CN116274914A - 低残余应力铜合金带材的制备方法、引线框架和连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成电路和半导体元器件封装材料的加工技术领域，具体涉及低残余应力铜合金带材的制备方法、引线框架和连接器。该制备方法包括以下步骤，上引连铸→连续挤压→冷轧→退火→冷精轧→退火，得到低残余应力铜合金带材。本发明的有益效果是，本发明通过控制冷精轧变形程度和退火工艺，成品带材的再结晶体积分数在40‑60％之间，抗拉强度≥390MPa，延伸率≥3，导电率≥85％，保证高的力学性能的同时具备较低的残余应力，残余应力在‑50～50MPa。
Description
技术领域
本发明属于集成电路和半导体元器件封装材料的加工技术领域，具体涉及低残余应力铜合金带材的制备方法、引线框架和连接器。
背景技术
目前，引线框架材料作为集成电路和半导体元器件封装的关键材料，在集成电路中固定芯片、保护内部元器件、传递电信号并向外散发元件热量。目前市场上使用最多的引线框架材料是Cu-Fe-P系列合金，而C19210合金以其优良的导电性、导热性、加工工艺性能和适宜的强度及可镀性、可焊性、与封装材料的亲和性、较低的成本等，成为集成电路和半导体分立器件等电子信息产业的关键性材料。目前，引线框架用的Cu-Fe-P合金带材(C19210/C19400)，其强度要求在480-540MPa，导电率要求≥60％。部分用于蚀刻的引线框架带材为了保证时刻后带材不发生翘曲，对该带材的残余应力要求严苛。对于应用于蚀刻方面的C19210合金带材，需保证其高强度(H态或EH态)的同时要把残余应力控制在较低水平。
生产制备低残余应力Cu-Fe-P合金带材的工艺基本为半连续铸造→热轧→冷轧→退火→冷轧→退火→冷精轧→去应力退火，通过增大冷精轧变形来提高该合金带材力学性能，但制备H态或EH态的Cu-Fe-P合金带材时冷精轧变形程度过大，通过去应力退火后难以消除大部分的带材残余应力。
发明内容
本发明公开了一种低残余应力铜合金带材的制备方法、引线框架和连接器，以解决现有技术中上述以及潜在的任一问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案的是：一种低残余应力铜合金带材的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
S1)通过上引连铸的方式制备Cu-Fe-P合金铸杆；
S2)对S1)所得的铸杆进行连续挤压制备连续挤压板坯；
S3)将S2)所得的挤压板坯进行多道次冷轧；
S4)将S3)所得的冷轧带材进行退火处理；
S5)将S4)所得的退火带材进行冷精轧；
S6)将S5)冷精轧带材进行退火，得到低残余应力铜合金带材。
进一步，所述S1)中上引连铸的铸造温度为1150～1180℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面，铸杆直径16-30mm，铸杆表面无裂纹。
进一步，所述S2)中连续挤压过程中进铸杆速度2.5～5m/min，挤压板坯边部无缺口，挤压板坯厚度为10-14mm，厚度公差≤0.5mm，挤压板坯再结晶晶粒平均尺寸≤50μm。
进一步，所述S3)中多道次冷轧后，带材厚度为0.8mm-1.5mm。
进一步，所述S4)中退火处理采用气淬炉，加热速度≥20℃/min，加热温度420-460℃，保温时间0.5～2h，降温速度≥100℃/min；
进一步，所述S5)中冷精轧变形成程度为65-90％，制备厚度≥0.1mm的铜合金带材，精轧后带材抗拉强度为430-480MPa。
进一步，所述S6)中退火处理采用气淬炉进行两级退火，一级退火加热速度≥20℃/min，退火温度为230-280℃，保温时间1～3h；二级退火加热速度≥20℃/min，退火温度为350-400℃，保温时间0.5-2h，退火后降温速度≥100℃/min。
进一步，所述残余应力铜合金带材中再结晶晶粒体积分数为40-60％，带材抗拉强度≥390MPa，延伸率≥3，导电率≥85％，表面带材残余应力在-50～50MPa。
一种引线框架，所述引线框架包括基材，所述基材采用上述的制备方法得到的低残余应力铜合金带材制备得到。
一种连接器，所述连接器包括导体部，所述导体部采用上述的制备方法得到的低残余应铜合金带材制备得到。
本发明的优点和有益效果为：本发明提出了上引连铸→连续挤压→冷轧→一次退火→冷精轧→二次退火的主工艺制备低残余应力的Cu-Fe-P合金带材，通过控制一次退火和二次退火工艺获得最佳的时效强化效果，通过控制冷精轧变形程度在65％以上及二次退火设定的两级退火工艺控制再结晶体积分数为40-60％，保证Cu-Fe-P合金带材处于H态或EH之间，同时较多的再结晶体积分数能保证带材整体处于较低的残余应力水平。
