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1、材料知識-1銅材的介紹2005.6 2005.6 編製編製1 1优讲借鉴优讲借鉴為什麼是你?n n為什麼要用銅呢為什麼要用銅呢? ?l l由於銅金屬具有良好的導電由於銅金屬具有良好的導電、導熱及加工成型特導熱及加工成型特性性, ,因此銅合金在現今電子產業中成為相當重要的因此銅合金在現今電子產業中成為相當重要的原材料原材料, ,銅合金種類也隨著不同產品之功能性及加銅合金種類也隨著不同產品之功能性及加工方面的需求日益增加工方面的需求日益增加, ,各式兼具高導電性與高強各式兼具高導電性與高強度的銅合金板材度的銅合金板材( (如次頁所示如次頁所示) )亦迅速被研究開發亦迅速被研究開發n n台灣對材料工
2、業的投資台灣對材料工業的投資l l除了企業本身積極提昇產品的競爭力及銅合金板除了企業本身積極提昇產品的競爭力及銅合金板材製程能力外材製程能力外, ,國內各學術及研究單位亦同時進行國內各學術及研究單位亦同時進行研究開發工作研究開發工作l l清華大學材料研究所及金屬工業發展中心清華大學材料研究所及金屬工業發展中心, ,共同完共同完成經濟部工業局之成經濟部工業局之積體電路引線架銅板積體電路引線架銅板l l工研院工業材料研究所輔導的工研院工業材料研究所輔導的銅合金板材殘留銅合金板材殘留應力檢測技術應力檢測技術; ;工研院亦提供各項業界相關之合工研院亦提供各項業界相關之合作計劃作計劃 l l其他其他 2
3、 2优讲借鉴优讲借鉴銅合金板材抗拉強度與導電率關係圖3 3优讲借鉴优讲借鉴常用合金銅的種類n n黃銅合金黃銅合金l lCu:64%68%;Zn:Cu:64%68%;Zn:餘量餘量l l具有漂亮色澤具有漂亮色澤、衝製加工性好衝製加工性好、延展性優良延展性優良、適適合伸抽合伸抽、易於電鍍及塗裝易於電鍍及塗裝n n磷青銅合金磷青銅合金l l51915191：Sn:5.57.5Sn:5.57.5約約 6 6;Sn+P+CU99.5%;Sn+P+CU99.5%l l高強度硬度特質高強度硬度特質l l52105210：Sn:7.09.0Sn:7.09.0約約 8 8;Sn+P+CU99.7%;Sn+P+C
4、U99.7%l l耐疲勞及彈性特性佳耐疲勞及彈性特性佳n n紅銅合金紅銅合金l lP:0.004P:0.004以下以下;Cu:99.90;Cu:99.90l l具高熱電傳導性具高熱電傳導性、加工性加工性、延展性延展性、耐蝕性及耐耐蝕性及耐候性候性n n其他其他 4 4优讲借鉴优讲借鉴黃銅合金n n黃銅合金的特性黃銅合金的特性l l黃銅為銅和鋅的合金黃銅為銅和鋅的合金, ,金屬光澤隨鋅含量增加由橙金屬光澤隨鋅含量增加由橙紅色轉為黃色紅色轉為黃色, ,黃銅合金的機械性質優異黃銅合金的機械性質優異l lC2600C2600延展性優異延展性優異, ,深沖加工性及電鍍性良好深沖加工性及電鍍性良好; ;供
5、製供製作彈殼作彈殼、汽車散熱器汽車散熱器、燈具燈具、扣件扣件l lC2680C2680沖製加工性及電鍍性良好沖製加工性及電鍍性良好, ,與與C2600C2600比較比較; ;強強度增加但延展性減少度增加但延展性減少, ,供製作連接器及輸入供製作連接器及輸入/ /輸出輸出之端子之端子、篩板篩板、燈具燈具、扣件扣件、衛生器材等衛生器材等l l至於至於C2800C2800強度高且具延展性強度高且具延展性, ,適合熱加工成型適合熱加工成型, ,但但耐蝕性較差耐蝕性較差, ,在海水中易脫鋅及應力腐蝕破壞在海水中易脫鋅及應力腐蝕破壞n n與其他合金銅比較與其他合金銅比較l l硬度硬度: :較磷青銅及紅銅高
6、較磷青銅及紅銅高l l彈性彈性: :較磷青銅及紅銅差較磷青銅及紅銅差5 5优讲借鉴优讲借鉴黃銅(Brass)特性及規格一覽表 (1)化學成份 (Chemical Composition)合金編號化學成份(wt.%)MaterialDesignationCuZnFePbJISC268064.068.5Rem.0.05(max)0.15(max)(2)物理特性(Physical Properties)合金編號密度g/cm3彈性係數GPa熱膨脹係數mm/mK熱傳導係數W/mK導電率%IACSC26808.4710520.3116276 6优讲借鉴优讲借鉴黃銅(Brass)特性及規格一覽表(3)機械性
