CN112981172B - 一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金及其制备方法 - Google Patents

一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu‑Al‑Ag合金的制备方法，包括：将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体；将混合粉体冷等压成型，得到Cu‑Al‑Ag合金毛坯；将所述Cu‑Al‑Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu‑Al‑Ag合金材料。本发明采用是湿化学法制备高纯铜，通过在铜合金中添加Al、Ag成分，冷等静压成型技术制备合金素坯，再结合放电等离子烧结(SPS)技术，不仅可以再较低的温度下制备出铜铝合金材料，而且制备的芯片框架材料，纯度高，导电率高，散热性、强度高，进而满足目前高端芯片框架及封装材料的性能要求。

Description

一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金及其制备方法。
背景技术
集成电路IC产品由芯片、引线和引线框架、粘接材料、封装材料等几大部分构成。其中，引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料(金丝、铝丝、铜丝)实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。目前，芯片集成度一直以摩尔定律的规则高速推进，即集成度每3年增长4倍，特征尺寸每3年缩小1倍，功能增强，速度更快，功耗降低，封装也在随其不断发展。封装密度、引线密度(单位封装面积上的引线数)越来越高，封装引线脚数平均每年增加16％，PGA已由300-400条增加到1000条；QFP>400条,引线节距逐年下降，从2.54mm转向1.27mm→0.65mm→0.5mm→0.4mm→0.3mm→0.15mm→0.1mm，引线框架正向短、轻、薄、高精细度、多引线、小节距方向研发，因此集成电路的高密度、小型化、多功能化需求，对引线框架材料和电子封装材料要求越来越高，所用材料的各项性能指标的优劣，最终都将直接影响IC的质量及成品率。
理想的引线框架材料和电子封装材料应满足下列特性要求：①高纯度，框架材料起着信息传输的功能，高纯度的材料有利于载流子传输过程中的速度，降低晶格缺陷，减少载流子散射，提高电子信息传输速度；②导电、导热性好，伴随芯片集成度的提高，尤其是功耗较大的IC，芯片工作时发热量增加，要求引线框架能及时向外散发热量。良好的导电性可降低电容和电感引起的不利效应。材料导电性高，将使引线框架上产生的阻抗小，也利于散热。②较高的强度和硬度，冷热加工性能良好，抗拉强度至少为441Mpa(45Kgf/mm2)，尤其是薄形化的材料强度要求高，延伸率不小于5％，硬度HV应大于130。③耐热性和耐氧化性好，热稳定性优良，耐氧化性对产品的可靠性有很大影响，要求因加热而生成的氧化膜尽可能小。④具有一定的耐蚀性，不发生应力腐蚀裂纹以及潮湿气候下断腿现象。⑤较低的热膨胀系数CTE，并与封装材料的CTE匹配，确保封装的气密性。⑥弯曲、冲制加工容易，且不起毛刺；弯曲、微细加工的刻蚀性能好，适应引线框架加工制作方法多样化需求。⑦表面质量好，可焊性高，为提高可焊性，需要采取镀锡、镀金或镀银，电镀性好。以上要求可归纳为：引线框架材料要具有物理、机械、化学等多方面特性。以铜为基体的复合材料因其高纯度、高强度、高导热和低廉的价格，而日益受到重视。
目前，大多合金材料采用熔炼法，有的甚至采取真空熔炼技术，其熔炼温度达到1000℃以上。然后对其熔炼后的块锭进行粉碎后筛选，对粉末进行对粉末进行冷压或者热压烧结制备得块体致密材料的一种方法。该制备工艺可以有效提高材料的机械性能，并且可以有效避免采用定向凝固法制备的样品中容易发生解离现象，但合金熔炼温度高，且熔炼后的合金在粉碎热压烧结过程中，不可避免有杂质的引入和新相的生产，进而影响合金的致密性和强度，最终影响芯片的传输性能。机械合金化法是一种用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程，其不仅合金化温度低，且可以作为发展新型高纯材料包括纳米材料、金属间化合物、纳米复合材料的有效手段，粉体混合均匀，静混合后的粉体，结合放电等离子烧结(SPS)技术，可以获得纯度更高，组织结构特征更加稳定的合金。
现有技术常用的铜合金按照所含主要元素可以分为Cu-Fe、Cu-Cr、Cu-Ni-Si、Cu-Sn、Cu-Zr等5个系列。其中，Cu-Ni-Si系具有较高的导电性，获得很高的强度，但它有钎焊耐热剥离性差的缺点；Cu-Fe系引线框架材料是主流合金，用量大，牌号最多，具有较好的机械强度、抗应力松弛特性和低蠕变性，是一类很好的引线框架材料，Fe能够细化铜的晶粒，延缓再结晶过程，提高了铜的硬度强度，但Fe固溶在铜基底中防止氢脆，显著降低铜的导电性和热导性。Cu-Ni-Si系有很高的电导率，能满足超大规模集成电路高性能要求的高强高导框架材料，但是Cu-Ni-Si熔炼难度大，合金纯度、强度也不是很高，导致在很多领域受到限制。
