CN113838594B - 一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子封装材料技术领域，尤其涉及一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线。采用机械结合包覆法将铜棒与可伐合金复合，铜棒与可伐合金界面间的结合强度较低，所获复合材料的气密性还有待于进一步提高。基于上述问题，本发明提供一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其采用全冶金结合的方式获得了一种可伐合金包覆铜芯的复合封装材料，大大提高了封装材料的气密性，实现了封装材料导电性和抗电磁干扰能力的同步提升。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装材料技术领域，尤其涉及一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线。
背景技术
随着电子工业的发展，要求提供兼有多种性能的封接材料，对一些电子器件用的膨胀合金引线提出了兼有高导电、高导热性，又能与玻璃、陶瓷良好封接的性能要求，但单一金属或合金很难满足这样的性能要求，如单一可伐合金与玻璃、陶瓷的封接性能良好，但其导电、导热性能较差，而铜虽具有高导电、高导热性，但因其膨胀系数较大，与玻璃、陶瓷不匹配，封接性能不好。
复合材料是一种由两种以上金属或合金构成的复合体共同发挥作用，形成综合性能优于单一组分的新型材料。复合材料可以发挥各组分的性能，兼有各组分性能。
目前已有报道(宁德魁.电子封装用4J50/Cu复合线材的制备工艺及组织性能研究[M].昆明大学,2011)，获得了一种可伐合金包覆铜芯的复合材料，具体做法是在中空的可伐合金中插入铜棒制作成复合锭坯，然后通过热扩散处理、热挤压、拉拔、轧制、高强度高耐磨拉拔模具及有效润滑剂等加工技术和手段制作完成。上述方法，虽然能够在一定程度上提高封接导线的导电率和导热性能，但是这种机械接合方式，结合强度较低，容易使得复合材料中的铜芯与外壳可伐合金之间产生气孔，复合界面的漏气率只能达到小于1×10- 8Pa.L/s。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是：采用机械结合包覆法将铜棒与可伐合金复合，铜棒与可伐合金界面间的结合强度较低，所获复合材料的气密性还有待于进一步提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，按照以下步骤制备：
(1)将钢管进行清洗后烘干，装入真空熔炼炉，炉内一直保持高真空状态，真空度为5×10-4Pa～3×10-2Pa，钢管在炉中呈直立状态；
(2)将阴极铜置入石墨坩埚中加热熔化形成铜液；
(3)将步骤(1)烘干后的钢管进行预热，预热至600℃，保温2h；
(4)将步骤(2)获得的铜液进行精炼，精炼后注入步骤(3)预热后的钢管内，然后随炉降温至300℃，开炉取出冷却至室温，得到复合锭坯；
(5)将复合锭坯整形成挤压坯；
(6)将挤压坯置于500吨的挤压机内，挤压成直径为14mm的复合棒材；
(7)对复合棒材进行拉拔得到直径为8mm的盘丝；
(8)将盘丝在高真空下进行退火处理，保温6h以上，然后拉拔至φ＝1.0-3.0mm的成品尺寸。
具体地，步骤(1)中所述的清洗，具体是指对钢管依次进行去油、酸洗、碱洗、去离子水冲洗。
具体地，去油的过程是采用市售金属去油剂或者无水乙醇作为溶剂，在超声清洗机内进行超声清洗，温度为60℃，超声时长为20min。
具体地，酸洗过程是采用酸洗液HNO3：HCl：H2O＝1:10:10(体积比)，在超声清洗机内室温下酸洗10min。
具体地，碱洗过程是采用碱洗溶液：NaOH：KOH：H2O＝1:1:10(质量比)，在超声清洗机内35℃下超声10min。
具体地，冲洗过程是将碱洗后的材料进行至少3次去离子水冲洗，以去除碱洗过程中的碱液残留。
具体地，步骤(2)中所述的阴极铜是高纯阴极铜。
具体地，步骤(2)中所述的阴极铜加热熔化的温度是1200-1350℃。
具体地，步骤(4)中所述的精炼，具体按照以下步骤进行：
在真空度为2x10-3Pa下保温15min，让炉体内的C、O、N元素气体元素溢出。
具体地，步骤(6)中所述的挤压预热温度为1020℃，挤压筒加热温度400℃，挤压比为10-20。
具体地，步骤(7)中所述的拉拔，按照以下步骤进行：将挤压合格的复合棒材进行拉拔，试验用道次变形量为5％-15％，两次退火间的总加工率为30％-50％，试验用中间退火温度为850-1050℃，保温时间为60-120min，最后一道退火采用气氛保护退火，退火温度为950-1020℃，保温时间40-60min，保护气氛为分解氨。
具体地，步骤(8)中所述的真空度为2×10-3Pa，所述的退火温度是900℃-1050℃。本发明的有益效果是：
(1)本发明获得了一种高气密性、高载流量可伐合金包覆铜芯的复合封装材料，保障了大功率器件对封装导体材料的需求；
(2)本发明通过温度场和应力场的复合作用实现铜与可伐合金界面间实现全面的冶金结合，结合强度高，结合合理率超过99％，保障了复合材料在使用过程中的气密性；
