本發(fā)明屬于金屬材料制備加工，具體地說是一種引線框架用高強(qiáng)高導(dǎo)電銅鎳硅合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體元器件和集成電路封裝領(lǐng)域，引線框架材料扮演著關(guān)鍵角色，作為芯片的支撐骨架、散熱通道和信號傳輸路徑，對其材料的性能要求日益提高。隨著芯片集成度的快速提升，引線框架材料不僅需要具備高強(qiáng)度以確保機(jī)械穩(wěn)定性，還需要具有高導(dǎo)電性以保證優(yōu)異的信號傳輸和散熱性能。為了滿足這些苛刻的性能要求，材料的選擇變得至關(guān)重要。

2、目前，銅鎳硅系銅合金不僅具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率，還提供優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性和加工性能，同時保持良好的疲勞耐受性，已成為引線框架材料的首選之一。以c70250為代表的銅鎳硅合金，強(qiáng)度為600～800mpa，導(dǎo)電率為30%-40%iacs，主要用于彈性元件、集成電路引線框架和貼片電子設(shè)備。但隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以及電子產(chǎn)品集成化、輕量化和集成電路大規(guī)模集成的需求，對銅合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能提出了越來越高的要求?，F(xiàn)有的銅鎳硅合金很難滿足要。cu-ni-si合金是典型的時效強(qiáng)化合金，其優(yōu)異的性能主要歸功于后續(xù)熱處理過程中從基體中析出細(xì)小且彌散的ni2si相。與此同時，析出過程中消耗了合金基體中的ni、si等溶質(zhì)原子，從而減少了電子散射，提高了導(dǎo)電性能。在這一基礎(chǔ)上，添加微量元素可以進(jìn)一步優(yōu)化cu-ni-si合金的力學(xué)性能和導(dǎo)電率，是提高其綜合性能的有效途徑。但是，雖然向?cu-ni-si?合金中添加不同的微量元素后，其抗拉強(qiáng)度都能得到不同程度的提高，但不同的微量元素對合金導(dǎo)電率的影響還是存在明顯的差異。因此，根據(jù)材料的用途，針對性的調(diào)控某些微量元素的種類和含量，才能獲得滿足實際應(yīng)用要求的?cu-ni-si合金。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異綜合性能的引線框架用高強(qiáng)高導(dǎo)電銅鎳硅合金。通過在ni和si的基礎(chǔ)上引入適量的co、mg、ag元素，使得合金在硬度、抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電性方面得到了顯著提升。通過控制析出相的尺寸和分布，減少了大顆粒析出物對材料性能的不利影響。此外，通過優(yōu)化時效處理條件，結(jié)合冷軋工藝，并利用多種合金元素的協(xié)同效應(yīng)強(qiáng)化析出物與位錯之間的相互作用，制備綜合性能優(yōu)異的引線框架用高強(qiáng)高導(dǎo)電銅鎳硅合金。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

3、本發(fā)明所述的一種引線框架用高強(qiáng)高導(dǎo)電銅鎳硅合金，其特征在于，該銅合金帶材的成分及其質(zhì)量百分比組成為：ni：1.75wt％～1.86wt％，co：1.02wt％～1.1wt％，si：0.54wt％～0.62wt％，mg：0.12wt％～0.13wt％，ag≤1.0wt％，余量為cu。

4、優(yōu)選的，由以下質(zhì)量百分比組成:ni：1.75wt％，co：1.02wt％，si：0.54wt％，mg：0.12wt％，ag：0.47wt％，余量為cu。

5、優(yōu)選的，ni：1.78wt％，co：1.05wt％，si：0.56wt％，mg：0.13wt％，ag：0.93wt％，余量為cu。

6、本發(fā)明所述的一種引線框架用高強(qiáng)高導(dǎo)電銅鎳硅合金的制備方法，包括如下步驟。

7、步驟1，按照合金成分及質(zhì)量百分含量配置原材料，將除鎂以外的原材料加入真空感應(yīng)熔煉爐的熔煉坩堝中。鎂原料置于熔煉坩堝上方的可下降銅管中，用于在真空環(huán)境中的二次加料。抽取熔煉爐內(nèi)空氣至1.3～1.4×101pa，然后通入氬氣使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)維持在0.04～0?.05mpa。隨后開啟真空感應(yīng)爐的感應(yīng)加熱裝置，升高溫度，將熔煉坩堝中的原料完全熔至熔融態(tài)并保持3~4分鐘。之后降下裝有鎂顆粒的銅管使其在坩堝內(nèi)融化，等待2~3分鐘，確保各原料充分熔化并均勻混合。將熔體澆入模具中得到鑄錠，隨爐冷卻后取出。

