專利名稱：鍍敷預(yù)處理無污跡的高強(qiáng)度銅基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在其鍍敷預(yù)處理無污跡的，用作電器和電子部件材料的高強(qiáng)度銅基合金。
常規(guī)制造電器和電子部件，如接線柱、連接器及半導(dǎo)體器件的導(dǎo)線架時(shí)，日本專利公開說明書1-272733曾推薦一種銅(Cu)基合金(以后稱之“常規(guī)的銅基合金”)，其化學(xué)成份基本上包含(重量％，后文以％表示)1.24％的Ni、1.80％的Sn、0.052％的Si、0.55％的Zn、0.0052％的Ca、0.0245％的Mg、0.0058％的Pb，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
本說明書通篇所用的百分比均為重量百分比。
通常將此常規(guī)的Cu基合金軋成帶材，而后對(duì)此帶材進(jìn)行加工，如下料和彎曲以形成有預(yù)定形狀的電器或電子部件，接著是對(duì)這樣形成的電器或電子部件進(jìn)行鍍敷，借此得到最終產(chǎn)品，為鍍敷這樣形成的電器或電子部件，如在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)線外表面鍍焊料，那么該半導(dǎo)體器件的導(dǎo)線要經(jīng)受由如下步驟構(gòu)成的預(yù)處理堿性電解液凈化、水洗、酸洗、水洗、去除污跡，再水洗。然后將這樣預(yù)處理過的導(dǎo)線進(jìn)行由如下步驟的鍍敷預(yù)浸、鍍焊料、水洗、中和、水洗、水浴、吹風(fēng)和干燥。
制備電器和電子部件總是要求較低的成本，而為滿足這種要求則要求電器和電子部件應(yīng)以效率更高的步驟制成。但是，用該常規(guī)Cu基合金形成的電器和電子部件在上述的鍍敷預(yù)處理時(shí)，尤其在酸洗步驟中會(huì)受到污染。為去除這種污跡，需大量的時(shí)間，這就阻礙了生產(chǎn)率的改進(jìn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種用作電器和電子部件材料的在鍍敷預(yù)處理時(shí)無污跡的高強(qiáng)度Cu基合金。
為完成上述目的，本發(fā)明提供一種Cu基合金，它基本上包含0.5-2.0％的Ni、1.2-2.5％的Sn、0.04-0.1％的Si、0.1-1％的Zn、0.0001-0.02％的Mg、0.0001-0.1％的Mn、0.0001-0.02％的P，余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中Mg、Mn和P的總量為0.001-0.12％。
本發(fā)明上述和其它目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將通過以下的詳細(xì)陣述而更為明確。
由酸洗步驟無污跡的Cu基合金所形成的電器和電子部件的觀點(diǎn)看，去除鍍敷預(yù)處理時(shí)的污跡所需的時(shí)間可以減少，從而大大地改進(jìn)生產(chǎn)率，為得到酸洗時(shí)無污跡的高強(qiáng)度Cu基合金，本發(fā)明人作了研究，并取得以下發(fā)現(xiàn)如果一種銅基合金的化學(xué)成份基本上包含0.5-2.0％的Ni、1.2-2.5％的Sn、0.04-0.1％的Si、0.1-1％的Zn、0.0001-0.02％的Mg、0.0001-0.1％的Mn、0.0001-0.02％的P，余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)，其中Mg、Mn和P的總量為0.001-0.12％，則該Cu基合金不僅在機(jī)械性能如，抗拉強(qiáng)度，延伸率和可彎性及耐焊料的熱剝落性及導(dǎo)電性與該常規(guī)Cu基合金一樣優(yōu)良，而且在鍍敷預(yù)處理時(shí)無污跡。結(jié)果，如果將該Cu基合金用于制造電器和電子部件，如導(dǎo)線架，則鍍敷預(yù)處理所需的加工時(shí)間與常規(guī)Cu基合金制造導(dǎo)線架所需的時(shí)間相比可大大減少，結(jié)果提高了其生產(chǎn)率。
