CN109735740B - 一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，由以下重量百分比的组分构成：1.0～8.0%的镍，0.25～2%的硅、0.1～0.2%的铁、0.01～0.05%的磷、0.1～0.4%的镁、0.2%～0.6%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钇中的一种或两种。本发明采用独特的制备工艺，通过在Cu‑Ni‑Si合金中添加合金元素Fe、P、Mg以及微量稀土元素Ce和Y，对铜合金整体进行了多相强化合金处理。制备出了一种抗拉强度较高，导电率可达63 IACS%以上，且各项综合性能优异的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。
Description
技术领域
本发明属于铜合金材料技术领域，具体的说是一种添加稀土的多相强化电子封装铜合金及其制备方法。
背景技术
电子封装用铜合金材料由于其优良的导电、导热性而广泛应用于集成电路。因此，电子封装用铜合金是电子信息产业的重要基础材料。工作时能够为芯片提供供电通路、散热、支撑等功能，同时能够连接外部电路传送信号。因此，电子封装用铜合金材料的性能要求为高的抗拉强度、良好的弹性、高导电率、具备较强的抗应力松弛性能、疲劳强度等。目前生产使用较多的为Cu-Fe-P等合金，但其存在强度较低的缺陷。因此，需要寻找一种具有高强度高导电性的电子封装用铜合金以满足电子信息产业的高速发展带来的对该类铜合金综合性能的高要求。Cu-Ni-Si合金是一种高强中导的性能优异的引线框架铜合金，具有高强度，较好的导电性、加工性、弯曲微细加工、刻蚀性能、钎焊性能、电镀性能和树脂的密封性。因而，如何提高Cu-Ni-Si合金的性能，对电子封装产业会起到巨大的促进作用。
中国专利2012年9月19日（公开号：CN 102676876 A）公开的高强高导铜合金材料及其制造方法，该发明在Cu-Ni-Si合金中添加Be等微量元素，能够对合金的塑性进行提升，但是如何降低Be对环境的污染和人体的危害性需要进一步解决。日本在我国于2011年9月21日申请的专利（公开号：CN 103014409 A）涉及凸焊特性优异的Cu-Ni-Si 系铜合金及其制造方法，其中Ni、Si含量分别为1.0～4.0%、0.3～0.7%，但是该发明以注重改善合金的凸焊特性为主要目的，其导电率较低。日本在我国于2013年2月15日申请的专利（公开号：CN104271784 A）涉及Cu-Ni-Si类合金，主要添加了Mg、Mn和Zn等合金元素，但该类合金的导电率普遍偏低。
发明内容
为了解决现有技术中的Cu-Ni-Si合金导电率普遍不高的技术问题，本发明采用独特的制备工艺，通过在Cu-Ni-Si合金中添加合金元素Fe、P、Mg以及微量稀土元素Ce和Y，对铜合金整体进行了多相强化合金处理。制备出了一种抗拉强度较高，导电率可达63 IACS%以上，且各项综合性能优异的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。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，由以下重量百分比的组分构成：1.0～8.0%的镍，0.25～2%的硅、0.1～0.2%的铁、0.01～0.05%的磷、0.1～0.4%的镁、0.2%～0.6%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钇中的一种或两种。
所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铈和钇的重量比为1：1。
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备铜镁中间合金：按照上述重量百分配比，分别称取镁以及组分铜总质量10～20%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1100℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
（2）制备铜磷中间合金：按照上述重量百分配比，分别称取磷以及组分铜总质量10～15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1000~1030℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜磷中间合金，备用；
（3）制备铜-稀土中间合金：按照上述重量百分配比，分别称取稀土元素以及组分铜总质量65～80%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1080℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（4）熔炼、铸模：按照上述重量百分配比，分别称取纯镍、纯硅和纯铁，与步骤（1）制得的铜镁中间合金、步骤（2）制得的铜磷中间合金以及步骤（3）制得的铜-稀土中间合金一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200～1350℃，熔融后，于1100～1200℃的浇筑温度条件下注入铸模，形成铸锭，自然冷却至室温，备用；
（5）热挤压：将步骤（4）制得的铸锭加热至900～950℃，并在该温度下进行保温处理2～4h，然后，按照5～10:1的挤压比热挤压成棒坯，备用；
（6）固溶处理：将步骤（5）制得的棒坯装入箱式电阻炉中，在900～950℃温度下进行保温1.5～2.5h，然后进行水淬；
（7）冷轧变形：将步骤（6）固溶处理后的合金进行冷轧变形，控制变形量为20～80%；
（8）时效处理和冷轧变形：将步骤（7）冷轧变形后的合金置于450～550℃的温度条件下进行时效处理，之后进行冷轧变形，即得成品电子封装材料。
在步骤（8）中，所述时效处理和冷轧变形的具体操作方法为：将步骤（7）冷轧变形后的合金先置于450～550℃的温度条件下，进行保温1～24h的时效处理，之后，进行变形量为20～80%的第一次冷轧变形，然后，再置于450～550℃的温度条件下，进行保温2～24h的时效处理，随后，进行变形量为60～80%的第二次冷轧变形，制得成品电子封装材料。
将进行过第二次冷轧变形后的合金置于460℃温度条件下，进行保温1～6h的时效处理，随后，进行变形量为20～80%的第三次冷轧变形，制得成品电子封装材料。
本发明的有益效果：
1、本发明的一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，在Cu-Ni-Si合金的基础上添加了合金元素Fe、P、Mg以及稀土元素Ce和Y。其中，Fe元素的添加能够有效提高合金的强度，P元素的添加能够细化原始晶粒，Mg元素的添加能够提高合金强度。此外，该铜合金在时效处理过程中，合金元素之间能够形成多种合金化合物，如Fe和P之间能形成Fe2P，其稳定性高；Ni和P之间能形成Ni3P，可显著提高抗拉强度；Cu和Mg之间能形成Cu2Mg；Ni和Si之间能形成Ni2Si。在本发明时效工艺的有效控制下，这些化合物的尺寸大小维持在纳米级，细化了合金晶粒，从而能够有效提高合金强度，同时导电率也能得到大幅提高。稀土元素Ce和Y的加入能够利于精炼、除气和微合金化作用，同时可以有效除去熔炼合金内部的杂质元素，细化晶粒。因此，可以有效提高合金的抗拉强度、硬度、导电率、软化温度和延伸率等。本发明通过限定合金的成分及其各组分的百分配比，使各组分合理配伍、综合作用，通过相互之间的微合金化作用，形成了纳米级的多相强化合金，显著提高了Cu-Ni-Si合金材料的综合性能，使成品铜合金的抗拉强度大于≥780MPa，导电率≥63%IACS，延伸率≥12%，软化温度≥520℃，综合性能优异，能较好的满足电子封装领域用材料对铜合金性能的要求。
