权利要求
1.一种用于消除
铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，合金熔铸：在脉冲磁场作用下，将
铜合金材料在1000℃～1300℃的温度下熔融，形成合金熔液，然后注入铸模中冷却熔铸，得到铸锭;
步骤2，固溶处理：在脉冲磁场作用下，将铸锭加热并保温，保温温度为800℃～1350℃，保温时间为0.5h～24h，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中;
步骤3，热轧开坯：在脉冲磁场作用下，将固溶处理好的铸锭进行热轧;
步骤4，冷轧：在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行N次冷轧，N取任意正整数，直至满足厚度需求，得到铜合金薄带;
步骤5，张力退火：在脉冲磁场作用下，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为100℃～400℃，保温时间为30s～12h;通过热处理和磁场共同处理，制得消除残余应力的铜合金薄带样品。
2.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述步骤1～步骤5的脉冲磁场的电流为20A～100000A、频率为20Hz～100Hz、占空比为20%～100%、磁感应强度为0～M，M值根据具体工艺所执行，且M小于仪器所满足的极限。
3.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述步骤S2固溶处理的过程中持续通入惰性气体防止铜合金铸锭氧化。
4.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：将固溶处理好的铸锭进行热轧的时间间隔不超过30s。
5.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S4的前后均应对板材进行酸洗，以除去氧化皮和杂质保证产品表面质量。
6.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述步骤4，在N次冷轧的冷轧间隙进行中间退火处理，进而降低合金硬度，便于铜合金板坯进一步冷轧，中间退火的温度为100～800℃，保温时间为10min～12h。
7.根据权利要求6所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述步骤4中冷轧道次为10～30道次。
8.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述步骤5中脉冲磁场与加热退火同时进行或者在脉冲磁场处理前后进行，通过磁场、热场和力的综合作用降低合金内部的残余应力，改善合金性能。
9.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述脉冲磁场的处理过程中应对磁场方向进行控制。
10.根据权利要求1所述的一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，其特征在于：所述铜合金材料为Cu-Fe系铜合金、Cu-Cr系铜合金和Cu-Ni铜合金。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于合金板带性能提升技术领域，具体涉及一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法。
背景技术
[0002]集成电路产业是当前以及未来全球科技竞争的焦点，当下铜合金引线框架作为集成电路的
芯片载体，是芯片信息联系外界的渠道，更是半导体行业中非常重要的基础材料。引线框架所用的铜合金薄带主要是利用化学刻蚀法生产的。虽然蚀刻法作为一种无应力的加工手段，可以实现高密度、多脚数引线框架的生产，但这种方法会对铜合金薄带内应力、翘曲度、表面质量、蚀刻性能等带来更为严苛的要求。轧制铜合金薄带在蚀刻时由于应力释放不均匀会发生翘曲，严重影响产品的后续使用。因此随着产品性能要求的不断提升，如何在权衡铜合金板带强度-电导率的同时，有效降低其残余应力，并改善其蚀刻性能成为了当前研究的重要课题。
[0003]众所周知，几乎所有金属材料在磁场中的塑性都会发生一定程度的改变，从而改善其性能如耐磨性的提升，疲劳寿命的延长和电阻率的改变。脉冲磁场可以通过影响位错运动、磁致伸缩效应、选择性晶粒变形、位错增殖和应力松弛以及残余应力的均匀化等多种机制，有效降低材料的残余应力，并改善材料的性能。并且与常用的热处理方法相比，磁化处理具有操作简单、投资少、见效快、无污染等特点。研究表明，磁性退火对
有色金属合金的织构和微观结构演变具有显著的影响，磁场退火对金属材料微观组织及织构的影响与调控，依旧是众多学者关注的热点问题。磁场退火对织构、微观结构和磁性的影响依旧是现在科学家研究的一个重要方向，对其内部机理的探索依旧任重而道远。
发明内容
[0004]针对目前无法权衡铜合金板带强度-电导率的同时有效降低其残余应力并改善其蚀刻性能的问题，本发明提供了一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，通过对铜合金薄带全产业链过程中的一些工序进行添加磁场处理过程的工艺优化，制备出性能优异的铜合金薄带，为集成电路所需的高精密蚀刻引线框架用铜合金薄带制造技术的突破及产业的发展提供参考，不断提高铜合金薄带精密成形质量。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
