保温6～10小时，分二级进行；
所述精轧的加工率在30%～70%；
所述二次时效退火温度为450～550℃保温4～10小时；
所述成品轧制的加工率为10%～60%，轧制后进行成形加工，检验合格包装入库。
2.根据权利要求1所述的一种引线框架铜合金材料的制备方法，其特征是所述水平连铸的最后出口温度在650～850℃之间，进行二次喷水冷却。
3.根据权利要求1所述的一种引线框架铜合金材料的制备方法，其特征是所述一次时效退火分二级进行，一级退火温度为500～530℃保温3小时，二级退火温度为470～500℃保温4小时。
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