2、本发明在电子封装材料的制备工艺中，采用了分步骤的多次熔炼，进行铜镁中间合金、铜磷中间合金和铜-稀土中间合金预先制备的操作。这种中间合金的预先制备步骤，能够使合金配方中的铜与目标金属进行前期的微合金化均匀融合，使其拥有合金的优异性能，并能通过金属铜对镁、磷和稀土金属元素表面的充分包覆，有效减少镁、磷、稀土等易氧化元素在后期铜合金各组分混合熔炼过程中的烧损量，提高原料利用率。同时，在混合熔炼过程中，后期添加的纯镍、纯硅和纯铁还能够向已经微合金化的铜镁中间合金、铜磷中间合金和铜-稀土中间合金的晶体组织中进行溶渗式填充，并以微量合金形成的方式在Cu基体上弥散析出，不仅能够在一定程度上细化合金的晶粒，形成交互式合金通路，增强导电性和抗拉强度，还能够增强合金的密度，提高合金的耐磨损性能。
3、本发明的制备工艺中，为了能够在时效过程中让析出相充分析出，采用了多步骤、分次序的多次时效和配套冷轧变形处理。其原因在于，经过前期熔炼后的铸模、热挤压、固溶处理和冷轧变形后，熔炼过程中形成的合金发生了移位和再次结晶合金化，而多次的时效处理和配套冷轧变形处理不仅能够改变再结晶晶体的形核位置，使其在整体合金中均匀分布，还能提高析出相的形核速率，从而对合金强度和导电率的提升起到促进作用。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，各元素含量的质量百分比为，1.0～8.0%的镍，0.25～2%的硅、0.1～0.2%的铁、0.01～0.05%的磷、0.1～0.4%的镁、0.2%～0.6%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钇中的一种或两种。
上述多相强化型电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备中间合金：
将镁和组分铜总质量10～20%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050~1100℃，熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量10～15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1000~1030℃，熔炼0.5~1h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量65～80%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050~1080℃，熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和铜-稀土中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10- 2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200～1350℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1100～1200℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至900～950℃，保温2～4小时，然后热挤压成棒材，挤压比5～10:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900～950℃保温1.5～2.5小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为20～80%；
（6）时效处理和冷轧变形：将步骤（5）冷轧变形后的合金置于450～550℃的温度条件下进行时效处理，之后进行冷轧变形，即得成品电子封装材料。
进一步的，所述时效处理和冷轧变形的方法为：先在时效温度450～550℃下保温1～24小时，进行第一次冷轧变形，变形量为20～80%；然后在时效温度450～550℃下保温2～24小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60～80%。
进一步的，所述时效处理和冷轧变形的方法为：先在时效温度450～550℃下保温1～24小时，进行第一次冷轧变形，变形量为20～80%；然后在时效温度450～550℃下保温2～24小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60～80%，之后，先在时效温度460℃下保温1～6小时，再进行第三次冷轧变形，变形量为20～80%。
本发明的制备工艺中，450～550℃温度条件下的多次时效处理和冷轧变形，使合金中的Ni与P之间形成了溶渗合金化结构的Ni-P合金。该合金结构是由P的Ni基固溶体晶粒和沿其边界分布的二元共晶体Ni-Ni3所组成。其中的固溶体晶粒呈不规则的多角形，且共晶结构呈薄而连续的网状。多次反复时效处理后，晶粒的多角形结构变为圆形，实现了组织的细化，合金整体的抗拉强度也得到显著提高。
实施例1
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，由以下重量百分比的组分组成，1.0%的镍，0.25%的硅、0.1%的铁、0.01%的磷、0.1%的镁、0.2%的铈，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量20%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量10%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1000℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量70%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1070℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1100℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至900℃，保温2小时，然后热挤压成棒材，挤压比5:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900℃保温2小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为60%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度480℃下保温3小时，进行第一次冷轧变形，变形量为40%；然后在时效温度550℃下保温2小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60%，制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例2
