CN116083750A - 一种铜合金带材及制备方法、引线框架和连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜合金带材及制备方法、引线框架和连接器。该铜合金带材的各个组分质量百分比为Fe：0.05～0.15％，Ni：0.05～0.15％，Ag：0.05～0.15％，P：0.05～0.08％，余量为铜及不可避免的杂质。本发明通过控制Fe和P以及Ni和P的量，使得添加元素在时效后尽可能以析出相的形式存在，通过添加少量的Ag元素，形成析出相的部分能加强第二相强化效果，未能形成析出相的部分能阻碍Fe和P以及Ni和P形成的化合物长大，同时Ag相固溶在基体中具有一定固溶强化效果，得到的铜合金带材抗拉强度在500MPa以上，导电率在80％IACS，具有良好的抗弯折性能和抗高温软化能力。

Description

一种铜合金带材及制备方法、引线框架和连接器

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜合金带材及制备方法、引线框架和连接器。

背景技术

引线框架材料作为集成电路和半导体元器件封装的关键材料，在集成电路中固定芯片、保护内部元器件、传递电信号并向外散发元件热量。在芯片的快速发展中，对引线框架的综合性能提出了越来越高的要求。芯片逐渐向着小型化、多功能化超大规模化不断的发展，保证引线框架材料高导电率的同时对引线框架强度要求越来越高。

目前市场上主流的引线框架材料主要包括Cu-Fe-P系列、Cu-Ni-Si系列和Cu-Cr-Zr系列合金材料。满足高导电要求的材料主要是Cu-Fe-P系列的C19210合金以及Cu-Cr-Zr合金，但C19210合金强度低难以满足高端引线框架的要求，而Cu-Cr-Zr系列中熔铸的技术难点阻碍了该系列合金在引线框架材料中更广泛的使用。

发明内容

本发明公开了一种铜合金带材及制备方法、引线框架和连接器，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种铜合金带材，该铜合金的质量百分比组成：Fe：0.05～0.15％，Ni：0.05～0.15％，Ag：0.05～0.15％，P：0.05～0.08％，余量为铜及不可避免的杂质。

进一步，还包括Sn、Mg、B、Ce和La中的一种或多种，且其总量在0.05％以下。

上述铜合金带材，析出相直径小于100nm的数量为A，析出相大于100nm数量为B，两者之间满足A/B≥4。

上述的铜合金带材，其特征在于，该铜合金带材平均晶粒尺寸在5～15μm。

本发明的机理为：

本发明公开的一种铜合金带材及其制造方法，该铜合金带材在Cu基体中添加适量的Fe和Ni元素能与P元素形成析出相，在此基础上添加适量的Ag元素进一步提高力学性能，最终得到力学性能、导电率、抗折弯性能和导电率等综合性能优异的铜合金带材。

组分中Fe元素在固溶进入Cu基体之后，通过时效处理和P元素主要形成两类析出相“Fe2P”和“Fe3P”，析出相尺寸包括10nm左右具有一定强化效果的第二相和尺寸大于100nm的粗大第二相，保证较高的固溶温度和合适的时效温度及时间是获得更多小尺寸析出相的关键。

本发明公开了一种铜合金带材及其制造方法，本发明的铜合金带材在Cu基体中添加适量的Fe和Ni元素能与P元素形成析出相，在此基础上添加适量的Ag元素进一步提高力学性能，最终得到力学性能、导电率、抗折弯性能和导电率等综合性能优异的铜合金带材。

组分中Ni元素在固溶进入Cu基体之后，通过时效处理和P元素主要形成“Ni3P”析出相，Ni3P相具有较好的强化效果，时效后尺寸主要在5-20nm。

组分中Ag元素在固溶进入Cu基体之后，通过时效处理析出富Ag相，一方面富Ag析出相具有一定的强化效果，时效后尺寸主要在5-20nm，另一方面固溶在基体中的Ag元素的能阻碍“Fe2P”、“Fe3P”和“Ni3P”析出相的进一步长大，且其对导电率基本没有损害。

本发明中还可添加少量Sn、Mg元素，通过固溶强化提高合金带材力学性能，B、Ce和La元素的加入可形成析出相阻碍晶粒长大增加细晶强化的效果从而提高力学性能性能，同时能阻碍高温加热时再结晶从而提高合金带材的抗软化性能。

