DE19643378C5

DE19643378C5 - Produkt aus einer Kupferlegierung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19643378C5
Application number: DE19643378A
Authority: DE
Inventors: Dong Woo Ulsan Lee; In Dal Anyang Kim
Original assignee: Poongsan Corp
Current assignee: Poongsan Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: DE19643378C2; KR0157257B1; US5846346A; KR970043210A; DE19643378A1

Abstract

Produkt aus einer Kupferlegierung mit hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit mit gehemmtem Ausscheidungswachstum, die aus 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) sowie verbleibendem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei Nickel (Ni) bis zu 1% durch Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ersetzbar ist, wobei die Größe der Ausscheidungspartikel in dem Produkt weniger als 0,5 μm beträgt,
die Ausscheidungspartikelanzahl in dem Produkt zwischen 19 und 32 pro 100 μm² liegt,
und das Produkt nach einem Verfahren ohne Vergütungsbehandlung mit folgenden Schritten hergestellt ist:
– Schmelzen und Gießen von Ausgangsmaterialien zu einem Block bzw. Barren aus 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) sowie verbleibendem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei Nickel (Ni) bis zu 1% durch Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ersetzbar ist;
– Oberflächenbehandeln und Kaltwalzen des Barrens;
– Glühen des kaltgewalzten Barrens bei einer Temperatur im Bereich von...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Produkt aus einer Kupferlegierung der Cu-Ni-Si-Gruppe mit hoher mechanischer Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bekanntlich benötigt eine Legierung auf Kupferbasis eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit bzw. Bruchfestigkeit für Anwendungen z. B. als Leiterrahmen oder Systemträger von elektronischen Komponenten, wie etwa integrierte und hochintegrierte Halbleiterschaltungen und -bauelemente, sowie für Anwendungen als mechanisch stabile elektrische Komponenten. Ein Systemträger für Halbleiterbauelemente, welcher eine wesentliche Rolle bei der Kapselung einer integrierten Schaltung spielt, wird aus einer Rolle aus dünnem Blech durch Stanzen oder chemisches Ätzen gewonnen. Dieser Systemträger hält die Anordnung einzelner Komponenten während des Zusammenbaus in Position und wird ferner ein Teil eines integrierten Schaltkreises nach dem Umgeben bzw. Umspritzen der elektronischen Komponenten mit Kunststoff. Nach diesem Spritzvorgang werden Beinchen des Systemträgers mit Zinn und/oder Blei zur Oberflächenstabilisation beschichtet.
Da einige neuere Halbleiterkomponenten bei Temperaturen von mehr als 100 Grad Celsius verwendet werden, wird auch die thermische Stabilität derartiger Komponenten immer wichtiger. Daher sind als Materialeigenschaften für Anwendungen als Leiter, insbesondere als Systemträger für Halbleiterbauelemente notwendig: hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, exzellenter thermischer Erweichungswiderstand, d. h. hoher Schmelzpunkt, sowie gutes Lötverhalten und Elektroplattierungs- bzw. Galvanisierungsverhalten. Insbesondere nehmen mit zunehmender Automatisierung des Halbleiter-Kapselungsverfahrens auch die Anforderungen an die Festigkeit bzw. Bruchfestigkeit des Materials zu.
Das bekannteste Material für derartige Anwendungen ist das sog. C7025-Material (eine Cu-Ni-Si-Mg-Legierung) von Olin. Dieses Material ist jedoch schwierig herzustellen aufgrund seiner nicht-einheitlichen Zusammensetzung und zunehmender Viskosität der Schmelze, welche von einem Oxidationsverlust des 0,15%igen Mg-Gehaltes während des Schmelzvorganges herrührt.