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，2.0%的镍，0.5%的硅、0.2%的铁、0.02%的磷、0.2%的镁、0.2%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量10%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1060℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1010℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量75%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1070℃，熔炼1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1250℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1110℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至900℃，保温2小时，然后热挤压成棒材，挤压比6:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900℃保温2小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为60%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度450℃下保温24小时，进行第一次冷轧变形，变形量为80%；然后在时效温度500℃下保温3小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为70%，制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例3
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，3.0%的镍，0.75%的硅、0.2%的铁、0.02%的磷、0.2%的镁、0.2%的铈、0.2%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1060℃，熔炼1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量12%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1010℃，熔炼1h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量73%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1070℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1260℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1110℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至910℃，保温2小时，然后热挤压成棒材，挤压比6:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900℃保温2小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为60%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度460℃下保温2小时，进行第一次冷轧变形，变形量为60%；然后在时效温度450℃下保温2小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60%，制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例4
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，4.0%的镍，1.0%的硅、0.1%的铁、0.02%的磷、0.3%的镁、0.2%的铈、0.2%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量16%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050℃，熔炼1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量14%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1010℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量70%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1070℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1290℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1120℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至900℃，保温2小时，然后热挤压成棒材，挤压比7:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900℃保温1.5小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为60%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度460℃下保温2小时，进行第一次冷轧变形，变形量为60%；然后在时效温度460℃下保温4小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60%，制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例5
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，4.0%的镍，1.0%的硅、0.2%的铁、0.03%的磷、0.5%的镁、0.2%的铈、0.2%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量20%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1100℃，熔炼0.8h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1030℃，熔炼0.7h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量65%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1080℃，熔炼1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1150℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至920℃，保温3小时，然后热挤压成棒材，挤压比7:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在930℃保温2.5小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为20；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度480℃下保温10小时，进行第一次冷轧变形，变形量为20%；然后在时效温度550℃下保温2小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为80%，制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例6
