权利要求

1.一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金，其特征在于，该合金的成分及其质量百分比组成为：Ni：1.5%~2.8%，Co：0.5%~1.6%，Si：0.3%~1.0%，Mg：0.05%~0.2%，Ag：0.05%~1.5%，余量为Cu。

2.根据权利要求1所述的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金，其特征在于，由以下成分的质量百分比组成：Ni：1.86wt%，Co：1.1wt%，Si：0.62wt%，Mg：0.12wt%，Ag：0.5wt，余量为Cu。

3.根据权利要求1所述的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金，其特征在于，由以下成分的质量百分比组成：Ni：2.6wt%，Co：1.6wt%，Si：0.9wt%，Mg：0.2wt%，Ag：1.5wt%，余量为Cu。

4.权利要求1一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、按照合金成分及质量百分含量配置原材料，将除镁以外的原材料加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中;镁原料置于熔炼坩埚上方的可下降铜管中，用于在真空环境中的二次加料;抽取熔炼炉内空气至1.3~1.4×101Pa，然后通入氩气使炉内压强维持在0.04~0.05MPa;随后开启真空感应炉的感应加热装置，升高温度，将熔炼坩埚中的原料完全熔至熔融态并保持3~4分钟;之后降下装有镁颗粒的铜管使其在坩埚内熔化，等待2~3分钟，确保各原材料充分熔化并均匀混合;将熔体浇入模具中得到铸锭，随炉冷却后取出;

步骤2、对铸锭进行固溶处理，固溶处理温度为840℃~860℃，在该温度下保温5小时，随后快速水冷至室温，以保留合金的固溶状态;

步骤3、铣去铸锭的表面缺陷后，对铸锭进行热轧;热轧温度为760℃~800℃，保温30分钟，热轧时，每道次压下量为30%，将铸锭热轧到15mm;

步骤4、进行第一次冷轧，首先将厚度由15mm冷轧到2mm，每道次压下量为20%，然后进行第一次时效处理：425~435℃下退火4小时;接着进行第二次冷轧，将厚度进一步冷轧至0.45mm，每道次压下量为10%，随后在 315~335℃下退火4小时进行第二次时效处理，最终将厚度冷轧至0.2mm;最后对0.2mm退火态合金带材进行100~300℃、50~150h的第三次时效处理，时效之后空冷至室温。

5.根据权利要求4的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金的制备方法，其特征在于，步骤2所述的固溶处理的温度为850℃、保温时间为5小时。

6.根据权利要求4的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金的制备方法，其特征在于，步骤3所述的热轧温度为780℃，保温时间为30分钟。

7.根据权利要求4的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金的制备方法，其特征在于，步骤4所述的第一次时效处理的温度为430℃、时间为4小时;第二次时效处理的温度为320℃，时间为4小时;第三次时效处理温度为150℃，时间为100小时，时效之后空冷至室温。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于金属材料制备加工技术领域，具体涉及一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金及其制备方法。

背景技术

[0002]集成电路作为现代电子技术的核心组成部分，在各个领域的应用中发挥着重要作用。其高度集成、小型化和高性能特点，使得其在信息技术、通讯、医疗和工作控制等领域具有广泛的应用前景。在集成电路中，引线框架作为连接芯片与外部器件的纽带，承担这传输信号、供电和散热等重要功能。引线框架的设计质量直接影响这整个集成电路的性能稳定性和可靠性。

[0003]引线框架材料一般需满足以下几项特征：良好的导电导热性，利于散热和传输信号，良好的力学性能，为框架提供支撑作用，通常其抗拉强度要大于450MPa，还需要有良好的抗高温蠕变性提高使用寿命。

[0004]铜镍硅合金因其优异的综合性能，如高强度、高导电性、良好的热稳定性和加工性能，被广泛应用于引线框架领域。以C70250为代表的铜镍硅合金，强度为550~800MPa，导电率为30%~40%IACS，主要用于引线框架合金及高密度集成电路的封装。然而，在铜镍硅合金在使用过程中，发现存在抗高温蠕变性能低的情况，特别是在高温情况下(常在150℃)，容易发生蠕变变形，影响其长期使用的稳定性和可靠性，导致其使用寿命缩短，限制了其在一些高温、高压等苛刻环境下的应用。并且随着现代工业对材料性能要求的不断提高，传统铜镍硅合金的性能已难以满足更高强度和更高导电性的需求。因此，开发一种新型抗高温蠕变高强高导铜镍硅合金及其制备方法具有重要意义。

