引线框架铜合金

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1、引线框架铜合金材料1）介绍引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片内部 电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料2）优势所在：科学技术现代化对铜及铜合金材料提出越来越多的新要求，引线框架的作用是导电、散热、联接外部电路，因此要求制作引线框架材料具有高强度、高导电、良好的冲压和蚀刻性能。目前全世界百分之八十的引线框架使用铜合金高精带材制作，据不完全统计，引线框架合金约77种，最为显著的是C194铜合金材料：抗拉强度410 MPa,硬度

2、120 145HV,电导 率3.48 X 10-2S/m。3）C194热轧工艺：本试验所用C194铜合金取自国内某铜厂热轧后的板坯，用水冷铁模浇铸合金扁锭，铸锭尺寸为 40 mmxl00 mmx600mm。加热温度、保温时间和终轧温度是热轧工艺的几个关键 因素。1、开轧温度，是轧机开始对金属轧制的温度。开轧温度在金属的塑性变化温度以上，这多半是使金属坯按照要求轧制成某种形状，每种金属均有自己的开轧温度。生产现场总是希望开轧温度高一点，以便提高轧件的塑性，降低变形抗力，节省动力，易于轧制变形。2、 终轧温度，是金属产生塑性变形结束时的温度。这个温度有两个要求：（1）要满足金属仍在塑性变化的温度区

3、域，以便顺利完成轧制；（2）要满足某种金相组织。这是因为，不同的温度，金属有不同的金相组织。如果超过终轧温度，就会出现其他组织的金相组织，这就影响了轧制质量。终轧温度是控制金属合金组织性能的重要条件，需考虑到晶粒大小、第二相的析出。保温时间主要考虑到合金对温度的敏感性。C194合金对温度不敏感，加热时间的影响较小,实验中控制在2h。重点研究开轧温度和终轧温度的确定及其对组织性能的影响。3.1）开轧温度实验合金的屈服强度和延伸率随温度的变化关系合金在铸态时的屈服强度 随450 500 550 600 650 700 750 800 SSO 90G *T IU. jjt i HXUJ C/图i c

4、m舍金在暮时的屈服弓玺度和窿伸罕随温废的奁化Fig. t Influence of test umpEratixre on yield vtzpqg 虚 h nd clongaticmat &s-CMt C194 alloy热温度不甚敏感的特性实验温度的升高而明显降低；同时, 合金的延伸率随实验 温度的升高急 剧上升。当拉伸温度大于650 C时,屈服 强度和延伸率的变化减缓。对于 C194铜合金，考虑到 热轧的成品 率、效率。在不引起加热缺陷的情 况下。尽量选取强度最低、延伸率 最好时的温度进行热轧。同时，考虑 到铸 锭运送、热轧机性能、对终轧 温度控制的要求，以及该类合金对加，实际采用的开轧

5、温度为850 C左右。3.2 ）终轧温度度及随后的淬火工艺不合理或不能控制，是造成国内生产的C194引线框架铜板带与国外同类产品相比有较大差距的主要原因之一。合金的终轧温度过低或随后不进行淬火处理，则会造成大量的强化相析出。这些强化相会造成以下问题：(1) 合金的过饱和度降低，时效过程中产生的强化相减少；热轧后慢冷产生的强化相在时效时长大，且分布不均匀，大大降低了合金的强度、塑性及电导率；(3)强化相的析出将提高合金的强度，在冷轧过程中容易造成开裂等缺陷。C194铜合金的终轧温度的选择原则是：(1) 终轧温度不造成合金的过饱和度降低;(2) 尽量减少强化相的析出；可以看出，在715 C以上析出

6、峰 很少，在715 C以下有445、496、589 C等较多的析出峰，DSC试验 及金 相分析表明终轧温度小于715 C时会有大量相析出，使合金的过 饱和度降低。因此，C194合金 的终轧 温度应高于715 C，而且终轧完成后应 立即喷水冷却，抑制析 出相的发生。为 了研究终轧温度 对C194合金性能的影图2是升温时的DSC曲线。400600800Temperature/1(3) 为冷轧提供必须的塑性等。W2合金在升品时的QSU曲纯Fib 2 DSC gutvc of 0194 alloy witfi usmpeTHXure incre&Aing响，本实验中制定两种不同的终轧温度(780、65

7、0 C)进行对比分析。3.3) 2种不同终轧温度对组织的影响为了研究终轧温度对C194合金组织、性能的影响，采用的2种不同终轧温度(780、650 C )C194合金材料，之后2种合金经同样的变形及热处理工艺加工至1mm的板材。图4为采用2种不同终轧温度后合金的热轧组织(扫描电子显微镜)。可以看到，终轧温度较 高时(780 C )，喷水冷却使得强化相来不及析出，晶内及晶界的析出相很少，合金基体因此保持着 较高的过饱和度；而终轧温度较低时(650 C )，因温度较低，晶内已经有较多的析出相。图5为采用2种不同终轧温度后合金在状态 B时的TEM形貌(透射电子显微镜)。从图5a中可以看出，终轧温度为

8、780 C的合金在冷轧、时效后析出相较多 ，且细小、分布均匀，没有较 大的析出相。终轧温度较低时，在喷水冷却前，已经有部分溶质原子析出，合金基体的饱和度较低随后的时效过程中析出相较少，热轧冷却过程中析出的相长大。Fig,4 SEM inug 科 oftiwClW alloyswjUt 曲幅障皿帅 dipolNEi. (t) 7B0 r asd 650 pK5瑕用3耗不问舞札迥理阳舟佥隹伏昔RM的TEM Fig.5 TfcM-of th?Cl94 ulloy wilh two dliBeTeiDt mud rollint VvwpvTalvftfdi inB; 7S4J P *nd(MMO C3

