C70250铜合金带材的研制

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湖南有色金属

HUNANNONFERROUSMETALS

第28卷第1期2012年2月

#材 料#

C70250铜合金带材的研制

李 娜,李永林,朱宝辉,任丽萍

1

2

2

2

(11西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山 753000;21宁夏东方钽业股份有限公司,宁夏石嘴山 753000)

摘 要:研究了高强度Cu-Ni-Si系代表性合金C70250铜合金带材的制备及热处理对组织和性能的影响,研究结果表明:C70250铜合金具有很好的固溶软化效果以及很好的时效强化性能,该合金的最佳时效温度为390~410e,保温1~2h,可获最佳的强化效果,抗拉强度可以达到72818MPa,强化后的导电率可以达到36137%。导电率随着强化效果的增加而降低,但可以通过调整时效热处理工艺获得强度和导电率的最佳匹配。关键词:C70250;铜合金;带材

中图分类号:TG14612 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2012)01-0040-03

随着信息时代的到来,IT产业正席卷全球,而集成电路又是现代电子信息技术的核心。集成电路是由芯片和引线框架经封装而成,其中引线框架起着支撑芯片、联接外部电路、散失工作过程的热量等作用[1]。由于集成电路向大规模、超大规模方向发展,因此对引线框架的性能提出了更高的要求。

在20世纪80年代初期,高铜合金以其优良的导电、导热性和价格低廉、加工成型性好等优势,取得了惊人的发展。到目前为止,已开发出的铜基引线框架材料主要有Cu-Ni-Si系、Cu-Fe-P系、Cu-Cr-Zr系及Cu-Ag系等,使用较多的有Cu-Fe-P,Cu-Ni-Si及Cu-Cr-Zr系列。一般来说,电导率高则强度低,强度高则电导率很难提高。Cu-Ni-Si系列合金兼有高强度和高导电的特性,与目前常用的Cu-Fe系引线框架材料相比,Cu-Ni-Si系列合金没有磁性,因而成为超大规模集成电路的理想用材,是目前较有前途的引线框架材料之一[4,5]。目前,我国还停留在对其工艺调整阶段,在新产品开发上与国外还有很大的差距[6]。C70250铜合金是一种Cu-Ni-Si系合金,具有很强的时效强化性能,并兼有高导电的特性,是一种理想的引线框架材料。本文通过对C70250铜合金带材的研制以及对其热处理和性能的研究,希望能为该材料的推广、生产和应用起到一定的推动作用。

作者简介:李娜(1984-),女,助理工程师,主要从事稀有金属及新型

[2,3]

1 实 验

111 合金铸锭制备

实验所用原料为:1#电解铜、1#电解镍、2#硅和1级镁。配料后采用ZG-01025中频感应电炉制备铸锭。铸锭规格为588mm@170mm,采用X射线荧光光谱仪测定其化学成分,检测结果见表1。然后经车床和锯床扒皮、切缩尾后得到尺寸为581mm@137mm的光锭作为实验锭坯。

表1 合金的化学成分

合金元素

Ni

Si

Mg

其他[0150[0150[0150[0150

标准含量2120~41200125~11200105~0130铸锭1铸锭2铸锭3

410541064109

017501770177

012801270126

%

CuBalBalBalBal

112 带材制备

带材的加工工艺流程如图1所示。

图1 C70250铜合金带材加工工艺流程图

对581mm@137mm锭坯采用ZDT-26型电阻炉内加热,一火次锻造(1t空气锤)至板坯尺寸为:32mm@140mm@160mm。板材采用电阻炉加热,连续热轧至厚度6mm的板材,取样进行固溶(e6

第1期李 娜,等:C70250铜合金带材的研制

结果如图3所示。

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过连续冷轧至011mm厚带材,取样分别进行不同温度(400e、440e、480e)和不同保温时间(1h、115h、2h、215h)的时效实验。在HVS-1000显微硬度计上进行硬度测试,采用INSTRON5582万能试验机上进行拉伸性能测试,采用Model2182Nanovoltmeter电阻仪测定其导电率。

表3 不同时效工艺参数对拉伸性能和导电率的影响

编号1-11-21-31-42-1

状态400e/1h时效400e/115h时效400e/2h时效400e/215h时效440e/1h时效440e/115h时效440e/2h时效440e/215h时效480e/1h时效480e/115h时效480e/2h时效480e/215h时效

抗拉强度屈服强度延伸率导电率Rm/MPaRp012/MPaA5/%IACS/%728120728180724100696150674100623170617180597130539170468170456160450110