本发明可以制备抗拉强度≥390MPa，延伸率≥3，导电率≥85％的Cu-Fe-P合金带材，表面带材残余应力在-50～50MPa。
附图说明
图1为本发明的一种低残余应力铜合金带材的制备方法的流程框图。
图2为本发明的实施例1的退火后金相组织示意图。
图3为本发明的实施例2的退火后金相组织示意图。
图4为本发明的实施例3的退火后金相组织示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明一种低残余应力铜合金带材的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
S1)通过上引连铸的方式制备铜合金铸杆；
S2)对S1)所得的Cu-Fe-P合金铸杆进行连续挤压制备连续挤压板坯；
S3)将S2)所得的挤压板坯进行多道次冷轧；
S4)将S3)所得的冷轧带材进行退火处理；
S5)将S4)所得的退火带材进行冷精轧；
S6)将S5)冷精轧带材进行退火。
所述S1)中上引连铸的铸造温度为1150～1180℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。
所述S2)中连续挤压过程中进铸杆速度2.5～5m/min，挤压板坯边部无缺口，挤压板坯厚度为10-14mm，厚度公差≤0.5mm。
所述S3)中多道次冷轧后，带材厚度为0.8mm-1.5mm。
所述S4)中退火处理采用气淬炉，加热速度≥20℃/min，加热温度420-460℃，保温时间0.5～2h，降温速度≥100℃/min；
所述S5)中冷精轧变形成程度为65-90％，制备厚度≥0.1mm的Cu-Fe-P合金带材，精轧后带材抗拉强度为430—480MPa。
所述S6)中退火处理采用气淬炉进行两级退火，一级退火加热速度≥20℃/min，退火温度为230-280℃，保温时间1～3h；二级退火加热速度≥20℃/min，退火温度为350-400℃，保温时间0.5-2h，退火后降温速度≥100℃/min。
所述残余应力Cu-Fe-P合金带材中再结晶晶粒体积分数为40-60％，带材抗拉强度≥390MPa，延伸率≥3，导电率≥85％，表面带材残余应力在-50～50MPa。
一种引线框架，所述引线框架包括基材，所述基材采用上述的制备方法得到的低残余应力铜合金带材制备得到。
一种连接器，所述连接器包括导体部，所述导体部采用上述的制备方法得到的低残余应力铜合金带材制备得到。
实施例1
厚度0.1mm的低残余应力Cu-Fe-P合金带材制备，以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金，控制Cu-Fe-P合金成分Fe 0.08～0.12％，P0.03～0.035％，Sn 0.01～0.02％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1150～1180℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后多道次冷轧至厚度为0.8mm的带材，0.8mm冷轧带材在气淬炉中以20℃/min的速度加热至450℃保温1.5h，采用氮气淬火，降温速度≥100℃/min；退火后冷精轧至0.1mm；冷精轧带材进行成品退火，在气淬炉中采用双级退火，先以20℃/min的速度升温至250℃保温2h，继续升温至380℃保温1h。退火后金相组织如图2所示，再结晶体积分数42％左右，带材抗拉强度397MPa，延伸率4.6％，导电率87％IACS，带材表面残余应力为-42MPa。
实施例2
厚度0.4mm的低残余应力Cu-Fe-P合金带材制备，以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金，控制Cu-Fe-P合金成分Fe 0.08～0.12％，P0.03～0.035％，Sn 0.01～0.02％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1150～1180℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后多道次冷轧至厚度为1.5mm的带材，1.5mm冷轧带材在气淬炉中以20℃/min的速度加热至450℃保温1.5h，采用氮气淬火，降温速度≥100℃/min；退火后冷精轧至0.4mm；冷精轧带材进行成品退火，在气淬炉中采用双级退火，先以20℃/min的速度升温至250℃保温1.5h，继续升温至380℃保温1h。退火后金相组织如图3所示，再结晶体积分数50％左右，带材抗拉强度393MPa，延伸率5.2％，导电率88％IACS，带材表面残余应力为-38MPa。
