一种低成本、耐应力松弛铜合金引线框架材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低成本、耐应力松弛铜合金引线框架材料及其制备方法，属于有 色金属加工领域。
【背景技术】
[0002] 现代电子信息技术核心部件是集成电路，其主要由芯片和引线框架经封装而成， 其中引线框架主要起着支撑芯片、保护内部元件、连接外部电路和向外散发元件热量的作 用，是集成电路中的关键材料。随着电子信息高新技术的迅速发展，产品向微、薄、轻、多功 能和智能化发展，促使集成电路向大规模、超大和极大规模方向发展。因此，引线框架材料 随之向着引线节距微细化、多脚化的方向发展。这不仅对引线框架材料的强度和导电性提 出了更高的要求，而且对材料的加工性能提出更高的要求，尤其更为关注材料的抗软化温 度及抗应力松弛特性。
[0003] 目前国内市场上铜基引线框架主要有C19210、C19400和C70250等几种合金，其 中C19210合金导电率大于80%IACS，但强度只有400MPa左右，满足不了大规模集成电路 对强度的要求，限制着其进一步使用；而C19400合金导电率大于60%IACS、抗拉强度达到 450~600MPa，仍不能满足超大规模集成电路的强度及多脚化的发展需求，其主要应用于 中低端引线框架材料。C70250合金是一种高端的集成电路用引线框架材料，其导电率约为 45%IACS、抗拉强度大于600MPa;但这种合金在生产过程中，需要专门的淬火时效工序及 装备，生产工艺较为复杂，生产成本较高，而且目前国内的产品只能满足中低端客户使用要 求，影响着合金的产业化和应用。在全球经济出现持续低迷，制造加工企业面临着严峻的市 场竞争压力的情况下，开发低成本高性能的新型引线框架材料，不仅可以促进我国引线框 架材料的发展，丰富我国引线框架用铜合金带材的品种系列，而且可以促进下游企业的技 术革新和产品更新换代。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的是弥补现有铜合金性能的不足，开发出一种低成本、耐抗应力 松弛型铜合金材料，满足超大规模或极大规模集成电路对引线框架材料的使用要求。
[0005] 为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
[0006] -种低成本、耐应力松弛铜合金引线框架材料，它的重量百分比组成为：SnL3~ 1. 7%，Ni0? 75 ~0? 9%，Zn0? 2 ~0? 6%，P0? 03 ~0? 08%，余量为Cu。
[0007] 其中，所述低成本、耐应力松弛铜合金引线框架材料中还包含选自B和混合稀土 中的至少一种，混合稀土为La、Gd和Y，可以任意比例混合，La、Gd和Y三种元素之间的质 量比优选为1:2:3,其质量百分比含量为B0.005~0.01%，混合稀土 0.001~0.005%。
[0008] 所添加合金元素的作用：
[0009] 镍：镍元素可以起到固溶强化作用，此外镍元素的添加还可以增加合金的润湿性， 提尚引线框架材料的可焊性。
[0010] 锡：由于锡原子与铜原子半径相差较大，在铜合金中添加少量锡元素，能引起较大 的晶格畸变，有效的阻碍位错的运动，尤其在合金应力松弛过程中，能有效地拖拽位错，提 高合金抗应力松弛。此外，锡元素的添加也能显著提高合金的耐热剥离性能。
[0011] 磷：磷与镍元素相结合，形成镍磷化合物，能有效地阻碍位错的运动，提高合金的 抗应力松弛性能。
[0012] 锌：锌元素在合金中主要提高合金的耐磨性能和抗软化性能。
[0013] 硼和混合稀土 ：硼元素和混合稀土都能有效地调整合金晶粒组织大小，提高组织 的均匀性，改善合金的耐应力腐蚀敏感性。
[0014] 本发明的另一目的是提供上述低成本、耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备 加工方法，该方法生产工艺简单、操作方便。
[0015] -种低成本、耐应力松弛铜合金引线材料的制备加工方法，包括以下工艺流程： a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.铣面，c.粗乳，d.切边，e. -次中间退 火，f.酸洗，g.中乳，h.二次中间退火，i.酸洗，j.精乳，k.低温退火，1.酸洗，m.拉弯矫 直，n.分剪入库。
[0016] 步骤a中，采用工频感应炉在非真空环境下进行熔铸，所述的熔炼的温度为 1200~1250°C，所述铸造的温度控制在1150~1200°C。
[0017] 熔炼前，在感应炉中加入QSn6. 5-0. 1锡磷青铜边角料和新料（边角料与新料质量 比为3:2)，其中新料包括电解铜、电解镍、纯锌、铜硼和Cu-La、Cu-Gd和Cu-Y中间合金，将温 度升至1200~1250°C，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15~ 25min，进行水平连铸铸造。
