Cu-Ni-Si基引线框架材料组织和性能的研究以及加工工艺的探索

摘要

本文设计了四种Cu-Ni-Si基合金成分，运用光学金相分析(OM)，透射电镜(TEM)，电子束微区分析(EDAX)，X射线能谱分析等多种分析和测试手段，较系统和深入地研究了合金的组织以及第二相的成分、结构、形貌、大小和分布。通过几种工艺方法试验，研究了合金元素和加工工艺对合金的强度、导电性和软化温度等性能的影响，旨在进行成分的优化和工艺的调整。 研究发现，采用合理的热处理工艺可以使Cu-3Ni-0.6Si基合金在时效过程中析出尺寸在20-40nm之间的δ-Ni2Si颗粒，从而使合金的强度和导电率达到良好的匹配。通过透射电镜(TEM)电子衍射花样发现，这种析出物与基体晶格间存在确定的位向关系：(100)基体∥(100)析出物，[012]基体∥[001]析出物。加入微量的P能有效地提高Cu-3Ni-0.6Si基合金的强度和硬度，同时使δ-Ni2Si析出颗粒的弥散度提高，尺寸减小，但会降低合金的导电率。加入少量的Cr能有效地提高Cu-3Ni-0.6Si基合金的强度和软化温度。此外，减少Cu-3Ni-0.6Si基合金中Si的含量有助于提高合金的导电率，但却降低了合金的强度。 在形变后固溶时效工艺下，研究合金随时效温度和时间的变化时发现，时效温度越高，δ-Ni2Si颗粒析出得越快，合金达到硬度峰值所需的时间就越短。到达峰值后，继续延长时效时间，析出的δ-Ni2Si随时效时间的延长不断长大，共格关系部分失落，颗粒间间距增大。同时，导电率随时效时间的延长不断地提高。根据试验结果和固态相变基本原理，推导出合金形变并固溶处理后，时效过程中导电率随时间变化的Avrami导电率动力学方程。对加工工艺调整的研究发现，在形变前进行固溶预时效能够提高合金的硬度、强度和导电率。另外，对预时效温度的研究结果表明，预时效温度的升高有利于提高合金的硬度。预时效温度越高，合金能达到的最大导电率就越大。采用优化后的加工工艺和热处理后，此合金Cu-3Ni-0.6Si-0.2Cr的性能指标为：硬度215HV，强度919MPa，导电率45IACS％，延伸率12.2％，软化温度为690℃，膨胀系数为16.64×10-6/K，显示出优良的综合性能。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 IC引线框架材料概述

1.1.1引线框架的应用背景和市场需求

1.1.2 IC引线框架材料发展历程

1.1.3 IC引线框架材料应具备的性能特点

1.1.4国内外常用引线框架材料的类型和牌号

1.2铜基引线框架材料的研究动态

1.2.1国外铜基引线框架材料的研究

1.2.2国内引线框架材料的研究

1.2.3高导高强度铜合金引线框架的发展趋势

1.3高强高导铜合金研究与开发的基础理论

1.3.1封装的基本知识

1.3.2金属电子理论

1.3.3高强高导铜合金的强化机理

1.3.4合金元素在铜中的作用

1.3.5 Cu-Ni-Si系列合金的研究现状

1.4本论文的目的、内容

1.4.1论文的背景

1.4.2论文的内容和目的

参考文献

第二章试验方法与设备

2.1工艺路线

2.2铜合金的成分设计

2.3熔炼铸造

2.4合金的变形加工

2.4.1热轧

2.4.2冷轧

2.5热处理工艺

2.6性能测试

2.6.1室温拉伸

2.6.2硬度测试

2.6.3导电性测量

2.6.4热膨胀系数的测试

2.6.5软化温度测试

2.7微观分析

参考文献

第三章几种成分Cu-Ni-Si基合金的组织与性能

3.1合金的成分设计概述

3.2合金组织的显微分析

3.2.1金相组织

3.2.2析出相的TEM观察

3.3合金的性能测试

3.3.1硬度

3.3.2合金的抗拉强度

3.3.3合金的导电性能

3.3.4合金的软化温度

3.3.5合金的膨胀系数

3.4讨论

3.4.1 Ni2Si时效析出研究

3.4.2 Ni2Si析出相对合金性能的影响

3.4.3其它合金元素对性能的影响

小结

参考文献

第四章合金的加工工艺探索

4.1工艺的路线

4.2第二轮试验结果

4.2.1时效曲线

4.2.2拉伸性能

4.3第三轮试验结果

4.3.1时效曲线

4.3.2拉伸性能

4.3.3导电率

4.3.4软化温度

4.3.5再结晶

4.4分析与讨论

4.4.1不同工艺路线加工的试样的硬度和拉伸性能比较

4.4.2不同工艺路线加工的试样的导电率比较

4.4.3性能的匹配和工艺的优化

4.4.4理论分析

小结

参考文献

第五章结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文