本发明的铜合金带材的抗拉强度在500MPa以上，导电率在80％IACS，R/T＝1折弯90°表面不发生开裂，在500℃保温1h后硬度保持在初始硬度值80％以上。

本发明的另一目的是提供一种上述铜合金带材的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

S1)按照铜合金带材的各个组分的设计配比分别称取原料，混合均匀采用上引连铸方法进行熔炼，得到铸坯；

S2)再采用连续挤压法对S1)得到铸坯进行挤压，得到铜合金铸杆；

S3)再对S2)得到铜合金铸杆依次进行一次冷轧、固溶淬火和二次冷轧，得到铜合金带卷；

S4)再对S3)得到的铜合金带卷进行时效处理，时效处理后再进行冷精轧处理。即得到铜合金带材。

进一步，所述S2)中的固溶淬火工艺为：固溶温度为900℃

～1000℃，固溶时间为0.03～0.5h，淬火冷却速度≥100℃/s。

进一步，所述S2)中的时效处理的工艺为：时效温度为400～550℃，时效时间1～10h；所述冷精轧中变形程度15～40％。

进一步，所述铜合金带材中的晶粒平均尺寸为5～15μm；且铜合金带材抗拉强度＞500MPa，导电率≥80％IACS。

进一步，所述铜合金带材在R/T＝1折弯90°表面不发生开裂，在500℃保温1h后硬度保持在初始硬度值80％以上。

一种引线框架，所述引线框架包括基材，所述基材采用上述的制备方法得到的铜合金带材制备得到。

一种连接器，所述连接器包括导体部，所述导体部采用上述的制备方法得到的铜合金带材制备得到。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明通过控制Fe和P以及Ni和P的量，使得添加元素在时效后尽可能以析出相的形式存在，这样能同时保证高的强度和导电率。另一方面添加少量的Ag元素，形成析出相的部分能加强第二相强化效果，未能形成析出相的部分能阻碍Fe和P以及Ni和P形成的化合物长大，同时Ag相固溶在基体中不会降低导电率且具有一定固溶强化效果。

附图说明

图1为本发明一种铜合金带材的制备方法的流程图。

图2为本发明的实施例1的退火后金相组织示意图。

图3为本发明的实施例2的退火后金相组织示意图。

图4为本发明的实施例3的退火后金相组织示意图。

图5为本发明的实施例4的退火后金相组织示意图。

图6为本发明的实施例5的退火后金相组织示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明一种铜合金带材，所述铜合金带材的各个组分质量百分比为：Fe：0.05～0.15％，Ni：0.05～0.15％，Ag：0.05～0.15％，P：0.05～0.08％，余量为铜及不可避免的杂质。

所述铜合金带材中还包括Sn、Mg、B、Ce和La中的一种或多种，且其总量在0.05％以下。

所述铜合金带材中的析出相的直径小于100nm的数量为A，析出相的直径大于100nm数量为B，且两者之间满足A/B≥4。

如图1所示，本发明一种上述铜合金带材的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

S1)按照铜合金带材的各个组分的设计配比分别称取原料，混合均匀采用上引连铸方法进行熔炼，得到铸坯；

S2)再采用连续挤压法对S1)得到铸坯进行挤压，得到铜合金铸杆；

S3)再对S2)得到铜合金铸杆依次进行一次冷轧、固溶淬火和二次冷轧，得到铜合金带卷；

S4)再对S3)得到的铜合金带卷进行时效处理，时效处理后再进行冷精轧处理。即得到铜合金带材。

所述S2)中的固溶淬火工艺为：固溶温度900℃～1000℃，固溶时间0.03～0.5h，淬火冷却速度≥100℃/s。

所述S2)中的时效处理的工艺为：时效温度为400～550℃，时效时间1～10h；所述冷精轧中变形程度15～40％。

所述铜合金带材中的晶粒平均尺寸在5～15μm；且铜合金带材抗拉强度＞500MPa，导电率≥80％IACS。

所述铜合金带材在R/T＝1折弯90°表面不发生开裂，在500℃保温1h后硬度保持在初始硬度值80％以上。

一种引线框架，所述引线框架包括基材，所述基材采用上述的制备方法得到的铜合金带材制备得到。

一种连接器，所述连接器包括导体部，所述导体部采用上述的制备方法得到的铜合金带材制备得到。

实施例1

以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金、纯Ni和纯Ag，控制合金成分Fe 0.1％，Ni 0.1％，P 0.06％，Ag 0.1％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1260～1280℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后粗轧至厚度为1.5mm，1.5mm冷轧带材在900℃固溶保温0.5h，固溶后淬火冷却速度≥100℃/min；固溶淬火后冷轧至0.3mm；冷轧带材在500℃保温4h进行时效，时效后冷精轧至0.2mm。冷精轧带材室温抗拉强度为544MPa，导电率为82.1％IACS，在500℃保温1h抗拉强度472MPa，以R/T＝1折弯后表面未出现裂纹，金相如图2所示。

