引线框架铜带是用于制造半导体、集成电路引线框架和新型接线端子的专用合金材料。集成电路产业的飞速发展, 对引线框架材料的要求越来越高,并且市场需求巨大[1]。H65 黄铜合金以其良好的工艺性能、力学性能和耐侵蚀、导电、导热等特性[2], 是很好的引线框架用铜基材料, 并广泛应用于这个领域。

  连续挤压技术是有色金属加工领域的一次变革性突破, 它把传统加工领域中的无效摩擦力变为挤压驱动力, 并使之成为坯料加工中的热源, 可以连续挤压出长度不受***的产品, 因此, 很快成为有色金属加工领域的新型***的加工技术[3]。应用这项技术生产 H65 黄铜合金异型带的工艺流程为: 连续挤压—拉拔精整—切块。铜带挤压工艺的特点是薄、宽、长, 要求挤压出来的产品表面平整光滑, 没有质量缺陷, 这样才可以进行拉拔精整, ***后切块。

  虽然利用连续挤压技术已经能成功地挤出铜带, 但尚有一些缺陷需要克服, 如毛刺、波浪纹、撕裂、气泡、夹杂等。本文对这些缺陷进行了详细的分析和研究, 找出了原因, 并提出了解决措施。

  2.缺陷分析

  2.1 毛刺

  2.1.1 原因分析

  H65 黄铜合金异型带的毛刺缺陷是产品的边缘处呈锯齿状, 如图 2 所示。主要是由变形金属在模腔内充不满造成的。从图 1 可以看出: 异型带产品很宽, 这就要求在连续挤压时变形金属在模腔内的宽度方向要充分扩展并与模具完全接触, 这样才能完全充满模腔。然而在实际生产中, 由于坯料和挤压轮槽之间的摩擦力不够以及压实轮压下量不够, 使坯料和挤压轮槽打滑, 导致了变形金属不能完全充满腔体, 从而出现了毛刺。

  2.1.2 解决措施

  连续挤压时, 坯料进入模腔的主要驱动力来自坯料和挤压轮的相互摩擦, 如果驱动力小了, 坯料会和挤压轮打滑, 所以挤压摩擦力要足够大。坯料表面要光洁, 没有水、油污、灰尘等杂质, 避免打滑。坯料与挤压轮槽要充分接触, 同时要适当增大压实轮的压下量, 增大摩擦系数。这样就可以保证挤压驱动力足够大, 使变形金属充满模腔, 不产生毛刺。同时适当加长模具定径带长度, 这样可以增加出口阻力, 使变形金属在模腔内充分堆积。

  2.2 波浪纹

  2.2.1 原因分析

  从图 3 可以看出, 在产品的两边有波浪纹出现。主要是由于变形金属在流经模腔时两边处金属比中间处金属流速快造成的。从图 1 可以看出产品两边厚中间薄, 金属在流过模腔的时候必定两边的变形金属流动的快, 中间的变形金属流动的慢, 这样就造成了连续的波浪纹。另一个原因是 H65 黄铜与纯铜相比, 其变形抗力大, 塑性差, 不易成形。同时由于模腔内温度低且分布不均匀, 导致变形金属流速不一致, 高温区金属塑性好, 流动快; 低温区金属塑性差,不易流动。

  2.2 解决措施

  在挤压前, 对模腔要充分预热, 使其温度均匀。对坯料进行在线感应加热, 一方面可以降低H65黄铜合金的变形抗力, 提高塑性, 使变形金属在模腔内均匀流动; 另一方面可以作为热源补充给模腔, 使其温度得到一定的提高。

  2.3 撕裂

  2.3.1 原因分析

  如图 4 所示, 异型带中间较薄处有撕裂, 是由模具刃口被磨损造成的。变形金属在模腔内流动时, 发生塑性变形, 变形抗力很大, 经过模具工作带时对模具刃口产生强大的摩擦, 同时变形金属对模具还会产生冲击, 挤压一段时间后就会出现锯齿型的磨损。由于变形金属速度不一致, 中间处的流动金属受到的模具阻力比两边大, 所以, 模具中间磨损非常厉害, 出现了锯齿状破损。

  2.3.2 解决措施

  如图 5b 所示, 在模具刃口修圆角, 用于减少对变形金属的阻力和摩擦。对坯料进行预热, 降低变形抗力, 提高塑性, 使其易于流动。

  2.4 气泡

  2.4.1 原因分析

  主要是气体进到了产品中, 有的气泡连续分布,有的则是单个大气泡, 如图 6 所示。原因一是来源于合金的气体, 特别是坯料中含有的气孔, 气孔中的气体在连续挤压过程中进到产品中形成气泡。二是合金杆在等待挤压过程中表面被氧化形成 Cu CO3g Cu( OH)2[4], 在连续挤压过程中在高温高压条件下分解出气体, 形成气泡。还有就是合金杆表面粘有油污、灰尘、水汽等。第三种是在连续挤压过程中空气被带入, 而形成气泡。

  2.4.2 解决措施

  严格控制原料的含气量。对原料做好防护措施,避免表面被氧化, 同时避免其沾上灰尘, 水, 油, 油漆等脏物。三是适当调整挤压轮与腔体之间的间隙, 使其相对间隙合适。对变形挡料块进行调整, 防止发生漏气现象。

  2.5 夹杂

  2.5.1 原因分析

  图 7 中黑点就是夹杂, 如果存在夹杂, 在后续拉拔过程中在夹杂处会拉断。原料冶炼时的氧化物杂质存在于挤压坯料内部, 挤压时带到产品中会形成夹杂。工模具表面的磨损异物, 如挤压轮表面龟裂、起皮, 轮体表面与压实轮发生磨损, 掉下的碎屑进入腔体, 形成杂质。挤压轮沟槽两侧和腔体之间的溢料被氧化后, 被带入到模腔形成杂质。

  2.5.2 解决措施

  严格控制坯料的质量, 改进坯料的生产工艺。控制挤压轮与腔体之间的间隙和刮刀与轮的间隙, 有效去除溢料。适当调整压实轮的压下量, 尽量减少压实轮和挤压轮的磨损。

  3.结论

  文章详细分析了 H65 黄铜合金异型带在连续挤压过程中出现的主要缺陷, 并分析了其产生原因,提出了解决措施。采用连续挤压技术生产 H65 黄铜合金异型带, 开辟了一种制造引线框架用材料的新方法。该方法工艺简单, 采用统一规格的坯料, 可以连续生产, 且废料少。