其中，CuNiSi引线框架材料的研究进展。CuNiSi系列合金是一种时效强化型合金，具有高的强度、较高的电导率、焊接性好和易熔炼等优点，可用于大规模集成电路引线框架材料。目前，研究人员通过尝试在CuNiSi系列合金中添加不同的微量合金元素，如P、Fe、Mg、Al等，使强度和导电率达到了良好的匹配。但微量元素的控制不当，会引起合金放入强度、硬度计导电率发生很大的变化；同时CuNiSi合金熔炼工艺复杂，微量元素的添加，会导致合金的纯度难以控制，杂相多，因此CuNiSi系列合金熔炼工艺复杂，且合金的纯度低，导电性及强度不稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法，本发明制备得到的芯片引线框架材料用的Cu-Al-Ag合金纯度高，导电率高，散热性、强度高。
本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法，包括：
将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体；
将混合粉体冷等压成型，得到Cu-Al-Ag合金毛坯；
将所述Cu-Al-Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu-Al-Ag合金材料。
优选的，所述铜粉为电化学法制备，粒径为4～6μm，纯度为99.9999％；铝粉为高能球磨法制备，粒径为4～6微米，纯度为99.9995％；银粉为液相化学还原法制备，粒径为1～2μm，纯度为99.99％。
优选的，所述铜粉、铝粉和银粉的质量比为99：(1～X)：X；其中x为0.4～1。
优选的，所述球磨具体为：磨球为ZrO2成分，直径φ1～10mm，磨球与铜粉、铝粉和银粉混合粉的质量比为10～20:1，球磨机转速为300～1000r/min，球磨时间为6～8h。
优选的，所述磨球中：直径φ＝5mm的磨球质量占55～65％，φ＝1mm的磨球质量占5～15％，φ＝2mm的磨球质量占5～15％，φ＝10mm的磨球质量占15～25％。
优选的，所述球磨后混合粉体的粒径为4～8μm。
优选的，所述冷等压成型的成型压力为20～40MPa，保压时间为30～90s；成型温度为25～100℃。
优选的，所述放电等离子烧结具体为：施加轴向压力，真空烧结，冷却；所述轴向压力为150～200Mpa；所述烧结总气压低于5pa；所述烧结温度的升温速度为10～20℃/min；烧结温度为600～800℃；所述保温时间为30～60min。
本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
本发明提供了一种芯片引线框架，其特征在于，包括权利要求9所述的芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金。
与现有技术相比，本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法，包括：将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体；将混合粉体冷等压成型，得到Cu-Al-Ag合金毛坯；将所述Cu-Al-Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu-Al-Ag合金材料。本发明采用是湿化学法制备高纯铜，通过在铜合金中添加Al、Ag成分，冷等静压成型技术制备合金素坯，再结合放电等离子烧结(SPS)技术，不仅可以再较低的温度下制备出铜铝合金材料，而且制备的芯片框架材料，纯度高，导电率高，散热性、强度高，进而满足目前高端芯片框架及封装材料的性能要求。
附图说明
图1为本发明不同烧结温度对合金电导率的影响图；
图2为不同配合比的合金在不同温度烧结温度下合金的布氏硬度随温度的变化曲线；
图3为本发明不同微量元素配合比的合金经过750℃SPS烧结后的SEM图；
图4为Cu-1-XAl-XAg合金在未变形时750℃时导电率和显微硬度曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法，包括：
将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体；
将混合粉体冷等压成型，得到Cu-Al-Ag合金毛坯；
将所述Cu-Al-Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu-Al-Ag合金材料。
