引线框架用Cu-Fe-P合金制备工艺与显微组织及性能研究

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引线框架用Cu-Fe-P系C194(Cu-2.35Fe-0.03P-0.12Zn,以下简称Cu-Fe-P)合金,因其优良的力学、电学性能和综合性价比,成为国内外应用最广泛的铜合金引线框架材料。本文结合广州市科技计划项目“集成电路用引线框架铜带材的开发”(2004Z2-D0101)及广东省经济贸易委员会科技攻关项目“高精度电子行业用高铜合金带材的开发”(200501005),采用半连续铸造、热轧、粗轧、退火、中轧(一次变形)、一次时效、预精轧(二次变形)、二次时效、精轧(三次变形)及去应力退火工艺流程制备和生产了Cu-Fe-P合金带材。利用力学性能与电导率测试、等离子体发射光谱仪、X-射线衍射仪、金相、电子探针及能谱分析、透射电子显微镜、差示扫描量热仪、Mossbauer谱仪、物性测量系统等实验测试手段,系统研究了形变热处理对Cu-Fe-P合金组织和性能的影响规律。在此基础上,将实验室的优化工艺结果应用到某铜厂的工业化生产中,取得了比较满意的效果,产品性能综合指标接近国外先进产品水平。  经深入分析总结得到以下主要结论:  1、创新性采用将铁皮裹入紫铜内来添加铁元素的方式,可以代替昂贵的Cu-Fe中间合金,降低生产成本;设计了专用的新型结晶器,采用在金属液面覆盖木炭厚度250~350mm,铸造温度1200~1220℃,铸造速度50~60mm/min的工艺可以铸造出合格的工业化Cu-Fe-P合金坯锭;形成了具有自主知识产权的集成电路用引线框架铜合金带材的制造方法(中国:ZL200710028494.4)。  2、采用一次形变率为28.6%、一次时效工艺500℃×2h、二次形变率为60%、二次时效工艺450℃×2h、三次形变率为50%、再进行300℃×1h消除应力退火后,实验室所获得的Cu-Fe-P合金成品薄带的电学力学性能匹配最优,其导电率为68.5%IACS,显微硬度为151HV。  3、在不同的形变热处理状态下Cu-Fe-P合金基体上析出了三类不同形态的析出相,分别为分布密度较高、弥散均匀分布的细小Fe3P颗粒相,分布密度较低、尺寸较粗大的富Fe的铁磷化合物及α-Fe颗粒相。其中Fe3P颗粒相是主要强化相。  4、通过对选区电子衍射花样的标定,发现Fe3P颗粒相与Cu基体存在共格关系,其主要的位向关系为[11(2)]Cu//[13(3)]Fe3P、(111)Cu//(022)Fe3P和((2)20)Cu//((6)20)Fe3P;此外,样品中未观察到γ-Fe相,这与过去的相关研究报道是不同的。  5、Cu-Fe-P合金样品在预精轧后,其再结晶表现为双放热峰,时效析出相在其中起重要作用,时效析出相的存在使其再结晶放热峰的起始温度和峰值温度升高,最终产品的再结晶放热峰的峰值温度高达608.3℃,提高了合金热稳定性。  6、Mossbauer谱研究结果表明:Cu-Fe-P合金从粗轧退火态开始就一直存在大量的α-Fe相,结合TEM的研究结果,样品一直存在固溶态的Fe原子,在最后产品中固溶态的Fe原子大量减少,约占10%。  7、磁性测量研究表明:Cu-Fe-P合金从初轧退火态开始就一直存在大量铁磁性的α-Fe相或Fe3P相或两者共存,表现出铁磁性。不同热变形加工状态下的Cu-Fe-P合金在低温48K附近都存在一个明显与磁相关的相变。  8、从国内某铜厂生产的Cu-Fe-P合金铜带与德国维兰德公司产品的微观组织比较分析可以看出:二者的强化相都相同,分别为主要的强化相Fe3P、富Fe的铁磷化合物及α-Fe颗粒;前者析出相弥散均性程度比后者略差,密度略低;个别的α-Fe颗粒尺寸也大于后者;两者的硬度相当,但前者导电率略低于后者。  9、实验室的优化工艺制度应用到某铜厂工业化生产当中,所生产出来的Cu-Fe-P合金铜带性能与德国维兰德公司有较小的差距,但已满足德国DIN的Cu-Fe-P合金铜带产品技术标准。
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