In der Zwischenzeit sind auch aushärtbare Legierungen nach dem Ausscheidungsverfahren bekannt geworden, wie etwa die sog. Corson-Gruppe-Legierungen (0,5–4,0% Nickel (Ni); 0,1–1,0% Silizium (Si) und Kupfer als Rest (Cu)) sowie ein weiteres Material, welches in der japanischen Offenlegungsschrift JP-OS S60-45698 von Nihon Kougyo bekanntgeworden ist.
Das aus der letztgenannten Druckschrift bekannte Material wird aus einer Zusammensetzung von Cu-Ni-Si mit 14 ausgewählten Zusätzen hergestellt und weist eine Ausscheidungspartikelgröße von 1–5 μm auf. Bei dem hierfür vorgeschlagenen Herstellungsverfahren wird ein Heißwalzvorgang bei etwa 800 Grad Celsius an einem Legierungsbarren bzw. -block durchgeführt – nachfolgend als ”Vergütungs- bzw. Lösungsglühen” bezeichnet. Ferner wird eine Oberflächenbehandlung, ein Kaltwalzvorgang, ein Ausheilen bei 800 Grad Celsius, ein erneuter Kaltwalzvorgang sowie ein Veredelungsvorgang für 6 Stunden bei 420 Grad Celsius durchgeführt. Die vorgeschlagene bekannte Legierung möchte zwar das Antikorrosionsverhalten der Legierung sowie deren Festigkeit und die Verteilung von grobkörnigen Ausscheidungspartikeln verbessern. Nirgendwo wird jedoch die Unterdrückung bzw. Hemmung von Ausscheidungen und deren Wachstum angesprochen. Außerdem benötigt die bekannte Legierung das genannte Vergütungsglühen, was die Herstellungskosten entscheidend in die Höhe treibt.
Aber auch die durch Aushärtung hergestellte Corson-Gruppe-Legierungen erreichen eine Verbesserung der Festigkeit und elektrischen Leitfähigkeit allein durch eine Veredelung, welche die zuvor genannte Wäremebehandlung voraussetzt.
Ferner offenbart Patents Abstracts of Japan, C-518, 3. August 1998, Vol. 12/Nr. 283, JP 63-62 834 A eine Kupferlegierung der eingangs genannten Art. Diese ist lediglich bezüglich ihrer Bestandteile Nickel (0,4–4%) und Silizium (0,1–1%) genauer definiert. Neben diesen Bestandteilen soll die Legierung noch weitere Bestandteile in der Menge von 0,001–3,0% aufweisen können. Einer dieser möglichen Bestandteile ist Zinn. Die Veröffentlichung enthält aber keine Ausführungen zu der Ausscheidungsgröße in Produkten, die mit diesen Legierungen erzeugt werden. Insbesondere ist in der Veröffentlichung kein Produkt genannt, das eine feine Ausscheidungsgröße aufweist. Auch lassen die zu der offenbarten Kupferlegierung angegebenen Eigenschaften nicht auf eine feine Ausscheidungsgröße schließen, da die Werte für die elektrische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit relativ hoch sind.
Auch die US 4,337,089 offenbart eine Kupferlegierung der einleitend genannten Art. Die Größe der Ausscheidungspartikel in einem Produkt aus der offenbarten Kupferlegierung ist jedoch nicht thematisiert. Auch ist das offenbarte Herstellungsverfahren, bei welchem ein erstes Glühen bei 300–395°C für eine Stunde durchgeführt wird, nicht geeignet, feine Ausscheidungspartikel zu erhalten. Die bekannte Legierung basiert vielmehr auf der Überlegung, durch die Einstellung eines gewissen Sn-Gehalts die gewünschte hohe Leitfähigkeit zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Legierung der eingangs genannten Art mit verbesserten mechanischen und elektrischen Eigenschaften sowie ein einfaches Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 2. Beispielhafte bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach enthält ein erfindungsgemäßes Produkt aus einer Kupferlegierung mit hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit mit gehemmtem Ausscheidungswachstum 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) sowie den verbleibenden Rest Kupfer und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Größe der Ausscheidungspartikel in dem Produkt weniger als 0,5 μm beträgt.
Dabei sind die Prozentangaben für die hier genannten Zusammensetzungen in Gewichtsprozent zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Produktes aus einer Kupferlegierung umfaßt ohne Vergütungsbehandlung folgende Schritte:

