材料知识1-铜材的介绍

1、材料知識-1銅材的介紹2005.6 編製1為什麼是你?為什麼要用銅呢?由於銅金屬具有良好的導電、導熱及加工成型特性,因此銅合金在現今電子產業中成為相當重要的原材料,銅合金種類也隨著不同產品之功能性及加工方面的需求日益增加,各式兼具高導電性與高強度的銅合金板材(如次頁所示)亦迅速被研究開發台灣對材料工業的投資除了企業本身積極提昇產品的競爭力及銅合金板材製程能力外,國內各學術及研究單位亦同時進行研究開發工作清華大學材料研究所及金屬工業發展中心,共同完成經濟部工業局之積體電路引線架銅板工研院工業材料研究所輔導的銅合金板材殘留應力檢測技術;工研院亦提供各項業界相關之合作計劃 其他2銅合金板材抗拉強度與

2、導電率關係圖3常用合金銅的種類黃銅合金Cu:64%68%;Zn:餘量具有漂亮色澤、衝製加工性好、延展性優良、適合伸抽、易於電鍍及塗裝磷青銅合金5191：Sn:5.57.5約 6;Sn+P+CU99.5%高強度硬度特質5210：Sn:7.09.0約 8;Sn+P+CU99.7%耐疲勞及彈性特性佳紅銅合金P:0.004以下;Cu:99.90具高熱電傳導性、加工性、延展性、耐蝕性及耐候性其他4黃銅合金黃銅合金的特性黃銅為銅和鋅的合金,金屬光澤隨鋅含量增加由橙紅色轉為黃色,黃銅合金的機械性質優異C2600延展性優異,深沖加工性及電鍍性良好;供製作彈殼、汽車散熱器、燈具、扣件C2680沖製加工性及電鍍性

3、良好,與C2600比較;強度增加但延展性減少,供製作連接器及輸入/輸出之端子、篩板、燈具、扣件、衛生器材等至於C2800強度高且具延展性,適合熱加工成型,但耐蝕性較差,在海水中易脫鋅及應力腐蝕破壞與其他合金銅比較硬度:較磷青銅及紅銅高彈性:較磷青銅及紅銅差5黃銅(Brass)特性及規格一覽表 (1)化學成份 (Chemical Composition)合金編號 化學成份 (wt.%) Material Designation Cu Zn Fe Pb JISC2680 64.068.5 Rem. 0.05(max) 0.15(max) (2)物理特性(Physical Properties)合金

4、編號 密度 g/cm3 彈性係數 GPa 熱膨脹係數 mm/mK 熱傳導係數 W/mK 導電率%IACS C2680 8.47 105 20.3 116 27 6黃銅(Brass)特性及規格一覽表(3)機械性質(Mechanical Properties)合金編號 質別 符號 抗拉試驗 硬度試驗厚度 (mm)抗拉強度 (kgf/mm2) 延伸率(50mm) (%)HvThickness 0.15mm C2680O C2680R-O 0.2 28 40 7090 H/2 C2680R-H/2 0.2 3646 28 110130 H C2680R-H 0.2 4255 - 140160 EH C

5、2680R-EH 0.2 5360 - 160180 SH C2680R-SH 0.2 58 - 180 7磷青銅合金磷青銅合金的特性磷青銅是在銅錫合金中添加少量的磷,除了脫氧作用並可改良合金的機械性質,使得磷青銅合金的延展性良好,彈性好,耐蝕、耐疲勞及耐磨耗性優良,實施稜冷加工時機械強度及彈性限會顯著增加可供作彈簧材料、電氣用彈簧開關、連接器及輸入/輸出之端子、風箱、熔線夾、滑動片、電子零件等產品之材料及自動沖床之銅質軸承、軸承襯套等與其他合金銅的比較硬度:較黃銅低,較紅銅高彈性:較黃銅好,較紅銅低8磷青銅(Phosphor Bronze)特性及規格一覽表(1)化學成份 (Chemical

6、Composition) 合金編號 化學成份(wt. %) Material Designation Cu Sn p Pb Fe Zn JIS C5191 C5210 Rem.Rem.5.57.0 7.09.0 0.030.35 0.030.35 0.050.05 0.100.10 0.300.15mm C5191 O CC5191R-O 0.2 32 42 - H/4 C5191R-H/4 0.2 4052 35 120150 H/2 C5191R-H/2 0.2 5060 20 150170 3/4H C5191R-3/4H 0.2 5262 18 170190 H C5191R-H 0.