9、.4) 2种不同终轧温度对合金的力学性能及电导率的影响通过对比2种采用不同终轧温度合金在A、B、C 3个状态(冷轧1.5mm，1mm，0.5mm )下的 力学性能及电导率，得到图6所示的合金的力学性能与电导率的变化关系。从图6可以看出,C194合金在冷轧至1.5mm厚度(状态A)时。终轧温度较高(780 C)的合金具有较高的抗拉 强度和 显微硬度，延伸率较低，电导率也较高。而终轧温度为650 C的合金的性能与之相反。终轧温度为780 C的合金的综合性能明显优于终轧温度为650 C的合金。这也验证了本实验选取的初轧温度和终轧温度是合理的。StateState图6采用2种不同终轧温度后合金性能对比

10、Frg.6 The properties comparisoD of C194 Alloys with two ditfereni end roJliog lempentuze in state A B. C: (a) tensile strength (b) clongAtion, (c) microhardness, and (d) electrics) conduclivity3.5) 结论：1) C194铜合金的理想开轧温度为850 C，终轧温度大于715 C且应立即喷水冷却，可获得 较好的综合性能。2) 终轧温度较高(780 C )的C194合金终态综合性能优于终轧温度较低(650

11、C )的合金。终轧温度为780 C的合金在时效后，析出相较多，细小弥散且分布均匀，没有较大的析出相：W轧温度为650 C的合金在时效后，析出相少且不均匀，伴有部分粗大的析出相。控制终轧温度及冷 却工艺可以提高合金的综合性能。4) C194形变与热处理：很少有人研究过形变热处理对其组织与性能的影响。部分研究表明，对经过热轧的Cu-Ni-Si合金板坯实施一种形变热处理，通过析出强化与形变强化的综合作用使之获得高的抗拉强度，同时又不失去它较好的导电性 ，从而使该合金的综合性能明显提高。C194也是一种析出强化型铜合金，因此从原理上分析也可以采用形变热处理方法改善其组织与性能。该项研究可为提高C194

12、铜合金引线框架材料的综合性能及进一步挖掘其应用潜力提供实验依据与参 考。4.1）实验条件及方法ffl 1ci94铜合金形3E热处理匚艺曲技将试样在850 C的温度下固溶处理1h,再在室温水中淬火，然后进行形变率为30%勺冷轧 变形， 随后在550C下进行第1次时效，接着进行形变率从0%到80%的第2次冷轧，最后在450C下进行 最终时效处理。两次时效的保温时间均为2h。形变热处理工艺如图1所示。形变热处理后对试样进 行强度、伸长率、硬度以及电导率测试。4.2 ）实验结果及分析4.2.1 ）形变热处理对C194铜合金力学性能的影响在两次时效（550 C和450 C）之间对C194铜合金板坯施以不

13、同形率的冷轧变形，然后测量其最终时效后的抗拉强度 b b和伸长率S，试验结果如表1所示。冷寿L金开事：侥O457080扣H小卜,妙工4 IO1点151菲1O袁1开2仝才m1 iiti kr 11IM.-utui rtilftS C 19-4尝寸命金J；刀学怦左 1 *a-4 ulUtjv lifter FM I从表1可以看出，随着变形率的增加,C194铜合金的抗拉强度提高，当冷变形率达到70%左右时抗 拉强度b b达到440MPa，比实际工业生产的合金提高约10%,且伸长率达到13%当冷变形率为 80%时抗拉强度b倒443MPa而伸长率S则降低到 10%材料性能的变化通常是其内部组织结构变化的

14、体 现。两次时效之间的冷变形率越大 试样内的位错增加越明显，加工硬化程度越严重。尽管二次时效过程中合金内部组织获得一定程 度的恢复，但仍保留很高的位错密度，如图2所示。 在透射电镜下可以清楚地观察到，经过80%八变形率 的试样经第2次时效处理后晶粒内部保留着高位错密 度区，位错toaw金最终时ftft后的眼*璋小TEM）（） *安雁奉为43% b）村受陪率为80/严重缠结。因此若要变形继续进行，则位错需要更大的 外力才能克服位错缠结群的阻碍作 用，从而使相应的强 度提高。另外冷变形引起较高的强度也与析出相强化有 关，变形率越大，则变形储能也越大，导致第二相析出越充分，相应的第二相颗粒增多，强化

15、效果增加。但另一 方面，由于位错的大量缠结，导致塑性变形时应力集中严重，且变形不均匀，因而材料塑性 降低, 从而呈现出伸长率随着冷变形率的增加而下降的规律。C194铜合金的力学性能还可以通过在形变热处理不同阶段的硬度变化来反映。在形变热处理的不同阶段，其硬度值的变化如图3所示。从图3可以看出，板坯在热加工后其维氏硬 度值为87HV,经过固溶处理后硬度值 降到68HV,随后经过 30%冷轧变形率硬度为70HV,变化很小；第1次时效 使材料硬 度大为提高，增加到109HV,比初始的材料硬度 高出25%再经过70%的冷变形后并经最终时效 处理硬度达到132HV，比初始状态高出52%硬度的变 化是由组织的变化所引起的。图4为C194铜 合金固溶处理后的金相组织帘变飙的不词曲戢9赤同害金飓度rr iw查鼻牡理不同阶段的变比规律图5为C194铜合金最终时效后的高倍显微组1两祝H故冏的冲曼玉车为加瞥织其中图5a为合金中的扩展位错，图5b为第 二相在晶界和位错密集区聚集长大的状