发明内容

[0005]本发明的目的是提供一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅合金及其制备方法，通过优化合金成分在Ni和Si的基础上引入适量的Co、Mg、Ag元素，使得合金在硬度、抗拉强度和导电性方面得到了显著提升。通过控制析出相的尺寸和分布，减少了大颗粒析出物对材料性能的不利影响。此外，通过优化时效处理条件，结合冷轧工艺，并利用多种合金元素的协同效应强化析出物与位错之间的相互作用，显著提高合金的强度和导电性，同时兼顾良好的延展性和加工性能，制备综合性能优异的抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金。

[0006]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

[0007]本发明所述的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金，其特征在于，该合金的成分及其质量百分比组成为：Ni：1.5%~2.8%，Co：0.5%~1.6%，Si：0.3%~1.0%，Mg：0.05%~0.2%，Ag：0.05%~1.5%，余量为Cu。

[0008]优选的，由以下成分的质量百分比组成：Ni：1.86wt%，Co：1.1wt%，Si：0.62wt%，Mg：0.12wt%，Ag：0.5wt，余量为Cu。

[0009]优选的，由以下成分的质量百分比组成：Ni：2.6wt%，Co：1.6wt%，Si：0.9wt%，Mg：0.2wt%，Ag：1.5wt%，余量为Cu。

[0010]本发明所述的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金的制备方法，包括如下步骤。

[0011]步骤1、按照合金成分及质量百分含量配置原材料，将除镁以外的原材料加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中。镁原料置于熔炼坩埚上方的可下降铜管中，用于在真空环境中的二次加料。抽取熔炼炉内空气至1.3~1.4×101Pa，然后通入氩气使炉内压强维持在0.04~0.05MPa。随后开启真空感应炉的感应加热装置，升高温度，将熔炼坩埚中的原料完全熔至熔融态并保持3~4分钟。之后降下装有镁颗粒的铜管使其在坩埚内熔化，等待2~3分钟，确保各原材料充分熔化并均匀混合。将熔体浇入模具中得到铸锭，随炉冷却后取出。

[0012]步骤2、对铸锭进行固溶处理，固溶处理温度为840℃~860℃，在该温度下保温5小时，随后快速水冷至室温，以保留合金的固溶状态。

[0013]步骤3、铣去铸锭的表面缺陷后，对铸锭进行热轧。热轧温度为760℃~800℃，保温30分钟，热轧时，每道次压下量为30%，将铸锭热轧到15mm。

[0014]步骤4、进行第一次冷轧，首先将厚度由15mm冷轧到2mm，每道次压下量为20%，然后进行第一次时效处理：425~435℃下退火4小时。接着进行第二次冷轧，将厚度进一步冷轧至0.45mm，每道次压下量为10%，随后在 315~335℃下退火4小时进行第二次时效处理，最终将厚度冷轧至0.2mm。最后对0.2mm退火态合金带材进行100~300℃、50~150h的第三次时效处理，时效之后空冷至室温。

[0015]优选地，步骤2所述的固溶处理的温度为850℃、保温时间为5小时。

[0016]优选地，步骤3所述的热轧温度为780℃，保温时间为30分钟。

[0017]优选地，步骤4所述的第一次时效处理的温度为430℃、时间为4小时;第二次时效处理的温度为320℃，时间为4小时;第三次时效处理温度为150℃，时间为100小时，时效之后空冷至室温。

[0018]本发明Co元素的添加能显著提高Cu-Ni-Si合金的强度和导电率。这种性能提升主要是因为Co元素在时效过程中促进了Ni2Si相的析出，同时抑制了粗大析出相的形成，从而优化了合金的力学性能和导电性能。适量的Co元素能够有效提高合金的强度和硬度，同时保持较高的导电率。

[0019]本发明Mg元素的添加有助于提高合金的再结晶温度和高温软化能力。Mg元素能抑制第二相颗粒的长大，保持基体中细小且弥散的析出物，从而提升合金的强度和导电率。然而，过量的Mg元素会增加电子散射，降低合金的导电性能，因此需要控制Mg的含量在适当的范围内。

