阅读说明：本技术 一种集成电路用高强高导高韧铜钛合金及其制备方法 (High-strength, high-conductivity and high-toughness copper-titanium alloy for integrated circuit and preparation method thereof ) 是由 晏弘 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种集成电路用高强高导高韧铜钛合金,所述铜钛合金所含元素及各元素的重量百分比为：钛2.9-3.4％、铁0.17-0.23％、铝0.15-0.20％、硼0.03-0.10％,余量为铜和不可避免的杂质；所述高强高导高韧铜钛合金的制备方法,包括如下步骤：(1)配料；(2)真空熔炼,形成铜钛合金熔体；(3)浇铸,形成铸锭；(4)冷轧,获得板材；(5)时效处理。本发明合金具有强度高、导电性好、韧性强的优势,主要用于集成电路,特别是大规模和超大规模集成电路框架以及各种电子产品接插件。(The invention discloses a high-strength, high-conductivity and high-toughness copper-titanium alloy for an integrated circuit, which comprises the following elements in percentage by weight: 2.9 to 3.4 percent of titanium, 0.17 to 0.23 percent of iron, 0.15 to 0.20 percent of aluminum, 0.03 to 0.10 percent of boron, and the balance of copper and inevitable impurities; the preparation method of the high-strength, high-conductivity and high-toughness copper-titanium alloy comprises the following steps: (1) preparing materials; (2) vacuum melting to form a copper-titanium alloy melt; (3) casting to form a cast ingot; (4) cold rolling to obtain a plate; (5) and (5) aging treatment. The alloy has the advantages of high strength, good conductivity and strong toughness, and is mainly used for integrated circuits, in particular large-scale and ultra-large-scale integrated circuit frames and various electronic product connectors.)

一种集成电路用高强高导高韧铜钛合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其是涉及一种集成电路用高强高导高韧铜钛合金及其制备方法。

背景技术

国内外用于集成电路和半导体的引线框架材料分为铁镍合金(Fe42Ni)和铜合金两大类。铁镍合金的强度和软化温度较高，但电导率和热导率较低，主要用于陶瓷和玻璃封装。铜合金由于优良的导电性和低廉的价格，进入二十一世纪以来，铜合金引线框架的消耗已占总量的90％。

对引线框架，电子设备的各种端子，连接件等所使用的铜合金除了要求具备高强度和高导电性外，更由于各种端子，连接器上引线数量的增加，小节距化的进展较快，要求电子部件具有高密度组装性和高可靠性。因此对电子部件所使用的材料也提出了加工性优良的要求。

在这些合金中，CuTi时效硬化型合金是典型的代表性合金，其中Ti添加量一般最优选为3.0％～4.5wt％。例如：Cu-3.5Ti合金，Cu-3.5Ti-0.2Cr合金，Cu-6Ti-1Al合金等。这些合金典型的工艺一般为：铸锭-热轧-固溶处理-冷轧-时效处理，其加工工艺比较复杂，加工工艺的好坏直接影响产品的性能。

为了提高产品的性能，不少专利提出添加不同微量元素的方法：如在CuTi合金基体上加入0.35wt％以上Sn以强化合金，其中Cu-1.6％wtTi-2.5％wtSn合金析出强化效果最好；在Cu-4.0wt％Ti合金中加入0.5～0.7wt％Fe，可提高合金塑性和耐磨性能；在CuTi合金基体上加入Ni元素，如Cu-0.58wt％Ti-2.06wt％Ni可实现明显的沉淀硬化效果；在CuTi合金基体中加入至少下列元素中的一种元素：0.01～0.5wt％(Cr、V、Zr、B、P)，可延缓再结晶退火过程中的晶粒长大；在CuTi合金基体中加入0.3～1.0wt％Zn，可改善合金的铸造性；在CuTi合金基体中加入0.1～0.5wt％Mg，可提高合金耐应力松弛性作用。这些微量元素的加入虽然在一定程度上改进了含金的性能，但由于没有改变合金的加工工艺，尚不足以使合金的性能有质的飞跃，无法在强度、导电性和韧性三个方面都达到足够的程度。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种集成电路用高强高导高韧铜钛合金及其制备方法。本发明合金具有强度高、导电性好、韧性强的优势，主要用于集成电路，特别是大规模和超大规模集成电路框架以及各种电子产品接插件。

本发明的技术方案如下：

一种集成电路用高强高导高韧铜钛合金，所述铜钛合金所含元素及各元素的重量百分比为：钛2.9-3.4％、铁0.17-0.23％、铝0.15-0.20％、硼0.03-0.10％，余量为铜和不可避免的杂质。

电解钛，其提供Ti元素；电解铁，其提供Fe元素；电解铝，提供Al元素；单质硼，提供B元素；TU2无氧铜，提供Cu元素。

一种所述高强高导高韧铜钛合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)配料：称取原材料，所述原材料中含有的化学成分及其重量百分比为：钛2.9-3.4％、铁0.17-0.23％、铝0.15-0.20％、硼0.03％-0.10％，余量为铜和不可避免的杂质；

