CN111549252B

CN111549252B - 一种高性能引线框架用铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN111549252B
Application number: CN202010303349.8A
Authority: CN
Inventors: 向朝建; 娄花芬; 王金华; 莫永达; 张曦; 陈忠平; 杨春秀; 张嘉凝; 刘宇宁
Original assignee: China Aluminum Material Application Institute Co ltd
Current assignee: China Aluminum Material Application Institute Co ltd
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2040-04-17
Also published as: CN111549252A

Abstract

一种高性能引线框架用铜合金及其制备方法，其成分包括：0.2～0.6wt％Fe，0.05～0.15wt％P，0.1～0.2wt％Zn，0.05～0.15wt％Co，0.01～0.1wt％Zr，0.01～0.1wt％Ti，其余为铜和不可避免的杂质元素；其中，Fe和P元素的质量百分比值为4～6:1，Fe和Co元素的质量百分含量总和范围为0.3～0.7％，Zr和Ti元素的质量百分含量总和范围为0.05～0.15％。其制备方法包括熔铸、热轧、冷轧、时效、精轧、最终退火。本发明通过降低Fe元素含量、控制热轧终了温度和阶梯时效制度，使合金析出更加充分，且细小和弥散分布，配之以合理冷轧变形量，实现强度、导电弯曲和蚀刻性能的匹配。

Description

一种高性能引线框架用铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及属于高性能铜合金制备技术领域，具体涉及一种引线框架用高强度、高导电的耐热铜合金及其制备方法。

背景技术

引线框架材料是电子信息、汽车、航空航天、武器装备等领域芯片支撑不可或缺的关键材料，铜基合金具有优良的导电性，是制备引线框架优选的材料，Cu-Fe-P系合金具有成本低、熔铸工艺相对简单等优势，被广泛应用在引线框架材料中。随着微电子、通讯、交通、航天、航空等高技术领域的快速发展，电子部件也向高集成化、小型化、薄壁化方向发展，这时对引线框架材料提出了更高的要求，除了具备高强度、较高导电导热性能之外，还需要有较高的软化温度、抗氧化性、良好的蚀刻性、弯曲成形性和抗应力松弛等性能。商业化的C19400合金具有中等的抗拉强度，但导电率和耐热性能偏低，其综合性能仍然不能满足目前高性能引线框架的要求。

CuFeP系合金的最大不足在于强度、导电率和耐热性均偏低，限制其在小型化部件上的应用。专利CN101899587针对小型化部件的要求，提出了Cu-Fe-P类合金的制备方法，与C19400合金相比，降低Fe元素的添加量，同时增加了Sn和其他微量元素，其抗拉强度可以达到550MPa，同时导电率可以达到80％IACS，该专利是基于提高铜合金冲压性能而提出的，主要是通过调控织构类型和织构强度来优化其冲压性能。随着对引线框架材料要求的不断提高，冲压法已不能满足材料高精度和形状多样化的要求，而蚀刻法是制备高精度引线框架材料的首选方法，也适合开发不同形状的引线框架材料。传统的铜合金板带制备工艺已不能满足目前引线框架行业对蚀刻性能的要求，提升铜合金的蚀刻性能是目前引线框架用的铜合金面临的关键问题。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种高性能引线框架用铜合金及其制备方法，旨在提高铜合金强度和导电性的同时获得优异的耐热性和蚀刻性能，能较好地满足电子工业领域对引线框架材料性能的诸多要求。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种高性能引线框架用铜合金，其特征在于，所述铜合金的成分包括：0.2wt％～0.6wt％Fe，0.05wt％～0.15wt％P，0.1wt％～0.2wt％Zn，0.05wt％～0.15wt％Co，0.01wt％～0.1wt％Zr，0.01wt％～0.1wt％Ti，其余为铜和不可避免的杂质元素；其中，Fe和P元素的质量百分比值为4～6:1，Fe和Co元素的质量百分含量总和范围为0.3％～0.7％，Zr和Ti元素的质量百分含量总和范围为0.05％～0.15％。

进一步地，所述的铜合金成分还包括其他元素，所述其他元素为Sn、Ag、Si、Cr、Ni、Mg中的一种或几种混合元素，所述其他元素的总质量百分比含量小于0.1％。

进一步地，所述的铜合金成分中，铜采用电解铜，Fe采用Cu-10wt％Fe中间合金，Co采用Cu-10wt％Co中间合金，Zr采用Cu-15wt％Zr中间合金，P采用Cu-14wt％P中间合金，钛采用海绵钛，Zn采用纯Zn。

