一种高强高弹铜镍硅钴系引线框架加工工艺的制作方法

文档序号:14340733阅读:173来源:国知局

本发明涉及有色金属加工领域,尤其涉及一种高强高弹铜镍硅钴系引线框架加工工艺。



背景技术:

电子信息产业是国民经济的战略性、基础性和先导性支柱产业,《中国制2025》把智能提升中国制造业整体竞争力作为主要目标,并把“新一代信息技术”作为重点发展的十大领域之首。对于智能制造而言,电子信息行业存在一定的特殊性;一方面,电子信息行业是智能制造技术的需求方、应用方,需要加强自身的智能制造体系建设,优化制造流程,提高制造水平;另一方面,电子信息行业也是智能制造技术的提供方,不仅为自身行业提供解决方案,也为其他行业提供解决方案,电子信息行业对智能制造的支撑作用不可忽视。

集成电路技术是电子信息行业的重要载体,引线框架材料是集成电路的重要组成部分,它在集成电路中起着支撑芯片、传递信号、散失集成电路工作时产生的热量的重要作用。

随着集成电路ic向大规模集成电路lsi和超大规模ulsi迅速发展,线路高集成化,高密度化,引线框架也向短、小、轻、薄方向发展,对引线框架材料性能提出了更高的要求:制造框架的铜合金带材不仅在尺寸精度、表面质量和板型上有严格的要求,而且要有良好的导热、导电性能,更高的强度、硬度、弹性和软化温度,还要有良好的耐热、耐蚀、抗氧化、焊接性、塑封性能和反复弯曲性能等;目前,现有的铜基引线框架材料cu-fe、cu-fe-p系合金材料性能不能完全满足以上需求,存在钎焊、耐热剥离性较差的问题,尤其是合金强度很难上升,有一定的磁性;怎样使铜合金带材在保持高导电性的同时,达到铜合金带材高强高弹的性能,成为长期以来难以解决的技术难题。

鉴于上述原因,现研发出一种高强高弹铜镍硅钴系引线框架加工工艺。



技术实现要素:

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种高强高弹铜镍硅钴系引线框架加工工艺,是在cu—ni—si-co合金中加入mg、ce或其他稀土元素或al或cr或ti或zr或p或ag或fe或zn,利用材料固溶时效处理时,ni与si形成ni2si相,co与si形成co2si相,而基体为cu,使合金在起到强化作用的同时还能保持高的导电性;通过添加能细化晶粒的金属元素,进一步提高合金的强化作用,达到材料高强高弹的性能目的。

本发明为了实现上述目的,采用如下技术方案:一种高强高弹铜镍硅钴系引线框架加工工艺,工艺流程步骤为:熔炼→加热→热轧→固溶→铣面→初轧→一次退火→中轧→二次退火→精轧→时效处理;

第一步,熔铸:配料:cu:91.48%~94.63%,ni:0.70%~3.5%,si:0.50%~2.0%,co:0.20%~3.5%,mg:0.05%~0.40%,ce:0.001%~0.02%,混合料:0.001%~2.0%,混合料为al、cr、ti、zr、sn、ag、fe、zn、la其中的一种或两种以上合金元素;以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1250~1330℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1170~1240℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:850~980℃,保温时间:2~8h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为60%~90%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为400~700℃,退火时间为5~12小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为50~80%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为350~700℃,退火时间为5~12h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为50~80%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为400~700℃,时效时间为5~12小时。

本发明的有益效果是:本发明提供一种高强高弹铜镍硅钴系引线框架材料及其加工工艺,是在cu—ni—si-co合金中加入mg、ce或其他稀土元素或al或cr或ti或zr或p或ag或fe或zn,利用材料固溶时效处理时,ni与si形成ni2si相,co与si形成co2si相,而基体为cu,使合金在起到强化作用的同时还能保持高的导电性;通过添加能细化晶粒的金属元素,进一步提高合金的强化作用,达到材料高强高弹的性能目的;

ni、si、co在时效处理时以ni2si、co2si相从基体中弥散析出,在基体中起到钉扎作用,提高合金的力学性能,同时,由于ni、si、co元素的析出,净化了基体,提高了合金的导电率,mg主要是脱氧、脱硫,还有抗应力松弛的作用,但mg会降低电导率,并恶化材料钎焊浸润性,含量不宜过高;添加稀土元素ce或其他稀土元素,一方面可细化晶粒;另一方面由于稀土元素的净化变质作用,使铜合金中杂质、气孔、疏松减少,从而提高合金的机械性能;同时还可以改善合金的高温塑性,减少热加工开裂倾向;添加al的作用,降低合金的均匀化退火温度,同时可提高合金强度;添加cr的作用,元素周期表中cu与cr的位置相邻,形成固溶体的倾向较大,cr将优先溶入cu基体,使cu基体基本处于饱和状态,促使原残余在基体内的ni、si及co进一步析出,增加了析出相的数量,材料强度提高,电导率提高。同时少量cr固溶于cu还能细化cu的晶粒,减弱易熔杂质的有害影响,改善cu的高温塑性;添加ti、zr的作用,ti、zr元素活性强、熔点高,加入少量的ti或zr可以起到除气和细化晶粒的作用,改善材料强度和耐热性;添加sn的作用,固溶形式存在于铜合金中,提高材料的强度、反复弯折性、弹性、刚性和耐热性;ag的作用,提高基体显微硬度与基体导电率;fe的作用,细化材料组织,可改善合金的硬度和导电率;zn的作用,固溶强化,并改善合金的钎焊性能,钎焊过程中,基体与焊料之间形成过渡层cu6sn5,如果基体中不含zn元素,则基体中的cu元素通过扩散穿过过渡层,导致过渡层靠向焊料的一侧形成一张脆性相,使焊料与基体建的耐剥离强度降低;