实施例3
厚度0.6mm的低残余应力Cu-Fe-P合金带材制备，以电解铜为原料，添加铜铁中间合金和铜磷中间合金，控制Cu-Fe-P合金成分Fe 0.08～0.12％，P0.03～0.035％，Sn 0.01～0.02％，其余为铜及不可避免的杂质。通过上引连铸的方法制备铜合金铸杆，上引连铸的铸造温度为1150～1180℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面。上引连铸杆经过连续挤压制备厚度12.5mm的挤压板坯；连续挤压后多道次冷轧至厚度为2.3mm的带材，2.3mm冷轧带材在气淬炉中以20℃/min的速度加热至450℃保温1.5h，采用氮气淬火，降温速度≥100℃/min；退火后冷精轧至0.6mm；冷精轧带材进行成品退火，在气淬炉中采用双级退火，先以20℃/min的速度升温至250℃保温1.5h，继续升温至380℃保温1h。退火后金相组织如图4所示，再结晶体积分数46％左右，带材抗拉强度398MPa，延伸率4.1％，导电率87％IACS，带材表面残余应力为43MPa。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低残余应力铜合金带材的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
S1)通过上引连铸的方式制备铜合金铸杆；
S2)对S1)所得的Cu-Fe-P合金铸杆进行连续挤压制备连续挤压板坯；
S3)将S2)所得的挤压板坯进行多道次冷轧；
S4)将S3)所得的冷轧带材进行退火处理；
S5)将S4)所得的退火带材进行冷精轧；
S6)将S5)冷精轧带材进行退火，即得到低残余应力铜合金带材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1)中上引连铸的铸造温度为1150～1180℃，熔铸过程中采用烘烤木炭覆盖熔体表面，铸杆直径16—30mm，铸杆表面无裂纹。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2)中连续挤压过程中进铸杆速度2.5～5m/min，挤压板坯边部无缺口，挤压板坯厚度为10-14mm，厚度公差≤0.5mm，挤压板坯再结晶晶粒平均尺寸≤50μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3)中多道次冷轧后，带材厚度为0.8mm-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S4)中退火处理采用气淬炉，加热速度≥20℃/min，加热温度420-460℃，保温时间0.5～2h，降温速度≥100℃/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S5)中冷精轧变形程度为65-90％，制备厚度≥0.1mm的铜合金带材。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S6)中退火处理采用气淬炉进行两级退火，一级退火加热速度≥20℃/min，退火温度为230-280℃，保温时间1～3h；二级退火加热速度≥20℃/min，退火温度为350-400℃，保温时间0.5-2h，退火后降温速度≥100℃/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述残余应力铜合金带材中再结晶晶粒体积分数为40-60％，带材抗拉强度≥390MPa，延伸率≥3，导电率≥85％，表面带材残余应力在-50～50MPa。
9.一种引线框架，所述引线框架包括基材，其特征在于，所述基材采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法得到的低残余应力铜合金带材。
10.一种连接器，所述连接器包括导体部，其特征在于，所述导体部采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法得到的低残余应力铜合金带材。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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