进一步地，所述的铜合金制得的合金产品抗拉强度580MPa-630MPa，电导率78-85％IACS，软化温度达550℃～575℃。

一种如上所述的高性能引线框架用铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)熔铸：首先将电解铜、Cu-10wt％Fe中间合金、Cu-10wt％Co中间合金、Cu-15wt％Zr中间合金、Cu-14wt％P中间合金、海绵钛和纯Zn作为原材料在1200℃～1280℃熔化后浇铸获得铸锭；

2)热轧：将经步骤1)得到的铸锭加热至950℃～1000℃进行热轧，终轧温度控制在720℃以上，终轧后进行在线喷淋淬火；

3)冷轧：将经步骤2)得到的热轧板表面氧化皮去除后进行冷轧变形，变形量控制在50％～80％；

4)时效：以5℃/min～10℃/min的升温速率加热至400℃～500℃，保温30min～180min；然后再以5℃/min～10℃/min的升温速率加热至500℃～600℃，保温30min～120min；

5)精轧：将经步骤4)得到的板带进行精轧，变形量控制在40％～60％；

6)最终退火：将经步骤5)得到的板带进行保温，获得高性能铜合金带材。

进一步地，所述步骤6)中将经步骤5)得到的板带在550℃保温30S。

本发明的有益技术效果如下：

1)本发明在现有CuFeP系C19400合金基础上，通过降低Fe元素含量和添加微量Co、Ti和Zr元素，增加Co、Ti和Zr的微粒析出相进一步强化合金，提高合金的耐热性能，且同时提高合金的强度和导电率，合金产品抗拉强度580-630MPa，电导率78-85％IACS，软化温度达550～575℃，具有较好的强度、导电、耐热的综合性能；

2)本发明中，通过降低Fe元素含量和添加微量Co、Ti和Zr元素，减少粗大的富Fe相，形成Co、Ti和Zr的微粒析出相，有助于蚀刻性能提升，避免粗大Fe相对蚀刻性能的影响；

3)本发明中，通过控制热轧终了温度和阶梯时效制度，使合金析出更加充分，且细小和弥散分布，配之以合理冷轧变形量，实现强度、导电弯曲和蚀刻性能的匹配。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

首先将电解铜、Cu-10wt％Fe中间合金、Cu-10wt％Co中间合金、Cu-15wt％Zr中间合金、Cu-14wt％P中间合金、Cu-20wt％Si中间合金、海绵钛和纯Zn作为原材料在1280℃熔化后浇铸获得铸锭，铸锭成分为：0.25wt％Fe，0.05wt％P，0.15wt％Zn，0.1wt％Co，0.05wt％Zr，0.05wt％Ti，0.05wt％Si，其余为铜；将上述铸锭加热至960℃进行热轧，终轧温度为725℃，终轧后进行在线喷淋淬火；将上述热轧板表面氧化皮去除后进行冷轧变形，变形量控制在75％；以5℃/min的升温速率加热至500℃保温90min，然后再以5℃/min的升温速率加热至600℃保温60min；将上述时效后的板带进行精轧，变形量控制在45％；550℃保温30S获得高性能铜合金带材。该合金的抗拉强度为595MPa，导电率为82.8％IACS，软化温度达到550℃。

实施例2

首先将电解铜、Cu-10wt％Fe中间合金、Cu-10wt％Co中间合金、Cu-15wt％Zr中间合金、Cu-14wt％P中间合金、Cu-20wt％Si中间合金、Cu-20wt％Ni中间合金海绵钛和纯Zn作为原材料在1250℃熔化后浇铸获得铸锭，铸锭成分为：0.35wt％Fe，0.08wt％P，0.15wt％Zn，0.08wt％Co，0.05wt％Zr，0.08wt％Ti，0.03wt％Si，0.05wt％Ni，其余为铜；将上述铸锭加热至960℃进行热轧，终轧温度为730℃，终轧后进行在线喷淋淬火；将上述热轧板表面氧化皮去除后进行冷轧变形，变形量控制在65％；以5℃/min的升温速率加热至400℃保温150min，然后再以10℃/min的升温速率加热至500℃保温60min；将上述时效后的板带进行精轧，变形量控制在50％；550℃保温30S获得高性能铜合金带材。该合金的抗拉强度为608MPa，导电率为81％IACS，软化温度达到560℃。