7、質(Mechanical Properties)合金編號質別符號抗拉試驗硬度試驗厚度(mm)抗拉強度(kgf/mm2)延伸率(50mm)(%)HvThickness0.15mmC2680OC2680R-O0.228407090H/2C2680R-H/20.2364628110130HC2680R-H0.24255-140160EHC2680R-EH0.25360-160180SHC2680R-SH0.258-1807 7优讲借鉴优讲借鉴磷青銅合金n n磷青銅合金的特性磷青銅合金的特性l l磷青銅是在銅錫合金中添加少量的磷磷青銅是在銅錫合金中添加少量的磷, ,除除了脫氧作用並可改良合金的機械性質
8、了脫氧作用並可改良合金的機械性質, ,使使得磷青銅合金的延展性良好得磷青銅合金的延展性良好, ,彈性好彈性好, ,耐蝕耐蝕、耐疲勞及耐磨耗性優良耐疲勞及耐磨耗性優良, ,實施稜冷加工時實施稜冷加工時機械強度及彈性限會顯著增加機械強度及彈性限會顯著增加l l可供作彈簧材料可供作彈簧材料、電氣用彈簧開關電氣用彈簧開關、連連接器及輸入接器及輸入/ /輸出之端子輸出之端子、風箱風箱、熔線夾熔線夾、滑動片滑動片、電子零件等產品之材料及自動電子零件等產品之材料及自動沖床之銅質軸承沖床之銅質軸承、軸承襯套等軸承襯套等n n與其他合金銅的比較與其他合金銅的比較l l硬度硬度: :較黃銅低較黃銅低, ,較紅銅高
9、較紅銅高l l彈性彈性: :較黃銅好較黃銅好, ,較紅銅低較紅銅低8 8优讲借鉴优讲借鉴磷青銅(PhosphorBronze)特性及規格一覽表(1)化學成份 (Chemical Composition) 合金編號化學成份(wt.%)MaterialDesignationCuSnpPbFeZnJISC5191C5210Rem.Rem.5.57.07.09.00.030.350.030.350.050.050.100.100.300.15mmC5191OCC5191R-O0.23242-H/4C5191R-H/40.2405235120150H/2C5191R-H/20.2506020150170
10、3/4HC5191R-3/4H0.2526218170190HC5191R-H0.2607010190210EHC5191R-EH0.265758210230SHC5191R-SH0.27552302701010优讲借鉴优讲借鉴磷青銅(PhosphorBronze)特性及規格一覽表(3)機械性質(Mechanical Properties)合金編號質別符號抗拉試驗Tensiletest硬度試驗Hardnesstest厚度mm抗拉強度kgf/mm2延伸率%HvThickness0.15mmC5210OCC5210R-O0.23545-H/4C5210R-H/40.2405240120150H/2
11、C5210R-H/20.25060301501703/4HC5210R-3/4H0.2526220170190HC5210R-H0.2607212190210EHC5210R-EH0.270808210230SHC5210R-SH0.27552302701111优讲借鉴优讲借鉴n n紅銅合金的特性紅銅合金的特性l l韌煉銅韌煉銅(ETP-C1100)(ETP-C1100)及磷脫氧銅及磷脫氧銅(DLP-C1200, DHP-(DLP-C1200, DHP-C1220)C1220)合金板材具高導電導熱特性合金板材具高導電導熱特性、良好延展性良好延展性及加工成型性及加工成型性l l一般應用在散熱鰭片
12、一般應用在散熱鰭片、電氣開關端子電氣開關端子、電子零件電子零件、印刷輥子及建築材料等產品上印刷輥子及建築材料等產品上l l近年來由於各類近年來由於各類ICIC晶片之運算處理速度日趨增進晶片之運算處理速度日趨增進, ,所以紅銅板材在晶片之散熱器運用方面將會逐漸所以紅銅板材在晶片之散熱器運用方面將會逐漸取代傳統的鋁合金散熱器取代傳統的鋁合金散熱器, ,尤其在中央處理器之晶尤其在中央處理器之晶片的散熱器上片的散熱器上, ,將成為主流的散熱材料將成為主流的散熱材料n n與其他合金銅的比較與其他合金銅的比較l l硬度硬度: :較黃銅及磷青銅低較黃銅及磷青銅低l l彈性彈性: :較黃銅及磷青銅好較黃銅及磷
13、青銅好紅銅合金1212优讲借鉴优讲借鉴紅銅(Copper)特性及規格一覽表(1)化學成份(Chemical Composition)合金編號化學成份(wt.%) MaterialDesignationCuPJISC1100(ETP)99.9(min)0.0040.012(2)物理特性(Physical Properties)合金編號密度g/cm3彈性係數GPa熱膨脹係數mm/mK熱傳導係數W/mK導電率%IACSC11008.9411716.9391.11011313优讲借鉴优讲借鉴紅銅(Copper)特性及規格一覽表(3)機械性質(Mechanical Properties)合金編號質別抗拉
