CN112626371A

CN112626371A - 一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材及其加工方法

Info

Publication number: CN112626371A
Application number: CN202011432953.7A
Authority: CN
Inventors: 郭丽丽; 李学帅; 姜业欣; 蔡兰英; 郑殿水; 田原晨; 苏花鲜
Original assignee: CNMC Albetter Albronze Co Ltd
Current assignee: Zhongse Zhengrui Shandong Copper Industry Co ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112626371B

Abstract

本发明公开了一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材及其加工方法，高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的厚度为0.03~0.15mm，包括以下重量百分含量的原料：镍2.4‑2.8%，硅0.3‑1%，锡0.05‑0.1%，镁0.03‑0.2%，余量为铜和少量杂质；所述的杂质含量低于0.1%，通过熔炼铸造‑固溶热处理‑铣面‑一次冷轧‑二级固溶‑二次冷轧‑三级固溶‑一级时效‑三次冷轧‑去应力退火‑表面清洗‑拉弯矫直的方法制备得到。本发明在Cu‑Ni‑Si的基础上，添加微量的Sn、Mg，经铸造、热加工、冷加工、时效处理，获得厚度0.03‑0.15mm高强中导铜镍硅锡镁合金箔材，该产品抗拉强度达到700MPa以上、导电率≥40%IACS，抗软化温度超过550℃，可满足通讯、手机等行业用超薄高强结构支撑件。

Description

一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材及其加工方法

技术领域

本发明属于铜合金箔材加工技术领域，具体涉及一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材及其加工方法。

背景技术

随着电子通讯等相关信息产业的快速发展，对集成电路的需求越来越大，同时对其要求也越来越高。现在电子信息技术的核心是集成电路，芯片和引线框架经封装形成集成电路，作为集成电路封装的主要结构材料，引线框架在电路中发挥这重要作用，例如承载芯片、连接芯片和外部线路板电信号、安装固定等作用。可见，引线框架在集成电路器件和各组装程序中作用巨大，如何有效改善引线框架材料导热、导电、强度、硬度、高软化温度、耐热性、抗氧化性、耐蚀性、焊接性、塑封性、反复弯曲性和加工成型性能等已成为集成电路发展过程中较为突出问题。

目前常见应用于框架材料的铜合金带，根据其强度及导电率主要分为两大类：一类是高强度和中低导电率的铜合金带，代表性的为铜镍硅系列，如C70250合金，其强度为600MPa，导电率只有40％IACS左右；另一类是具有中等强度和高导电率的铜合金带，代表性的为铜铬系合金，如C18080，具有600MPa的强度，80％IACS以上的导电率，但是其软化温度在500°C以下，不能满足框架材料对高导电率和高软化温度的要求。

近年来，随着电子产业的发展，各电子信息产品不断向小型化、薄型化、轻量化、高速化、多功能化和智能化发展，而重量减轻和其中所使用装置的高度集成促使了电子部件的小型化、轻量、高性能化。随着电子部件的小型化和集中化，引线框架材料也随之向轻薄化发展。合金品种增多，且箔材厚度也在不断降低。但随着合金箔材的不断向轻薄化发展，牺牲了部分抗拉强度和抗软化温度，且电子设备伴随的发热问题也不能忽视，因此，抗高温软化性能的提高对于电子部件的要求越来越高。引线框架的微型化要求其应具有更高的强度和硬度、优越的导热性及良好的抗软化和低的热收缩率的性能。

综上所述，如何提供一种应用于引线框架的铜合金箔材及制备工艺，特别是在厚度低的情况下不牺牲诸如抗拉强度、导电率、抗软化温度、抗应力松弛性能铜合金箔材，对通讯、手机等电子领域的快速发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的铜合金带箔材厚度大、抗拉强度、导电率等不能满足电子信息产品向小型化、薄型化发展的要求，本发明提供了一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材及其加工方法，在Cu-Ni-Si的基础上，添加微量的Sn、Mg，经铸造、热加工、冷加工、时效处理，获得厚度0.08-0.15mm高强中导铜镍硅锡镁合金箔材，该产品抗拉强度达到700MPa以上、导电率≥40%IACS，抗软化温度超过550℃，可满足通讯、手机等行业用超薄高强结构支撑件。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材，包括以下重量百分含量的原料：镍2.4-2.8%，硅0.3-1%，锡0.05-0.1%，镁0.03-0.2%，余量为铜和少量杂质；所述的杂质含量低于0.1%。