[0006]一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，合金熔铸：在脉冲磁场作用下，将铜合金材料在1000℃～1300℃的温度下熔融，形成合金熔液，然后注入铸模中冷却熔铸，得到铸锭;整个熔铸过程都在磁场中进行，通过对熔融状态的合金进行脉冲磁场处理，促进溶质与温度场的分布均匀化，使得凝固组织部分更加均匀、晶粒更加细小，从一定程度上提高铸锭的硬度强度等性能;
[0008]步骤2，固溶处理：在脉冲磁场作用下，将铸锭加热并保温，保温温度为800℃～1350℃，保温时间为0.5h～24h，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中;同样进行脉冲磁场处理，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中。同时可以消除由于冷热加工产生的应力，使合金发生再结晶，显著提升材料的性能。
[0009]步骤3，热轧开坯：在脉冲磁场作用下，将固溶处理好的铸锭进行热轧，最终得到铜合金板坯的厚度为10mm～20mm;并且在热轧过程中通入磁场以改善合金性能;
[0010]步骤4，冷轧：在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行N次冷轧，N取任意正整数，直至满足厚度需求，得到铜合金薄带;在冷轧的过程中引入脉冲磁场以改善合金性能。
[0011]步骤5，张力退火：在脉冲磁场作用下，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为100℃～400℃，保温时间为30s～12h;通过热处理和磁场共同处理，制得消除残余应力的铜合金薄带样品。
[0012]进一步，所述脉冲磁场电流为20A～100000A、频率为20Hz～100Hz、占空比为20%～100%、磁感应强度为0～M，M值根据具体工艺所执行，且M小于仪器所满足的极限。
[0013]进一步，所述步骤S2固溶处理的过程中持续通入惰性气体防止铜合金铸锭氧化。
[0014]进一步，所述步骤S2中保温时间需结合铸锭的具体大小调整，使铸锭受热均匀，组织均匀化。
[0015]进一步，将固溶处理好的铸锭进行热轧的时间间隔不超过30s。
[0016]进一步，所述步骤S1、S2、S3中脉冲磁场装置应根据特定工艺流程合理安装，使磁场在制备合金过程中均匀分布。
[0017]进一步，所述步骤S3和步骤S4前后均应对板材进行酸洗，以除去氧化皮和杂质保证产品表面质量。
[0018]进一步，所述步骤4中冷轧道次为10～30道次。
[0019]进一步，所述步骤S4，在N次冷轧的冷轧间隙进行中间退火处理，进而降低合金硬度，便于铜合金板坯进一步冷轧，中间退火的温度为100～800℃，保温时间为10min～12h，且具体的保温时间应根据板材大小调整，故保温时间不限于此。
[0020]进一步，所述步骤S4中对多次冷轧的
铜合金带材引入脉冲磁场，脉冲磁场的实施次数与工序应根据实际生产流程制定，即在实际冷轧生产工艺进行后可根据需要适度增加磁场处理工艺。
[0021]进一步，所述步骤5中退火工艺中采用的是张力退火工艺，并且还增加了脉冲磁场处理，脉冲磁场与加热退火同时进行或者在脉冲磁场处理前后进行，通过磁场、热场和力的综合作用降低合金内部的残余应力，改善合金性能。
[0022]进一步，所述脉冲磁场的处理过程中应对磁场方向进行控制，且不局限于磁场方向与轧制方向相垂直这一相对关系。
[0023]进一步，所述引线框架用的铜合金材料，除常用的Cu-Fe系，还应该包含Cu-Cr系、Cu-Ni系等蚀刻型引线框架用铜合金。
[0024]进一步，脉冲磁场的应用不仅限于引线框架用铜合金，其他需要降低残余应力并改善产品性能的工艺也可适用。
[0025]进一步，进一步的，在已有生产设备上增设脉冲磁场装置，节省成本，提高生产效率。
[0026]与现有技术相比本发明具有以下优点：
[0027]本发明首次在铜合金全产业链的生产工艺流程中引入脉冲磁场，通过磁力、机械力以及热力场的耦合作用，在降低合金内部残余应力的同时，提高了合金的强度与导电率等性能，利于引线框架成型的最终蚀刻工艺，以满足引线框架用铜合金带材的性能要求。
[0028]所述在铜合金产业链的产工艺流程中引入的脉冲磁场技术，设备简单，操作方便，经济高效、绿色环保、适用性强，不仅适用于作为单一工艺进行性能改善，还可以与热作用场相结合在不影响原有产品的性能的基础上进一步降低残余应力，且在处理过程中不对合金工件做特别要求，适用于各种尺寸和复杂结构合金工件的快速处理，极大的降低了生产成本，有望应用于其他品类的各种合金构件的处理。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1本发明处理方法工艺流程图;
[0031]图2本发明处理方法纳米压痕加载曲线示意图;
[0032]图3合金的微观组织(a)轧制样品(b)同时进行磁场和退火处理。
具体实施方式
[0033]为了深入了解本发明，我们将对其进行全面细致的描述。不过，本发明具有多种实现方式，并不局限于本文所列举的具体实例。这些实例的呈现，旨在加深对本发明公开内容的全面理解。
[0034]以下各实施例中铜合金铸锭的材质均为引线框架用铜合金，选择Cu-0.23Fe-0.06P系合金。为了说明磁场以及磁场与热场的耦合作用，所使用的样品工艺流程如图1所示。
[0035]本实施例的脉冲磁场控制条件有电压、电流，频率和占空比，且脉冲磁场的处理过程中应对磁场方向进行控制(没有特别标注的均为轧制方向平行于磁场方向)。
[0036]实施例1
[0037]本实施例的脉冲磁场条件为电压100V，峰值电流100A，频率20Hz，占空比20%。
[0038]一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0039]步骤1，合金熔铸：在脉冲磁场作用下，将铜合金材料在1200℃的温度下熔融，并进行脱氧，形成合金熔液，然后注入铸模中冷却熔铸，得到铸锭;