(3)本发明工艺流程短，成本低，生产效率高、易于实现工业化生产。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明以下实施例中步骤(1)中所述的清洗，具体是指对钢管依次进行去油、酸洗、碱洗、去离子水冲洗。
本发明以下实施例中去油的过程是采用市售金属去油剂或者无水乙醇作为溶剂，在超声清洗机内进行超声清洗，温度为60℃，超声时长为20min。
本发明以下实施例中酸洗过程是采用酸洗液HNO3：HCl：H2O＝1:10:10(体积比)，在超声清洗机内室温下酸洗10min。
本发明以下实施例中碱洗过程是采用碱洗溶液：NaOH：KOH：H2O＝1:1:10(质量比)，在超声清洗机内35℃下超声10min。
本发明以下实施例中冲洗过程是将碱洗后的材料进行至少3次去离子水冲洗，以去除碱洗过程中的碱液残留。
本发明以下实施例中步骤(2)中所述的阴极铜是高纯阴极铜。
本发明以下实施例中步骤(2)中所述的阴极铜加热熔化的温度是1200-1350℃。
本发明以下实施例中步骤(4)中所述的精炼，具体按照以下步骤进行：
在真空度为2x10-3Pa下保温15min，让炉体内的C、O、N元素气体元素溢出。
本发明以下实施例中步骤(6)中所述的挤压预热温度为1020℃，挤压筒加热温度400℃，挤压比为10-20。
本发明以下实施例中步骤(7)中所述的拉拔，按照以下步骤进行：将挤压合格的复合棒材进行拉拔，试验用道次变形量为5％-15％，两次退火间的总加工率为30％-50％，试验用中间退火温度为850-1050℃，保温时间为60-120min，最后一道退火采用气氛保护退火，退火温度为950-1020℃，保温时间40-60min，保护气氛为分解氨。
本发明以下实施例中步骤(8)中所述的真空度为2×10-3Pa，所述的退火温度是900℃-1050℃。
实施例1
一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，按照以下步骤制备：
(1)将钢管进行清洗后烘干，装入真空熔炼炉，炉内一直保持高真空状态，真空度为5x10-4Pa，钢管在炉中呈直立状态，所述钢管为可伐合金4J49合金钢；
(2)将阴极铜置入石墨坩埚中加热熔化形成铜液；
(3)将步骤(1)烘干后的钢管进行预热，预热至600℃，保温2h；
(4)将步骤(2)获得的铜液进行精炼，精炼后注入步骤(3)预热后的钢管内，然后随炉降温至300℃，开炉取出冷却至室温，得到复合锭坯；
(5)将复合锭坯整形成挤压坯；
(6)将挤压坯置于500吨的挤压机内，挤压成直径为14mm的复合棒材；
(7)对复合棒材进行拉拔得到直径为8mm的盘丝；
(8)将盘丝在高真空下进行退火处理，保温6h以上，然后拉拔至φ1.0mm。
实施例2
一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，按照以下步骤制备：
(1)将钢管进行清洗后烘干，装入真空熔炼炉，炉内一直保持高真空状态，真空度为4x10-3Pa，钢管在炉中呈直立状态，所述钢管为可伐合金4J50合金钢；
(2)将阴极铜置入石墨坩埚中加热熔化形成铜液；
(3)将步骤(1)烘干后的钢管进行预热，预热至600℃，保温2h；
(4)将步骤(2)获得的铜液进行精炼，精炼后注入步骤(3)预热后的钢管内，然后随炉降温至300℃，开炉取出冷却至室温，得到复合锭坯；
(5)将复合锭坯整形成挤压坯；
(6)将挤压坯置于500吨的挤压机内，挤压成直径为14mm的复合棒材；
(7)对复合棒材进行拉拔得到直径为8mm的盘丝；
(8)将盘丝在高真空下进行退火处理，保温6h以上，然后拉拔至φ1.6mm。
实施例3
一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，按照以下步骤制备：
(1)将钢管进行清洗后烘干，装入真空熔炼炉，炉内一直保持高真空状态，真空度为3×10-2Pa，钢管在炉中呈直立状态，所述钢管为可伐合金4J33合金钢；
(2)将阴极铜置入石墨坩埚中加热熔化形成铜液；
(3)将步骤(1)烘干后的钢管进行预热，预热至600℃，保温2h；
(4)将步骤(2)获得的铜液进行精炼，精炼后注入步骤(3)预热后的钢管内，然后随炉降温至300℃，开炉取出冷却至室温，得到复合锭坯；
(5)将复合锭坯整形成挤压坯；
(6)将挤压坯置于500吨的挤压机内，挤压成直径为14mm的复合棒材；
(7)对复合棒材进行拉拔得到直径为8mm的盘丝；
(8)将盘丝在高真空下进行退火处理，保温6h以上，然后拉拔至φ3.0mm。
对比例1同实施例1，不同之处在于，对比例1步骤(3)中未对钢管进行预热。
对比例2同实施例1，不同之处在于，对比例2步骤(3)中对钢管预热的温度为300℃。
对比例3同实施例1，不同之处在于，对比例3中不存在步骤(4)所述的精炼步骤，是直接将步骤(2)得到的铜液注入步骤(3)预热后的钢管内，然后随炉降温至300℃。
性能测试：
本发明实施例1-3以及对比例1-3所获电子封装用铜芯可伐合金复合导线的相关性能测试结果如表1所示：
