試論銅合金帶材的生產(chǎn)工藝

摘 要：銅合金帶材具有短小輕薄、高強度高導電導熱性、耐腐蝕性和抗氧化性等一系列綜合性能，它的這些特點讓它成為集成電路中重要的引線框架材料，目前，銅合金引線框架材料已經(jīng)占了總量的80%左右。文章圍繞銅合金帶材的生產(chǎn)工藝展開，著重分析其中的鑄造工序、軋制工序和脫脂清洗工序。

關(guān)鍵詞：銅合金帶材；生產(chǎn)工藝；發(fā)展

集成電路中的銅合金主要采用復雜合金化的原則，通過向銅中加入少量多元的合金元素，在小幅度降低導電率的前提下，提高合金的強度和綜合性能。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，集成電路的應(yīng)用廣泛，銅合金制作工藝也受到了廣泛推廣，新的消費領(lǐng)域?qū)︺~合金帶材的質(zhì)量提出了越來越高的要求。

1 銅合金帶材的鑄造工序

銅合金帶材的制造的第一步就是采用連續(xù)擠壓的方法將銅和銅合金材料擠壓成銅和銅合金坯，即連鑄，連鑄質(zhì)量的好壞直接影響了整個制備過程。在整個熔煉過程中，要嚴格控制熔煉溫度、澆鑄溫度、燒鑄溫度，以較少縮孔，夾渣等缺陷。

2 銅合金帶材的軋制工序

采用軋制的方法將連鑄出來的銅合金坯軋制成規(guī)定規(guī)格的銅合金帶材，經(jīng)過連鑄工序擠壓成的坯料大都是矩形坯或者不封閉的曲線形坯。采用這種方法可以制造出超長的銅和銅合金帶材，且?guī)Р牡钠焚|(zhì)高。軋制的方法有：

2.1 半連續(xù)鑄錠加熱、熱軋、冷軋法

這種方法是傳統(tǒng)工藝中應(yīng)用最廣也是最成熟的一種方法，它不受合金牌號的控制，可以大規(guī)模生產(chǎn)，除了生產(chǎn)帶材外，還可以生產(chǎn)中厚度的板材。為了保證軋制的質(zhì)量和效率，一般在熱軋前要對錠坯表面進行局部修刮，對坯料加熱的溫度要比開軋時高30-40度，但過高的溫度會造成表面金屬氧化，所以為了保證坯料表面的質(zhì)量，坯料加熱的溫度不宜過高，而且氧化損失過大的時候會造成表面脫鋅，極有可能發(fā)生斷裂現(xiàn)象。加熱時的溫度要穩(wěn)定而均勻，在加熱過程中動作要迅速，在進入脆性溫度區(qū)前結(jié)束軋制，這個比較難把握，所以在軋制的過程中極易出現(xiàn)斷裂破碎的情況，成品率較低。

2.2 水平連續(xù)鑄造卷坯，成卷冷軋法

這個方法屬于現(xiàn)代銅合金板材的生產(chǎn)方法，相對于上一種，它在生產(chǎn)規(guī)模、牌號控制等方面都有一定的要求，在產(chǎn)品厚度上適宜生產(chǎn)帶材和薄板材。這種方法制造出來的坯料厚度不大，在保證連續(xù)鑄坯拉出結(jié)晶器后，在足夠的冷卻速度下，采用在線固溶的處理方法，在強化合金元素的效果時注意鑄坯的厚度不宜過大，這是為防止出現(xiàn)降低冷卻速度時出現(xiàn)大顆粒析出物，但是由于其合金液態(tài)時導熱性差、流動性差、易疏松等特性，鑄錠的厚度也不能過小。

半連續(xù)鑄錠加熱和水平連續(xù)鑄造卷坯兩種鑄造方法的差別在于水平連續(xù)鑄造卷坯省略了鑄錠加熱和熱軋工序，這樣生產(chǎn)起來速度快，效率更高，但是由于生產(chǎn)規(guī)模的限制，遠沒有半連續(xù)鑄錠加熱的方法應(yīng)用廣泛，半連續(xù)鑄錠加熱-熱軋-冷軋工藝被廣泛應(yīng)用在銅及銅合金板帶材生產(chǎn)，其中最先進的生產(chǎn)過程是：大容量電爐熔煉和半連續(xù)鑄造方法鑄錠，在軋機允許的情況下，采用單重幾噸到幾十噸的錠坯進行熱軋開坯，熱軋后進行坯料銑削，銑去坯料的表面缺陷，銑面后的卷坯采用大卷重強化冷軋，中間退火與成品退火是在無氧條件下成卷進行的，并開卷清洗，在氣體浮動條件下連續(xù)進行無氧化退火，并采用連續(xù)式精整剪切機列獲得最終成品。

