稀土对引线框架用铜合金氧化性能的影响

摘要

铜合金由于具有优良的导电导热以及良好的强度，已在现代集成电路塑料封装中占据了引线框架材料的较大份额。但铜合金容易氧化，其氧化膜被认为是塑料封装再流焊工艺中分层和裂纹的主要原因之一，因此引线框架铜合金的氧化特性引起了人们广泛关注。本文研究了不同的热处理对Cu-Cr和Cu-Cr-RE合金硬度和导电率的影响，着重研究了合金在中低温下的氧化行为。 本文试样为Cu-0.8Cr、Cu-0.8Cr-0.05Y和Cu-0.8Cr-0.05Nd合金，采用真空中频感应炉制备，对铸锭分别经两种工艺(A：铸态+冷轧+时效；B：铸态+固溶处理+冷轧+时效)处理后，利用高温金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、涡流导电仪等手段，研究了上述试样的显微硬度和导电率随时效时间变化规律；在300℃和600℃下的氧化行为，以及相应氧化膜的显微形貌和结构；探讨了合金的氧化机理以及稀土的添加对合金氧化行为的影响，结果如下： (1)对经过工艺 B 处理的 3 种合金Cu-0.8Cr、Cu-0.8Cr-0.05Y和Cu-0.8Cr-0.05Nd来说，在相同冷加工变形量下，未添加稀土Cu-Cr合金氧化增重量大于添加了稀土的Cu-Cr-Nd和Cu-Cr-Y合金，稀土Y和Nd对合金抗氧化能力的影响相当。不同形变量对合金的氧化行为影响不大。 (2)与Cu-Cr合金比较，Cu-Cr-Y合金形成的氧化膜其平整性、致密性和黏附性都有所提高，认为Y降低了氧化膜的生长速率，促进了Cr在晶界处偏聚，利于生成Cr<,2>O<,3>，而稳定性较高Cr<,2>O<,3>对氧向内部扩散有一定的阻碍作用。 (3)Cu-Cr和Cu-Cr-Y合金的氧化动力学曲线遵循抛物线规律：氧化初期合金氧化速率很快，随着氧化时间的增加，合金氧化速率逐渐变的缓慢。 (4)根据氧化速率常数的表达式K<,p>=Aexp(-E/RT)，经计算得到：工艺B处理的Cu-Cr-Y合金的K<,p><工艺A处理的Cu-Cr-Y合金的K<,p><工艺B处理的Cu-Cr合金的K

<工艺A处理的Cu-Cr合金的K<,p>。认为稀土Y的添加提高合金抗氧化能力是因为稀土Y提高了氧化扩散激活能E所致。 (5)在恰当的形变量和时效工艺下，采用工艺A制备的Cu-0.8Cr-0.05Y合金硬度可达150Hv以上，导电率可达90％IACS，而采用工艺B制备的Cu-0.8Cr-0.05Y合金导电率与工艺A的相当，硬度较低，氧化速率更慢，氧化膜的平整性、致密性和黏附性都较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 概论

1.1引言

1.2铜引线框架的研究现状

1.2.1国外引线框架的研究现状

1.2.2国内引线框架的研究现状

1.3强化铜合金的主要方法

1.3.1固溶强化

1.3.2形变强化

1.3.3第二相强化

1.3.4复合材料法

1.4稀土在金属材料中的作用

1.4.1净化作用

1.4.2合金化作用

1.4.3变质化作用

1.5影响铜及铜合金氧化的因素

1.5.1大气环境中引起氧化反应的因素

1.5.2材质及生产工艺过程中引起氧化反应的因素

1.6Cu-Cr合金的氧化行为

1.7本论文的主要内容

第2章 实验过程

2.1总体工艺路线

2.2实验原料

2.3设备仪器

2.4试样制备及表征

2.4.1熔炼与铸造

2.4.2热处理过程

2.4.3氧化过程

2.4.4结构与性能表征

第3章 实验结果

3.1合金的性能

3.1.1合金的硬度

3.1.2合金的导电率

3.2氧化实验结果

3.2.1300℃氧化结果

3.2.2600℃氧化结果

3.2.3动态氧化实验结果

第4章 分析与讨论

4.1影响Cu-Cr合金硬度性能因素

4.1.1Cr的固溶强化

4.1.2形变硬化

4.1.3Cr的析出强化

4.2影响Cu-Cr合金导电性能因素

4.2.1影响合金导电性因素分析

4.2.2热处理对Cu-Cr合金导电性的影响

4.3影响合金氧化性能因素

4.3.1离子在氧化膜中的扩散对合金氧化性能影响

4.3.2晶粒尺寸对合金氧化性能的影响

4.3.3稀土的添加对合金氧化性能的影响

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果