接插元件弹性铜合金带材的应用与发展现状
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LI Xun 1 ，YANG Jian － hong2 （1． Zhongshan Tianyi Copper Industry Limited Company，Zhong Shan ，Guang Dong 528425，China；
2． Liaoning Copper Industry Group Limited Company，Liao Yang ，Liao Ning 111000，China）
（1） 计算机弹性零件常用铜合金牌号。
表 1 计算机零件常用铜合金
种类 牌号
成份
归类
黄铜 C26000 70Cu － 30Zn
铅黄铜 C36000 61． 5Cu － 35． 5Zn － 3Pb 锡黄铜 C42500 88． 5Cu － 9． 5Zn － 2Sn
黄铜类
复杂黄铜 C68800 73． 5Cu － 22． 7Zn － 3． 4Al － 0． 4Co
李珣，杨建红：接插元件弹性铜合金带材的应用与发展现状
2013 年第 4 期
C70250 的研制开发正在进行之中。
3 接插元件用弹性铜合金应用及性能要求
接插元件主要用于计算机和汽车工业，下面着 重介绍在这两大领域使用的接插元件环境服役要 求、铜合金牌号及性能要求和未来材料性能改进的 发展趋势。 3． 1 计算机用接插件弹性铜合金
Total 122 No． 4 2013
铜业工程 COPPEＲ ENGINEEＲING
总第 122 期 2013 年第 4 期
接插元件弹性铜合金带材的应用与发展现状
李 珣1 ，杨建红2
（1． 中山市天乙铜业有限公司，广东 中山 528425；2． 辽宁铜业集团有限公司，辽宁 辽阳 111000）
摘 要：以我国接插元件弹性铜合金带材为阐述对象，阐明接插元件弹性铜合金带材种类、工艺特点、应用领 域和性能要求，介绍国内外接插元件弹性铜合金的研究成果和新动态，指出我国弹性铜合金带材生产中存在的问 题，提出我国弹性铜带材料开发、工艺改善的发展方向。
析出强化就是借助形变热处理工艺，将高温固溶 在铜合金基体中的合金元素，通过快速冷却形成强化 相，经后续冷加工和时效退火工艺，以单质或金属化 合物质点弥散析出，阻碍合金中位错的运动，从而使 合金强化获得高弹性；同时，这些质点（ 强化相） 从固 溶体中析出，减少了基体晶格畸变，降低了内部应力， 合金的导电率也明显提高。这类高性能的铜合金，除 用于接插件外，还用于集成电路的引线框架。这类合 金牌号很多，各个国家、不同的制造厂商都有不同的 系列，但应用最广的是 Cu － Fe － P 系合金、Cu － Ni － Si 系合金、Cu － Ni － Sn 系合金、Cu － Cr － Zr 系合金， 其中国内对 Cu － Fe － P 系合金 C19400（Cu － 2． 3Fe － 0． 1Zn － 0． 03P）的研制和生产趋于成熟，主要用于高 强高导的引线框架材料［5 －6］，而 Cu － Ni － Si 系合金
黄铜带 材 用 于 弹 性 元 件 的 品 种 有 H68、H65、 H62。由于价格便宜、焊接性能好，特别是 H68 黄铜 优良的冷塑性和成型型好的特点，在电气工业及一 般仪表及开关、接插件还将大量使用［7］。市场上电 器接插件规格 H65 Y2 1． 46 使用也比较广泛，HV 要 求 110 － 140。 抗 拉 强 度 460 － 520Mpa 的 H65 Y0． 2 /0． 3 产品还常用在 USB 接口。H62 硬态下 σb = 480Mpa，δ10 = 10% ，g = 27% IACS［8］，图 1 显示的 是 H62 TY 0． 2* 305 端子产品。黄铜由于成本低， 在弹性合金研制中研究较热门。目前 H65 高精度 接插件黄铜带生产工艺［9 － 10］和在黄铜中添加第三、 第四种元素的复杂黄铜研究成果较多。C68800 是 较著名的弹性黄铜，中铝洛阳铜业有限公司关于 Cu － 22． 7Zn － 3． 0A1 － 0． 4Co （ C68800 ） 国 产 化 研 究［8］、浙江冶金研究院［11］开展的类似 Cu － 22． 7Zn － 3． 4A1 － 0． 65Ni（ C69000） 合金研究，成分 Zn20． 8 ～ 22． 5，Al2． 8 ～ 3． 3，Ni0． 8 ～ 1． 2，Si0． 6 ～ 1，Cu 余 量，性能接近 C68800。还有 Cu － 22． 7Zn － 3． 4A1 － 0． 4Fe 和 Cu － Zn － Ni － Al［12］等。 2． 4 析出强化型