7、2 6070 10 190210 EH C5191R-EH 0.2 6575 8 210230 SH C5191R-SH 0.2 75 5 230270 10磷青銅(Phosphor Bronze)特性及規格一覽表(3)機械性質(Mechanical Properties)合金編號質別符號抗拉試驗 Tensile test 硬度試驗 Hardness test 厚度 mm抗拉強度kgf/mm2延伸率%HvThickness 0.15mm C5210O CC5210R-O 0.2 35 45 - H/4 C5210R-H/4 0.2 4052 40 120150 H/2 C5210R-H/2 0

8、.2 5060 30 150170 3/4H C5210R-3/4H 0.2 5262 20 170190 H C5210R-H 0.2 6072 12 190210 EH C5210R-EH 0.2 7080 8 210230 SH C5210R-SH 0.2 75 5 230270 11紅銅合金的特性韌煉銅(ETP-C1100)及磷脫氧銅(DLP-C1200, DHP-C1220)合金板材具高導電導熱特性、良好延展性及加工成型性一般應用在散熱鰭片、電氣開關端子、電子零件、印刷輥子及建築材料等產品上近年來由於各類IC晶片之運算處理速度日趨增進,所以紅銅板材在晶片之散熱器運用方面將會逐漸取代傳

9、統的鋁合金散熱器,尤其在中央處理器之晶片的散熱器上,將成為主流的散熱材料與其他合金銅的比較硬度:較黃銅及磷青銅低彈性:較黃銅及磷青銅好紅銅合金12紅銅(Copper)特性及規格一覽表(1)化學成份(Chemical Composition)合金編號 化學成份 (wt.%) Material Designation Cu P JIS C1100(ETP) 99.9(min) 0.0040.012 (2)物理特性(Physical Properties)合金編號密度g/cm3 彈性係數 GPa 熱膨脹係數mm/mK 熱傳導係數W/mK 導電率 %IACS C1100 8.94 117 16.9 3

10、91.1 101 13紅銅(Copper)特性及規格一覽表(3)機械性質(Mechanical Properties)合金編號 質別抗 拉 試驗 硬度試驗 厚度(mm)抗拉強度(kgf/mm2)延伸率(50mm) (%)Hv Thickness 0.15mmC1100 O 0.2 30 0.2 2430 13 6080 H/2 0.2 2633 10 7090 3/4H 0.2 2935 5 80100 H 0.2 3037 4 90110 EH 0.2 3340 3 95110 SH 0.2 3541 2 100125 14其他銅合金還有哪些合金類高鎳及鎳合金材料彈片材料及銅合金相關材料溫度

11、雙金屬片半導體封裝材料15高鎳及鎳合金材料高鎳合金(鎳基合金)是以鎳為基礎,再加上不同比例的鐵、鉻、鉬或其他稀有金屬而成,適用於耐高溫或不同酸、鹼值的環境鎳合金所涵蓋的應用範圍更廣,例如: 高級眼鏡材料、燈泡材料、快速窯滾筒、熱處理、火星塞、石化工業等常見鎳合金的種類高鎳合金 : Nickel 200 ; Nickel 212鎳鉻合金 : Inconel 600 / 601鎳鉻鐵合金 : Alloy 840 / 800 / 825鎳銅合金 : Monel 400鎳基合金 : Alloy C 276 B / C / D16彈片材料及銅合金相關材料彈片材料及銅合金相關材料可被應用的範圍極為廣泛,使

12、用範圍由民生到工業用品,諸如高級電器開關、繼電器、微動開關各種高級端子、快速接頭及連接器等其各有不同特性(如有些特性為高彈性係數、高導電率、高張力強度高硬度等)彈片種類的銅鈹銅 (BeCu) JIS C1720/C1700鈦銅 (TiCu)白銅 CuNi18Zn20/CuNi18Zn27 JIS C7521/C7701銅鎳矽合金 ( Alloy 7025 )17溫度雙金屬片溫度雙金屬片的特性將 2 或3層不同材質的金屬合在一起,利用金屬對熱感應的膨脹係數之不同而產生彎曲的特性,藉此達到溫度的測控,是對溫度雙金屬片最簡易的解釋其用途以製成溫度開關、斷路器、保溫開關、電氣遮段器、過載電驛等為主,亦

