技术领域：
本发明涉及铜合金材料，特别是一种框架、接插件和封装件用铜带及其制造方法。
背景技术：
目前电子信息行业发展迅猛，我国也把其列为国家重点扶植发展的一个新兴产业，因此电子信息行业用铜带量很大，每年仅引线框架用铜带在1万吨以上，加上接插件用和封装件用铜带，其量在10万吨左右。
引线框架、接插件和封装件用铜带是电子信息行业的基础材料之一，与一般用途铜带相比，它有许多特殊的要求。如要求有高的导电率、较高的强度和硬度、较高的软化温度。易钎焊与封装材料密合性好，耐蚀，以及很高的尺寸精度、板型好，无残余应力或很小，表面光洁无油、无氧化色，长带卷等。纯铜有很高的导电率和塑性、耐蚀性能好，但强度、硬度和软化温度很低，而传统的锡青铜带、白铜、黄铜导电率都很低(≤20％IACS)。因此都不能满足电子信息行业用铜带的要求，发达国家都在纯铜中加入一种或数种合金元素，开发出各种高铜合金，从而满足了电子信息行业对引线框架、接插件和封装件用铜带的需求。
在国外，电子信息行业引线框架用铜带都是在铜中加入了一至几种合金元素，其加入量并不大，形成各种高铜合金。其数量在七十多种，大致可分成：高导电率低强度、中导电率中强度和低导电率高强度三类。其常加入的元素有磷、铁、锡、镍、钛、银、锰、硅、硼、铬、锆、锌、钴、铝、铍、镁等十几种。在国内，用量最大的电子信息行业铜带均为铜中加入二至三种合金元素后形成一种高导电率，强度不是很高的适用国内电子信息行业的高铜合金。其强化机理大多为固相析出和冷作硬化。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种框架、接插件和封装件用铜带及其制造方法，以使产品符合有高的导电率、较高的强度和硬度、较高的软化温度、易钎焊与封装材料密合性好，耐蚀等要求。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的
一种框架、接插件和封装件用铜带，其合金元素为铁、磷和锌，其特征是根据重量百分比产品的各组成成分：
铁：2.1-2.6％；
磷：0.015-0.15％；
锌：0.05-0.20％；
铜：余量。
一种框架、接插件和封装件用铜带的制造方法，其特征是使用如上所述的材料成分，其制造步骤是：
A、原料检验称重配料；
B、入炉熔化；
C、转保温炉；
D、取样分析；
E、半连续铸造；
F、铸锭切头尾；
G、铸锭质量检验；
H、步进炉加热；
I、热轧；
J、带坯铣面；
K、带坯质量检验；
L、冷粗轧；
M、裁边；
N、钟罩炉退火；
O、冷中轧；
P、气垫炉中间退火；
Q、十二辊精轧；
R、气垫炉成品清洗；
S、拉弯矫直；
T、成品检验；
U、包装入库。
所述的框架、接插件和封装件用铜带的制造方法，其特征是铁与磷必须以中间合金的方式加入。
所述的框架、接插件和封装件用铜带的制造方法，其特征是铁的加入方式：先将铁和铜制成10％铁的铜-铁中间合金块，通过加入铜-10％铁合金铸块，使合金成分达到规定的要求；
磷的加入方式：先制成铜-10％磷的中间合金块，通过加入铜-10％磷合金铸块，使合金成分达到规定的要求。
具体实施方式：
本发明提供了一种框架、接插件和封装件用铜带，我们决定选择加入我国资源多且价廉的铁、磷和锌三元素组成高铜合金，而不是选择加入镍、锡、锆、银等我国较为稀少且价格相对贵的元素组成的高铜合金。