在铜镍合金中添加锌制备的锌白铜，其优良的 耐蚀性和弹性而成为应用广泛的耐蚀弹性铜合金材 料。BZnl5 － 20 在我国宋代即被用作工艺品，随着 科学进步的需要，锌白铜已作为重要的接插元件使 用，也用于电子器件的电磁屏蔽外壳和眼镜框架等。 锌白铜新材料的近年来国内研究比较多，集中在棒 线材，带 材 主 要 在 C7701 （ BZn18 － 26 ） 和 C7521 （ BZn18 － 18 ） 的工艺改善上。即 将 实 施 的 新 GB /
磷青铜 C51000 94． 8Cu － 5Sn － 0． 2P
磷青铜 C52100 92Cu பைடு நூலகம் 8Sn
青铜类
硅青铜 C65400 95． 4Cu － 3Si － 1． 5Sn － 0． 1Cr
镍硅青铜 C70250 95． 4Cu － 3Ni － 0． 6Si － 0． 1Mg 镍锡青铜 C72500 88． 2Cu － 9． 5Ni － 2． 3Sn
关键词：接插元件；弹性铜合金；高精度铜带；高强；高弹；铜带用途 中图分类号：TG146． 1 + 1 文献标识码：A 文章编号：1009 － 3842（2013）04 － 0011 － 05
Application and Development Situation of Elastic Copper Alloy Strip in Interconnecting Devices
铁青铜 C19700 99． 15Cu － 0． 6Fe － 0． 2P － 0． 05Mg
（2） 计算机用铜合金材料未来发展走势。 随着计算机、通讯设备和器件性能的增强，对互 联器件性能的要求将变得更加具有挑战性。器件无 误的工作要求在整个产品寿命过程中稳定的高性能 铜合金材料来互连，未来互连技术的发展对铜合金 材料提出了新的准则，具体选用准则见表 2。
电器终端之间连接与分离的功能元件，是电子器件 的重要组成部分，其关键零件是接触件，又称接插元 件，它应具有导电和弹性元件两种功能，因此 90% 使用铜及铜合金，涉及的铜材品种中主要是高精度 带材。
图 1 接插元件产品
收稿日期：2013 － 05 － 29 作者简介：李珣（1984 － ） ，男，江西上高人，硕士，主要从事铜板带工艺质量方面工作。E － mail： leexun1225@ 163． com
表 2 未来计算机用铜合金材料选用准则
指标
更高的 工作温度
增大的 功率要求
更柔顺 的接插件
材料要求 耐应力损失
更高的导电性
中等弹性模量的 更薄的材料
可能的失效机理 法向力太大，导致
接触电阻升高
增大的工作温度
材料的屈服或法向力 太高，产生磨损或过 度的插入或齿合力
扁平输入带，中等的弹性 共面接 模量、高强度、要求特柔顺
11
Total 122
铜业工程
总第 122 期
2 接插元件常用弹性铜合金
2． 1 锡磷青铜 锡磷青铜是常用的弹性合金，通过 Sn － P 元素
作用和冷加工硬化可获得较好的机械性能，锡磷青 铜带材且具有较高的伸长率，易于加工冲制成各种 复杂形状的弹性元件，它不仅具有优良的弹性性能， 且具有耐腐蚀、耐磨、无磁性的特点，是目前铜基弹 性合金材 料 中 用 量 最 大、用 途 最 广 的 弹 性 材 料［1］。 锡磷青铜带材一般采用冷轧开坯，铸锭经均匀化退 火、多次冷轧和中间退火，轧制成不同厚度的带材。 工艺上国内与国外的差别在于均匀化退火与铣面的 先后顺序。Sn 原子是与 Cu 尺寸相差较大，因此锡 磷青铜形变硬化率非常高，在冷加工生产过程中中 间退火次数多，生产周期较长。锡磷青铜接插件产 品状 态 集 中 在 H、EH 和 SH，目 前 从 低 锡 C5111 （ Sn4% ） 到高锡 C5212 （ Sn9% ） 的锡磷青铜都被大 量应用。由于锡金属的高成本，材料工作者一直在 研制低锡 或 无 锡 合 金 来 代 替 锡 磷 青 铜［2］。 锡 磷 青 铜板带坯采用水平连铸生产，然而水平连铸带坯的 铸造晶粒十分粗大，且锡磷青铜极易产生偏析和疏 松。铸坯晶粒的细化可显著改善带坯的偏析和疏 松，对提高铸坯及成品的质量十分有效。对此在锡 磷青铜 添 加 加 稀 土 细 化 晶 粒 国 内 学 者 也 研 究 较 多［3］，其次工业上较为成功的是用于锡磷青铜水平 电磁连铸，使锡磷青铜带坯的凝固组织大为细化，反 偏析和缩松得到明显减轻，可缩短均匀化退火时间， 大大提高 石 墨 模 使 用 寿 命［4］。 锡 磷 青 铜 导 电 率 主 要与 Sn、P 含 量 有 关，锡 含 量 4 － 9% 且 磷 0． 1 － 0． 2% 的锡磷青铜导电率介于 11% 至 19% IACS 之 间。国内锡磷青铜带材生产技术基本成熟，市场竞 争激烈，已生产该类产品的高精度带材厂家有福建 紫金、宁波兴业、安徽鑫科、山东天圆和江西铜业等。 2． 2 锌白铜
12