13、有以雙金屬片作為感溫素材的溫度計器溫度雙金屬片的種類高感度雙金屬片一般用雙金屬片高溫用雙金屬片溫用雙金屬片中阻抗用雙金屬片低阻抗用雙金屬片耐蝕性雙金屬片 18半導體封裝材料半導體材料的特性在於熱膨脹係數與陶瓷、硬質玻璃、軟質玻璃材料的熱膨脹係數相類似因此成為 IC 導線架 、電視布朗管、真空管、二極體、燈球、照明燈管等最佳的封著用導線材 材料種類COBAL合金，硬質玻璃用鎳鉻鐵合金，軟質玻璃用鎳鐵合金，Ni42-Fe / Ni46-Fe/ Ni50-Fe系列杜鎂絲Ni42-Fe 被覆無氧化銅、硼砂膜鋁極細線 Aluminum Fine Wire鍍銀銅線 Silver Coated Wire19

14、磷青銅(Phosphor Bronze)合金各規格對照表 合金編號 Alloy No. 化 學 成 分 Chemical Composition (wt.%) Cu Sn P Fe Ni Pb Zn Others CuSn 4 Rem. 3.54.5 0.010.40 0.1 0.3 0.05 0.3 - CuSn 5 4.55.5 CuSn 6 5.57.5 CuSn 8 7.59.0 C5101 Rem. 3.05.5 0.030.35 - - - - CuSnP99.5 C5191 5.57.0 C5212 7.09.0 C5111 Rem. 3.54.5 0.030.35 - - -

15、- CuSnP99.5 C5102 4.55.5 C5191 5.57.0 C5212 7.09.0 C5210 7.09.0 0.1 - 0.05 0.2 CuSnP99.7 20磷青銅(Phosphor Bronze)合金各規格對照表合金編號 Alloy No. 化 學 成 分 Chemical Composition (wt.%) Cu Sn P Fe Ni Pb Zn Others C51100 Rem. 3.54.9 0.030.35 0.1 - 0.05 0.3 - C51000 4.25.8 C51900 5.07.0 C52100 7.09.0 0.2 CuSn 4 Rem.

16、3.54.5 0.010.35 0.1 0.3 0.05 0.3 0.2 CuSn 6 5.57.5 CuSn 8 7.58.5 PB101 Rem. 3.54.5 0.020.40 - - 0.02 0.3 - PB102 4.55.5 PB103 5.57.5 21銅合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)寬度Width 厚度Thickness 厚度公差Tolerance JIS Standard (H3100) 200 300 400 7000.100.15 incl. 0.0100.0200.020- 0.150.25 incl. 0.0200.

17、0200.0200.0300.250.35 incl. 0.0200.0300.0300.0400.350.50 incl. 0.0300.0300.0400.0500.500.80 incl. 0.0300.0400.0500.0600.801.20 incl. 0.0400.0500.0600.0701.202.00 incl. 0.0500.0600.0700.0802.003.00 incl. 0.0600.0700.0800.100單位:mm 紅銅 (C1100);黃銅 (C2680) 22銅合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)寬度Widt

18、h 厚度Thickness厚度公差Tolerance JIS Standard (H3100) 400 mm 400 650 mm over 0.10 mm to 0.15 mm incl. 0.010 mm - over 0.15 mm to 0.25 mm incl. 0.015 mm - over 0.25 mm to 0.40 mm incl. 0.020 mm - over 0.40 mm to 0.55 mm incl. 0.025 mm 0.045 mm over 0.55 mm to 0.70 mm incl. 0.030 mm 0.050 mm over 0.70 mm to 0.90 mm incl. 0.035 mm 0.060 mm over 0.90 mm to 1.20 mm incl. 0.040 mm 0.070 mm over 1.20 mm to 1.50 mm incl. 0.045 mm 0.080 mm over 1.50