[0040]步骤2，固溶处理：在脉冲磁场作用下，将铸锭加热并保温，保温温度为1000℃，保温时间为12h，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中;固溶处理过程中加热炉内持续通入氮气;
[0041]步骤3，热轧开坯：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将固溶处理好的铸锭进行热轧，时间间隔为20s，最终得到铜合金板坯的厚度为16.5mm;
[0042]步骤4，冷轧：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行10道次冷轧，冷轧间隙进行中间退火处理，温度为500℃，保温时间为2h，直至厚度轧至0.203mm，得到铜合金薄带;
[0043]步骤5，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，在通入脉冲磁场的同时，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为200℃，保温时间为3min;通过热处理和磁场共同处理，水冷，测量其残余应力值为9.8MPa，已经由最初的压应力转变为拉应力状态，铜合金薄带样品的残余应力下降了100%。
[0044]实施例2
[0045]本实施例与实施例1不同之处在于：
[0046]步骤4，冷轧：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行30道次冷轧，冷轧间隙进行中间退火处理，温度为100℃，保温时间为12h，直至厚度轧至0.203mm，得到铜合金薄带;
[0047]步骤5，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，在通入脉冲磁场的同时，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为100℃，保温时间为12h;通过热处理和磁场共同处理，水冷，测量其残余应力值为-50MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了65%。
[0048]实施例3
[0049]本实施例与实施例1不同之处在于：
[0050]本实施例的脉冲磁场条件为峰值电流100000A，频率100Hz，占空比100%。
[0051]步骤4，冷轧：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行30道次冷轧，冷轧间隙进行中间退火处理，温度为800℃，保温时间为10min，直至厚度轧至0.203mm，得到铜合金薄带;
[0052]步骤5，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为400℃，保温时间为30s;通过热处理和磁场共同处理，水冷，其残余应力测量值为10MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了100%。
[0053]实施例4
[0054]本实施例的脉冲磁场条件为峰值电流100A，频率20Hz，占空比20%。
[0055]一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，包括以下步骤：
[0056]步骤1，合金熔铸：在脉冲磁场作用下，将铜合金材料在1300℃的温度下熔融，并进行脱氧，形成合金熔液，然后注入铸模中冷却熔铸，得到铸锭;
[0057]步骤2，固溶处理：在脉冲磁场作用下，将铸锭加热并保温，保温温度为1350℃，保温时间为0.5h，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中;固溶处理过程中加热炉内持续通入氮气;
[0058]步骤3，热轧开坯：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将固溶处理好的铸锭进行热轧，时间间隔不超过30s，最终得到铜合金板坯的厚度为16.5mm;
[0059]步骤4，冷轧：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行15道次冷轧(N取任意正整数)，冷轧间隙进行中间退火处理，温度为400℃，保温时间为3h，直至厚度轧至0.203mm，得到铜合金薄带;
[0060]步骤5，磁场处理：在对合金进行处理前进行酸洗，只在脉冲磁场作用下对铜合金薄带进行处理，水冷，其残余应力测量值为-122MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了15.8%。
[0061]实施例5
[0062]与实施例4不同之处在于，还包括以下步骤：
[0063]步骤6，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，将磁场处理后的铜合金薄带进行加热退火，退火温度为400℃，保温时间为30s，其残余应力测量值为-86.5MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了40%。
[0064]实施例6
[0065]与实施例4不同之处在于：
[0066]步骤5，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为400℃，保温时间为10min，其残余应力测量值为-23.1MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了84%。
[0067]实施例7
[0068]与实施例4不同之处在于：