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，4.0%的镍，1.0%的硅、0.1%的铁、0.04%的磷、0.1%的镁、0.3%的铈、0.3%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量10%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量10%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1020℃，熔炼1h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量80%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1080℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1110℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至950℃，保温2小时，然后热挤压成棒材，挤压比8:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900℃保温2.5小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为80%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度460℃下保温2小时，进行第一次冷轧变形，变形量为60%；然后在时效温度460℃下保温4小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60%，最后在时效温度为460℃下保温1小时，再进行第三次冷轧变形，变形量为80%。制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例7
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，5.0%的镍，1.3%的硅、0.1%的铁、0.05%的磷、0.2%的镁、0.2%的铈、0.2%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量12%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1100℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1020℃，熔炼1h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量73%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1070℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1200℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至940℃，保温2小时，然后热挤压成棒材，挤压比9:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在950℃保温2小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为40%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度450℃下保温7小时，进行第一次冷轧变形，变形量为80%；然后在时效温度450℃下保温2小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60%，最后在时效温度为460℃下保温2小时，再进行第三次冷轧变形，变形量为30%。制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例8
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，6.0%的镍，1.5%的硅、0.1%的铁、0.02%的磷、0.1%的镁、0.2%的铈、0.2%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量18%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1080℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1020℃，熔炼0.8h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量67%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1060℃，熔炼0.7h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1350℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1150℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至900℃，保温4小时，然后热挤压成棒材，挤压比10:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在920℃保温2.5小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为20%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度450℃下保温24小时，进行第一次冷轧变形，变形量为20%；然后在时效温度550℃下保温2小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为80%，最后在时效温度为460℃下保温6小时，再进行第三次冷轧变形，变形量为80%。制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
实施例9