[0020]本发明Ag元素的添加能够显著提高Cu-Ni-Si合金的强度和硬度。Ag的固溶通常会细化Ni-Si析出相，使其分布更均匀，从而有效阻碍位错运动。适量的Ag元素能够促进Ni2Si相和Co2Si相的析出，减轻由Ni、Co和Si原子引起的晶格畸变，从而抵消Ag对导电率的负面影响。并且Ag倾向于在晶界偏聚，能够强化晶界，减少高温下晶界的滑动和扩散，提高合金的热稳定性，延缓高温下析出相的粗化和晶粒长大，从而提高抗蠕变性能。

[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

[0022]本发明提供了一种高强度本发明提供了一种具有抗高温蠕变性的高强高导引线框架用铜镍硅钴镁银合金带材。该合金在传统的“固溶-变形-时效”工艺基础上，通过适当增加Ag的含量，并结合多级冷加工和多级时效处理，调控合金中的析出相，包括不连续析出相和连续析出相的大小、数量及形貌。利用Co、Mg和Ag元素对析出相的促进作用和对位错的阻碍作用，实现了铜合金性能的协同提升。最终获得的Cu-Ni-Si合金带材具有显著提高的综合性能，抗拉强度达到889.75MPa，电导率为46.17% IACS，显微硬度为252.9 HV。本发明的合金采用熔铸、固溶、冷轧和时效等工艺进行制备，工艺步骤简单且适合大规模生产。本发明技术相对简便，操作容易且成本低廉，能够极大地满足大规模高端集成电路引线框架铜合金的性能要求。

附图说明

[0023]图1为本发明铜镍硅钴镁银合金制备流程图。

具体实施方式

[0024]以下结合具体的实施案例进一步具体的说明本发明，指出的时：以下实施案例只能用于说明本发明的具体实施方法，并不能限制本发明权利保护范围。

实施例1

[0025]本实施例提供的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金制备方法如下。

[0026]步骤1、按照合金成分及质量百分比Ni：1.86wt%，Co：1.1wt%，Si：0.62wt%，Mg：0.12wt%，Ag：1.5wt%，余量为Cu配置原料。将除镁以外的原材料加入真空感应熔炼炉的 熔炼坩埚中。镁原料置于熔炼坩埚上方的可下降铜管中，用于在真空环境中的二次加料。抽取熔炼炉内空气至1.4×101Pa，然后通入氩气使炉内压强维持在0.05MPa。随后开启真空感应炉的感应加热装置，升高温度，将熔炼坩埚中的原料完全熔至熔融态并保持4分钟。之后降下装有镁颗粒的铜管使其在坩埚内融化，等待3分钟，确保各原料充分熔化并均匀混合。将熔体浇入模具中得到铸锭，随炉冷却后取出。

[0027]步骤2、对铸锭进行固溶处理，固溶处理温度为850℃，在该温度下保温5小时，随后快速水冷至室温，以保留合金的固溶状态。

[0028]步骤3、铣去铸锭的表面缺陷后，对铸锭进行热轧。热轧温度为780℃，保温30分钟，热轧时，每道次压下量为30%，将铸锭热轧到15mm。

[0029]步骤4、进行第一次冷轧，首先将厚度由15mm冷轧至2mm，每道次压下量为20%，然后进行第一次时效处理，具体为在430℃下退火4小时。接着进行第二次冷轧，将厚度进一步冷轧至0.45mm，每道次压下量为10%，随后在320℃下退火4小时进行第二次时效处理，最终将厚度冷轧至0.2mm。最后对0.2mm冷轧态合金带材进行150°C、100小时的第三次时效处理，时效之后空冷至室温。

[0030]所得实施例1中的铜合金带材的抗拉强度889.75MPa，屈服强度733.16MPa，硬度253.7HV，导电率54.45%IACS，延伸率1.48%。

实施例2

[0031]相比于实施例1，区别在于不进行第三次时效处理。其余制备步骤一致， 所得实施例2中的铜合金带材的抗拉强度779.12MPa，屈服强度608.76MPa，硬度241.6HV，导电率49.42% IACS，延伸率2.23%。