实施例3

首先将电解铜、Cu-10wt％Fe中间合金、Cu-10wt％Co中间合金、Cu-15wt％Zr中间合金、Cu-14wt％P中间合金、Cu-15wt％Cr中间合金、海绵钛和纯Zn作为原材料在1220℃熔化后浇铸获得铸锭，铸锭成分为：0.45wt％Fe，0.1wt％P，0.15wt％Zn，0.06wt％Co，0.05wt％Zr，0.1wt％Ti，0.05wt％Cr，其余为铜；将上述铸锭加热至980℃进行热轧，终轧温度为735℃，终轧后进行在线喷淋淬火；将上述热轧板表面氧化皮去除后进行冷轧变形，变形量控制在75％；以10℃/min的升温速率加热至500℃保温120min，然后再以5℃/min的升温速率加热至600℃保温60min；将上述时效后的板带进行精轧，变形量控制在50％；550℃保温30S获得高性能铜合金带材。该合金的抗拉强度为620MPa，导电率为79.5％IACS，软化温度达到565℃。

实施例4

首先将电解铜、Cu-10wt％Fe中间合金、Cu-10wt％Co中间合金、Cu-15wt％Zr中间合金、Cu-14wt％P中间合金、海绵钛和纯Zn作为原材料在1280℃熔化后浇铸获得铸锭，铸锭成分为：0.6wt％Fe，0.15wt％P，0.15wt％Zn，0.05wt％Co，0.05wt％Zr，0.06wt％Ti，其余为铜；将上述铸锭加热至990℃进行热轧，终轧温度为750℃，终轧后进行在线喷淋淬火；将上述热轧板表面氧化皮去除后进行冷轧变形，变形量控制在80％；以10℃/min的升温速率加热至500℃保温150min，然后再以10℃/min的升温速率加热至600℃保温60min；将上述时效后的板带进行精轧，变形量控制在40％；550℃保温30S获得高性能铜合金带材。该合金的抗拉强度为630MPa，导电率为78.3％IACS，软化温度达到575℃。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高性能引线框架用铜合金，其特征在于，所述铜合金的成分包括：0.2 wt％～0.6wt％ Fe，0.05 wt％～0.15 wt％ P，0.1 wt％～0.2 wt％ Zn，0.05 wt％～0.15wt％Co，0.01 wt％～0.1 wt％ Zr，0.01 wt％～0.1 wt％ Ti，其余为铜和不可避免的杂质元素；其中，Fe和P元素的质量百分比值为4~6:1，Fe和Co元素的质量百分含量总和范围为0.3%~0.7%，Zr和Ti元素的质量百分含量总和范围为0.05%~0.15%；所述的铜合金制得的合金产品抗拉强度580 MPa -630MPa，电导率78-85％IACS，软化温度达550℃~575℃。

2.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，所述的铜合金成分还包括其他元素，所述其他元素为Sn、Ag、Si、Cr、Ni、Mg中的一种或几种混合元素，所述其他元素的总质量百分比含量小于0.1%。

3.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于，所述的铜合金成分中，铜原材料采用电解铜，Fe原材料采用Cu-10 wt %Fe中间合金，Co原材料采用Cu-10 wt %Co中间合金，Zr原材料采用Cu-15 wt %Zr中间合金，P原材料采用Cu-14 wt %P中间合金，钛原材料采用海绵钛，Zn原材料采用纯Zn。

4.一种如权利要求1-3任一所述的高性能引线框架用铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）熔铸：首先将电解铜、Cu-10 wt %Fe中间合金、Cu-10wt %Co中间合金、Cu-15 wt%Zr中间合金、Cu-14 wt%P中间合金、海绵钛和纯Zn作为原材料在1200℃~1280℃熔化后浇铸获得铸锭；

2）热轧：将经步骤1）得到的铸锭加热至950℃~1000℃进行热轧，终轧温度控制在720℃以上，终轧后进行在线喷淋淬火；

3）冷轧：将经步骤2）得到的热轧板表面氧化皮去除后进行冷轧变形，变形量控制在50%~80%；

4）时效：以5℃/min~10℃/min的升温速率加热至400℃~500℃，保温30min~180min；然后再以5℃/min~10℃/min的升温速率加热至500℃~600℃，保温30min~120min；

5）精轧：将经步骤4）得到的板带进行精轧，变形量控制在40%~60%；

6）最终退火：将经步骤5）得到的板带进行保温，获得高性能铜合金带材。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6）中将经步骤5）得到的板带在550℃保温30s。