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料及其制备方法，由以下重量百分比的组分组成，8.0%的镍，2%的硅、0.1%的铁、0.02%的磷、0.1%的镁、0.25%的铈、0.25%的钇，余量为铜和不可避免的杂质元素。
具体制备方法为：
（1）制备中间合金：
将镁和上述组分铜总质量20%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1100℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
将磷和上述组分铜总质量12%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1020℃，熔炼1h，自然冷却后得到Cu-P中间合金，备用；
将稀土和上述组分铜总质量68%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1070℃，熔炼0.5h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（2）熔炼、铸模：将步骤（1）制得的Cu-Mg中间合金、Cu-P中间合金和Cu-Ce中间合金、Cu-Y中间合金，与纯铁、纯硅和纯镍一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1350℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1200℃；
（3）热挤压：将步骤（2）得到的铸锭加热至930℃，保温2.5小时，然后热挤压成棒材，挤压比10:1，得到棒坯；
（4）固溶处理：将步骤（3）的棒坯装入箱式电阻炉中，在900℃保温2小时，然后进行水淬；
（5）冷轧变形：将步骤（4）固溶处理后的合金进行冷轧变形，变形量为70%；
（6）时效处理和冷轧变形：对步骤（5）冷轧变形后的合金进行时效处理，具体方法为，先在时效温度460℃下保温2小时，进行第一次冷轧变形，变形量为80%；然后在时效温度460℃下保温4小时，再进行第二次冷轧变形，变形量为60%，最后在时效温度为460℃下保温4小时，再进行第三次冷轧变形，变形量为20%。制得成品电子封装材料。
对本实施所制得的电子封装材料进行抗拉强度、导电率、延伸率和软化温度等合金性能的测定，其结果如下表1所示。
表1 本发明各实施例的合金主要性能
| 合金成分 | 抗拉强度/MPa | 导电率/IACS% | 延伸率/% | 软化温度/℃ |
| 实施例1 | 804 | 78 | 16 | 550 |
| 实施例2 | 786 | 68 | 14 | 550 |
| 实施例3 | 802 | 69 | 13 | 540 |
| 实施例4 | 810 | 71 | 12 | 530 |
| 实施例5 | 821 | 67 | 13 | 530 |
| 实施例6 | 817 | 74 | 15 | 520 |
| 实施例7 | 826 | 81 | 12 | 525 |
| 实施例8 | 837 | 70 | 17 | 520 |
| 实施例9 | 855 | 65 | 15 | 530 |
由上表中的实验数据可知：本发明制备的相强化型铜合金电子封装材料具有优异的综合性能，其中，其抗拉强度达到了786MPa以上，导电率达到了65%IACS以上，延伸率达到了12%以上，软化温度达到了520℃以上，综合性能优异，能较好的满足电子封装领域用铜合金对于高的抗拉强度、良好的弹性、高导电率、较强的抗应力松弛性能等使用性能的要求。
Claims (4)
1.一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：1.0～8.0%的镍，0.25～2%的硅、0.1～0.2%的铁、0.01～0.05%的磷、0.1～0.4%的镁、0.2%～0.6%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钇中的一种或两种；
一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备铜镁中间合金：按照上述重量百分配比，分别称取镁以及组分铜总质量10～20%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1100℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；
（2）制备铜磷中间合金：按照上述重量百分配比，分别称取磷以及组分铜总质量10～15%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1000~1030℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜磷中间合金，备用；
（3）制备铜-稀土中间合金：按照上述重量百分配比，分别称取稀土元素以及组分铜总质量65～80%的铜放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1080℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；
（4）熔炼、铸模：按照上述重量百分配比，分别称取纯镍、纯硅和纯铁，与步骤（1）制得的铜镁中间合金、步骤（2）制得的铜磷中间合金以及步骤（3）制得的铜-稀土中间合金一起放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200～1350℃，熔融后，于1100～1200℃的浇注 温度条件下注入铸模，形成铸锭，自然冷却至室温，备用；
（5）热挤压：将步骤（4）制得的铸锭加热至900～950℃，并在该温度下进行保温处理2～4h，然后，按照5～10:1的挤压比热挤压成棒坯，备用；
（6）固溶处理：将步骤（5）制得的棒坯装入箱式电阻炉中，在900～950℃温度下进行保温1.5～2.5h，然后进行水淬；
（7）冷轧变形：将步骤（6）固溶处理后的合金进行冷轧变形，控制变形量为20～80%；
（8）时效处理和冷轧变形：将步骤（7）冷轧变形后的合金置于450～550℃的温度条件下进行时效处理，之后进行冷轧变形，即得成品电子封装材料。
2.如权利要求1所述的一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，其特征在于：所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铈和钇的重量比为1：1。
3.如权利要求1所述的一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，其特征在于：在步骤（8）中，所述时效处理和冷轧变形的具体操作方法为：将步骤（7）冷轧变形后的合金先置于450～550℃的温度条件下，进行保温1～24h的时效处理，之后，进行变形量为20～80%的第一次冷轧变形，然后，再置于450～550℃的温度条件下，进行保温2～24h的时效处理，随后，进行变形量为60～80%的第二次冷轧变形，制得成品电子封装材料。
4.如权利要求3所述的一种添加有稀土的多相强化型电子封装材料，其特征在于：将进行过第二次冷轧变形后的合金置于460℃温度条件下，进行保温1～6h的时效处理，随后，进行变形量为20～80%的第三次冷轧变形，制得成品电子封装材料。
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