C70250銅合金帶材的研制

李 娜,李永林,朱寶輝,任麗萍

(1.西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000;2.寧夏東方鉭業股份有限公司,寧夏石嘴山 753000)

·材 料·

C70250銅合金帶材的研制

李 娜1,李永林2,朱寶輝2,任麗萍2

(1.西北稀有金屬材料研究院,寧夏石嘴山 753000;2.寧夏東方鉭業股份有限公司,寧夏石嘴山 753000)

研究了高強度Cu-Ni-Si系代表性合金C70250銅合金帶材的制備及熱處理對組織和性能的影響,研究結果表明:C70250銅合金具有很好的固溶軟化效果以及很好的時效強化性能,該合金的最佳時效溫度為390～410℃,保溫1～2 h,可獲最佳的強化效果,抗拉強度可以達到728.8 MPa,強化后的導電率可以達到36.37%。導電率隨著強化效果的增加而降低,但可以通過調整時效熱處理工藝獲得強度和導電率的最佳匹配。

C70250;銅合金;帶材

隨著信息時代的到來,IT產業正席卷全球,而集成電路又是現代電子信息技術的核心。集成電路是由芯片和引線框架經封裝而成,其中引線框架起著支撐芯片、聯接外部電路、散失工作過程的熱量等作用[1]。由于集成電路向大規模、超大規模方向發展,因此對引線框架的性能提出了更高的要求[2,3]。

在20世紀80年代初期,高銅合金以其優良的導電、導熱性和價格低廉、加工成型性好等優勢,取得了驚人的發展。到目前為止,已開發出的銅基引線框架材料主要有Cu-Ni-Si系、Cu-Fe-P系、Cu-Cr-Zr系及Cu-Ag系等,使用較多的有Cu-Fe-P,Cu-Ni-Si及Cu-Cr-Zr系列。一般來說,電導率高則強度低,強度高則電導率很難提高。Cu-Ni-Si系列合金兼有高強度和高導電的特性,與目前常用的Cu-Fe系引線框架材料相比,Cu-Ni -Si系列合金沒有磁性,因而成為超大規模集成電路的理想用材,是目前較有前途的引線框架材料之一[4,5]。目前,我國還停留在對其工藝調整階段,在新產品開發上與國外還有很大的差距[6]。C70250銅合金是一種Cu-Ni-Si系合金,具有很強的時效強化性能,并兼有高導電的特性,是一種理想的引線框架材料。本文通過對C70250銅合金帶材的研制以及對其熱處理和性能的研究,希望能為該材料的推廣、生產和應用起到一定的推動作用。

1 實 驗

1.1 合金鑄錠制備

實驗所用原料為:1#電解銅、1#電解鎳、2#硅和1級鎂。配料后采用ZG-0.025中頻感應電爐制備鑄錠。鑄錠規格為Φ88 mm×170 mm,采用X射線熒光光譜儀測定其化學成分,檢測結果見表1。然后經車床和鋸床扒皮、切縮尾后得到尺寸為Φ81 mm× 137 mm的光錠作為實驗錠坯。

表1 合金的化學成分%

1.2 帶材制備

帶材的加工工藝流程如圖1所示。

圖1 C70250銅合金帶材加工工藝流程圖

對Φ81 mm×137 mm錠坯采用ZDT-26型電阻爐內加熱,一火次鍛造(1 t空氣錘)至板坯尺寸為:32 mm×140 mm×160 mm。板材采用電阻爐加熱,連續熱軋至厚度6 mm的板材,取樣進行固溶(780℃×10 min水冷)實驗。對6 mm厚的板材經過連續冷軋至0.1 mm厚帶材,取樣分別進行不同溫度(400℃、440℃、480℃)和不同保溫時間(1 h、1.5 h、2 h、2.5 h)的時效實驗。在HVS-1000顯微硬度計上進行硬度測試,采用INSTRON 5582萬能試驗機上進行拉伸性能測試,采用Model 2182 Nanovoltmeter電阻儀測定其導電率。

2 試驗結果與討論

2.1 板材固溶態顯微組織和力學性能

對6 mm厚的板材進行固溶(780℃×10 min水冷)處理,固溶態的顯微組織圖如圖2所示,硬度檢測結果見表2。由圖2可以看出鑄造態組織已經全部消除,但晶粒大小不均勻,仍然存在部分大的晶粒及長條粗晶,說明變形不充分而且極不均勻。從硬度檢測來看,板材硬度比較均勻,而且硬度值都不超過100,所以材質比較軟,說明固溶軟化效果很好,可以繼續進行后續冷變形加工。