进一步地，所述的铜镍硅锡镁合金箔材的厚度为0.03-0.15mm。

本发明中，所述的高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）熔炼铸造：按照合金化学成分进行熔炼铸造，熔炼温度1260-1300℃，铸造温度1220-1260℃，浇铸速度70-120mm/min，加工成铸锭;

（2）固溶热处理：采用步进式均匀化加热方式进行加热，温度范围为795~1200℃，速率为10~14 m/min，然后在温度880-930℃下进行热加工，总加工率为90~96%，终轧温度为780-850℃，进行高温淬火，一级淬火温度550-600℃，二级淬火温度100-150℃，主要是避免热轧卷处于时效温度区间400℃-500℃，可解决粗轧开坯因头尾硬度不一导致粗轧板形差问题，同时热轧机卷曲速度控制在60-100m/min；

（3）铣面：采用铣刀转速650-850rpm，机列运行速度3-6m/min进行1~3次铣面；

（4）一次冷轧：在80-120℃进行低温轧制，轧程加工率为85-98%，轧辊速度120-180m/min，冷却量在0.5-0.7bar，；

（5）二级固溶：采用连续式退火方式，温度730~800℃，速度5-25m/min，风机转速≥900rpm，急速冷却；

（6）二次冷轧：在80-120℃进行低温轧制，轧程加工率为60-90%，轧辊速度200-300m/min，冷却量为1.0-1.5bar；

（7）三级固溶：采用连续退火方式，温度720℃-800℃之间，速度30-50m/min，急速冷却；

（8）一级时效：温度350-500℃，保温时间2-8h，采用高氢气氛进行退火；

（9）三次冷轧：在80-120℃进行低温轧制，轧程加工率为10-40%，轧辊速度200-300m/min，冷却量在1.0-1.5bar；

（10）去应力退火：温度200-350℃，保温时间2-8h，采用高氢气氛进行退火；

（11）表面清洗：采用1500-3000目的不织布抛光刷，压下电流10-20A，清洗速度30-70m/min，形成拉丝纹表面；

（12）拉弯矫直。

进一步地，步骤（1）中具体的熔炼步骤为，先添加阴极铜和镍板，等熔炼结束后，温度达到1210-1260℃时，添加硅锭、铜镁合金、锡锭熔炼10min后取样检测成分。

进一步地，步骤（1）中控制添加铜镁合金与浇铸之间的时间差为20-30min；

进一步地，步骤（3）粗轧开坯时通过控制轧制力≤650吨来控制辊缝，确保轧制后合金板形。

进一步地，步骤（3）中所述的道次加工率10-50%，轧辊速度200-300m/min，冷却量在1.0-1.5bar，每道次轧制力≤650吨。

进一步地，步骤（2）中所述的步进式均匀化加热方式为在炉区分十个小区，每个小区独立控制温度，第一个小区795℃，第十个小区1200℃，其它小区以45℃阶梯式上升。

进一步地，步骤（12）中高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的延伸率0.3-1.0%，张力8-22KN。

有益效果

（1）本发明制备铜镍硅锡镁合金箔材及其加工方法，对其成分和加工工艺进行强化，实现强强联合；

（2）本发明制备的0.08-0.15mm高强中导铜镍硅锡镁合金箔材在Cu-Ni-Si的基础上，添加微量的Sn、Mg，经铸造、热加工、冷加工、时效处理，获得厚度0.03-0.15mm高强中导铜镍硅锡镁合金箔材，该产品抗拉强度达到700MPa以上、导电率≥40%IACS，抗软化温度超过550℃，可满足通讯、手机等行业用超薄高强结构支撑件。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明进行限制。

本发明实施例中的原料为阴极铜、镍板，硅锭，铜镁合金，铜锡合金。

实施例1

（1）熔炼铸造：首先将阴极铜和镍板熔炼加入到釜中，设置熔炼温度为1290℃，当釜内温度达到1240℃时添加硅锭、铜镁合金及铜锡合金，继续熔炼25min，在温度为1250℃下进行浇铸，浇铸速度90mm/min，加工成方锭（205mm*605mm）；使得成分范围为(质量百分数) ，Ni 2.6%，Si 0.45%，Sn 0.08%，Mg 0.12%，余量为铜和低于0.1%的杂质；

