[发明专利]一种铜合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜合金，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Fe：0.05～0.15wt％，P：0.01～0.05wt％，Hf：0.01～0.15wt％，Zr：0.005～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。在现有CuFeP系C19210合金的基础上添加Hf和Zr，并控制Hf和Zr的含量，实现铜合金的抗拉强度≥450MPa，延伸率≥3％，导电率≥88％IACS，导热率≥354W/(m·k)，硬度≥140HV，在550℃下、保持5min后，硬度为原始硬度的85％以上，具有优异的耐高温软化性能，同时，该铜合金氧化膜的密接性满足350℃加热5min后不发生剥离，具有优异的氧化膜密接性能，充分保证封装要求的可靠性，可以很好的满足于高温下连接器、引线框架材料的使用。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜合金及其制备方法。

背景技术

引线框架不仅为芯片提供机械支撑、连接外部电路、传送电信号，而且还需承担外放的大量热量，因此引线框架材料要求具备优异的综合性能，如高强度、高导电、导热性好以及良好的耐热性能，以此保证半导体封装的可靠性。而封装的可靠性还与引线框架的密接性有关，原因是半导体组装工序散发热量与引线框架表面形成氧化膜，氧化膜的密接性好坏直接影响封装效果。若密接性差，极易出现封装裂纹，甚至剥离现象，严重影响封装质量。一般来说，LED行业常用引线框架材料要求导电率≥60％IACS、抗拉强度≥400MPa、500℃加热5min后维持达到原始硬度的80％以上，同时氧化膜密接性要求300℃加热5分钟后不发生剥离。

目前LED行业常用引线框架材料为铁青铜，常规牌号如美标C19210、C19400，可以实现抗拉强度≥400MPa、导电率≥60％IACS，但耐高温软化性能和氧化膜密接性有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种抗拉强度、导电率、耐高温软化性能以及氧化膜密接性等综合性能优异的铜合金。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜合金，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Fe：0.05～0.15wt％，P：0.01～0.05wt％，Hf：0.01～0.15wt％，Zr：0.005～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

本发明添加0.05～0.15wt％的Fe元素。Fe溶入铜基体中形成过饱和固溶体，同时通过时效处理析出铁磷金属间化合物，析出的金属间化合物起到弥散强化的作用，铁磷金属间化合物的存在更进一步提高基体强度和硬度，同时对提高合金的耐高温软化性能起到重要的作用，但过多的Fe对合金导电率影响很大，因此，将Fe含量控制在0.05～0.15wt％。

本发明中加入0.01～0.05wt％的P元素。P元素能够起到除气、脱氧的作用，降低铜熔体表面张力，提高熔体的流动性，净化合金基体。同时P与Cu、Fe形成Cu₃P、铁磷金属间化合物，不仅可显著提高合金的力学性能，同时提升合金的耐高温软化性能。但P显著降低铜的导电率，若P含量过高，不仅会使基体合金产生脆性，影响热加工性，严重时引起裂纹，还会降低氧化膜密接性。因此，将P含量控制在0.01～0.05wt％。

本发明中加入0.01～0.15wt％的Hf元素。Hf元素在基体中以Cu₅Hf的形式存在，对合金的导电性能影响较小，并且Cu₅Hf属于耐热相，使得合金的抗软化温度得以改善，通过添加Hf元素，在保证导电性能的同时提升了铜合金的高温稳定性。若Hf含量过高，会影响合金的导电率，但Hf含量过少，则耐热性作用不能体现。因此，将Hf含量控制在0.01～0.15wt％。

本发明中加入0.005～0.05wt％的Zr元素。Zr与Hf的作用类似，可以提高合金的耐热性，但Zr元素的改善作用相对弱于Hf。除此之外，Zr元素还可以细化组织晶粒，增强合金的强度。若Zr含量过高，会严重影响合金的导电率，但Zr含量过少，则添加效果不明显。因此，将Zr含量控制在0.005～0.05wt％。