表2 硬度檢測結果

圖2 板材固溶態的顯微組織

2.2 帶材不同溫度、不同時間時效后的拉伸性能和導電率

對0.1 mm厚的帶材取樣,分別采取400℃、440℃、480℃和2.5 h、2 h、1.5 h、1 h不同工藝參數時效處理,試驗后的拉伸性能和導電率測試結果見表3。由表3可以看出,試樣在400℃加熱經保溫1.5 h進行時效處理的強化效果最好,保溫1.5 h后隨時間的延長強度開始下降。時效溫度在440℃和480℃的強化效果隨溫度的增加也在下降,相同的時效溫度隨著時效時間的延長強度也在下降。導電率隨著時效溫度提高逐漸在增加,恰與強化效果相反。

2.3 時效工藝對顯微硬度的影響

不同厚度0.1 mm、0.15 mm、0.2 mm帶材經過390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、480℃不同溫度和保溫1 h的時效處理,其顯微硬度檢測結果如圖3所示。

表3 不同時效工藝參數對拉伸性能和導電率的影響

圖3 時效處理溫度對帶材顯微硬度的影響

由圖3可看出,不同厚度的帶材,隨時效處理溫度的升高,其顯微硬度均存在各自的峰值,在390～410℃之間出現峰值,隨后下降,在440～480℃開始快速下降。不同厚度0.1 mm、0.15 mm、0.2 mm的帶材加工率依次降低。其中,0.1 mm厚的帶材加工率最大,峰值出現在400℃,但隨著溫度上升軟化趨勢卻最明顯。0.15 mm厚的帶材加工率居中,峰值出現比較早,約在390℃左右,隨著溫度上升開始軟化比較快,約在440℃左右開始軟化趨勢居中。0.2 mm厚的帶材加工率最小,峰值出現390～400℃之間,隨著溫度上升開始軟化也比較快,隨后逐漸減緩,約在440℃左右軟化迅速,但軟化趨勢在三者當中為最緩。

不同厚度帶材在400℃進行不同時間的時效處理,其對帶材抗拉強度的影響如圖4所示,由圖4可以看出,隨時效時間的變化,合金抗拉強度也存在有峰值,在時效初期抗拉強度快速增加,在時效1～2 h之間抗拉強度變化緩慢,并達到峰值,2 h以后抗拉強度開始下降明顯。比較不同厚度帶材在相同時效工藝下的強化效果可以看出,加工率居中的0.15 mm厚的帶材強化效果最好,加工率最大的0.1 mm厚的帶材的強化效果最差。所以,選擇合適的加工率對強化效果影響也非常明顯。

3 結 論

1.C70250銅合金帶材采用中頻感應電爐熔煉、熱軋和冷軋制備的帶材經合適的熱處理工藝可以獲得高強高導的性能。

2.C70250銅合金最佳時效溫度為390～410℃,保溫1～2 h,可獲最佳的強化效果。

[1] 范莉,劉平,賈淑果,等.高強度Cu-Ni-Si系引線框架材料研究進展[J].熱加工工藝,2008,37(20):104-107.

[2] 陳興章.集成電路銅合金引線框架材料的應用及產業化[J].上海有色金屬,2002,23(4):146-148.

[3] 劉瑞清,王曉娟,蔡薇.銅合金引線框架材料的研究現狀與發展[J].江西冶金,2003,23(6):81-83.

[4] Suzuki S,Shibutani N,Mimura K,et al.Improvement in strength and electrical conductivity of Cu-Ni-Si alloys by aging and cold rolling[J].J.Alloys Comp.,2006,417:116-117.

[5] Fujiwara H.Effect of alloy composition on precipitation behavior in Cu-Ni-Si alloys[J].Japan Inst.Metals,1998,62(4):301-302.

[6] 謝水生,李彥利,朱琳.電子工業用引線框架銅合金及組織研究[J].稀有金屬,2003,27(6):768-776.

Abstract:This paper studies the preparation and influence of heat treatment on the structure and properties of C70250 copper alloy of high strength Cu-Ni-Si alloy.The results show:the C70250 alloy has good solution treatment soften effect and good aging treatment to enhance strength;the best aging temperature of the alloy is 390～410℃,keeping this temperature for 1～2 hours,the alloy can get to the best stength;the Rm attain 728.8 MPa; the conduct electricity rate can attain 36.37%.The conduct electricity rate reduces with the strength increasing, but it can get the best match of strength and conduct electricity by adjusting the aging treatment process.

Key words:C70250;copper alloy;strip

The Development of Strip of C70250 Copper Alloy

LI Na1,LI Yong-lin2,ZHU Bao-hui2,Ren Li-ping2
(1.Northwest Rare Materials Research Institute,Shizuishan753000,China;
2.Ningxia Orient Tantalum Industry Co.Ltd,Shizuishan753000,China)

TG146.2

A

1003-5540(2012)01-0040-03

2011-11-06

李娜(1984-),女,助理工程師,主要從事稀有金屬及新型銅合金材料的研究和開發工作。