实施例2

以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金、纯Ni、纯Ag、纯Sn和Cu-B中间合金，控制合金成分Fe 0.1％，Ni 0.06％，P 0.05％，Ag 0.1％，Sn 0.02％，B 0.01％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1260～1280℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后粗轧至厚度为1.5mm，1.5mm冷轧带材在950℃固溶保温0.45h，固溶后淬火冷却速度≥100℃/min；固溶淬火后冷轧至0.3mm；冷轧带材在550℃保温1h进行时效，时效后冷精轧至0.2mm。冷精轧带材室温抗拉强度为531MPa，导电率为80.3％IACS，在500℃保温1h抗拉强度481MPa，以R/T＝1折弯后表面未出现裂纹，金相如图3所示。

实施例3

以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金、纯Ni和纯Ag，控制合金成分Fe 0.05％，Ni 0.12％，P 0.06％，Ag 0.12％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1260～1280℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后粗轧至厚度为1.5mm，1.5mm冷轧带材在980℃固溶保温0.35h，固溶后淬火冷却速度≥100℃/min；固溶淬火后冷轧至0.3mm；冷轧带材在500℃保温4h进行时效，时效后冷精轧至0.2mm。冷精轧带材室温抗拉强度为551MPa，导电率为81.3％IACS，在500℃保温1h抗拉强度479MPa，以R/T＝1折弯后表面未出现裂纹，金相如图4所示。

实施例4

以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金、纯Ni、纯Ag、纯Sn和Cu-B中间合金，控制合金成分Fe 0.12％，Ni 0.06％，P 0.05％，Ag 0.12％，Sn 0.01％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1260～1280℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后粗轧至厚度为1.5mm，1.5mm冷轧带材在1000℃固溶保温0.4h，固溶后淬火冷却速度≥100℃/min；固溶淬火后冷轧至0.3mm；冷轧带材在400℃保温10h进行时效，时效后冷精轧至0.2mm。冷精轧带材室温抗拉强度为539MPa，导电率为82.7％IACS，在500℃保温1h抗拉强度4691MPa，以R/T＝1折弯后表面未出现裂纹，金相如图5所示。

实施例5

以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金、纯Ni和纯Ag，控制合金成分Fe 0.07％，Ni 0.15％，P 0.07％，Ag 0.12％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1260～1280℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后粗轧至厚度为1.5mm，1.5mm冷轧带材在960℃固溶保温0.3h，固溶后淬火冷却速度≥100℃/min；固溶淬火后冷轧至0.3mm；冷轧带材在520℃保温7h进行时效，时效后冷精轧至0.2mm。冷精轧带材室温抗拉强度为562MPa，导电率为80.4％IACS，在500℃保温1h抗拉强度483MPa，以R/T＝1折弯后表面未出现裂纹，金相如图6所示。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铜合金带材，其特征在于，所述铜合金带材的各个组分质量百分比为：Fe：0.05～0.15％，Ni：0.05～0.15％，Ag：0.05～0.15％，P：0.05～0.08％，余量为铜及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铜合金带材，其特征在于，所述铜合金带材中还包括Sn、Mg、B、Ce和La中的一种或多种，且其总量在0.05％以下。

3.根据权利要求1或2所述的铜合金带材，其特征在于，所述铜合金带材中的析出相的直径小于100nm的数量为A，析出相的直径大于100nm数量为B，且两者之间满足A/B≥4。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的铜合金带材的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1)按照铜合金带材的各个组分的设计配比分别称取原料，混合均匀采用上引连铸方法进行熔炼，得到铸坯；

S2)再采用连续挤压法对S1)得到铸坯进行挤压，得到铜合金铸杆；

S3)再对S2)得到铜合金铸杆依次进行一次冷轧、固溶淬火和二次冷轧，得到铜合金带卷；

S4)再对S3)得到的铜合金带卷进行时效处理，时效处理后再进行冷精轧处理，即得到铜合金带材。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S2)中的固溶淬火工艺为：固溶温度为900℃～1000℃，固溶时间为0.03～0.5h，淬火冷却速度≥100℃/s。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S2)中的时效处理的工艺为：时效温度为400～550℃，时效时间为1～10h；所述冷精轧中变形程度15～40％。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜合金带材中的晶粒平均尺寸为5～15μm；且铜合金带材抗拉强度＞500MPa，导电率≥80％IACS。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铜合金带材在R/T＝1折弯90°表面不发生开裂，在500℃保温1h后硬度保持在初始硬度值80％以上。

9.一种引线框架，所述引线框架包括基材，其特征在于，所述基材采用如权利要求4-8任意一项所述的制备方法得到的铜合金带材制备得到。

10.一种连接器，所述连接器包括导体部，其特征在于，所述导体部采用如权利要求4-8任意一项所述的制备方法得到的铜合金带材制备得到。

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