680160699150697180665100643190584160574140559140487130405180392130381100

4100316051607160618011120121801218012100191601818019120

331093613735100371333619738183411853819440195411344311943111

2 试验结果与讨论

211 板材固溶态显微组织和力学性能

对6mm厚的板材进行固溶(780e@10min水冷)处理,固溶态的显微组织图如图2所示,硬度检测结果见表2。由图2可以看出铸造态组织已经全部消除,但晶粒大小不均匀,仍然存在部分大的晶粒及长条粗晶,说明变形不充分而且极不均匀。从硬度检测来看,板材硬度比较均匀,而且硬度值都不超过100,所以材质比较软,说明固溶软化效果很好,可以继续进行后续冷变形加工。

表2 硬度检测结果

状态

780e@10min,水冷

硬度(HV/918N)92180 92140 941

30

2-22-32-43-13-23-33-4

图3 时效处理温度对带材显微硬度的影响

由图3可看出,不同厚度的带材,随时效处理温

图2 板材固溶态的显微组织

212 带材不同温度、不同时间时效后的拉伸性能和

导电率 对011mm厚的带材取样,分别采取400e、440e、480e和215h、2h、115h、1h不同工艺参数时效处理,试验后的拉伸性能和导电率测试结果见表3。由表3可以看出,试样在400e加热经保温115h进行时效处理的强化效果最好,保温115h后随时间的延长强度开始下降。时效温度在440e和480e的强化效果随温度的增加也在下降,相同的时效温度随着时效时间的延长强度也在下降。导电率随着时效温度提高逐渐在增加,恰与强化效果相反。213 时效工艺对显微硬度的影响

不同厚度011mm、0115mm、012mm带材经过390e、400e、410e、420e、430e、440e、480e

h度的升高,其显微硬度均存在各自的峰值,在390~

410e之间出现峰值,随后下降,在440~480e开始快速下降。不同厚度011mm、0115mm、012mm的带材加工率依次降低。其中,011mm厚的带材加工率最大,峰值出现在400e,但随着温度上升软化趋势却最明显。0115mm厚的带材加工率居中,峰值出现比较早,约在390e左右,随着温度上升开始软化比较快,约在440e左右开始软化趋势居中。012mm厚的带材加工率最小,峰值出现390~400e之间,随着温度上升开始软化也比较快,随后逐渐减缓,约在440e左右软化迅速,但软化趋势在三者当中为最缓。

不同厚度带材在400e进行不同时间的时效处理,其对带材抗拉强度的影响如图4所示,由图4可以看出,随时效时间的变化,合金抗拉强度也存在有峰值,在时效初期抗拉强度快速增加,在时效1~2h,,

42湖南有色金属第28卷

强度开始下降明显。比较不同厚度带材在相同时效工艺下的强化效果可以看出,加工率居中的0115mm厚的带材强化效果最好,加工率最大的011mm厚的带材的强化效果最差。所以,选择合适的加工

率对强化效果影响也非常明显。

热轧和冷轧制备的带材经合适的热处理工艺可以获得高强高导的性能。

21C70250铜合金最佳时效温度为390~410e,保温1~2h,可获最佳的强化效果。参考文献:

[1] 范莉,刘平,贾淑果,等1高强度Cu-Ni-Si系引线框架材料研

究进展[J]1热加工工艺,2008,37(20):104-1071

[2] 陈兴章1集成电路铜合金引线框架材料的应用及产业化[J]1

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andelectricalconductivityofCu-Ni-Sialloysbyagingandcoldrolling[J]1J1AlloysComp1,2006,417:116-1171

图4 时效处理时间对带材抗拉强度的影响

[5] FujiwaraH1EffectofalloycompositiononprecipitationbehaviorinCu-N-iSialloys[J]1JapanInst1Metals,1998,62(4):301-3021

[6] 谢水生,李彦利,朱琳1电子工业用引线框架铜合金及组织研

究[J]1稀有金属,2003,27(6):768-7761

3 结 论

11C70250铜合金带材采用中频感应电炉熔炼、

收稿日期:2011-11-06

TheDevelopmentofStripofC70250CopperAlloyLINa1,LIYong-lin2,ZHUBao-hui2,RenL-iping2

(11NorthwestRareMaterialsResearchInstitute,Shizuishan753000,China;21NingxiaOrientTantalumIndustryCo1Ltd,Shizuishan753000,China)

Abstract:Thispaperstudiesthepreparationandinfluenceofheattreatmentonthestructureandpropertiesof

C70250copperalloyofhighstrengthCu-N-iSialloy1Theresultsshow:theC70250alloyhasgoodsolutiontreat-mentsofteneffectandgoodagingtreatmenttoenhancestrength;thebestagingtemperatureofthealloyis390~410e,keepingthistemperaturefor1~2hours,thealloycangettothebeststength;theRmattain72818MPa;theconductelectricityratecanattain36137%1Theconductelectricityratereduceswiththestrengthincreasing,butitcangetthebestmatchofstrengthandconductelectricitybyadjustingtheagingtreatmentprocess1Keywords:C70250;copperalloy;strip

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