DE3432226C1 - Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung,Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung - Google Patents

Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung,Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung

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DE3432226C1
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Franz Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. 7076 Waldstetten Puckert
Jörg Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. 7918 Tiefenbach Steeb
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Description

nach Patent Nr. 34 21 198 dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0,05 bis 0,45% Chrom enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 0,3% Chrom enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 1,5% Nickel enthält.
4. Legierung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,9 bis 1,1% Nickel enthält.
5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,3 bis
2,8% Zinn enthält ■
6. Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 1,5% Zinn enthält.
7. Legierung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,9 bis 1,1 % Zinn enthält.
8. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,2 bis 1,4% Titan enthält.
9. Legierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,25 bis 0,75% Titan enthält.
10. Legierung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,45 bis 0,55% Titan enthält.
11. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbestandteile Nickel, Zinn, Titan im Verhältnis a :b:c vorliegen, wobei a = 1,8 bis 2,2; b = 1,8 bis 2,2 und c= 0,9 bis 1,1 beträgt.
12. Legierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbestandteile Nickel, Zinn, Titan im Verhältnis 2:2:1 vorliegen.
13. Verfahren zur Herstellung einer Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung
bei Temperaturen von 850° bis 950° C zwischen 1 und 24 Stunden homogenisiert,
bei Temperaturen von 600° bis 800° C in einem oder mehreren Stichen warmgewalzt und
mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 10°C pro Minute und 2000°C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von 650° bis 750"C warmgewalzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 50°C pro Minute und 1000°C pro Minute abgekühlt wird.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen mit einem Verformungsgrad bis zu 95% in einem oder mehreren Stichen kaltgewalzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kaltwalzstichen jeweils für weniger als 10 Stunden geglüht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf den letzten Kaltwalzstich eine Anlaßbehandlung folgt.
19. Verwendung der Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Trägerwerkstoff für Halbleiter, insbesondere Transistoren oder integrierte Schaltkreise.
Die Erfindung betrifft eine Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.
Die Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung nach dem Hauptpatent Nr. 34 21 198 weist eine günstige Kombination hinsichtlich mechanischer Eigenschaften ,wie Festigkeit und Erweichungsbeständigkeit sowie hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit auf.
Diese Kupferlegierung eignet sich insbesondere als unveredelter Halbleiterträger, auf den wegen des homogenen Gefüges die Bonddrähte direkt aufgebracht werden können.
Bisher erhalten Halbleiterträger aber noch im bedeutenden Maße metallische Überzüge.
Ausgehend von der Kupferlegierung nach dem Hauptpatent Nr. 34 21 198 liegt der Zusatzanmeldung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Legierungszusammensetzüng anzugeben, die sich unter Beibehaltung der günstigen Eigenschaftskombination nach dem Hauptpatent Nr. 34 21 198 sowohl für das direkte Bonden eignet als auch eine fehlerfreie Oberflächenveredelung des Trägerwerkstoffs zuläßt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen geringen Chromzusatz von 0,05 bis 0,45%, insbesondere 0,1 bis 0,3% gelöst. (Die Prozentangabe bezieht sich dabei auf das Gewicht.)
Durch den Chromzusatz bilden sich zwar Ausscheidungen im Gefüge, die jedoch aufgrund ihrer feinen Verteilung beim direkten Bonden nicht stören und günstige Voraussetzungen für die galvanische Behandlung schaffen. Zudem zeigt die chromhaltige Legierung überraschenderweise eine gute Oxidationsbeständigkeit, da sich offensichtlich aufgrund der feinen Verteilung bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine relativ dichte
Oxidschicht bildet, die eine weitere Oxidation bremst.
Aus der DE-PS 29 48 916 ist zwar eine CuNiSnTi-Legierung mit einem Chromzusatz von 0,5 bis 1,0% bekannt, die DE-PS konnte jedoch einen geringen Chromzusatz zu derCuNiSnTi-Legiexung nach dem Hauptpatent Nr. 34 21 198 nicht nahelegen, da in der DE-PS insbesondere die Frage der Oxidationsbeständigkeit nicht behandelt wird.