热冲击性能：温度循环区间为-65-175℃，循环100次，升降温速率为5℃/min，试验完成后，检测复合导线的气密性是否良好。
表1
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，按照以下步骤制备：
(1)将钢管进行清洗后烘干，装入真空熔炼炉，炉内一直保持高真空状态，真空度为5x10-4Pa—3×10-2Pa，钢管在炉中呈直立状态；
(2)将阴极铜置入石墨坩埚中加热熔化形成铜液；
(3)将步骤(1)烘干后的钢管进行预热，预热至600℃，保温2h；
(4)将步骤(2)获得的铜液进行精炼，精炼后注入步骤(3)预热后的钢管内，然后随炉降温至300℃，开炉取出冷却至室温，得到复合锭坯；
(5)将复合锭坯整形成挤压坯；
(6)将挤压坯预热，随后置于500吨的挤压机内，挤压成直径为14mm的复合棒材；
(7)对复合棒材进行拉拔得到直径为8mm的盘丝；
(8)将盘丝在高真空下进行退火处理，保温6h以上，然后拉拔至φ＝1.0-3.0mm的成品尺寸；
步骤(4)中所述的精炼，具体按照以下步骤进行：
在真空度为2×10-3Pa下保温15min，让炉体内的C、O、N元素气体元素溢出。
2.根据权利要求1所述的一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，步骤(1)中所述的清洗，具体是指对钢管依次进行去油、酸洗、碱洗、去离子水冲洗。
3.根据权利要求1所述的一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，步骤(2)中所述的阴极铜是高纯阴极铜。
4.根据权利要求1所述的一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，步骤(2)中所述的阴极铜加热熔化的温度是1200-1350℃。
5.根据权利要求1所述的一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，步骤(6)中挤压预热温度为1020℃，挤压筒加热温度400℃，挤压比为10-20。
6.根据权利要求1所述的一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，步骤(7)中所述的拉拔，按照以下步骤进行：将挤压合格的复合棒材进行拉拔，试验用道次变形量为5％-15％，两次退火间的总加工率为30％-50％，试验用中间退火温度为850-1050℃，保温时间为60-120min，最后一道退火采用气氛保护退火，退火温度为950-1020℃，保温时间40-60min，保护气氛为分解氨。
7.根据权利要求1所述的一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线，其特征在于，步骤(8)中真空度为2×10-3Pa，退火温度是900℃-1050℃。
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| CN202111047851.8A CN113838594B (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 一种电子封装用铜芯可伐合金复合导线 |
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Citations (2)
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| CN105499543A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-04-20 | 上海交通大学 | 固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105499543A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-04-20 | 上海交通大学 | 固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法 |
| CN113223755A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-08-06 | 南京理工大学 | 一种高强高耐蚀的铜-不锈钢复合线材及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 充芯连铸铜包铝复合材料制备技术的试验研究;薛志勇;吴春京;张智;;特种铸造及有色合金(05);全文 * |
| 电子封装用4J50/Cu复合线材的制备工艺及组织性能研究;宁德魁;《硕士学位论文电子期刊》;第16-37页 * |
| 铜包铝气压充芯连铸设备的研发;梁贺;刘柱;臧勃林;吴春京;;铸造技术(01);全文 * |
Also Published As
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