– Schmelzen und Gießen von Ausgangsmaterialien zu einem Block bzw. Barren mit 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) und den verbleibenden Rest Kupfer sowie unvermeidbare Verunrei nigungen;
– Oberflächenbehandeln und Kaltwalzen des Barrens;
– Glühen des kaltgewalzten Barrens bei einer Temperatur im Bereich von 450–550°C für 5 bis 12 Stunden;
– Kaltwalzen des dem Ausscheidungsprozess unterworfenen Materials; und
– Ausheilungen der kaltgewalzten Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis 550°C für weniger als 90 Sekunden.

Demnach realisiert die vorliegende Erfindung eine hochleitende Kupferlegierung mit exzellenten mechanischen und physikalischen Eigenschaften einschließlich exzellentem thermischem Erweichungswiderstand, bei welchem die Ausscheidungspartikel aufgrund der Tatsache, daß das Anwachsen der Ausscheidungen unterdrückt bzw. gehemmt wird, fein verteilt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer derartigen hochwertigen Kupferlegierung wird keinerlei Vergütungs- bzw. Lösungsglühbehandlung benötigt.
Die erfindungsgemäße hochwertige und hochleitende Kupferlegierung sowie das Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kupferlegierung vermeidet somit eine oder mehrere der mit den einleitend genannten bekannten Legierungen bzw. Verfahren zusammenhängenden Einschränkungen und Nachteile.
Bei einer Variante der verwendeten Legierung wird das Element Nickel bis zu 1% durch Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ersetzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele dargelegt. Diese ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Beschreibung, erst recht aber durch ein Nacharbeiten der Erfindung. Die Zielsetzungen und weitere Vorteile der Erfindung werden realisiert durch die Struktur, welche im Detail in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen als auch in den beigefügten Zeichnungen angegeben ist.
Es versteht sich, daß die vorstehende und nachfolgende Beschreibung der Erfindung beispielhaft ist und zur weiteren Erläuterung der beanspruchten Erfindung dient.
Die beigefügten Zeichnungen, welche zum Verständnis der Erfindung beitragen sollen und als Teil dieser Beschreibung eingefügt sind, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung der Grundgedanken der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Kurvenverlauf einer erfindungsgemäßen Kupferlegierung, bei welcher mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Dehnung bzw. Härte gegenüber Temperatur aufgetragen ist;
2 eine mikroskopische Ansicht (3000-fache Vergrößerung) eines kaltgewalzten Ausschnittes einer Kupferlegierung ohne Vergütungsglühen;
3 eine mikroskopische Ansicht (3000-fache Vergrößerung) eines kaltgewalzten Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Kupferlegierung mit Vergütungsglühen;
4 eine mikroskopische Ansicht der Kupferlegierung von 2, welche eine Verteilung von Ausscheidungen nach einem Veredelungsvorgang zeigt;
5 eine mikroskopische Ansicht der Kupferlegierung von 3, welche eine Ausscheidungsverteilung nach einem Veredelungsvorgang zeigt;
6 eine mikroskopische Ansicht der Kupferlegierung von 4, welche Größe und Verteilung von Ausscheidungen nach einem Kaltwalzvorgang zeigt;
7 eine mikroskopische Ansicht der C7025-Legierung von Olin, welche Größe und Verteilung von Ausscheidungen zeigt;
8 eine mikroskopische Ansicht der PMC102-Legierung, welche Größe und Verteilung von Ausscheidungen zeigt; und
9 eine mikroskopische Ansicht der CC101-Legierung, welche Größe und Verteilung von Ausscheidungen zeigt.
Es wird nun im Detail auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingegangen, welche beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Eine Kupferlegierung mit hoher Festigkeit und hoher Leitfähigkeit nach der vorliegenden Erfindung besteht aus 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,08% Zinn (Sn) und als jeweils verbleibender Rest Kupfer (Cu) mit unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei die Kupferlegierung eine Verteilung von Ausscheidungspartikeln mit einer Größe unterhalb von 0,5 μm aufweist. Wie bereits einleitend erwähnt wurde, sind Cu-Ni-Si-Legierungen an sich bekannt, wie etwa die sog. Corson-Gruppe Legierung. Daher sind weitergehende Ausführungen hinsichtlich der Ni- und Si-Zusammensetzungen nicht notwendig.