T5231《加工铜及铜合金牌号和化学成分》将增加 9 种锌白铜。相比锡磷青铜、黄铜带，锌白铜带市场需 求量少，加工费最高。锌白铜带材生产也采用水平 连铸，由于熔点高、导热性差，拉铸温度比锡磷青铜 高、结晶器使用寿命短。锌白铜工艺上的优势在于 不需要粗轧前的均匀化退火，低温退火不仅改善弹 性稳定性，而且有提高锌白铜屈服强度、弹性模量的 作用。 2． 3 黄铜
白铜类
铍青铜 C17200 97． 65Cu － 1． 9Be － 0． 4Ni － 0． 05Pb
铁青铜 C19400 97． 5Cu － 2． 35Fe － 0． 03P － 0． 12Zn 析出型
铁青铜 C19500 97Cu － 1． 5Fe － 0． 1P － 0． 8Co － 0． 6Sn
Key words：interconnecting devices；elastic copper alloy；high precision copper strip；high strength ；high elasticity； copper strip application
1 引言
弹性铜合金属于导电类高弹性合金，它同时具 备较高的导电、导热性能和良好的物理性能，广泛应 用于各种导电弹性元件。导电弹性元件的连接器是
Abstract： As elaboration object of our country＇s elastic copper alloy strip in interconnecting devices，this paper clarified the type， process features，application area and performance requirements of elastic copper alloy strip； introduced the overseas＇ research achievements and new development of elastic copper alloy strip in interconnecting devices，and pointed out the existing problems in elastic copper alloy strip production of our country，proposed the development direction of the elastic strip material development and technology improvement in our country．
2． Liaoning Copper Industry Group Limited Company，Liao Yang ，Liao Ning 111000，China）
（1） 计算机弹性零件常用铜合金牌号。
表 1 计算机零件常用铜合金
种类 牌号
成份
归类
黄铜 C26000 70Cu － 30Zn
铅黄铜 C36000 61． 5Cu － 35． 5Zn － 3Pb 锡黄铜 C42500 88． 5Cu － 9． 5Zn － 2Sn
黄铜类
复杂黄铜 C68800 73． 5Cu － 22． 7Zn － 3． 4Al － 0． 4Co
李珣，杨建红：接插元件弹性铜合金带材的应用与发展现状
2013 年第 4 期
C70250 的研制开发正在进行之中。
3 接插元件用弹性铜合金应用及性能要求
接插元件主要用于计算机和汽车工业，下面着 重介绍在这两大领域使用的接插元件环境服役要 求、铜合金牌号及性能要求和未来材料性能改进的 发展趋势。 3． 1 计算机用接插件弹性铜合金
Total 122 No． 4 2013
铜业工程 COPPEＲ ENGINEEＲING
总第 122 期 2013 年第 4 期
接插元件弹性铜合金带材的应用与发展现状
李 珣1 ，杨建红2
（1． 中山市天乙铜业有限公司，广东 中山 528425；2． 辽宁铜业集团有限公司，辽宁 辽阳 111000）
摘 要：以我国接插元件弹性铜合金带材为阐述对象，阐明接插元件弹性铜合金带材种类、工艺特点、应用领 域和性能要求，介绍国内外接插元件弹性铜合金的研究成果和新动态，指出我国弹性铜合金带材生产中存在的问 题，提出我国弹性铜带材料开发、工艺改善的发展方向。
