[发明专利]具有高强度和高传导性的铜合金及其制造方法

说明书

背景技术

具有优异的电和热传导性的铜基材料已经被广泛用作半导体引线框材料或端子及连接器材料。随着器件制造的趋势趋向于高密度集成或者制造更小的器件，因此除了电和热的传导性之外，对具有优异表面态如高伸长率和高可镀性的铜合金的需求更强烈，这种高伸长率和高可镀性是可加工性所需要的。

为此，虽然已经开发了不同的铜合金，但仍然存在制备作为高传导性铜合金的优异的Cu-Cr基合金的困难，包括以低成本、高质量和高产量容易地制备所述Cu-Cr基合金的问题。

日本专利特开2003-89832（下文称“现有技术1”）在权利要求4中公开了0.02~0.4wt%的Cr、0.01~0.3wt%的Zn、0.005~1.0wt%的Ti、Ni、Fe、Sn、Si、Mn、Co、Al、B、In和Ag中至少一种以及平衡量的铜的熔融金属，其通过以下步骤来制备：使来自熔融金属的铸块经历热轧、溶体处理、冷轧、时效处理、冷轧、退火的步骤以及将通过上述步骤获得的原料加工成符合要求的厚度，从而获得产品。

然而，现有技术1的铜合金的成分不含有Cr而是含有Zr，并且其虽然具有高传导性，但是拉伸强度不足，而且完全不清楚在保持拉伸强度的同时如何达到可加工性所要求的伸长率的物理性质值，以及在保持所有以上物理性质值的同时如何达到硬度。

日本专利特开2001-181757（下文称“现有技术2”）公开了一种铜合金，其由0.2~0.35wt%的Cr、0.1~0.5wt%的Sn、0.1~0.5wt%的Zn、0.05~0.1wt%的Si，Pb、Bi、Ca、Sr、Te、Se和稀土元素中的至少一种以及平衡的Cu组成，其通过以下步骤来制备：使以上组成的熔融金属的铸锭经历加热至880~980℃、热轧、冷轧、在所述冷轧之前或之后在360~470℃时效处理的步骤，从而获得具有优异冲片加工性（blanking workability）的铜合金。

现有技术主要通过用热轧、冷轧、溶体处理和时效处理等步骤控制Cr或Cr-Si基化合物的固溶和沉淀来保护强度和传导性的特性。

在现有技术2中，如果在没有高温溶体处理的情况下制备具有约0.3~0.4wt%Cr含量的铜合金，则最终轧制板具有许多几十μm的斯金格（Stringer）相，或形成在其中的几μm大小的颗粒沉淀物，这些轧制板通过由这些斯金格相产生的缺陷或者通过沉淀物与Cu基体的化学性质差异影响可镀性。

日本专利特开H7-54079（下文称“现有技术3”）公开了一种组合物，其由0.01~0.2wt%的Cr、0.005~1wt%的Zr以及作为混杂元素分别0.005~10wt%的Ni、Sn和Zn、分别0.005~5wt%的Fe、Co、Te和Nb、分别0.001~2wt%的Be、Mg、Mo、W、Y、Ta和稀土元素、分别0.001~10wt%的Mn和Al、分别0.001~5wt%的Si、Ge、V、Cd、Hf、Sb和Ga、分别0.001~3wt%的Ag和0.001~1wt%的B和P组成。

现有技术3目的在于通过使来自以上组成的熔融金属的铸锭经历热轧、溶体处理、时效处理等来提高强度和电传导性。现有技术采用35种混杂元素作为组分。

就是说，虽然周期表上的族总共有15个族，包括IA族~VIII族（8个族）和IB族~VIIA族（7个族），但是现有技术3采用属于除了IA族（碱金属）、IIA族（碱土金属：除Be和Mg之外的四种元素）、VIIA（卤族）、VIA族（氧族）和VA族（氮族）之外的作为组分。但是，说明实施方案的表1不仅公开了Cu-Cr基、Cu-Zr基或Cu-Cr-Zr基作为组分，其中Cu-Cr基合金（实施方案1~5）被加入了Ni、B、Fe和P作为混杂元素，Cu-Zr基合金（实施方案6~9）被加入了Mg、Ag和Be作为混杂元素，以及Cu-Cr-Zr基合金（实施方案10~22）被加入了一种（实施方案11~15）、两种（实施方案16~17）或三种（实施方案18~21）作为混杂元素，而且根本没有示出关于强度的信息，也没有关于传导性的清楚的信息。

但是，现有技术3存在一个问题，即，虽然现有技术3公开了似乎所有的25种元素是伴随通过包括25种元素作为混杂材料而产生的相同或相似效果的等效物质，但是明显的是，现有技术3的技术结构实际上被限定为所述实施方案。

因此，现有技术3在提高或保持拉伸强度的同时兼具高传导性和高伸长率方面具有限制，并且具有铜合金的制备中所伴随的溶体处理生产成本升高因素的问题。