0 前言近年来 ,随着集成电路 (ＩＣ)日趋高集成化 ,能实现高密度封装的ＩＣ及微型晶体管正成为半导体器件的主流<1> 。这就要求引线框架材料的厚度更薄、导电性和强度更高。我国在“七五”、“八五”期间实现了铜合金引线框架材料生产零的突破<2 > ,但只能小批量生产性能要求不高的材料。目前 ,国内市场上应用较多的的是日本神户制钢所生产Ｃｕ Ｆｅ Ｐ系合金 ,其中较有代表性的是Ｃ1 94型合金 (Ｃｕ 2 .3ｗｔ%Ｆｅ 0 .0 3ｗｔ%Ｐ 0 .1ｗｔ %Ｚｎ)。其主要性能<3 > 如下 :
显微硬度≥ 1 40ＨＶ ,
导电率≥ 65 %ＩＡＣＳ。而国内批量生产的Ｃｕ 2 .5ｗｔ%Ｆｅ 0 .0 3ｗｔ%Ｐ 0 .1ｗｔ %Ｚｎ合金的显微硬度在 1 30 - 1 5 0ＨＶ范围内波动 ,难以全部替代进口。为此 ,本文研究了具有优良导电性和较高强度的Ｃｕ 2 .5ｗｔ%Ｆｅ 0 .0 3ｗｔ%Ｐ 0 .1ｗｔ %Ｚｎ合金的时效工艺 ,以期为国内相关厂家的生产提供试验依据。1 实验材料与方法试验材料为洛阳铜加工厂提供的厚 1 0ｍｍ的热轧空冷板材 ,其质量份数为 :ＷＦｅ=2 .5 % ,ＷＰ=0 .0 3% ,ＷＺｎ=0 .1 % ,余量为铜 .在ＳＸ 2 .5 1 0箱式电阻炉中对试样进行固溶处理 ,工艺为 85 0℃× 1ｈ水淬 ,固溶后的组织如图 1 ,可以看出未溶相很少 ,有利于时效期间第二相析出强化。图 1 合金固溶处理后的金相组织 2 0 0×冷变形在自制的手动轧机上进行 ,轧辊尺寸5 0× 30。在ＳＲＪＫ 3 1 2型管式电阻炉中进行时效处理 ,控温精度± 5℃。时效时通以氮气保护。时效后试样用 2 5 %Ｈ2 ＳＯ4溶液酸洗。导电率试样尺寸为 1 2 0× 3,硬度试样尺寸为 1 0× 1 0。电阻测量使用ＺＹ9987型数字式微欧计 ,测量误差≤ 0 .0 2ｍΩ。显微硬度在ＨＶＳ 1 0 0 0型数字显微硬度计上进行测量。金相试样经抛光后用ＦｅＣｌ3 2 0 % +ＨＣｌ1 0 %溶液腐蚀 ,在日产Ｖｅｒｓｍｅｔ Ⅱ型显微镜上观察。电镜试样经ＪＩＴ 1 0 0型氩离子减薄仪减薄 ,在Ｈ 80 0型透射电子显微镜上进行分析。2 实验结果与分析由于时效前的冷变形可使析出物易于形核从而加速析出过程 ,所以时效前通常施以较大的冷变形<4> 。(合金固溶并 80 %冷轧后在不同温度时效 2ｈ后 ,显微硬度与导电率的变化曲线如图 2所示。可见 ,合金固溶并冷轧后再时效的显微硬度与导电率均高于固溶后直接时效。还可看出 ,在 5 2 5℃时 ,无论时效前是否冷变形 ,导电率和硬度均在此温度下达到峰值。这是由于在该温度下 ,溶质原子扩散能力增强 ,第二相析出速度较快 ,使固溶元素大幅减少 ,以及析出相弥散分布所致<5> 。图 3为合金固溶并 80 %冷轧后于 5 2 5℃时效时 ,时效时间对显微硬度与导电率的影响。同时为研究时效后冷却方式对性能的影响 ,时效后采用空冷和更接近实际生产的随炉缓冷 ( 0 .5℃ ｍｉｎ)两种冷却方式。炉冷冷速虽然较慢 ,但第二相仍为非平衡析出 ,引起炉冷过程中合金过饱和度的增加 ,同时先析出相又起非自发形核的作用<6> ,故析出相在降温过程中仍可以较快速度析出 ,从而可获得较高导电率 ,但显微硬度略降。如时效 3ｈ后 ,炉冷导电率为 67.2 %ＩＡＣＳ ,显微硬度 77ＨＶ ,而空冷导电率仅 5 7.1 %ＩＡＣＳ ,但显微硬度较高 ,达 85ＨＶ。可见 ,单一的时效工艺难以满足Ｃｕ Ｆｅ Ｐ合金导电率尤其是硬度要求。为此 ,探讨了分级时效对合金性能的影响 ,其工艺流程见图 4。合金冷变形后在5 2 5℃进行一级时效的目的是获得较高的导电率 ,而在较低的温度 ( 4 2 0℃ )进行二级时效时 ,由于时效前施以较大冷变形引入了大量位错 ,促进形核及第二相更加弥散分布 ,从而获得高的硬度。时效后合金的性能分别达 :导电率 69.3%ＩＡＣＳ及显微硬度 1 2 5ＨＶ。图 5为分级时效后透射电镜下的析出相形貌 ,可以看出基体上弥散分布着尺寸约1 0ｎｍ的细小析出物 ,对后续冷变形过程中的位错运动将产生有效的阻碍作用。为了满足框架材料的不同规格要求 ,两级时效后需对合金进一步精整变形及去应力退火。不同的精整变形量对合金性能的影响示于图 6,图中显示 ,冷变形对合金的硬度影响较大 ,5 0 %冷变形并去应力退火后 ,可达 1 45ＨＶ以上 ,而导电率略有下降 ,达 67%ＩＡＣＳ ,均达到国外同类材料的性能。3 结论( 1 )Ｃｕ 2 .5Ｆｅ 0 .0 3Ｐ合金热轧板材经 85 0℃固溶处理后 ,在 5 2 5℃时效可获得较高的硬度和导电率。( 2 )时效前冷变形对合金性能有很大影响 ,可促进析出相形核和生长 ,使合金的导电率和硬度显著提高。时效后冷却方式对合金性能也有较大影响 ,炉冷可进一步提高合金的导电率 ,但硬度略有下降。而空冷可获得较高的硬度 ,但导电率较低。( 3)分级时效可获得高的硬度和导电率 ,分别可达ＨＶ1 45和 67%ＩＡＣＳ以上。时效处理对Cu-Fe-P合金硬度和导电率的影响@王东锋$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003