（2）固溶：采用步进式均匀化加热方式进行加热，温度范围为795~1200℃，在炉区分十个小区，每个小区独立控制温度，第一个小区795℃，第十个小区1200℃，其它小区是以45℃阶梯式上升，速率为12m/min，然后在温度900℃下进行热加工，总加工率为96%，终轧温度为800℃进行高温淬火，一级淬火温度570℃，二级淬火温度120℃，热轧机卷曲速度控制在80m/min，热轧后宽度为640mm，厚度为18mm；

（3）铣面：采用铣刀转速750rpm，机列运行速度4m/min进行3次铣面，铣面后的厚度为15mm；

（4）一次冷轧：在95℃进行低温轧制，轧程加工率为94.6%，轧辊速度170m/min，冷却量在0.65bar，粗轧开坯时通过控制轧制力≤650吨来控制辊缝，确保轧制后合金板形，一次冷轧带坯厚度至0.8mm；

（5）二级固溶：采用连续式退火方式，温度800℃，速度15m/min，风机转速1000rpm，急速冷却；

（6）二次冷轧：在100℃进行低温轧制，轧程加工率为85%，轧辊速度250m/min，冷却量为1.2bar，二次冷轧后厚度为0.12mm；

（7）三级固溶：采用连续退火方式，温度720℃，速度50m/min，急速冷却；

（8）一级时效：温度500℃，保温时间8h，采用高氢气氛进行退火；

（9）三次冷轧：在110℃进行低温轧制，轧程加工率为50%，轧辊速度220m/min，冷却量在1.1bar，三次冷轧厚度为0.06mm；

（10）去应力退火：温度280℃，保温时间4h，采用高氢气氛进行退火；

（11）表面清洗：采用1500目的不织布抛光刷，压下电流10-20A，清洗速度50m/min，形成拉丝纹表面；

（12）拉弯矫直。

实施例2

（1）熔炼铸造：首先将阴极铜和镍板熔炼加入到釜中，设置熔炼温度为1270℃，当釜内温度达到1220℃时添加硅锭、铜镁合金及铜锡合金，继续熔炼30min，在温度为1260℃下进行浇铸，浇铸速度90mm/min，加工成铸锭，铸锭尺寸为（205mm*605mm）；使得成分范围为(质量百分数) ，Ni 2.6%，Si 0.65%，Sn 0.06%，Mg 0.18%，Mg 0.18%，余量为铜和低于0.1%的杂质。

（2）固溶：采用步进式均匀化加热方式进行加热，温度范围为795~1200℃，在炉区分十个小区，每个小区独立控制温度，第一个小区795℃，第十个小区1200℃，其它小区是以45℃阶梯式上升，速率为12m/min，然后在温度880℃下进行热加工，总加工率为94.1%，终轧温度为780℃进行高温淬火，一级淬火温度600℃，二级淬火温度145℃，热轧机卷曲速度控制在100m/min，热轧后宽度为635mm，厚度为12mm；

（3）铣面：采用铣刀转速650rpm，机列运行速度3m/min进行1次铣面，铣面后的厚度为9mm；

（4）一次冷轧：在120℃进行低温轧制，轧程加工率为93.3%，轧辊速度120m/min，冷却量在0.55bar，粗轧开坯时通过控制轧制力≤650吨来控制辊缝，确保轧制后合金板形，一次冷轧后带坯厚度为0.6mm；

（5）二级固溶：采用连续式退火方式，温度760℃，速度20m/min，风机转速≥900rpm，急速冷却；

（6）二次冷轧：在85℃进行低温轧制，轧程加工率为83.3%，轧辊速度220m/min，冷却量为1.1bar，二次冷轧后厚度为0.1mm；

（7）三级固溶：采用连续退火方式，温度750℃之间，速度45m/min，急速冷却；

（8）一级时效：温度480℃，保温时间4h，采用高氢气氛进行退火；

（9）三次冷轧：在90℃进行低温轧制，轧程加工率为60%，轧辊速度280m/min，冷却量在1.4bar，轧后厚度为0.04mm；

（10）去应力退火：温度250℃，保温时间4h，采用高氢气氛进行退火；

（11）表面清洗：采用2000目的不织布抛光刷，压下电流10-20A，清洗速度70m/min，形成拉丝纹表面；

（12）拉弯矫直。

实施例2中制备的高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的厚度为0.04mm。

实施例3

（1）熔炼铸造：首先将阴极铜和镍板熔炼加入到釜中，设置熔炼温度为1270℃，当釜内温度达到1260℃时添加硅锭、铜镁合金及铜锡合金，继续熔炼25min，在温度为1230℃下进行浇铸，浇铸速度90mm/min，加工成铸锭（205mm*605mm）；使得成分范围为(质量百分数) ，Ni2.75%，Si 0.35%，Sn 0.06%，Mg 0.15%，余量为铜和低于0.1%的杂质；