[0018] 步骤b中，将水平连铸铸坯进行铣面处理，上下铣面量约1mm，主要去除表面缺陷。
[0019] 步骤c中，将铣面后的锭坯进行粗乳，冷乳开坯的变形量为60~80%。
[0020] 步骤e中，将切边后的冷乳板放置钟罩式退火炉中进行一次中间退火热处理，退 火温度为500~550°C，退火时间为4~6h。
[0021 ] 步骤g中，将酸洗后的板材进行中乳，变形量为60~80 %。
[0022] 步骤h中，将中乳后的板带材进行二次中间退火处理，退火温度为400~450°C，退 火时间为4~6h。
[0023] 步骤j中，将酸洗后的带材进行精乳，变形量为40~60%。
[0024] 步骤k中，将精乳后的带材放置钟罩式退火中进行低温退火，退火温度为200~ 250°C，退火时间为3~5h。
[0025] 本发明的优点：本发明通过对铜合金进行成分设计和优化，获得了一种新型的引 线框架用铜合金板带材，与高端C7025引线框架材料相比，合金抗拉强度稍低，但合金的导 电率、生产成本和耐抗应力松弛性能均可以与之相媲美，甚至超越。其化学成分为：锡含量 为L3~L7%，镍含量为0? 75~0? 9%，锌含量为0? 2~0? 6%，磷含量为0? 03~0? 08%， 还至少包括硼和混合稀土（La、Gd和Y)中的一种，硼含量为0. 005~0. 01 %，混合稀土含 量为0. 001~0. 005%，其余为铜。另外，本发明开发出了一种适用于上述铜合金的制备加 工方法，经加工热处理后的耐应力松弛型铜合金引线框架材料抗拉强度为570~670MPa， 电导率为35~40%IACS，延伸率为10~14%，抗应力松弛性能（在120°C下工作1000 h) 为85~90%，完全可以满足大规模集成电路对中高端引线框架材料的使用要求。
[0026] 下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围 的限制。
【具体实施方式】
[0027] 本发明的低成本、耐应力松弛铜合金引线框架材料，它含有如下重量百分数的化 学成分：SnL3 ~I. 7%，Ni0? 75 ~0? 9%，Zn0? 2 ~0? 6%，P0? 03 ~0? 08%，还至少包 括B和混合稀土中一种，B0. 005~0. 01%，混合稀土 0. 001~0. 005%，混合稀土为La、 Gd和Y，可以任意比例混合，三个元素之间的重量比优选为1:2:3,其余为Cu。上述低成本、 耐抗应力松弛铜合金引线框架材料的制备及加工方法，包括以下工艺流程：a.按照质量百 分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.铣面，c.粗乳，d.切边，e. -次中间退火，f.酸洗， g.中乳，h.二次中间退火，i.酸洗，j.精乳，k.低温退火，1.酸洗，m.拉弯矫直，n.分剪 入库。其中，具体的投料顺序为：在工频感应炉中放入QSn6. 5-0. 1锡磷青铜边角料和新料 (边角料与新料质量比为3:2)进行非真空熔炼。其中新料包括电解铜、电解镍、纯锌、铜硼 和Cu-La、Cu-Gd和Cu-Y中间合金，将温度升至1200~1250°C，待电解铜熔化后，添加灼 烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15~25min，进行水平连铸铸造，铸造的温度控制在 1150~1200°C。铣面处理，上下铣面量约1mm，主要去除表面缺陷。冷乳开坯，变形量为 60~80%。一次中间退火，退火温度为500~550°C，退火时间为4~6h。中乳变形量为 60~80%。二次中间退火处理，退火温度为400~450°C，退火时间为4~6h。精乳变形 量为40~60%。低温退火，退火温度为200~250°C，退火时间为3~5h。
[0028] 实施例1
[0029] 本发明的合金采用以下原料恪炼：QSn6. 5-0. 1锡磷青铜旧料、电解铜、电解镍、纯 锌、铜硼、Cu-La、Cu-Gd和Cu-Y中间合金。合金的成分见表1的实施例1。
[0030] 1.熔炼：在工频感应炉中加入QSn6. 5-0. 1锡磷青铜边角料和新料（边角料与新 料质量比为3:2)，其中新料包括电解铜、电解镍、纯锌、铜硼和Cu-La、Cu-Gd和Cu-Y中间 合金，将温度升至1200°C，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置 15min，进行水平连铸铸造，铸造的温度控制在1150°C。
[0031] 2.粗乳：对铣面后的合金进行冷乳开坯，加工量为60%。
[0032] 3. -次中间退火热处理：对粗乳后板坯进行中间退火处理，退火温度为550 °C，退 火时间为4h。
[0033] 4.中乳：对经过一次中间退火处理、酸洗后的板带材进行中乳，加工量为80%。
[0034] 5.二次中间退火热