14、試驗硬度試驗厚度(mm)抗拉強度(kgf/mm2)延伸率(50mm)(%)HvThickness0.15mmC1100O0.2300.22430136080H/20.226331070903/4H0.22935580100H 0.23037490110EH0.23340395110SH0.2354121001251414优讲借鉴优讲借鉴其他銅合金n n還有哪些合金類l l高鎳及鎳合金材料高鎳及鎳合金材料l l彈片材料及銅合金相關材料彈片材料及銅合金相關材料l l溫度雙金屬片溫度雙金屬片l l半導體封裝材料半導體封裝材料1515优讲借鉴优讲借鉴高鎳及鎳合金材料n n高鎳合金高鎳合金( (鎳基合金
15、鎳基合金) )l l是以鎳為基礎是以鎳為基礎, ,再加上不同比例的鐵再加上不同比例的鐵、鉻鉻、鉬或其鉬或其他稀有金屬而成他稀有金屬而成, ,適用於耐高溫或不同酸適用於耐高溫或不同酸、鹼值的鹼值的環境環境n n鎳合金鎳合金l l所涵蓋的應用範圍更廣所涵蓋的應用範圍更廣, ,例如例如: : 高級眼鏡材料高級眼鏡材料、燈燈泡材料泡材料、快速窯滾筒快速窯滾筒、熱處理熱處理、火星塞火星塞、石化工石化工業等業等n n常見鎳合金的種類常見鎳合金的種類l l高鎳合金高鎳合金 : Nickel 200 ; Nickel 212: Nickel 200 ; Nickel 212l l鎳鉻合金鎳鉻合金 : Inco
16、nel 600 / 601: Inconel 600 / 601l l鎳鉻鐵合金鎳鉻鐵合金 : Alloy 840 / 800 / 825: Alloy 840 / 800 / 825l l鎳銅合金鎳銅合金 : Monel 400: Monel 400l l鎳基合金鎳基合金 : Alloy C 276 B / C / D: Alloy C 276 B / C / D 1616优讲借鉴优讲借鉴彈片材料及銅合金相關材料n n彈片材料及銅合金相關材料可被應用的範彈片材料及銅合金相關材料可被應用的範圍極為廣泛圍極為廣泛, ,使用範圍由民生到工業用品使用範圍由民生到工業用品, ,諸諸如高級電器開關如高級
17、電器開關、繼電器繼電器、微動開關各種微動開關各種高級端子高級端子、快速接頭及連接器等其各有不快速接頭及連接器等其各有不同特性同特性( (如有些特性為高彈性係數如有些特性為高彈性係數、高導電高導電率率、高張力強度高硬度等高張力強度高硬度等) )n n彈片種類的銅彈片種類的銅l l鈹銅鈹銅 (BeCu) JIS C1720/C1700(BeCu) JIS C1720/C1700l l鈦銅鈦銅 (TiCu)(TiCu)l l白銅白銅 CuNi18Zn20/CuNi18Zn27 JIS CuNi18Zn20/CuNi18Zn27 JIS C7521/C7701C7521/C7701l l銅鎳矽合金銅鎳
18、矽合金 ( Alloy 7025 )( Alloy 7025 )1717优讲借鉴优讲借鉴溫度雙金屬片n n溫度雙金屬片的特性溫度雙金屬片的特性l l將將 2 2 或或3 3層不同材質的金屬合在一起層不同材質的金屬合在一起, ,利用金屬對利用金屬對熱感應的膨脹係數之不同而產生彎曲的特性熱感應的膨脹係數之不同而產生彎曲的特性, ,藉此藉此達到溫度的測控達到溫度的測控, ,是對溫度雙金屬片最簡易的解釋是對溫度雙金屬片最簡易的解釋l l其用途以製成溫度開關其用途以製成溫度開關、斷路器斷路器、保溫開關保溫開關、電電氣遮段器氣遮段器、過載電驛等為主過載電驛等為主, ,亦有以雙金屬片作為亦有以雙金屬片作為感
19、溫素材的溫度計器感溫素材的溫度計器n n溫度雙金屬片的種類溫度雙金屬片的種類l l高感度雙金屬片高感度雙金屬片l l一般用雙金屬片一般用雙金屬片l l高溫用雙金屬片高溫用雙金屬片l l溫用雙金屬片溫用雙金屬片l l中阻抗用雙金屬片中阻抗用雙金屬片l l低阻抗用雙金屬片低阻抗用雙金屬片l l耐蝕性雙金屬片耐蝕性雙金屬片 1818优讲借鉴优讲借鉴半導體封裝材料n n半導體材料的特性在於熱膨脹係數與陶瓷半導體材料的特性在於熱膨脹係數與陶瓷、硬質玻璃硬質玻璃、軟質玻璃材料的熱膨脹係數相類軟質玻璃材料的熱膨脹係數相類似因此成為似因此成為 IC IC 導線架導線架 、電視布朗管電視布朗管、真空真空管管、二