@康布熙$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003
@田保红$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003
@刘平$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003
@黄金亮$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003
@赵冬梅$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003合金;;分级时效;;显微硬度;;导电率;;冷变形研究了时效及时效前的冷变形和时效后冷却方式对Cu 2 .5wt%Fe 0 .0 3wt%P合金显微硬度和导电率的影响。结果表明 ,合金固溶后 ,时效前冷变形可促进析出相形核和生长 ,而时效后炉冷比空冷更易获得较高导电率 ;在 5 2 5℃时效 3h ,随炉缓冷可使合金导电率达 6 7%IACS ,再经 80 %冷变形 ,4 2 0℃时效 3h后 ,可以使合金导电率和显微硬度进一步提高 ,精整变形后 ,分别达 6 8%IACS和 14 5HV。<1> 宫藤元久,细川宫,津野理一.引线框架用强化型铜合金KFC SH及KLF194SHT的特性
.伸铜技术研究会志,1990,29.
<2> 曹育文,马营生,唐祥云,等.中国铜合金引线框架材料的现状与发展.功能材料,1998,(10):714-718.
<3> 赵冬梅,董企铭,刘 平,等.铜合金引线框架材料的发展.材料导报,2001,(3):18-21.
<4> 阳大云,刘 平,康布熙,等.时效及冷变形对CuNiSi合金硬度和导电率的影响.洛阳工学院学报,2001,22(2):1-3.
<5> 袁振宇,董企铭,刘 平,等.时效对CuCrZr合金显微硬度及导电率的影响.洛阳工学院学报,2002,23(1):8-11.
<6> NoriyukiNomoto,TongChingping,MakotoOhta, etal.AProcessforManufacturingCuFeAlloyC194E SHwithHighElectricalConductivityandExcellen tResistance.HitachiCableReview,1999,18:61-65.国家自然科学基金资助项目(5 0 0 710 2 6)
@赵冬梅$洛阳工学院材料科学与工程系!河南洛阳471003合金;;分级时效;;显微硬度;;导电率;;冷变形研究了时效及时效前的冷变形和时效后冷却方式对Cu 2 .5wt%Fe 0 .0 3wt%P合金显微硬度和导电率的影响。结果表明 ,合金固溶后 ,时效前冷变形可促进析出相形核和生长 ,而时效后炉冷比空冷更易获得较高导电率 ;在 5 2 5℃时效 3h ,随炉缓冷可使合金导电率达 6 7%IACS ,再经 80 %冷变形 ,4 2 0℃时效 3h后 ,可以使合金导电率和显微硬度进一步提高 ,精整变形后 ,分别达 6 8%IACS和 14 5HV。<1> 宫藤元久,细川宫,津野理一.引线框架用强化型铜合金KFC SH及KLF194SHT的特性.伸铜技术研究会志,1990,29.
<2> 曹育文,马营生,唐祥云,等.中国铜合金引线框架材料的现状与发展.功能材料,1998,(10):714-718.
<3> 赵冬梅,董企铭,刘 平,等.铜合金引线框架材料的发展.材料导报,2001,(3):18-21.
<4> 阳大云,刘 平,康布熙,等.时效及冷变形对CuNiSi合金硬度和导电率的影响.洛阳工学院学报,2001,22(2):1-3.
<5> 袁振宇,董企铭,刘 平,等.时效对CuCrZr合金显微硬度及导电率的影响.洛阳工学院学报,2002,23(1):8-11.
<6> NoriyukiNomoto,TongChingping,MakotoOhta, etal.AProcessforManufacturingCuFeAlloyC194E SHwithHighElectricalConductivityandExcellen tResistance.HitachiCableReview,1999,18:61-65.国家自然科学基金资助项目(5 0 0 710 2 6)
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