Gemäß den Ansprüchen 2 bis 12 ergeben sich durch den erfindungsgemäßen Chromzusatz ähnlich positive Ergebnisse für die bevorzugten Bereiche der Legierungsbestandteile Nickel. Zinn und Titan nach dem Hauptpatent Nr. 34 21 198.
Zur Erzielung günstiger Eigenschaftskombinationen wird die erfindungsgemäße Legierung vorzugsweise nach dem Verfahren des Hauptpatents Nr. 34 21 198 hergestellt.
Die Legierung wird nach dem Gießen vorzugsweise bei Temperaturen von 850 bis 95O0C zwischen 1 und 24 Stunden homogenisiert,
bei Temperaturen von 600 bis 8000C in einem oder mehreren Stichen warmgewalzt und
mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 100C pro Minute und 20000C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es empfiehlt sich, das Warmwalzen insbesondere bei 650 bis 7500C, das Abkühlen insbesondere mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 5O0C pro Minute und 10000C pro Minute durchzuführen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Abkühlen mit einem Verformungsgrad bis zu 95% in einem oder mehreren Stichen kaltgewalzt. Zwischen den Kaltwalzstichen kann die Legierung vorzugsweise zur Erzielung einer erfindungsgemäßen, gleichmäßigen Dispersion der Ausscheidungsphase jeweils für weniger als 10 Stunden geglüht werden.
Zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften empfiehlt sich eine Glühung als Bund im Haubenofen bei Temperaturen von 350 bis 5000C bzw. kontinuierlich im Durchziehofen bei Temperaturen von 450 bis 6000C.
An den letzten Kaltwalzstich schließt sich vorzugsweise eine Anlaßbehandlung bei den vorstehend genannten Temperaturen an.
In vorteilhafter Weise wird die erfindungsgemäße Legierung als Trägerwerkstoff für Halbleiter, insbesondere Transistoren oder integrierte Schaltkreise, verwendet.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Beispiel
Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung einer chromfreien Vergleichslegierung CuNiISnITi (Nr. 1) nach dem Hauptpatent Nr. 34 21 198 sowie zweier erfindungsgemäßer Legierungen (Nr. 2,3) mit niedrigem Chromgehalt und einer durch die DE-PS 29 48 916 bekannten chromhaltigen Vergleichslegierung CuNiISnITiCr (Nr. 4).
Tabelle 1
Zusammensetzung der Legierungen (Angaben in Gew.-%)
Legierung Sn Ni Ti Cr Cu
1 1,09 0,98 0,54 n.n. Rest
2 1,07 0,94 0,49 0,25 Rest
3 1,08 0,94 0,47 0,43 Rest
4 1,09 0,93 0,42 0,65 Rest
30
35
40 45
n.n. = nicht nachweisbar.
Die Legierungen wurden entsprechend dem Ausführungsbeipsiel des Hauptpatents Nr. 34 21 198 hergestellt. Nach dem Anlassen bei 1 h/400°C (Leg. 1 :1 h/500°C) wurden die Proben im Hinblick auf ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften, auf die Homogenität des Gefüges und auf ihre Oxidationsbeständigkeit untersucht.
Die Werte für Festigkeit, Federbiegegrenze und elektrische Leitfähigkeit sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Mechanische und elektrische Eigenschaften von 0,3 mm Bandproben im angelassenen Zustand
Legierung Streckgrenze Zugfestig Dehnung Vickers- Federbiege elektr. Leitfähigkeit % IACS
Rp 0,2 keit, Rm AlO härte grenze (miß mm2)
(N/mm2) (N/mm2) (%) HVl
(N/mm2) 44,8
1 603 640 10 200 543 26,0 51,4
2 663 696 13 229 610 29,8 48,6
3 661 697 11 238 624 28,2 48,5
4 679 720 11 241 581 28,1
50 55 60 65
Während die Werte für Streckgrenze, Zugfestigkeit und Härte mit steigendem Chromgehalt zunehmen, tritt bei den erfindungsgemäßen Legierungen 2 und 3 überraschenderweise ein Maximum der Federbiegegrenze auf.
Die F i g. 1 zeigt in einer Vergrößerung 200 :1 ein Schliffbild des homogenisierten Gußgefüges der erfindungsgemäßen Legierung
5 Man erkennt deutlich die feine Verteilung der mit A bezeichneten Ausscheidungen, die weder beim direkten Bonden noch bei der galvanischen Behandlung stören.
Die Oxidationsbeständigkeit der Legierungen 1 bis 4 wurde durch Glühen an Luft im Temperaturbereich von 200 bis 5000C untersucht. Dabei wurden die Proben jeweils 30 Minuten auf 200°C, 250°C, 300°C usw. gehalten. In F i g. 2 ist hierzu die gesamte Gewichtszunahme der Proben aufgetragen. Danach zeigen die Legierungen ι ο und 3 mit dem erfindungsgemäßen Chromgehalt die geringste Gewichtszunahme.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung, bestehend aus
0,3 bis 2,8% Nickel,
0,25 bis 3,0% Zinn,
0,12 bis 1,5% Titan,
Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen,
DE3432226A 1984-06-07 1984-09-01 Kupfer-Nickel-Zinn-Titan-Legierung,Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung Expired DE3432226C1 (de)

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