本發(fā)明是以上述發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)的。
由于以下理由將本發(fā)明Cu基合金的組成元素含量作上述的限定(1)NiNi組分起改善該Cu基合金強(qiáng)度和可彎性的作用。但是，若Ni含量小于0.5％，則上述作用達(dá)不到所期望的程度，反之，若其量超過2％，則該合金的導(dǎo)電率就不希望地下降。因此，將Ni含量限于0.5-2.0％的范圍。優(yōu)選地，是將Ni含量限于0.8-1.8％的范圍。
(2)SnSn組份與Ni組分協(xié)同地起作用，從而進(jìn)一步改善該Cu基合金的強(qiáng)度和可彎性。但是，若Sn含量小于1.2％，上述作用則達(dá)不到所期望的程度，反之，若其量超過2.5％，則該合金的加工性能令人不希望地下降。因此，Sn含量被限于1.2-2.5％的范圍內(nèi)，而優(yōu)選地是應(yīng)將其限于1.4-2.2％的范圍內(nèi)。
(3)SiSi組份作用是使該Cu基合金在為澆鑄而熔化的過程中脫氧，以及和Ni組分共同形成鎳的硅化物而改善該Cu基合金的耐熱性。但是，若Si含量小于0.04％，則上述作用達(dá)不到所需要的程度，反之，若其量超過0.1％，則在鍍敷預(yù)處理的酸洗過程中污跡量不希望地增加，因此，Si含量被限于0.04-0.1％的范圍內(nèi)，而優(yōu)選地是將其限于0.05-0.09％的范圍內(nèi)。
(4)ZnZn組份起著進(jìn)一步改善耐焊料熱剝落能力的作用。但是，若Zn含量小于0.1％，則上述作用達(dá)不到所需要的程度，反之，若其量超過1％，則該合金的錫焊的可焊性變差。因此，Zn含量被限于0.1-1％的范圍。優(yōu)選地是Zn含量應(yīng)限于0.2-0.8％的范圍。
(5)Mg、Mn和PMg、Mn和P組份在為澆鑄而熔化的過程中使該合金脫S，以及固定游離的S，從而起改善該合金的熱加工性能或使其脫氧的作用。但是，若Mg、Mn和P含量中的每一個(gè)小于0.0001％，同時(shí)它們的總量小于0.001％，則上述作用達(dá)不到所希望的程度。另一方面，若Mg、Mn和P含量分別超過0.02％、0.1％和0.02％，并且同時(shí)它們的總含量超過0.12％，則由于脫S和固定游離S而對(duì)熱工性的進(jìn)一步改進(jìn)就不能達(dá)到或脫氧的作用飽和。因此，Mg、Mn和P含量被分別限于0.0001-0.02％、0.0001-0.1％和0.0001-0.02％的范圍內(nèi)，并同時(shí)將Mg、Mn和P的總含量限于0.001-0.12％的范圍內(nèi)。優(yōu)選地是分別將Mg、Mn和P含量限于0.0003-0.015％、0.0005-0.08％和0.0005-0.018％的范圍內(nèi)，并同時(shí)將Mg、Mn和P組份的總含量限于0.004-0.11％。
為生產(chǎn)本發(fā)明的高強(qiáng)度Cu基合金，加入熔煉爐中的各種原料的比例應(yīng)當(dāng)使所得的Cu基合金有上述的化學(xué)成份，然后在熔融合金表面蓋有木炭的大氣氣氛下將其熔煉。