8、步驟2，對鑄錠進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為840℃～860℃，在該溫度下保溫5小時，隨后快速水冷至室溫，以保留合金的固溶狀態(tài)。

9、步驟3，銑去鑄錠的表面缺陷后，對鑄錠進(jìn)行熱軋。熱軋溫度為770℃～790℃，保溫30分鐘，熱軋時，每道次壓下量為30%，將鑄錠熱軋到15mm。

10、步驟4，進(jìn)行第一次冷軋，首先將厚度由15mm冷軋至2mm，每道次壓下量為20%，然后進(jìn)行第一次時效處理：420℃～440℃下退火4小時。接著進(jìn)行第二次冷軋，將厚度進(jìn)一步冷軋至0.45mm，每道次壓下量為10%，隨后在310℃~330℃下退火4小時進(jìn)行第二次時效處理，最終將厚度冷軋至0.2mm。最后對0.2mm冷軋態(tài)合金帶材進(jìn)行100°c～400°c、2h～20h的第三次時效處理，時效之后空冷至室溫。

11、優(yōu)選地，步驟2所述的固溶處理的溫度為850°c、保溫為5小時。

12、優(yōu)選地，步驟3所述的熱軋溫度為780°c，保溫時間為30分鐘。

13、優(yōu)選地，步驟4所述的第一次時效處理的溫度為430°c，時間為4小時；第二次時效處理的溫度為320°c，時間為4小時；第三次時效處理溫度為320°c，時間為4～6小時，時效之后空冷至室溫。

14、本發(fā)明co元素的添加能顯著提高cu-ni-si合金的強(qiáng)度和電導(dǎo)率。這種性能提升主要是因為在時效溫度下，隨著co含量的增加，ni、co和si溶質(zhì)原子的固溶度降低，從而促進(jìn)了更多析出相的形成。研究表明，co原子在時效初期優(yōu)先在空位處形核，有助于減少cu基體中的si含量，并抑制可動位錯的滑移。盡管大量添加co會嚴(yán)重降低銅合金的導(dǎo)電率，但適量的co元素對合金性能具有積極作用。co與si反應(yīng)生成的細(xì)小co2si相優(yōu)先在空位缺陷處形成，這不僅能促進(jìn)ni2si相的形核，還通過占據(jù)空位來抑制ni2si相在時效過程中的長大，從而優(yōu)化了合金的綜合性能。

15、本發(fā)明mg元素與cu元素之間的較大原子半徑差異有助于提高合金的再結(jié)晶溫度和高溫軟化能力。此外，有研究表明mg元素能夠抑制第二相顆粒的長大，保持基體中細(xì)小且彌散的析出物，從而提升合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率。然而，當(dāng)mg元素添加過多時，過量的mg會固溶于銅基體中，增加電子散射，從而降低銅合金的導(dǎo)電性能。因此，適量添加mg元素有利于增強(qiáng)cu-ni-si合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。

16、本發(fā)明少量的ag添加能夠顯著提高cu-ni-si合金的強(qiáng)度和硬度。雖然固溶強(qiáng)化通常會因為溶質(zhì)原子引發(fā)的晶格畸變增加電子散射，從而降低銅合金的電導(dǎo)率，但ag原子的固溶并不會顯著降低銅合金的導(dǎo)電性能。這是因為ag的添加促進(jìn)了ni2si相與co2si相的沉淀，而這些相的析出減輕了由ni、co和si原子引起的晶格畸變，因此可以認(rèn)為ni2si相與co2si相的析出抵消了ag對電導(dǎo)率的負(fù)面影響。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

18、本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性的引線框架用cu-ni-si合金帶材。該合金在傳統(tǒng)的“固溶-變形-時效”工藝基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)增加銀的含量，并結(jié)合多級冷加工和多級時效處理，調(diào)控合金中的析出相，包括不連續(xù)析出相和連續(xù)析出相的大小、數(shù)量及形貌。同時，利用co、mg和ag元素對析出相的促進(jìn)作用和對位錯的阻礙作用，實現(xiàn)了銅合金性能的協(xié)同提升。最終獲得的cu-ni-si合金帶材具有顯著提高的綜合性能，抗拉強(qiáng)度達(dá)到825mpa，電導(dǎo)率為46.17%?iacs，顯微硬度為252.9?hv。本發(fā)明的合金采用熔鑄、固溶、冷軋和時效等工藝進(jìn)行制備，工藝步驟簡單且適合大規(guī)模生產(chǎn)。該技術(shù)相對簡便，操作容易且成本低廉，能夠極大地滿足大規(guī)模高端集成電路引線框架銅合金的性能要求。