本发明提供的一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法首先将铜粉、铝粉和银粉混合。
本发明首先按照质量比分别称取Cu粉、Al粉、Ag粉。其中所述铜粉为电化学法制备，粒径为4～6μm，纯度为99.9999％；铝粉为高能球磨法制备，粒径为4～6微米，纯度为99.9995％；银粉为液相化学还原法制备，粒径为1～2μm，纯度为99.99％。
本发明所述铜粉、铝粉和银粉的质量比为99：(1～X)：X；其中x为0.4～1。其中，Cu含量为99％，X为Ag含量为0.4～1％，X值优选可以为0.4、0.6、0.8、1。
而后为机械合金化法混粉，即为将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体。
本发明所述球磨优选在保护气氛下球磨，本发明对于所述保护气氛不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。可以为惰性气体，如氮气、氦气等。本发明对于所述球磨的具体装置不进行限定，本领域技术人员熟知的高能球磨机即可。
本发明所述球磨具体为：磨球为ZrO2成分，直径φ1～10mm，本发明所述磨球中：直径φ＝5mm的磨球质量优选占55～65％，更优选为60％；φ＝1mm的磨球质量优选占5～15％，更优选10％，φ＝2mm的磨球质量优选占5～15％，更优选为10％，φ＝10mm的磨球质量优选占15～25％；更优选为20％。
干法球磨混合，其中，磨球与(铜粉、铝粉和银粉)混合粉的质量比优选为10～20:1，更优选为12～18:1，所述球磨机转速优选为300～1000r/min，更优选为400～900r/min，所述球磨时间为6～8h。本发明所述粉体的粒径分布优选为4～8μm；更优选为5～7μm。
而后为冷等静压预成型，将混合粉体冷等压成型，得到Cu-Al-Ag合金毛坯。
将球磨混合后的细、混合均匀且杂质进入少的混合粉料装入钢模具中进行冷等静压成型，其中，成型压力优选为20～40MPa，更优选为25～35MPa，保压时间优选为30～90s，更优选为40～80s，进而得到混合物Cu-Al-Ag混合合金的毛坯。
所述成型温度优选为25～100℃。
将所述Cu-Al-Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu-Al-Ag合金材料。
按照本发明，所述放电等离子烧结具体为：施加轴向压力，真空烧结，冷却；更优选具体为：将上述得到的初步制备的Cu-Al-Ag混合合金的毛坯置于SPS烧结炉中，逐渐施加优选150～200MPa的轴向压力，更优选为160～180MPa；在总气压低于5Pa的真空条件下烧结，烧结速度以10～20℃/min的升温速度，烧结温度为600～800℃，保温30～60min后，随炉冷却到室温，即可得到Cu-Al-Ag合金材料。所述烧结速度更优选为12～18℃/min的升温速度，所述烧结温度优选为650～750℃，所述保温时间优选为35～55min。
本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
本发明对于上述制备方法已经有了清楚的描述，在此不再赘述。
本发明提供了一种芯片引线框架，其特征在于，包括上述技术方案所述的芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金。
本发明对于所述上述技术方案所述的芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金不进行限定，上述已经有了清楚的描述，在此不再赘述。
本发明提供了一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法，包括：将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体；将混合粉体冷等压成型，得到Cu-Al-Ag合金毛坯；将所述Cu-Al-Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu-Al-Ag合金材料。本发明采用是湿化学法制备高纯铜，通过在铜合金中添加Al、Ag成分，冷等静压成型技术制备合金素坯，再结合放电等离子烧结(SPS)技术，不仅可以再较低的温度下制备出铜铝合金材料，而且制备的芯片框架材料，纯度高，导电率高，散热性、强度高，进而满足目前高端芯片框架及封装材料的性能要求。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金及其制备方法进行详细描述。
实施例1
按照质量比分别称取Cu粉、Al粉、Ag粉。其中Cu粉为电化学法制备的，粒径约5μm，纯度为99.9999％；Al粉为高能球磨法制备的，粒径约5微米，纯度为99.9995％；Ag粉为液相化学还原法制备，粒径约2μm，纯度为99.99％。其中称取质量比Cu-1-XAl-XAg，合金成分(wt％)，其中，Cu含量为99％，X为Ag含量为0～0.6％，X值分别为0。