析出强化就是借助形变热处理工艺，将高温固溶 在铜合金基体中的合金元素，通过快速冷却形成强化 相，经后续冷加工和时效退火工艺，以单质或金属化 合物质点弥散析出，阻碍合金中位错的运动，从而使 合金强化获得高弹性；同时，这些质点（ 强化相） 从固 溶体中析出，减少了基体晶格畸变，降低了内部应力， 合金的导电率也明显提高。这类高性能的铜合金，除 用于接插件外，还用于集成电路的引线框架。这类合 金牌号很多，各个国家、不同的制造厂商都有不同的 系列，但应用最广的是 Cu － Fe － P 系合金、Cu － Ni － Si 系合金、Cu － Ni － Sn 系合金、Cu － Cr － Zr 系合金， 其中国内对 Cu － Fe － P 系合金 C19400（Cu － 2． 3Fe － 0． 1Zn － 0． 03P）的研制和生产趋于成熟，主要用于高 强高导的引线框架材料［5 －6］，而 Cu － Ni － Si 系合金
黄铜带 材 用 于 弹 性 元 件 的 品 种 有 H68、H65、 H62。由于价格便宜、焊接性能好，特别是 H68 黄铜 优良的冷塑性和成型型好的特点，在电气工业及一 般仪表及开关、接插件还将大量使用［7］。市场上电 器接插件规格 H65 Y2 1． 46 使用也比较广泛，HV 要 求 110 － 140。 抗 拉 强 度 460 － 520Mpa 的 H65 Y0． 2 /0． 3 产品还常用在 USB 接口。H62 硬态下 σb = 480Mpa，δ10 = 10% ，g = 27% IACS［8］，图 1 显示的 是 H62 TY 0． 2* 305 端子产品。黄铜由于成本低， 在弹性合金研制中研究较热门。目前 H65 高精度 接插件黄铜带生产工艺［9 － 10］和在黄铜中添加第三、 第四种元素的复杂黄铜研究成果较多。C68800 是 较著名的弹性黄铜，中铝洛阳铜业有限公司关于 Cu － 22． 7Zn － 3． 0A1 － 0． 4Co （ C68800 ） 国 产 化 研 究［8］、浙江冶金研究院［11］开展的类似 Cu － 22． 7Zn － 3． 4A1 － 0． 65Ni（ C69000） 合金研究，成分 Zn20． 8 ～ 22． 5，Al2． 8 ～ 3． 3，Ni0． 8 ～ 1． 2，Si0． 6 ～ 1，Cu 余 量，性能接近 C68800。还有 Cu － 22． 7Zn － 3． 4A1 － 0． 4Fe 和 Cu － Zn － Ni － Al［12］等。 2． 4 析出强化型
在铜镍合金中添加锌制备的锌白铜，其优良的 耐蚀性和弹性而成为应用广泛的耐蚀弹性铜合金材 料。BZnl5 － 20 在我国宋代即被用作工艺品，随着 科学进步的需要，锌白铜已作为重要的接插元件使 用，也用于电子器件的电磁屏蔽外壳和眼镜框架等。 锌白铜新材料的近年来国内研究比较多，集中在棒 线材，带 材 主 要 在 C7701 （ BZn18 － 26 ） 和 C7521 （ BZn18 － 18 ） 的工艺改善上。即 将 实 施 的 新 GB /
磷青铜 C51000 94． 8Cu － 5Sn － 0． 2P
磷青铜 C52100 92Cu பைடு நூலகம் 8Sn
青铜类
硅青铜 C65400 95． 4Cu － 3Si － 1． 5Sn － 0． 1Cr
镍硅青铜 C70250 95． 4Cu － 3Ni － 0． 6Si － 0． 1Mg 镍锡青铜 C72500 88． 2Cu － 9． 5Ni － 2． 3Sn
关键词：接插元件；弹性铜合金；高精度铜带；高强；高弹；铜带用途 中图分类号：TG146． 1 + 1 文献标识码：A 文章编号：1009 － 3842（2013）04 － 0011 － 05
Application and Development Situation of Elastic Copper Alloy Strip in Interconnecting Devices
铁青铜 C19700 99． 15Cu － 0． 6Fe － 0． 2P － 0． 05Mg
（2） 计算机用铜合金材料未来发展走势。 随着计算机、通讯设备和器件性能的增强，对互 联器件性能的要求将变得更加具有挑战性。器件无 误的工作要求在整个产品寿命过程中稳定的高性能 铜合金材料来互连，未来互连技术的发展对铜合金 材料提出了新的准则，具体选用准则见表 2。
电器终端之间连接与分离的功能元件，是电子器件 的重要组成部分，其关键零件是接触件，又称接插元 件，它应具有导电和弹性元件两种功能，因此 90% 使用铜及铜合金，涉及的铜材品种中主要是高精度 带材。
图 1 接插元件产品
收稿日期：2013 － 05 － 29 作者简介：李珣（1984 － ） ，男，江西上高人，硕士，主要从事铜板带工艺质量方面工作。E － mail： leexun1225@ 163． com
表 2 未来计算机用铜合金材料选用准则
指标
更高的 工作温度
增大的 功率要求
更柔顺 的接插件
材料要求 耐应力损失
更高的导电性
中等弹性模量的 更薄的材料
可能的失效机理 法向力太大，导致
接触电阻升高
增大的工作温度
材料的屈服或法向力 太高，产生磨损或过 度的插入或齿合力