Nach der vorliegenden Erfindung wird z. B. einer Corson-Gruppe-Legierung 0,05–0,8% Zinn (Sn) hinzugefügt, um das Wachstum von Ausscheidungen zu unterdrücken bzw. zu hemmen, was im Ergebnis zu einer feinen Verteilung der Ausscheidungen führt. Ist der Sn-Zusatz kleiner als 0,05%, ergibt sich kein Feinverteilungseffekt; ist der Sn-Zusatz andererseits oberhalb von 0,8%, ist die Steigerung des Feinverteilungseffektes im Vergleich zur Menge des zusätzlichen Sn gering und kann ferner eine geringere Leitfähigkeit bewirken.
Nach einem der Merkmale der vorliegenden Erfindung wird die Größe der Ausscheidungspartikel auf kleiner als 0,5 μm begrenzt. Mit den feinen Ausscheidungspartikeln wird die Teilchendichte insgesamt hoch. Aufgrund dieser Eigenschaft hat die erfindungsgemäße Kupferlegierung ein gutes Lötverhalten und gutes Elektroplattierungs- bzw. Galvanisierungsverhalten und in Verbindung mit den fein verteilten Ausscheidungen eine hervorragende Bearbeitbarkeit, einen hohen thermischen Erweichungswiderstand und hohe Festigkeit bzw. Federhärte bezüglich der Materialeastizität. Außerdem zeigt sich bei der erfindungsgemäßen Legierung im nachfolgenden Prozeß die gleich große Ausscheidungstendenz bzw. -kraft wie bei einem einer Vergütungsbehandlung, insbesondere einem Vergütungsglühen, unterworfenen Material – und zwar ohne derartige aufwendige Behandlung.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Kupferlegierung mit hoher Festigkeit und hoher Leitfähigkeit erläutert.
Die Verbindung Cu-Ni-Si-Sn wird geschmolzen und weiterverarbeitet, um die zuvor erwähnte Zusammensetzung zu erhalten. Während dieses Verarbeitungsvorganges werden weniger als 1,0% Zink (Zn) sowie jeweils bis zu 0,1% Phosphor (P), Magnesium (Mg) bzw. Zirkonium (Zr) als Deoxidationsmittel hinzugefügt. Dabei wird reines Zn in Barrenform, P in Form von CuP 15, Mg in Form von CuMg 10 und Zr in Form von CuZr 50 während des Schmelzvorganges zugefügt. In der obigen Zusammensetzung kann Ni bis zu 1% mit Eisen (Fe) oder Cobalt (Co) ersetzt werden. Die vorliegende erfindungsgemäße Zusammensetzung kann – in den Grenzen innerhalb eines Bereiches, in dem eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 40% IACS zugesichert ist – neben den oben genannten Elementen auch unvermeidbare Verunreinigungen bis zu 0,05% enthalten, solange die Verunreinigungen die elektrische Leitfähigkeit ihrer Art nach nicht negativ beeinflussen.
Eine auf diese Weise hergestellte Schmelze wird zu einem Barren bzw. Ingot gegossen. Der Barren wird sodann oberflächenbehandelt, bis zu einer bestimmten Dicke kaltgewalzt, einem Ausscheidungsprozeß für 5–12 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 450–520 Grad Celsius unterworfen, erneut kaltgewalzt und schließlich einem Ausheilungsprozeß unter Spannung, z. B. unter Zugbeanspruchung, für weniger als 90 Sekunden bei einer Temperatur im Bereich von 350–550 Grad Celsius unterworfen.
Das besondere Merkmal des zuvor genannten Herstellungsverfahrens besteht darin, auf eine Vergütungsbehandlung der eingangs genannten Art zu verzichten, welche bei einer herkömmlichen Herstellung einer Ausscheidungslegierung wesentlich ist. Wegen der erfindungsgemäßen Hemmung des Wachstums der Ausscheidungspartikel und dem nachfolgenden Wachstum von Ni₂Si während dem Erstarren der Schmelze – verursacht durch das hinzugegebene im Grundmaterial gelöste Sn – wird das Ausscheidungsvermögen zum Zeitpunkt eines Aushärtungsvorgangs gleich groß wie bei einem Material, welches einem Lösungsglühen unterworfen wurde. Die Erfindung verzichtet jedoch auf eine derartige Vergütungsbehandlung des Barrens innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann auch angewendet werden für Materialien aus Mg, welche z. B. das einleitend genannte C7025-Zusammensetzung von Olin enthalten, sowie für Materialien aus der koreanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 94-10455 (sog. PMC102M-Legierung).