[0069]步骤5，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为400℃，保温时间为10min;
[0070]步骤6，磁场处理：在对合金进行处理前进行酸洗，将张力退火的铜合金薄带再次进行磁场处理，其残余应力测量值为-20MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了86.2%。
[0071]实施例8
[0072]与实施例4不同之处在于：
[0073]步骤5，磁场处理：在对合金进行处理前进行酸洗，只在脉冲磁场作用下对铜合金薄带进行处理，水冷，其残余应力测量值为-134MPa，铜合金薄带样品的残余应力下降了7.5%。
[0074]实施例9
[0075]与实施例1不同之处在于：
[0076]所选用的材料为Cu-0.45Cr-0.1Zr合金。
[0077]本实施例的脉冲磁场条件为电压100V，峰值电流100A，频率20Hz，占空比20%。
[0078]一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0079]步骤1，合金熔铸：在脉冲磁场作用下，将铜合金材料在1200℃的温度下熔融，并进行脱氧，形成合金熔液，然后注入铸模中冷却熔铸，得到铸锭;
[0080]步骤2，固溶处理：在脉冲磁场作用下，将铸锭加热并保温，保温温度为1000℃，保温时间为12h，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中;固溶处理过程中加热炉内持续通入氮气;
[0081]步骤3，热轧开坯：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将固溶处理好的铸锭进行热轧，时间间隔为20s，最终得到铜合金板坯的厚度为16.5mm;
[0082]步骤4，冷轧：在对合金进行处理前进行酸洗，在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行10道次冷轧，冷轧间隙进行中间退火处理，温度为500℃，保温时间为2h，直至厚度轧至0.203mm，得到铜合金薄带;
[0083]步骤5，张力退火：在对合金进行处理前进行酸洗，在通入脉冲磁场的同时，将铜合金薄带进行加热退火，退火温度为200℃，保温时间为3min;通过热处理和磁场共同处理，水冷，测量其残余应力值为2.3MPa，已经由最初的压应力转变为拉应力状态，铜合金薄带样品的残余应力下降了100%。
[0084]对比例1
[0085]本实施例的脉冲磁场条件为峰值电流100A，频率20Hz，占空比20%。
[0086]一种用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法，包括以下步骤：
[0087]步骤1，合金熔铸：在脉冲磁场作用下，将铜合金材料在1200℃的温度下熔融，并进行脱氧，形成合金熔液，然后注入铸模中冷却熔铸，得到铸锭;
[0088]步骤2，固溶处理：在脉冲磁场作用下，将铸锭加热并保温，保温温度为1000℃，保温时间为12h，使合金中的第二相全部或最大限度地溶解到固溶体基体中;固溶处理过程中加热炉内持续通入惰性气体;
[0089]步骤3，热轧开坯：在脉冲磁场作用下，将固溶处理好的铸锭进行热轧，时间间隔不超过30s，最终得到铜合金板坯的厚度为16.5mm;
[0090]步骤4，冷轧：在脉冲磁场作用下，将铜合金板坯进行10道次冷轧，冷轧间隙进行中间退火处理，温度为400℃，保温时间为10min，直至厚度轧至0.203mm，得到铜合金薄带;并测试其残余应力为-144.9MPa。
[0091]通过对比例1和实施例6的对比可以看出经过退火处理的铜合金薄带残余应力值降低。
[0092]通过对比例1和实施例1的对比可以看出磁场与退火综合处理的铜合金薄带残余应力下降幅度为100%，效果显著。
[0093]同时，我们还对Cu-Cr系铜合金和Cu-Ni铜合金进行了系统的测试，其测试结果均能达到上述技术效果。
[0094]综上，在磁场中进行热处理工艺，能够明显降低残余应力，改善组织。析出过程是一种原子扩散过程，而原子扩散的快慢又取决于扩散通量。磁场通过扰乱平衡空位浓度，增加空位数量并显著激活其流动性，从而加速扩散进程，促进组织均匀，最终降低合金内部的残余应力。
[0095]残余应力计算过程如图2所示，残余应力计算结果如表1所示：
[0096]表1对比例1和对实施例1、2的残余应力结果
[0097]
组别残余应力(MPa)残余应力下降比(%)对比例1-144.9实施例19.8100实施例2-5065实施例310100实施例4-12215.8实施例5-86.540实施例6-23.184实施例7-2086.2实施例8-1347.5实施例92.3100
[0098]图2轧制样品、退火样品和同时进行磁场和退火处理合金样品的纳米压痕载荷位移曲线中，轧制样品通过纳米压痕模型计算出的残余应力值为-144.9Mpa，退火样品是对轧制样品仅进行退火处理，其残余应力值为-23.3MPa，磁场和退火处理合金样品是对轧制样品进行退火处理同时施加磁场，其残余应力值为9.8MPa。说明了在退火过程施加磁场可起到残余应力降低的作用。
[0099]图3合金的微观组织(a)轧制样品(b)同时进行磁场和退火处理合金样品中可以看到在同时进行磁场和退火处理的合金样品中出现了回复组织，这是其残余应力值降低的主要原因。
[0100]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
说明书附图(3)
声明：
“用于消除铜合金薄带残余应力的脉冲磁场处理方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：太原理工大学
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