扁平输入带，中等的弹性 共面接 模量、高强度、要求特柔顺
11
Total 122
铜业工程
总第 122 期
2 接插元件常用弹性铜合金
2． 1 锡磷青铜 锡磷青铜是常用的弹性合金，通过 Sn － P 元素
作用和冷加工硬化可获得较好的机械性能，锡磷青 铜带材且具有较高的伸长率，易于加工冲制成各种 复杂形状的弹性元件，它不仅具有优良的弹性性能， 且具有耐腐蚀、耐磨、无磁性的特点，是目前铜基弹 性合金材 料 中 用 量 最 大、用 途 最 广 的 弹 性 材 料［1］。 锡磷青铜带材一般采用冷轧开坯，铸锭经均匀化退 火、多次冷轧和中间退火，轧制成不同厚度的带材。 工艺上国内与国外的差别在于均匀化退火与铣面的 先后顺序。Sn 原子是与 Cu 尺寸相差较大，因此锡 磷青铜形变硬化率非常高，在冷加工生产过程中中 间退火次数多，生产周期较长。锡磷青铜接插件产 品状 态 集 中 在 H、EH 和 SH，目 前 从 低 锡 C5111 （ Sn4% ） 到高锡 C5212 （ Sn9% ） 的锡磷青铜都被大 量应用。由于锡金属的高成本，材料工作者一直在 研制低锡 或 无 锡 合 金 来 代 替 锡 磷 青 铜［2］。 锡 磷 青 铜板带坯采用水平连铸生产，然而水平连铸带坯的 铸造晶粒十分粗大，且锡磷青铜极易产生偏析和疏 松。铸坯晶粒的细化可显著改善带坯的偏析和疏 松，对提高铸坯及成品的质量十分有效。对此在锡 磷青铜 添 加 加 稀 土 细 化 晶 粒 国 内 学 者 也 研 究 较 多［3］，其次工业上较为成功的是用于锡磷青铜水平 电磁连铸，使锡磷青铜带坯的凝固组织大为细化，反 偏析和缩松得到明显减轻，可缩短均匀化退火时间， 大大提高 石 墨 模 使 用 寿 命［4］。 锡 磷 青 铜 导 电 率 主 要与 Sn、P 含 量 有 关，锡 含 量 4 － 9% 且 磷 0． 1 － 0． 2% 的锡磷青铜导电率介于 11% 至 19% IACS 之 间。国内锡磷青铜带材生产技术基本成熟，市场竞 争激烈，已生产该类产品的高精度带材厂家有福建 紫金、宁波兴业、安徽鑫科、山东天圆和江西铜业等。 2． 2 锌白铜
12
T5231《加工铜及铜合金牌号和化学成分》将增加 9 种锌白铜。相比锡磷青铜、黄铜带，锌白铜带市场需 求量少，加工费最高。锌白铜带材生产也采用水平 连铸，由于熔点高、导热性差，拉铸温度比锡磷青铜 高、结晶器使用寿命短。锌白铜工艺上的优势在于 不需要粗轧前的均匀化退火，低温退火不仅改善弹 性稳定性，而且有提高锌白铜屈服强度、弹性模量的 作用。 2． 3 黄铜
白铜类
铍青铜 C17200 97． 65Cu － 1． 9Be － 0． 4Ni － 0． 05Pb
铁青铜 C19400 97． 5Cu － 2． 35Fe － 0． 03P － 0． 12Zn 析出型
铁青铜 C19500 97Cu － 1． 5Fe － 0． 1P － 0． 8Co － 0． 6Sn
Key words：interconnecting devices；elastic copper alloy；high precision copper strip；high strength ；high elasticity； copper strip application
1 引言
弹性铜合金属于导电类高弹性合金，它同时具 备较高的导电、导热性能和良好的物理性能，广泛应 用于各种导电弹性元件。导电弹性元件的连接器是
Abstract： As elaboration object of our country＇s elastic copper alloy strip in interconnecting devices，this paper clarified the type， process features，application area and performance requirements of elastic copper alloy strip； introduced the overseas＇ research achievements and new development of elastic copper alloy strip in interconnecting devices，and pointed out the existing problems in elastic copper alloy strip production of our country，proposed the development direction of the elastic strip material development and technology improvement in our country．