Im nachfolgenden wird Näheres zur Wahl der Bedingungen während des Ausscheidungsprozesses (Temperatur im Bereich von 450–550 Grad Celsius und Dauer von 5–12 Stunden) und während des Ausheilungsprozesses unter Spannung (Temperatur zwischen 350 und 550 Grad Celsius für eine Dauer von etwa 90 Sekunden) wird folgendes ausgeführt:
Falls die Kupferlegierung nach der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur unterhalb von 450 Grad Celsius ausgehärtet würde, wäre – trotz der hochwertigen Auscheidungen aufgrund der durch des Sn-Zusatz bewirkten Hemmung des Ausscheidungswachstums – eine verlängerte Aushärtung von mehr als 12 Stunden notwendig, um eine ausreichende Dehnbarkeit, Biegsamkeit und Bruchfestigkeit für Anwendungen als Leiter für Halbleiterbauelemente zu garantieren. Daher wäre die auf diese Weise hergestellte Kupferlegierung nicht besonders günstig in Hinsicht auf Produktivität und kann zudem aufgrund der inadäquaten Ausscheidungsbedingungen eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen (da das Ausscheidungsvermögen zu gering ist).
Übersteigt die Aushärtungstempertur den Wert von 520 Grad Celsius, so zeigt die Kupferlegierung einen steilen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit aufgrund des Aufschmelzens der Lösung der Ausscheidungen zusammen mit einer Abnahme eines thermischen Erweichungswiderstandes aufgrund des ausbleibenden Ausscheidungseffektes. Der letztgenannte Ausscheidungseffekt bleibt unter diesen Bedingungen deshalb aus, weil die Ausscheidungspartikel dazu tendieren, grob bzw. rauh zu werden.
Falls die Temperatur im Falle des Ausheilungsprozesses zu gering ist, d. h. unterhalb von 350 Grad Celsius liegt, kann eine Versetzung innerhalb einer kurzen Zeit nicht ausgeheilt werden, d. h. nicht zum Bewegen und zum Festsetzen an einer bestimmten Stelle veranlaßt werden, da die hierfür erforderliche Aktivierungsenergie nicht ausreichend ist. Daher wird man in diesem Fall kaum einen Spannungsausheilungseffekt erwarten können. In entsprechender Weise ist es unter diesen Bedingungen schwierig, eine gewünschte Federsteifigkeit des hergestellten Materials zu erreichen. Falls die Temperatur den Wert von 550 Grad Celsius übersteigt, ist aufgrund des schnellen Wechsels der physikalischen Eigenschaften innerhalb einer kurzen Zeit eine zuverlässige Kontrolle während der Ausheilungszeit kaum durchführbar, was sich negativ auf Elastizität und Festigkeit des Materials auswirkt.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert:
Dabei werden die Schmelz- und Gießvorgänge der erfindungsgemäßen Kupferlegierung unter Atmosphärendruck durchgeführt. Ferner wird die Kupferlegierung bevorzugt in Streifen gegossen (Dicke < 25 mm; Gießtechnik = vertikales semikontinuierliches Gießen (VCC) oder horizontales kontinuierliches Gießen (HCC)). Nachdem das gegossene Material kaltgewalzt worden ist, wird es einem Ausscheidungsprozeß unterworfen – und zwar ohne jede Vergütungsbehandlung.
Die Legierung nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird aus einem Material mit einer in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzung geschmolzen und gegossen. Die hieraus gewonnene Legierung wird oberflächenbehandelt – jedoch ohne Vergütungsglühen – und bis zu einer Dicke von 1,5 mm kaltgewalzt. Sodann wird das kaltgewalzte Material einem Ausscheidungsprozeß für 5–12 Stunden bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 450–520 Grad Celsius unterworfen und sodann nochmals bis zu einer Dicke von 0,254 mm kaltgewalzt. Sodann wird das kaltgewalzte Material einem Ausheilungsprozeß unter Spannung für weniger als 90 Sekunden bei einer Temperatur im Bereich von 350–550 Grad Celsius ausgesetzt, um eine Zugfertigkeit von mehr als 40 kg/mm² zu erhalten. Ein Ausschnitt eines fertigen Produktes wurde mit einem Elektronenmikroskop beobachtet und die Größe der Ausscheidungen bis zu Maximalwerten von 0,3–0,4 μm ermittelt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt. TABELLE 1