（2）固溶：采用步进式均匀化加热方式进行加热，温度范围为795~1200℃，在炉区分十个小区，每个小区独立控制温度，第一个小区795℃，第十个小区1200℃，其它小区是以45℃阶梯式上升，速率为12m/min，然后在温度930℃下进行热加工，总加工率为95.1%，终轧温度为790℃进行高温淬火，一级淬火温度560℃，二级淬火温度115℃，热轧机卷曲速度控制在62m/min，热轧后宽度为630mm，厚度为10mm；

（3）铣面：采用铣刀转速655rpm，机列运行速度5.5m/min进行3次铣面，铣面后的厚度为7mm；

（4）一次冷轧：在87℃进行低温轧制，轧程加工率为96.7%，轧辊速度130m/min，冷却量在0.55bar，粗轧开坯时通过控制轧制力≤650吨来控制辊缝，确保轧制后合金板形，一次冷轧厚度为0.3mm；

（5）二级固溶：采用连续式退火方式，温度760℃，速度22m/min，风机转速≥900rpm，急速冷却；

（6）二次冷轧：在85℃进行低温轧制，轧程加工率为73.3%，轧辊速度225m/min，冷却量为1.35bar，二次冷轧后厚度为0.08mm；

（7）三级固溶：采用连续退火方式，温度为725℃，速度45m/min，急速冷却；

（8）一级时效：温度400℃，保温时间7h，采用高氢气氛进行退火；

（9）三次冷轧：在105℃进行低温轧制，轧程加工率为62.5%，轧辊速度295m/min，冷却量在1.25bar，三次冷轧厚度为0.03mm；

（10）去应力退火：温度350℃，保温时间6h，采用高氢气氛进行退火；

（11）表面清洗：采用3000目的不织布抛光刷，压下电流10-20A，清洗速度65m/min，形成拉丝纹表面；

（12）拉弯矫直。

实施例3中制备的高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的厚度为0.03mm。

对比例1

与实施例1操作步骤相同，不同的是对比例1不加入Mg和Sn元素，使得成分范围为(质量百分数) ，余量为铜和低于0.1%的杂质，经加工得到铜镍硅合金箔材，最终厚度为0.06mm。

对比例2

与实施例1化学成分相同，不同之处在于三次固溶温度均为700℃，得到铜镍硅锡镁合金箔材，最终厚度为0.06mm。

表1 实施例1~3和对比例1~2的合金性能表

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种高强中导铜镍硅锡镁合金箔材，其特征在于，包括以下重量百分含量的原料：镍2.4-2.8%，硅0.3-1%，锡0.05-0.1%，镁0.03-0.2%，余量为铜和少量杂质；所述的杂质含量低于0.1%。

2.根据权利要求1所述的高强中导铜镍硅锡镁合金箔材，其特征在于，所述的铜镍硅锡镁合金箔材的厚度为0.03-0.15mm。

3.一种权利要求1或2所述的高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（12）拉弯矫直。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中具体的熔炼步骤为，先添加阴极铜和镍板，等熔炼结束后，温度达到1210-1260℃时，添加硅锭、铜镁合金、锡锭熔炼10min后取样检测成分。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中控制添加铜镁合金与浇铸之间的时间差为20-30min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）粗轧开坯时通过控制轧制力≤650吨来控制辊缝，确保轧制后合金板形。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的道次加工率10-50%，轧辊速度200-300m/min，冷却量在1.0-1.5bar，每道次轧制力≤650吨。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的步进式均匀化加热方式为在炉区分十个小区，每个小区独立控制温度，第一个小区795℃，第十个小区1200℃，其它小区以45℃阶梯式上升。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（12）中高强中导铜镍硅锡镁合金箔材的延伸率0.3-1.0%，张力8-22KN。