根据铜-铁相图可知，铁在铜中的溶解度：1094℃时，4％，835℃时，1.1％，600℃时，0.1％。当铁溶于铜基体内时，可以提高合金材料的强度和刚性，但降低材料的导电率。当含铁量超过0.15wt％时，多余的铁将形成单质铁质点(α-Fe或γ-Fe)，对合金材料有明显的强化作用，它可以阻止高温加热时晶粒的粗大化，使耐软化特性提高，但同时降低了材料的导电性能。
磷在铜中有一定的固溶度(200℃时，为0.4％)，在熔炼时起到良好的脱氧效果，可以较好地防止铁的氧化，提高铸造流动性，得到质量良好的铸锭。当含量超过0.05wt％时，将会形成铜和铜2磷的低熔点共晶，从而影响铸锭质量和加工性能，同时造成导电性能下降和应力腐蚀开裂。磷在材料中的作用可以从两个方面来认识：其一，在没有其他元素参与的情况下，磷起脱氧的作用；其二，当铜合金中同时存在铁、磷元素时，铁和磷将结合成为Fe2P或Fe3P，在合金中具有一定的时效强化作用，并起到细化晶粒、阻止再结晶发生，从而提高材料的耐高温软化性能。
锌容易固溶于铜中，当合金中的锌含量为0.05～0.2％时，可提高强度与耐软化性，防止晶粒粗化，并改善材料的钎焊性能，具有承受焊剂热而不分层(即耐剥离性)和耐迁移的特性。但过量的锌元素可能造成材料导电性能的严重下降，当含量超过0.5wt％时，将恶化软焊料的浸润性。
因此，本发明产品中确定其合金元素为铁、磷和锌，化学成分定为：
铁：2.1-2.6％；
磷：0.015-0.15％；
锌：0.05--0.20％；
铜：余量。
以下是本发明产品的各实施例和测试结果
规格：0.12mm状态：Y化学成分抗拉强度(Mpa)延伸率(％)硬度(HV)实施例1Fe：2.20P：0.072Zn：0.079Cu：余量4507140实施例2Fe：2.10P：0.015Zn：0.05Cu：余量4106130实施例3Fe：2.60P：0.15Zn：0.20Cu：余量4805135实施例4Fe：2.50P：0.10Zn：0.104605.5145
Cu：余量
从合金成分的分析说明：本发明的集成电路引线框架用材料是析出强化类的铜合金材料，析出强化的弥散相为金属间化合物Fe2P和单质铁。
选用上述合金成分以后，本发明产品的制造方法步骤是：
1原料检验；2称重配料；3入炉熔化；4转保温炉；5取样分析；5半连续铸造；6铸锭切头尾；7铸锭质量检验；8步进炉加热；9热轧；10带坯铣面；11带坯质量检验；12冷粗轧；13裁边；14钟罩炉退火15冷中轧(钟罩炉退火→冷中轧)；16气垫炉中间退火；17十二辊精轧；18气垫炉成品清洗(脱脂、退火、酸洗、清洗、钝化、烘干)；19拉弯矫直；20成品检验；21包装入库
上述方法步骤的具体描述如下：
(一)铸锭生产
根据合金元素的特性可知，铜的熔点为1084℃，而铁的熔点为1538℃，二者相差454℃，给材料的熔炼带来较大难度：一方面，现有铜合金的熔炼设备无法达到1538℃的高温，同时，在较高的熔炼温度下，熔体容易吸气造成和氧化，材料损耗增大，成分稳定性下降。实际生产中，我们采用了先制作成铜-铁中间合金的方式来添加合金成分铁。先将铁和铜制成10％铁的铜-铁中间合金块，通过加入铜-10％铁合金铸块，使合金成分达到规定的要求(铁：2.1～2.6％)，这样可有效地降低合金的熔炼温度(现场实际熔炼温度1180～1220℃)，也减少了铁的实际氧化损耗，成分控制比较稳定。
合金元素磷的加入方式与铁相同，先制成铜-10％磷的中间合金铸块，根据磷在铜合金材料中的双重作用，我们采用了分批加入的方式：在铜液熔化完成后，先加入配料的50％磷中间合金，目的是先进行铜液的脱氧处理；而后将剩余的磷中间合金与铁中间合金一起加入，以期在铜液中形成部分铁-磷化合物。