(Ts. Kb: kg/mm², EC: %, IACS, EL: %) 1 kg ≙ 9,81 N
1*: Ausscheidungsgröße
2*: Zugfestigkeit
3*: Dehnung
4*: Härte
5*: Elektrische Leitfähigkeit
6*: Feder(steifigkeits)grenze
7*: Ausscheidungsbedingungen
8*: Zugausheilungsbedingungen
9*: Identische Verbindung wie Nr. 13

Zum Vergleich sind in der Tabelle 1 Legierungen Nr. 13 bis 18 angegeben, welche aus der JP J1603381 von Nihon Kougyo bekannt sind. Die Größen der Ausscheidungspartikel erreichen dabei Werte von mehr als 1 μm, was für ein modernes Herstellungsverfahren unpraktikabel ist, da es eine lange Zeit, nämlich mehr als 20 Stunden, und hohe Temperatur zur Herstellung derartig grobkörniger Ausscheidungspartikel bedarf. Bei solchen Herstellungsbedingungen nehmen sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch Festigkeit und Härte des Materials erheblich ab, da sich instabile feine Ausscheidungen wieder zu einem Gefüge verfestigen. Ferner sind Lötverhalten und Galvanisierungsverhalten umso ungünstiger, je grobkörniger die Größe der Ausscheidungen ist. Selbst mit einer Vergütungsbehandlung bei 800 Grad Celsius, d. h. mit Vergütungsglühen, und einem Ausscheidungsprozeß für die Dauer von 6 Stunden bei 420 Grad Celsius, wie in der zuvor genannten Druckschrift von Nihon Kougyo näher beschrieben, können gute Charakteristika nicht erreicht werden.
Um einen thermischen Erweichungswiderstand zu messen, welcher benötigt wird für Anwendungen als Leitermaterial, wird Verbindung Nr. 10 aus Tabelle 1 hinsichtlich der Änderung ihrer Zugfestigkeit nach einem Ausheilvorgang bei einer Temperatur im Bereich von 300–700 Grad Celsius für 30 Minuten und nach Abkühlen in Luft gemessen. Der hieraus gewonnene Kurvenverlauf der Messungen des Wärmeerweichungswiderstandes ist in 1 dargestellt. Daraus ergibt sich, daß eine Zugfestigkeit von über 80% einer anfänglichen Zugfestigkeit bis zu etwa 500 Grad Celsius aufgrund der Hemmung des Ausscheidungswachstums beibehalten werden kann.
Die in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungen zeigen mikroskopische Ansichten von Ausscheidungsverteilungen zwischen verschiedenen Verfahrensschritten an dem obigen ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Legierung Nr. 10 in Tabelle 1 verwendet wird.
2 zeigt beispielsweise ein Material, das gegossen und kaltgewalzt wurde, ohne ein Vergütungsglühen durchzuführen. Im Vergleich zeigt 3 ein Material, das gegossen, sodann einer Vergütungsglühbehandlung unterworfen und schließlich kaltgewalzt wurde. Wie an diesen Bildern ersichtlich ist, können keine Ausscheidungen im Materialgefüge gefunden werden. Es wurde angenommen, daß eine ausreichende Ausscheidung (aufgrund Übersättigung des gelösten Elements) bei einem Zusatz von Sn erfolgt, selbst wenn auf eine Vergütungsbehandlung verzichtet wird. Dies wird im nachfolgenden näher erläutert:
Die 4 und 5 zeigen mikroskopische Aufnahmen der Materialien in den 2 und 3, nachdem diese jeweils einem Ausscheidungsprozeß bei etwa 490 Grad Celsius für eine Dauer von 12 Stunden unterworfen wurden, um vergleichsweise Verteilungen von Ausscheidungen zu veranschaulichen. Dabei sind die weißen Stellen in den 4 und 5 grobkörnige Ausscheidungen.