20、極體二極體、燈球燈球、照明燈管等最佳的封著照明燈管等最佳的封著用導線材用導線材 n n材料種類材料種類l lCOBALCOBAL合金合金，硬質玻璃用硬質玻璃用l l鎳鉻鐵合金鎳鉻鐵合金，軟質玻璃用軟質玻璃用l l鎳鐵合金鎳鐵合金，Ni42-Fe / Ni46-Fe/ Ni50-FeNi42-Fe / Ni46-Fe/ Ni50-Fe系列系列l l杜鎂絲杜鎂絲Ni42-Fe Ni42-Fe 被覆無氧化銅被覆無氧化銅、硼砂膜硼砂膜l l鋁極細線鋁極細線 Aluminum Fine WireAluminum Fine Wirel l鍍銀銅線鍍銀銅線 Silver Coated WireSilver
21、Coated Wire1919优讲借鉴优讲借鉴磷青銅(PhosphorBronze)合金各規格對照表 合金編號AlloyNo.化學成分ChemicalComposition(wt.%)CuSnPFeNiPbZnOthersCuSn4Rem.3.54.50.010.40 0.1 0.3 0.05 0.3-CuSn54.55.5CuSn65.57.5CuSn87.59.0C5101Rem.3.05.50.030.35-CuSnP 99.5C51915.57.0C52127.09.0C5111Rem.3.54.50.030.35-CuSnP 99.5C51024.55.5C51915.57.0C52
22、127.09.0C52107.09.0 0.1- 0.05 0.2CuSnP 99.72020优讲借鉴优讲借鉴磷青銅(PhosphorBronze)合金各規格對照表合金編號AlloyNo.化學成分ChemicalComposition(wt.%)CuSnPFeNiPbZnOthersC51100Rem.3.54.90.030.35 0.1- 0.05 0.3-C510004.25.8C519005.07.0C521007.09.0 0.2CuSn4Rem.3.54.50.010.35 0.1 0.3 0.05 0.3 0.2CuSn65.57.5CuSn87.58.5PB101Rem.3.54
23、.50.020.40- 0.02 0.3-PB1024.55.5PB1035.57.52121优讲借鉴优讲借鉴銅合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)寬度Width厚度Thickness厚度公差ToleranceJISStandard(H3100) 200 300 400 7000.100.15incl.0.0100.0200.020-0.150.25incl.0.0200.0200.0200.0300.250.35incl.0.0200.0300.0300.0400.350.50incl.0.0300.0300.0400.0500.500.80inc
24、l.0.0300.0400.0500.0600.801.20incl.0.0400.0500.0600.0701.202.00incl.0.0500.0600.0700.0802.003.00incl.0.0600.0700.0800.100單位:mm紅銅(C1100);黃銅(C2680) 2222优讲借鉴优讲借鉴銅合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)寬度Width厚度Thickness厚度公差ToleranceJISStandard(H3100) 400mm400650mmover0.10mmto0.15mmincl.0.010mm-over0.1
25、5mmto0.25mmincl.0.015mm-over0.25mmto0.40mmincl.0.020mm-over0.40mmto0.55mmincl.0.025mm0.045mmover0.55mmto0.70mmincl.0.030mm0.050mmover0.70mmto0.90mmincl.0.035mm0.060mmover0.90mmto1.20mmincl.0.040mm0.070mmover1.20mmto1.50mmincl.0.045mm0.080mmover1.50mmto2.00mmincl.0.050mm0.090mm磷青銅(C5191、C5210)2323优讲借鉴优讲借鉴銅合金板材寬度公差(Width tolerances for strip)寬度Width厚度Thickness厚度公差ToleranceJISStandard(H3100) 100mm 200mm0.100.55mm.0.10mm0.20mm0.552.00mm.0.20mm0.30mm2424优讲借鉴优讲借鉴Dimensional tolerances shall be in accordance with JIS H31002525优讲借鉴优讲借鉴2626优讲借鉴优讲借鉴