该铸造过程的难点和解决的方法：
经技术资料查询，该类合金的密度为：8.78g/cm3，液相线温度为：1090℃，固相线温度为1080℃，线膨胀系数(20～300℃)为：16.3μm/(m·K)，比热容为：385J/kg，热导率为：260W/(m·K)。根据以上数据分析，该合金材料与传统的紫铜或黄铜材料有较大的差异。对铸造的工艺和装备要求有较大的特殊性：
1、合金材料的铸造温度较高；
2、合金材料是一种热裂倾向比较明显的合金，铸锭过程中比较容易产生纵向裂纹。需要对铸造用结晶器的结构作较大的改动，采用铜套材料，同时加大一次冷却水量，减小二次冷却效果，以适应JC4材料铸造的要求。
3、材料的特殊成分组成，以及引线框架用材的技术指标，决定了对铸锭宏观金相组织和成分均匀性提出了较高的要求，也给材料的铸造过程增加了较大的难度。
因此，铁与磷必须以中间合金的方式加入，否则铁不易熔入铜液中，而磷则易挥发烧损掉。为使铁熔入铜液，我们采用铜铁中间合金加入到熔化炉内与电解铜一起熔化，搅拌加上转炉时的强烈拌和混合作用，使铁在铜液中分布均匀。磷是易氧化易烧损的元素，我们以铜磷中间合金的方式加入到保温炉内，炉内有木炭覆盖液面，从而避免了磷的烧损。采用中间合金方式加入铁、磷还有利精确控制其加入量。本产品合金元素含量低，因此它与纯铜一样，极易吸气，铸锭易出现气孔及疏松缺陷。因此，我们除采用干燥木炭覆盖熔化炉和保温炉的熔池液面、并在密封状态下转炉外，还采用炭黑覆盖结晶器液面、浇铸管埋入结晶器液面下避免铸造过程中的吸气，炭黑除有复盖作用外还有润滑结晶器作用。本发明的熔铸生产工艺，其主要熔铸参数为：铸造温度1180℃-1200℃，铸造速度60-80mm/mim，冷却水压力0.02-0.08M磷a。采用上述熔铸工艺生产铸锭的尺寸为170×630×5000-5100mm(厚×宽×长)，铸锭表面光洁、无冷隔、气眼夹渣及铁的偏析瘤。锯切头尾后锭长4750mm-4800mm，单锭重达4.98吨，锯切后的头尾断面处结晶致密，无肉眼可见的气孔、夹渣、疏松等缺陷，为长带卷、高精度、高质量成品提供了合格的铸锭。
(二)热轧与铣面生产
经60分钟的加热后，铸锭温度达到900℃±10℃，在二辊可逆热轧机上经十一道次的热轧轧成12.8mm厚带卷。为确保得到完全的热轧组织，热终轧温度我们控制在650℃以上，这样产品的铸造组织得到了充分的破碎，转化为热轧组织。热轧带坯经水冷却后，在双面铣上进行铣面。12.8mm厚的带坯通常每面铣去0.4-0.6mm厚，以除去铸锭表层可能存在的皮下针状气孔、热轧时压入的表面氧化膜等缺陷。铣面后的带坯经专职检验员的检验，合格者送去冷粗轧，不合格者须重铣，以除去局部未铣净的氧化膜和铣面中的粘屑等缺陷。要求铣面后的带坯表面光洁、无起皮、无粘屑等缺陷，其厚度偏差纵向为0.20mm，横向为0.10mm，这样的厚度精度可以保证冷轧带的板形质量。
(三)冷粗轧、带卷裁边及首次中间退火
铣面后的带坯在奥地利制造的四辊冷轧机上进行冷粗轧，通常经5道次轧到2.5mm厚，然后进行带卷裁边。首次裁去20-25mm宽度，裁边的目的是切去热轧带坯未铣面的侧面及粗轧产生的边部微小裂纹，使带卷宽度为610mm。这样可以避免后道冷轧产生边部裂纹及轧制断带，也有利以后轧制的板形控制及表面光洁度的提高。