接著描述本發(fā)明Cu基合金的實(shí)施例。實(shí)施例將電解銅在中頻槽型無芯熔煉爐中，在大氣下，并蓋有木炭的熔融Cu的表面進(jìn)行熔煉。將各種合金的組成元素單獨(dú)地或以母合金鐵的形式加入銅熔液，以制造化學(xué)成分如表1和表2中所示的Cu基合金。將這樣制得的Cu基熔融合金經(jīng)半連鑄以生產(chǎn)出錠，每個(gè)錠的尺寸為厚160mm、寬600mm、長4400mm。
將錠在850℃的溫度下熱軋成厚11mm的熱軋板，并將該板立即水冷，接著剝皮以從其上去除氧化皮。然后使板重復(fù)經(jīng)冷軋、退火、酸洗的一系列步驟，以得到厚0.375mm的冷軋片材。進(jìn)而，在750℃溫度下于連續(xù)退火爐中將該片材退火，再冷軋而得到厚0.15mm的冷軋片材，接著將此冷軋片材在連續(xù)退火爐中于500℃的溫度下終退火20秒以消除應(yīng)力，從而生產(chǎn)出本發(fā)明Cu基合金No.1-15的冷軋片材和常規(guī)的Cu基合金No.1的冷軋片材。
將本發(fā)明Cu基合金No.1-15和常規(guī)Cu基合金No.1的，厚0.15mm的冷軋片材切成寬35mm，長45mm的試樣。將該試樣在含NaOH60g/升2Na2O·SiO240g/升的水溶液中，在下列的條件下槽溫43℃槽電壓 5V供能時(shí)間120秒經(jīng)受電解凈化。然后將試樣用水洗滌，然后經(jīng)鍍敷預(yù)處理，即酸洗、水洗和干燥。酸洗是在含有H2O260g/升H3PO4100g/升的水溶液中，在下面的條件下槽溫35℃浸泡時(shí)間60秒進(jìn)行。經(jīng)這樣預(yù)處理的試樣表面作污跡存在的檢測。該檢測結(jié)果示于表1和2中。
從表1和2所示結(jié)果可清楚看出，在常規(guī)Cu基合金試樣1的表面發(fā)現(xiàn)有污跡，而在本發(fā)明Cu基合金試樣1-15任一種的表面上沒發(fā)現(xiàn)任何污跡。因此，在用本發(fā)明Cu基合金片材制造電器和電子部件，如半導(dǎo)體器件的導(dǎo)線架時(shí)為鍍敷而作的預(yù)處理步驟所需的工作時(shí)間大為減少，因而生產(chǎn)大大改善，由此降低了制造成本，這就帶來了上述工業(yè)上有用的效果。
表1
<p>〔表權(quán)利要求
1.一種在其鍍敷預(yù)處理時(shí)無污跡的高強(qiáng)度Cu基合金，它基本上含有(重量％)Ni0.5-2.0％、Sn1.2-2.5％、Si0.04-0.1％、Zn0.1-1％、Mg0.0001-0.02％、Mn0.0001-0.1％、P 0.0001-0.02％、Cu和不可避免的雜質(zhì)余量，其中Mg、Mn及P的總量為0.001-0.12％。
2.按照權(quán)利要求1的高強(qiáng)度Cu基合金，它基本含有Ni0.8-1.8％、Sn1.4-2.2％、Si0.05-0.09％、Zn0.2-0.8％、Mg0.0003-0.015％、Mn0.0005-0.08％、P 0.0005-0.01 8％、Cu和不可避免的雜質(zhì)余量，其中Mg、Mn和P的總量為0.004-0.11％。
全文摘要
一種高強(qiáng)度銅基合金，它基本上含有Ni0.5-2.0％、Sn1.2-2.5％、Si0.04-0.1％、Zn0.1-1％、Mg0.0001-0.02％、Mn0.0001-0.1％。P0.0001-0.02％、Cu和不可避免的雜質(zhì)余量，其中Mg、Mn和P的總量為0.001-0.12％。該Cu基合金適于作電器和電子部件的材料，而且在其鍍敷預(yù)處理時(shí)無污跡。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1153222SQ9611229
公開日1997年7月2日 申請(qǐng)日期1996年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月10日
發(fā)明者二冢鏈成, 熊谷淳一, 千葉俊一 申請(qǐng)人:三菱伸銅株式會(huì)社