(2)真空熔炼：将步骤(1)中称取的原材料放入真空熔炼设备中，真空熔炼，形成铜钛合金熔体；

(3)浇铸：将步骤(2)中获得的铜钛合金熔体浇注成扁锭，并快速水冷却至室温，以达到固溶处理的目的；

(4)冷轧：将步骤(3)中获得的扁锭冷轧成厚度为0.2-0.4mm的板材；

(5)时效处理：将步骤(4)中获得的板材在350-450℃的温度下时效处理5-15小时。

步骤(2)中，真空熔炼设备为真空感应炉。

步骤(3)中，真空熔炼的条件为：真空度为10-10^-2Pa，温度为1200-1500℃条件下保温20-30min。

本发明有益的技术效果在于：

本发明在CuTi合金基体上加入微量的Fe、Al、B元素。Fe在合金中作用是：Fe元素易于与Ti形成金属间化合物，并以极细小的高熔点化合物颗粒悬浮于熔体之中，形成弥散的结晶核心，使晶粒变多、变小，从而细化晶粒，并提高合金耐磨性；由于铁原子半径比铜原子小，比较容易填补铜或铜合金生长过程中晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而起细化晶粒的作用。同时Fe能使Cu-Ti合金固溶处理后的硬度降低，塑性提高，显著阻止加热时晶粒长大，抑制时效过程中的晶界反应；Al在合金中作用是：在时效过程中，Al元素会与基体形成AlCu2Ti相，从而减少了基体中Ti原子含量，大大地提高了合金的导电率；B在合金中作用是：位于晶界处的B元素抑制晶界处β-Cu4Ti的不连续析出，从而减少合金晶间裂纹萌生和扩展的可能性，在不影响导电性的前提下，提高合金的延展性和硬度。上述微量元素的加入可以大大改善铜钛合金的整体性能，使其具有高的强度、良好的导电性和韧性。

本发明合金组分合理，制备获得的铜合金具有强度高、导电性好、韧性强等优点，铜合金可用于集成电路，特别是大规模和超大规模集成电路框架以及各种电子产品接插件。本发明铜合金的制备方法排除了热轧工序，使加工工序更为简单。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

一种高强高导高韧铜钛合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)配料：称取原材料，所述原材料中含有的化学成分及其重量百分比为：钛3.0％、铁0.18％、铝0.16％、硼0.05％，余量为铜和不可避免的杂质；电解钛，其提供Ti元素；电解铁，其提供Fe元素；电解铝，提供Al元素；单质硼，提供B元素；TU2无氧铜，提供Cu元素；

(2)真空熔炼：将步骤(1)中称取的原材料放入真空熔炼设备中真空熔炼，真空度为0.5Pa，温度为1250℃条件下保温25min，形成铜钛合金熔体；

(3)浇铸：将步骤(2)中获得的铜钛合金熔体浇注成扁锭，并快速水冷却至室温，以达到固溶处理的目的；获得厚度为40mm，宽度为105mm铸锭；

(4)冷轧：将步骤(3)中获得的铸锭冷轧成厚度为0.3mm的板材；

(5)时效处理：将步骤(4)中获得的板材在400℃的温度下时效处理10小时，获得所述铜钛合金。性能测试结果如表1所示。

实施例2

一种高强高导高韧铜钛合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)配料：称取原材料，所述原材料中含有的化学成分及其重量百分比为：钛3.2％、铁0.2％、铝0.18％、硼0.07％，余量为铜和不可避免的杂质；电解钛，其提供Ti元素；电解铁，其提供Fe元素；电解铝，提供Al元素；单质硼，提供B元素；TU2无氧铜，提供Cu元素；

(2)真空熔炼：将步骤(1)中称取的原材料放入真空熔炼设备中真空熔炼，真空度为10Pa，温度为1250℃条件下保温30min，形成铜钛合金熔体；

(3)浇铸：将步骤(2)中获得的铜钛合金熔体浇注成扁锭，并快速水冷却至室温，以达到固溶处理的目的；获得厚度为40mm，宽度为105mm铸锭；

(4)冷轧：将步骤(3)中获得的铸锭冷轧成厚度为0.3mm的板材；

(5)时效处理：将步骤(4)中获得的板材在420℃的温度下时效处理8小时，获得所述铜钛合金。性能测试结果如表1所示。

实施例3

一种高强高导高韧铜钛合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)配料：称取原材料，所述原材料中含有的化学成分及其重量百分比为：钛3.4％、铁0.22％、铝0.20％、硼0.09％，余量为铜和不可避免的杂质；电解钛，其提供Ti元素；电解铁，其提供Fe元素；电解铝，提供Al元素；单质硼，提供B元素；TU2无氧铜，提供Cu元素；

(2)真空熔炼：将步骤(1)中称取的原材料放入真空熔炼设备中真空熔炼，真空度为0.01Pa，温度为1350℃条件下保温20min，形成铜钛合金熔体；

(3)浇铸：将步骤(2)中获得的铜钛合金熔体浇注成扁锭，并快速水冷却至室温，以达到固溶处理的目的；获得厚度为40mm，宽度为105mm铸锭；

(4)冷轧：将步骤(3)中获得的铸锭冷轧成厚度为0.2mm的板材；

(5)时效处理：将步骤(4)中获得的板材在450℃的温度下时效处理8小时，获得所述铜钛合金。性能测试结果如表1所示。

表1

由表1可以看出，实施例1-3所得铜钛合金的性能与现有C70250铜合金相比，已达到C70250铜合金的强度和导电性能，在加工工艺过程方面，取消了热轧和固溶处理，使加工工艺更为简便。