3 熱處理工藝

在銅合金帶材的生產(chǎn)加工過程中，軋制工藝和熱處理工藝通常是結(jié)合在一起的，時效前進行較大的冷變形，可以加速析出物的析出，在大變形后進行中間退火工藝，然后用一次低溫控制制品的性能，這個時候要嚴格控制退火的時間和溫度，火勢均勻充分，溫度過高、持續(xù)時間過長會造成最終制品內(nèi)晶粒度過大，降低產(chǎn)品的性能，溫度過低、時間不足又會讓產(chǎn)品部分保留加工硬化效應(yīng)。最適合的加熱氣氛為中性氣氛，但在實際操作中很難把握這個度，讓溫度停留在最合適的地方。

加熱爐內(nèi)氣氛的把握是銅合金帶材生產(chǎn)中一個重要問題，為此，一般含有少量氧的銅合金都會采用中性或微氧化性的氣氛操作。而高溫下容易氧化以及無氧銅等宜采用微還原性氣氛或中性氣氛加熱，比如錫青銅、低鋅黃銅、鋁青銅等。

由于銅及銅合金易于高溫氧化，加之對其板帶制品的表面光潔度與色澤要求較高，為此生產(chǎn)中盡量避免氧化退火，而采用保護性氣氛（惰性氣體）退火或真空退火。

加熱銅材時，對燃料的含硫量要嚴格控制，因銅中滲硫時生成的Cu20及CuzS對合金的塑性十分有害：不僅在晶界上阻礙了再結(jié)晶使晶界強度削弱，而且當銅在氧化性氣氛加熱時，晶界硫化物氧化，致使熱軋時開裂。

4 脫脂清洗工序

銅及銅合金一般使用乳化液或水作為熱軋、冷軋時的冷卻-潤滑劑，我國銅加工廠所使用的乳化液有機油、三乙醇胺及油酸配制成乳膏，再依需要配以軟化水，成為一定濃度的乳化液。潤滑劑殘留容易造成金屬表面形成污染斑，必須進行脫脂清洗工序。銅合金帶材必須具備光亮、平整、無污染、耐大氣腐蝕等優(yōu)良的表面質(zhì)量，以滿足后續(xù)電鍍、焊接等二次加工。銅合金帶材質(zhì)量的問題涉及整個生產(chǎn)工序，其中，銅合金帶材中間及成品清洗是提高其表面質(zhì)量的最重要的生產(chǎn)工序，現(xiàn)代化的銅合金帶材的清洗是在自動化的清洗機上完成的，涉及脫脂酸洗等環(huán)節(jié)，表面脫脂是改善表面質(zhì)量、提高銅合金帶材防腐蝕性的重要工序，脫脂的作用就是除去銅帶表面殘留的軋制工藝潤滑液及各種油污，由于軋制過程中所用潤滑液的不同以及添加劑類型的不同，銅合金表面的殘留也不同，如果脫脂清洗的不干凈，銅合金表面容易形成云狀污跡，在降低表面質(zhì)量的同時，也會加劇表面腐蝕影響二次加工性能。而單純的酸洗無法清除帶材表面的油污，因此如今比較成熟有效的脫脂清洗方法是堿液脫脂，堿液對于有機潤滑劑有著良好的皂化作用，可以與飽和脂肪酸形成肥皂和甘油，肥皂又是良好的清洗表面活性劑，具有良好的去除有機潤滑劑的作用，對于大部分礦物潤滑油，皂化反應(yīng)不太明顯，因此常在其中添加一些表面活性劑，而德國Henkel公司的P3-T7221應(yīng)用的比較普遍。近年來，為了提高脫脂效果，提高脫脂刷洗質(zhì)量，新近開發(fā)的高壓熱水脫脂技術(shù)是最具發(fā)展前途的環(huán)保無污染的脫脂新技術(shù)。

在實際生產(chǎn)操作中，為了降低成本，對于較厚的坯料，往往采用退火后酸洗刮刷烘干工藝，并在專門的機列上進行。酸洗液濃度一般為5%～10%，溫度30-60℃。實際操作中，要根據(jù)酸液濃度與溫度以及合金牌號質(zhì)量要求等來確定酸洗時間，一般為5-30min，為了實現(xiàn)快速酸洗，提高表面質(zhì)量，出現(xiàn)了電解酸洗、超聲波酸洗等新方法。

5 結(jié)束語

銅和銅合金帶材是支撐現(xiàn)代科技發(fā)展的重要的基礎(chǔ)性功能材料，被廣泛應(yīng)用于各種精密器件的加工制造，市場的需求刺激了銅合金帶材的生產(chǎn)，不斷創(chuàng)新的銅合金帶材生產(chǎn)工藝已經(jīng)被廣泛推廣。和發(fā)達國家相比，我國的銅合金生產(chǎn)仍然有一定的距離，在國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)重心的轉(zhuǎn)移的形勢下，我國銅合金帶材的發(fā)展面臨極大的機遇和挑戰(zhàn)，為了增強市場競爭力，銅合金制造必須嚴格生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量，讓專業(yè)化生產(chǎn)成為發(fā)展趨勢。

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