机械合金化法混粉：将上述称量的粉体，在保护气氛下密封球磨罐内，放置于高能球磨机上进行球磨，其中磨球为ZrO2成分，磨球的直径
Figure BDA0002314935200000071
为了提供混合粉体的粒径均匀性，直径
Figure BDA0002314935200000073
的磨球质量占60％，
Figure BDA0002314935200000072
的磨球质量占10％，
Figure BDA0002314935200000075
的磨球质量占10％，
Figure BDA0002314935200000074
的磨球质量占20％。干法球磨混合，按照磨球与混合料的质量比为10:1，球磨机转速为400r/min，球磨时间为8h，即可得到混合粉体，粉体的粒径分布在4-8um范围。
冷等静压预成型：目的是混合粉体初步成型。将球磨混合后的细、混合均匀且杂质进入少的混合粉料装入钢模具中进行冷等静压成型，成型压力为20MPa，保压60s后，进而得到混合物Cu-Al-Ag混合合金的毛坯，毛坯的体积密度可以达到90％左右。
放电等离子烧结(SPS)：将上述得到的初步制备的Cu-Al-Ag混合合金的毛坯置于SPS烧结炉中，逐渐施加150MPa的轴向压力，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结，烧结速度以10℃/min的升温速度，烧结温度为600℃，保温60min后，随炉冷却到室温，即可得到Cu-Al-Ag合金材料，其致密性可达到98％以上。
合金性能测试：采用SMP10型导电仪对合金导电性能进行测试；合金的金相组织观察分析是使用CMM-77Z型光学显微镜；在HBE-3000型数显电子布氏硬度计上测定试样合金的布氏硬度。
实施例2
按照质量比分别称取Cu粉、Al粉、Ag粉。其中Cu粉为电化学法制备的，粒径约5μm，纯度为99.9999％；Al粉为高能球磨法制备的，粒径约5微米，纯度为99.9995％；Ag粉为液相化学还原法制备，粒径约2μm，纯度为99.99％。其中称取质量比Cu-1-XAl-XAg，合金成分(wt％)，其中，Cu含量为99％，X为Ag含量为0～0.6％，X值分别为0.2。
机械合金化法混粉：将上述称量的粉体，在保护气氛下密封球磨罐内，放置于高能球磨机上进行球磨，其中磨球为ZrO2成分，磨球的直径
Figure BDA0002314935200000081
为了提供混合粉体的粒径均匀性，直径
Figure BDA0002314935200000082
的磨球质量占55％，
Figure BDA0002314935200000083
的磨球质量大约占15％，
Figure BDA0002314935200000084
的磨球质量大约占10％，
Figure BDA0002314935200000085
的磨球质量占20％。干法球磨混合，按照磨球与混合料的质量比为15:1，球磨机转速为600r/min，球磨时间为7h，即可得到混合粉体，粉体的粒径分布在4-8um范围。
冷等静压预成型：目的是混合粉体初步成型。将球磨混合后的细、混合均匀且杂质进入少的混合粉料装入钢模具中进行冷等静压成型，成型压力为25MPa，保压50s后，进而得到混合物Cu-Al-Ag混合合金的毛坯，毛坯的体积密度可以达到90％左右。
放电等离子烧结(SPS)：将上述得到的初步制备的Cu-Al-Ag混合合金的毛坯置于SPS烧结炉中，逐渐施加160MPa的轴向压力，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结，烧结速度以13℃/min的升温速度，烧结温度为650℃，保温50min后，随炉冷却到室温，即可得到Cu-Al-Ag合金材料，其致密性可达到98％以上。
合金性能测试：采用SMP10型导电仪对合金导电性能进行测试；合金的金相组织观察分析是使用CMM-77Z型光学显微镜；在HBE-3000型数显电子布氏硬度计上测定试样合金的布氏硬度。
实施例3
按照质量比分别称取Cu粉、Al粉、Ag粉。其中Cu粉为电化学法制备的，粒径约5μm，纯度为99.9999％；Al粉为高能球磨法制备的，粒径约5微米，纯度为99.9995％；Ag粉为液相化学还原法制备，粒径约2μm，纯度为99.99％。其中称取质量比Cu-1-XAl-XAg，合金成分(wt％)，其中，Cu含量为99％，X为Ag含量为0～0.6％，X值分别为0.4。
机械合金化法混粉：将上述称量的粉体，在保护气氛下密封球磨罐内，放置于高能球磨机上进行球磨，其中磨球为ZrO2成分，磨球的直径
Figure BDA0002314935200000086
为了提供混合粉体的粒径均匀性，直径
Figure BDA0002314935200000087
的磨球质量大约占60％，
Figure BDA0002314935200000088
的磨球质量大约占10％，