Demnach erreicht die Erfindung auch ohne jede Vergütungsbehandlung eine ausreichende Ausscheidungsbildung allein durch den Zusatz von Sn. Dies beruht im wesentlichen auf einem durch den Sn-Zusatz bewirkten Diffusionsblockierungseffekt der in Festkörperlösung gelösten Elemente. Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften dieser Proben ist in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt. TABELLE 2

	Verfahrensschritte	Zugfestigkeit (kg/mm²) 1 kg ≙ 9,81 N	Dehnung (%)	Härte (Hv)	Elektrische Leitfähigkeit (%)
ohne Vergütungsglühen	Gießen	-	-	104	24
	Kaltwalzen 1,5 mm	56	4	166	23
	Ausscheidung 490 × 12 h	50	20	160	49
mit Vergütungsglühen	Gießen	-	-	104	24
	Kaltwalzen 1,5 mm	54	6	164	24
	Ausscheidung 490 × 12 h	51	19	151	49

Betrachtet man die Änderungen in Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit einer Ausscheidungslegierung in Abhängigkeit der Ausscheidungseffekte, so zeigt die Festigkeit ihr Maximum, wenn die Ausscheidungspartikel nach der Ausscheidung mit dem Gefüge bzw. der Matrix zusammenhängen, aber noch nicht vollständig ausgewachsen sind. Andererseits zeigt die elektrische Leitfähigkeit ihr Maximum, wenn die Ausscheidungspartikel vollständig ausgewachsen und mit dem Gefüge nicht zusammenhängend sind. Vergleicht man nun die Materialien in den 4 und 5, so hat trotz ähnlicher Verteilungen von Ausscheidungen die feinere Struktur des Materials in 4 bessere mechanische Eigenschaften als das Material in 5, obwohl die elektrische Leitfähigkeit der Materialien in den 4 und 5 ähnlich sind (da die Menge an Ausscheidungspartikel, welche unter denselben Bedingungen erfolgen können, dieselbe ist).
6 zeigt einen Ausschnitt einer mikroskopischen Ansicht des Materials in 4, nachdem dieses einem Kaltwalzvorgang bis zu einer Dicke von 0,254 mm unterworfen und bei 500 Grad Celsius für etwa 60 Sekunden unter Spannung ausgeheilt wurde. Danach erkennt man, daß die Struktur des erfindungsgemäßen Materials in 6 fein ist. 7 zeigt zum Vergleich einen Ausschnitt einer mikroskopischen Ansicht der eingangs genannten C7025-Legierung von Olin.
Die 8 und 9 zeigen ferner abschnittsweise mikroskopische Ansichten einer PMC-102 Legierung (8) bzw. eine Legierung aus der Druckschrift JP S60-45698 von Nihon Kougyo (9). Dabei erkennt man, daß grobkörnige Ausscheidungen viel häufiger vorkommen als bei der vorliegenden Erfindung.