本发明通过熔炼、加热、热轧、固溶、铣面、初轧、一次退火、中轧、二次退火、精轧、时效处理工序,使带材性能达到:屈服强度800~850mpa、弹性模量≥125gpa、导电率≥45%iacs、室温下100h应力松弛≤5%,满足大规模、极大规模集成电路高密度引线框架端子和高端电子元器件精密接插端子对铜合金材料的使用要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明:

图1是工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明:

实施例1

采用轧制加工工艺制作规格为0.11×57.6mm的一种高强高弹铜合金带材;

第一步,熔铸:配料:cu:92.48%~%94.63%,ni:1.9%~2.3%,si:0.50%~1.5%,co:1.5%~2.5%,mg:0.05%~0.15%,ce:0.01%~0.02%,混合料:0.001%~2.0%,混合料为al、cr、ti、zr、sn、ag、fe、zn、la其中的一种或两种以上合金元素;以上各组份的组配重量之和为100%;以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1260~1310℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1180~1230℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:940~960℃,保温时间:5~7h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为80%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为500℃,退火时间为8小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为70%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为600℃,退火时间为8h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为60%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为600℃,时效时间为8小时。

实施例2

采用轧制加工工艺制作规格为0.11×57.6mm的一种高强高弹铜合金带材;

第一步,熔铸:配料:cu:93.78%~%94.63%,ni:1.9%~2.3%,si:0.50%~1.5%,co:1.5%~2.5%,mg:0.05%~0.15%,ce:0.01%~0.02%,la:0.01%~0.02%,以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1260~1310℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1180~1230℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:940~960℃,保温时间:5~7h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为80%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为500℃,退火时间为8小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为70%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为600℃,退火时间为8h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为60%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为600℃,时效时间为8小时。

实施例3

采用轧制加工工艺制作规格为0.11×57.6mm的一种高强高弹铜合金带材;

第一步,熔铸:配料:cu:92.48%~%94.63%,ni:1.9%~2.3%,si:0.50%~1.5%,co:1.5%~2.5%,mg:0.05%~0.15%,ce:0.01%~0.02%,al:1.0%~2.0%,以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1270~1320℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1180~1230℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:940~960℃,保温时间:5~7h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为80%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为500℃,退火时间为8小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为70%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为600℃,退火时间为8h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为60%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为600℃,时效时间为9小时。

实施例4

采用轧制加工工艺制作规格为0.11×57.6mm的一种高强高弹铜合金带材;

第一步,熔铸:配料:cu:93.48%~%94.63%,ni:1.9%~2.3%,si:0.50%~1.5%,co:1.5%~2.5%,mg:0.05%~0.15%,ce:0.01%~0.02%,cr:0.2%~0.4%,以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1270~1320℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1180~1230℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:940~960℃,保温时间:5~7h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为80%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为500℃,退火时间为8小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为70%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为600℃,退火时间为8h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为60%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为600℃,时效时间为9小时。

实施例5

采用轧制加工工艺制作规格为0.11×57.6mm的一种高强高弹铜合金带材;

第一步,熔铸:配料:cu:93.48%~%94.63%,ni:1.9%~2.3%,si:0.50%~1.5%,co:1.5%~2.5%,mg:0.05%~0.15%,ce:0.01%~0.02%,ti:0.1%~0.3%,以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1270~1320℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1180~1230℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:940~960℃,保温时间:5~7h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为80%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为500℃,退火时间为8小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为70%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为600℃,退火时间为8h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为60%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为600℃,时效时间为9小时。

实施例6

采用轧制加工工艺制作规格为0.11×57.6mm的一种高强高弹铜合金带材;

第一步,熔铸:配料:cu:93.48%~%94.63%,ni:1.9%~2.3%,si:0.50%~1.5%,co:1.5%~2.5%,mg:0.05%~0.15%,ce:0.01%~0.02%,cr:0.2~0.4%,ti:0.1%~0.3%,以上各组份的组配重量之和为100%;

熔炼前,在中频感应电炉中依次加入电解铜、电解镍、纯硅、纯钴,待以上材料均熔化后,加入cu-mg中间合金、cu-ce中间合金,将温度升至1270~1320℃,待熔体完全熔化后,搅拌均匀,铸造温度控制在1180~1230℃,保温25~30min后浇铸成锭坯;

第二步,加热:采用加热炉对锭坯进行加热,加热温度:940~960℃,保温时间:5~7h;

第三步,热轧:采用热轧机对加热后的锭坯进行热轧;

第四步,固溶:采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速冷却,使镍、硅、钴元素分别以ni2si相、co2si相析出,热轧余温控制≥700℃;

第五步,铣面:在双面铣机列对热轧与固溶后的带坯进行铣面;

第六步,初轧:铣面后的带材进行初轧,加工率为80%;

第七步,一次退火:将初轧后的带坯在退火炉进行一次退火,退火温度为500℃,退火时间为8小时;

第八步,中轧:将经过一次退火后的带坯再次采用冷轧机进行轧制,轧制加工率为70%;

第九步,二次退火:将中轧后的带坯在退火炉进行二次退火,退火温度为600℃,退火时间为8h;

第十步,精轧:将二次退火后的带材采用精轧机进行轧制,轧制加工率为60%;

第十一步,时效处理:将轧制后的带坯采用退火炉进行时效处理,时效温度为600℃,时效时间为9小时。

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