Figure BDA0002314935200000089
的磨球质量大约占15％，
Figure BDA00023149352000000810
的磨球质量占15％。干法球磨混合，按照磨球与混合料的质量比为18:1，球磨机转速为800r/min，球磨时间为6h，即可得到混合粉体，粉体的粒径分布在4-8um范围。
冷等静压预成型：目的是混合粉体初步成型。将球磨混合后的细、混合均匀且杂质进入少的混合粉料装入钢模具中进行冷等静压成型，成型压力为30MPa，保压40s后，进而得到混合物Cu-Al-Ag混合合金的毛坯，毛坯的体积密度可以达到90％左右。
放电等离子烧结(SPS)：将上述得到的初步制备的Cu-Al-Ag混合合金的毛坯置于SPS烧结炉中，逐渐施加170MPa的轴向压力，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结，烧结速度以15℃/min的升温速度，烧结温度为700℃，保温40min后，随炉冷却到室温，即可得到Cu-Al-Ag合金材料，其致密性可达到98％以上。
合金性能测试：采用SMP10型导电仪对合金导电性能进行测试；合金的金相组织观察分析是使用CMM-77Z型光学显微镜；在HBE-3000型数显电子布氏硬度计上测定试样合金的布氏硬度。
实施例4
按照质量比分别称取Cu粉、Al粉、Ag粉。其中Cu粉为电化学法制备的，粒径约5μm，纯度为99.9999％；Al粉为高能球磨法制备的，粒径约5微米，纯度为99.9995％；Ag粉为液相化学还原法制备，粒径约2μm，纯度为99.99％。其中称取质量比Cu-1-XAl-XAg，合金成分(wt％)，其中，Cu含量为99％，X为Ag含量为0～0.6％，X值分别为0.6。
机械合金化法混粉：将上述称量的粉体，在保护气氛下密封球磨罐内，放置于高能球磨机上进行球磨，其中磨球为ZrO2成分，磨球的直径
Figure BDA0002314935200000091
为了提供混合粉体的粒径均匀性，直径
Figure BDA0002314935200000092
的磨球质量大约占60％，
Figure BDA0002314935200000093
的磨球质量大约占10％，
Figure BDA0002314935200000094
的磨球质量大约占10％，
Figure BDA0002314935200000095
的磨球质量占20％。干法球磨混合，按照磨球与混合料的质量比为20:1，球磨机转速为900r/min，球磨时间为6h，即可得到混合粉体，粉体的粒径分布在4-8um范围。
冷等静压预成型：目的是混合粉体初步成型。将球磨混合后的细、混合均匀且杂质进入少的混合粉料装入钢模具中进行冷等静压成型，成型压力为40MPa，保压30s后，进而得到混合物Cu-Al-Ag混合合金的毛坯，毛坯的体积密度可以达到90％左右。
放电等离子烧结(SPS)：将上述得到的初步制备的Cu-Al-Ag混合合金的毛坯置于SPS烧结炉中，逐渐施加200MPa的轴向压力，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结，烧结速度以20℃/min的升温速度，烧结温度为750℃，保温30min后，随炉冷却到室温，即可得到Cu-Al-Ag合金材料，其致密性可达到98％以上。
合金性能测试：采用SMP10型导电仪对合金导电性能进行测试；合金的金相组织观察分析是使用CMM-77Z型光学显微镜；在HBE-3000型数显电子布氏硬度计上测定试样合金的布氏硬度。
实施例5
本发明实施例1～4的不同烧结温度对合金电导率的影响结果如图1所示，图1为本发明不同烧结温度对合金电导率的影响图，从图1中可看出，随着烧结温度的升高，电导率总的变化趋势是上升的，其中，Cu-0.4Al-0.6Ag，具有最佳的电导率，达到77.8％IACS，但当烧结温度达到800℃以后，电导率的变化开始逐渐趋于平缓，且稍有下降。本发明人认为主要是由于随着烧结温度的逐渐升高，合金固溶越来越充分，致密性逐渐增加，空隙率低，电子传输速度快，载流子散射少，电导率逐渐增高；但当超过800℃时，温度过高，铜合金内的晶格产生畸变，固溶态下的溶质原子对基体内运动的电子具有散射作用，所以电导率稍有下降。
图2为不同配合比的合金在不同温度烧结温度下合金的布氏硬度随温度的变化曲线。由图2可见，随着烧结温度的升高，合金的布氏硬度则是先增加到峰值后又稍微下降，其最佳的工艺为Cu-0.4Al-0.6Ag合金750℃经过放电等离子烧结后，其布氏硬度可以474N/mm2。随着烧结温度的逐渐升高，合金元素的溶解度也会逐渐增大，大量的合金元素溶入到合金基体中，基体中固溶的合金元素含量有了明显增加，引起基体内大量的晶格畸变的产生，并且固溶于基体之中的合金元素对基体中的位错还会起到“钉乳”的效果，基体中固溶的合金元素的含量越多，它所起到的“钉轧”效果就越明显，正是由于晶格畸变的增大以及固溶于基体中的合金元素对位错起到的“钉扎”作用的加强，位错运动受到了越大阻碍，表现为合金的硬度升高。但当烧结温度超过750℃时，由于晶粒的长大晶粒明显变得粗大，由于晶粒的长大使得单位体积内的晶界面积减小，而晶界对位错运动也会起到阻碍的作用，所以合金的硬度又有所下降。
