冷變形對用于引線框架結構材料Cu—Ni—Si—Cr—P合金性能的影響

摘 要：本文通過實驗研究了應用于引線框架的Cu-Ni-Si系合金Cu-Ni-Si-Cr-P材料在冷變形處理下所表現出來的特性。

關鍵詞：冷變形；合金；時效

中圖分類號：TG113 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、銅合金與引線框架材料的研究現狀

超大規模集成電路的發展、不斷增加的集成電路端子數、越來越高的集成度使得引線框架材料也越做越薄，厚度從原來的0.25mm降低到0.15～0.1mm.甚至更薄（0.08mm）。因此抗拉強度在600MPa以上，電導率大于80%IACS的銅合金已經成為21世紀初材料開發的熱點之一[1]。

目前國外對多端子集成電路的引線框架多采用蝕刻加工方法。即在蝕刻凸版印刷過程中，當材料厚度減薄到0.125mm時，框架的承載能力會下降，導致引線框架加工成品率下降。于是，對銅基引線框架材料的強度提出了更高標準的要求。

二、Cu-Si-Ni系合金的熔煉

三、實驗方法

在自制的手動軋機上進行冷變形，軋輥尺寸為50mm×30mm。

在HVS-1000型數顯顯微硬度計上測量顯微硬度。載荷為100g，加載時間為10s。從時效及形變處理后的試樣上直接剪取顯微硬度試樣，尺寸為5mm×5mm。測量前試樣表面用1000#砂紙磨光，每種狀態測量次數不少于3次，測量誤差≤±5%。

在ZY9987型數字式微歐儀上測量電阻，試樣長度90mm，寬度2mm，厚度0.4mm，導電率以國際退火銅標準表示。

在日產OLYMPUSPMG3金相顯微鏡上觀察光學金相分析。試樣需經機械拋光，采用FeCl3的乙醇溶液作為腐蝕液。

四、冷變形對合金顯微硬度和導電率的影響

固溶合金的時效過程在很大程度上受時效前冷變形的影響，這是因為新相在位錯上生核，使生核處的位錯線消失，消失的位錯線上的能量被釋放出來作為相變的驅動力，促進生核[2]。若新相形核后位錯不消失，則會使位于界面上構成半共格界面的位錯部分降低相界面所需的能量，也會促進形核。溶質原子易于偏聚在刃形位錯上形成科垂爾氣團，在擴展位錯的層錯區偏聚形成鈴木氣團，給新相形成提供了成分起伏的有利條件[3]。因此，時效前的冷變形可以大大加快新相的析出速度。由于Cu-Ni-Si-Cr-P合金固溶原子含量較少，因此析出速度較慢。為了提高Cu-Ni-Si-Cr-P合金的時效析出速度，可以在合金時效前加以冷變形，以便提高合金時效析出的動力。

圖1是合金經不同量冷軋變形后在500℃時效時顯微硬度與時間的關系曲線。由圖1可以看出，在時效初期硬度顯著上升，達到峰值后又以較慢的速度下降；冷變形量越大，時效初期合金的顯微硬度上升的幅度也越大，達到峰值所需的時間就越短。如合金經60%變形后經過1h時效顯微硬度便達到峰值（249HV），而未經變形和經過40%變形要經過2h以上才能達到峰值，且峰值比前者小。這是因為合金冷變形后內部位錯等缺陷增多，促進了析出物形核，可加速隨后的時效析出過程，而且合金的硬度曲線也出現峰值。

圖2是合金經不同量冷軋變形后在500℃時效時導電率的變化曲線。圖2顯示，時效初期合金的導電率上升的速度隨變形量的增加而增加，且變形量越大上升幅度也越大。如經60%變形的合金在500℃時效2h導電率能達到峰值（43%IACS），但隨著時效時間的延長，合金的導電率增加逐漸趨緩。這是由于合金在時效過程中，析出速度先快后慢，故合金的導電率在時效初期增加較快而后減緩，且變形量越大，導電率增加的幅度越明顯。因為隨著變形量的增大，合金內部的位錯等缺陷增多，使析出物形核變得更加容易，位錯還作為溶質原子擴散的“快速通道”而加速析出過程，由此時效前的冷變形使基體溶質原子迅速貧化，從而使導電率的變化呈現上述特征。合金時效初期Ni及Si元素的析出，使電子運動中受到的散射作用大為減少，導致導電率得以大幅度提高。

上述試驗結果表明，Cu-Ni-Si-Cr-P合金的強化效果主要依靠時效過程中Ni2Si的析出。該析出相能有效阻止位錯和晶界的移動，從而提高合金的強度。因此，凡能促進析出的熱處理手段均可提高合金強度。

五、結束語

綜上所述，先采用900℃固溶、60%冷變形對合金進行處理，然后經過500℃×2h的時效，即可獲得硬度和導電率配合較好的合金性能（246HV，43%IACS）。

參考文獻：

[1]王焰.IC引線框架材料的發展動向[J].金屬功能材料，1995（02）：45-51.

[2]王仁東.斷裂力學理論和應用[M].北京：化學工業出版社，1980：1-137.

[3]徐振興.斷裂力學理論[M].北京：機械工業出版社，1981：5-132.

作者簡介：王紅華（1981-），女，碩士，研究方向：電子。