实施例3

[0032]本实施例提供的一种抗高温蠕变的高强高导铜镍硅钴镁银合金制备方法如下。

[0033]步骤1、按照合金成分及质量百分比Ni：1.86wt%，Co：1.1wt%，Si：0.62wt%，Mg：0.12wt%，Ag：1.0wt%，余量为Cu配置原料。将除镁以外的原材料加入真空感应熔炼炉的熔炼坩埚中。镁原料置于熔炼坩埚上方的可下降铜管中，用于在真空环境中的二次加料。抽取熔炼炉内空气至1.4×101Pa，然后通入氩气使炉内压强维持在0.04MPa。随后开启真空感应炉的感应加热装置，升高温度，将熔炼坩埚中的原料完全熔至熔融态并保持3分钟。之后降下装有镁颗粒的铜管使其在坩埚内融化，等待3分钟，确保各原料充分熔化并均匀混 合。将熔体浇入模具中得到铸锭，随炉冷却后取出。

[0034]步骤2、对铸锭进行固溶处理，固溶处理温度为850℃，在该温度下保温5小时，随后快速水冷至室温，以保留合金的固溶状态。

[0035]步骤3、铣去铸锭的表面缺陷后，对铸锭进行热轧。热轧温度为780℃，保温30分钟，热轧时，每道次压下量为30%，将铸锭热轧到15mm。

[0036]步骤4、进行第一次冷轧，首先将厚度由15mm冷轧至2mm，每道次压下量为20%，然后进行第一次时效处理，具体为在430℃下退火4小时。接着进行第二次冷轧，将厚度进一步冷轧至0.45mm，每道次压下量为10%，随后在320℃下退火4小时进行第二次时效处理，最终将厚度冷轧至0.2mm。最后对0.2mm冷轧态合金带材进行150°C、100小时的第三次时效处理，时效之后空冷至室温。

[0037]所得实施例3中的铜合金带材的抗拉强度847.67MPa，屈服强度712.22MPa，硬度239.6HV，导电率49.47%IACS，延伸率1.26%。

实施例4

[0038]相比于实施例3，区别在于不进行第三次时效处理。其余制备步骤一致， 所得实施例4中的铜合金带材的抗拉强度743.59MPa，屈服强度605.63MPa，硬度228.9HV，导电率49.30% IACS，延伸率1.78%。

[0039]对比例1

相比于实施例1，区别在于合金成分及质量百分比：Ni：1.86wt%，Co：1.1wt%， Si：0.62wt%，Mg：0.12wt%，余量为Cu配置原料。其余制备步骤一致，所得对比例2中的铜合金带材的抗拉强度825.04MPa，屈服强度630.31MPa，硬度217.0HV，导电率49.94% IACS，延伸率1.96%。

[0040]对比例2

相比于实施例2，区别在于合金成分及质量百分比：Ni：1.86wt%，Co：1.1wt%， Si：0.62wt%，Mg：0.12wt%，Ag:0.5%,余量为Cu配置原料。其余制备步骤一致，所得对比例2中的铜合金带材的抗拉强678.49MPa，屈服强551.03MPa，硬度207.0HV，导电率50.41% IACS，延伸率 2.69%。

[0041]实施例及对比例结果对比

[0042]本发明中采用二次加料法添加镁元素，经ICP成分检测，熔炼出来的铸锭中镁元素的烧损率<1%，监测方法按照《GB/T 5121.27-2008铜及铜合金化学分析方法第27部分：电感耦合等离子体原子发射光谱法》。

[0043]从对比例1与实施例1、2的比较中能够看出，适量的Ag添加能够显著提高Cu-Ni-Si合金的强度和硬度。这是因为Ag的添加促进了Ni2Si相与Co2Si相的沉淀，而这些相的析出减轻了由Ni、Co和Si原子引起的晶格畸变，因此可以认为Ni2Si相与Co2Si相的析出抵消了Ag对电导率的负面影响。从实施例1、2与实施例3、4的比较中能够看出，当本发明的铜合金中Ag的成分占比达到1wt%以上时，强度随着Ag含量上升有所提升，同时导电率也随之上升了。这是由于大量的Ag没有固溶于铜基体中，在晶界偏聚，强化晶界，减少高温下晶界的滑动和扩散，提高合金的热稳定性，延缓高温下析出相的粗化和晶粒长大，使合金在高温下也能保持较高的强度，从而提高抗蠕变性能。

[0044]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明申请权利要求的保护范围之中。

说明书附图(1)