图3为本发明不同微量元素配合比的合金经过750℃SPS烧结后的SEM图像，图中显示，随着微量元素Ag的加入，合金化程度越高，即图3(c)所示，当合金组成为Cu-0.6Al-0.4Ag时，合金的显微组织更加紧密，合金化程度更高。
图4为Cu-1-XAl-XAg合金在未变形时750℃时导电率和显微硬度曲线。从图4上可以看出，Cu-0.6Al-0.4Ag合金的导电率和显微硬度的出现最佳值。在时效初期，随着Ag元素的不断增加，导电率迅速升高，这是由于Ag具有良好的导电性，最终增长缓慢。显微硬度在时效初始阶段急剧下降，直至当Ag元素含量为0.4％时，合金显微硬度开始慢慢下降。加入稀土元素Ag，使Cu-Al合金的导电率提高约13％IACS，显微硬度下降了5％。因此，当合金成分为Cu-0.6Al-0.4Ag，合金具有最佳的使用性能，其电导率为68.7ICAS％，布氏硬度为449N/mm2，此时的合金具有最佳的实用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金的制备方法，包括：
将铜粉、铝粉和银粉混合球磨得到混合粉体；所述铜粉、铝粉和银粉的质量比为99：（1~X）：X；其中X为0.4~1；所述铜粉为电化学法制备，粒径为4~6μm，纯度为99.9999%；铝粉为高能球磨法制备，粒径为4~6μm，纯度为99.9995%；银粉为液相化学还原法制备，粒径为1~2μm，纯度为99.99%；
将混合粉体冷等压成型，得到Cu-Al-Ag合金毛坯；所述冷等压成型的成型压力为20~40MPa，保压时间为30~90s；成型温度为25~100℃；
将所述Cu-Al-Ag合金毛坯放电等离子烧结，得到Cu-Al-Ag合金材料；所述放电等离子烧结具体为：施加轴向压力，真空烧结，冷却；所述轴向压力为150~200MPa；所述烧结总气压低于5Pa；所述烧结温度的升温速度为10~20℃/min；烧结温度为600~800℃；保温时间为30~60min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨具体为：磨球为ZrO2成分，直径φ为1~10mm，磨球与铜粉、铝粉和银粉混合粉的质量比为10~20:1，球磨机转速为300~1000r/min，球磨时间为6~8h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磨球中：直径φ=5mm的磨球质量占55~65%，φ=1mm的磨球质量占5~15%，φ=2mm的磨球质量占5~15%，φ=10mm的磨球质量占15~25%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨后混合粉体的粒径为4~8μm。
5.一种芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金，其特征在于，由权利要求1~4任意一项所述的制备方法制备得到。
6.一种芯片引线框架，其特征在于，包括权利要求5所述的芯片引线框架材料用高纯Cu-Al-Ag合金。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101956094A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法
CN108145153A (zh) * 2018-02-06 2018-06-12 中国科学院长春应用化学研究所 一种铜材料及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51143871A (en) * 1975-06-06 1976-12-10 Hitachi Metals Ltd Electric contact material manufacturing method
JPH02270945A (ja) * 1989-04-10 1990-11-06 Mitsubishi Electric Corp Ｉｃリードフレーム用銅合金の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101956094A (zh) * 2010-10-15 2011-01-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种高强高导弥散强化铜合金及其制备方法
CN108145153A (zh) * 2018-02-06 2018-06-12 中国科学院长春应用化学研究所 一种铜材料及其制备方法

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