粗轧后的首次中间退火在钟罩炉内进行。退火炉内有保护性气氛，热风强制循环。这样，带卷升温快，且炉内各点温度均匀，温差在±5℃。首次中间退火温度520℃，保温4.5小时，退火后的带卷再结晶完全，塑性得到了恢复，变形抗力大幅下降。
(四)冷中轧与第二次中间退火
2.5mm厚的的退火软态带坯，再在四辊轧机上进行冷中轧。冷加工率控制在50-70％之间。轧制后的带坯，再在钟罩炉内或气垫炉内进行第二次中间退火，目的是消除冷作硬化，恢复塑性。退火采用何种退火设备，取决于成品厚度，通常经一次冷中轧再精轧即到控制成品的性能的厚度时，采用在气垫炉内进行第二次中间退火。目的是提高成品表面质量，因气垫炉退火后有酸洗尼龙刷清刷的工序，而钟罩炉内退火无此工序。气垫炉退火可将轧制过程中产生的带材的表面粘屑等缺陷，予以消除，从而得到更高的表面质量。
(五)冷精轧、成品性能控制
冷精轧在十二辊精轧机进行，十二辊精轧机采用全油轧制，轧辊粗糙度小，有利于得到表面粗糙度小的带材；其工作辊直径小，支撑辊多且直径大，刚性好，有利带材板形及厚度尺寸的控制。十二辊精轧机有板形显示仪，而厚度控制完全由计算机自动控制，因此成品板形好，其平直度在30I左右，而厚度精度最高可以达到±0.0025mm。厚度精度完全可以满足引线框架用铜带的要求。
由于产品是析出强化兼有冷作硬化强化的高铜合金，析出强化靠多次轧制后退火达到析出相细小均匀的目的，而冷作硬化强化则要靠冷加工率的大小来保证，我们依据成品性能的不同要求来决定其成品冷加工率的大小。
(六)成品表面质量的提高
电子信息行业用铜带，要求表面无油，无氧化色，无肉眼可见色差，粗糙度在0.20μm以下，易钎焊，与封装材料密合性好，板形平直。若轧制后不经特殊处理，根本无法满足其苛刻的表面要求。
本发明除在铸锭内在质量，带坯铣面质量，及冷轧半制品轧制上采取了除气、除渣、防粘屑、防划伤，加强轧制润滑液的过滤，提高轧辊光洁度，半制品采用1-2次气垫炉酸洗等措施外，成品精轧后还在气垫炉内进行带材连续脱脂、酸洗、尼龙刷清刷、清洗、钝化、烘干的处理。经气垫炉处理的铜带，表面无油，色泽均一，性能稳定，久贮不变色。可以满足电子信息行业对铜带表面质量的苛刻要求。
(七)拉弯矫精整，提高产品板形平直度的关键
由于轧制时影响金属均匀变形流动的因素很多，如来坯板形、金属温度高低、轧辊弧度、轧辊压下量、液压弯辊大小、轧制时的冷却与润滑、前后张力以及变形热，都会使金属产生不均匀的变形流动。从而使带材产生各种波浪、扭曲现象。此外带材内部也有残余内应力存在。有的带材在大轧制张力下卷取，看似很平直，但卷取张力一松弛就会有波浪出现。有内应力的铜带严重时，剖条即会产生扭曲现象；内应力轻微时，用户冲制成引线框架后，产生扭曲、翘起、而不能与芯片封装。因此，成品板带除应尽可能做到板形平直无肉眼可见波浪外，还要采用必要的措施，使其内应力得到充分释放。国外普遍采用带材连续拉弯矫直的方法提高带材的板形的平直度。经拉弯矫设备拉弯矫精整，原先肉眼不易发现的带材波浪，可以得到有效消除，板形在斜射光线投射下，无凹凸波浪，卸卷后的带与平板接触，十分密贴。矫直后的带卷经纵向剪切剖成窄条后，无扭曲、翘起现象；用户冲制成零件后同样无扭曲、翘起现象，其平直度与进口铜带一样，可达到I≤20。
(八)成品检验、成品剪切与包装入库
经拉弯矫直后，带材内部的残余应力得到了有效释放，带材板形平直，其机械性能也得到了进一步改善，其抗拉强度略有下降，而塑性略有上升。
成品经带材纵剪机分剪剖条后，取样进行物理机械性能测试，并由专职人员进行成品的尺寸精度，表面质量把关。合格者包装入库，不合格则剔出。