Die nachfolgende Tabelle 3 faßt die Größen und und Verteilungen der Ausscheidungspartikel in den 6–8 zusammen. TABELLE 3

Probe	Messung Nr.	Partikelanzahl/100 μm²	Durchschnittliche Partikelanzahl/100 μm²	Partikeldichte/μm²
Erfindungsgemäße Legierung Cu-2Ni-0,4Si-0,4Sn	1	23	23,5	0,235
	2	32
	3	24
	4	23
	5	19
	6	20
C7025 (Olin) Cu-3Ni-0,65Si-0,15Mg	1	12	13,5	0,135
	2	7
	3	13
	4	18
	5	14
	6	17

CC101 (Nihon Kougyo) Cu-1,6Ni-0,4Si-0,4Zn			2,5	*1 0,025

	1	2,5


PMC102 (PoongSan) Cu-1,5Ni-0,3Si-0,03P	1	21	16,7	0,167
	2	17
	3	18
	4	16
	5	15
	6	13

Nach alledem liefert die Erfindung eine hochwertige Kupferlegierung mit exzellenten mechanischen und physikalischen Eigenschaften einschließlich eines hohen thermischen Erweichungswiderstandes, bei welcher vorteilhaft die Ausscheidungspartikel fein verteilt sind.
Für den Fachmann ist klar, daß verschiedene Modifikationen und Variationen bei dem Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen nach der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Produkt aus einer Kupferlegierung mit hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit mit gehemmtem Ausscheidungswachstum, die aus 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) sowie verbleibendem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei Nickel (Ni) bis zu 1% durch Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ersetzbar ist, wobei die Größe der Ausscheidungspartikel in dem Produkt weniger als 0,5 μm beträgt, die Ausscheidungspartikelanzahl in dem Produkt zwischen 19 und 32 pro 100 μm² liegt, und das Produkt nach einem Verfahren ohne Vergütungsbehandlung mit folgenden Schritten hergestellt ist: – Schmelzen und Gießen von Ausgangsmaterialien zu einem Block bzw. Barren aus 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) sowie verbleibendem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei Nickel (Ni) bis zu 1% durch Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ersetzbar ist; – Oberflächenbehandeln und Kaltwalzen des Barrens; – Glühen des kaltgewalzten Barrens bei einer Temperatur im Bereich von 450–550°C für 5 bis 12 Stunden; – Kaltwalzen des dem Ausscheidungsprozess unterworfenen Materials; und – Ausheilungen der kaltgewalzten Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis 550°C für weniger als 90 Sekunden.
Verfahren zur Herstellung eines Produktes aus einer Kupferlegierung gemäß Anspruch 1 ohne Vergütungsbehandlung, mit folgenden Schritten: – Schmelzen und Gießen von Ausgangsmaterialien zu einem Block bzw. Barren aus 0,5–4,0% Nickel (Ni), 0,1–1,0% Silizium (Si), 0,05–0,8% Zinn (Sn) sowie verbleibendem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei Nickel (Ni) bis zu 1% durch Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ersetzbar ist; – Oberächenbehandeln und Kaltwalzen des Barrens; – Glühen des kaltgewalzten Barrens bei einer Temperatur im Bereich von 450–550°C für 5 bis 12 Stunden; – Kaltwalzen des dem Ausscheidungsprozess unterworfenen Materials; und – Ausheilungen der kaltgewalzten Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis 550°C für weniger als 90 Sekunden.