材料知識-1銅材的介紹2005.62005.6編製編製1 1為什麼是你為什麼是你?n n為什麼要用銅呢為什麼要用銅呢? ?l l由於銅金屬具有良好的導電、導熱及加工成型特由於銅金屬具有良好的導電、導熱及加工成型特性性, ,因此銅合金在現今電子產業中成為相當重要的因此銅合金在現今電子產業中成為相當重要的原材料原材料, ,銅合金種類也隨著不同產品之功能性及加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工方面的需求日益增加, ,各式兼具高導電性與高強各式兼具高導電性與高強度的銅合金板材度的銅合金板材( (如次頁所示如次頁所示) )亦迅速被研究開發亦迅速被研究開發n n台灣對材料工業的投資台灣對材料工業的投資l l除了企業本身積極提昇產品的競爭力及銅合金板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材製程能力外, ,國內各學術及研究單位亦同時進行國內各學術及研究單位亦同時進行研究開發工作研究開發工作l l清華大學材料研究所及金屬工業發展中心清華大學材料研究所及金屬工業發展中心, ,共同完共同完成經濟部工業局之積體電路引線架銅板成經濟部工業局之積體電路引線架銅板l l工研院工業材料研究所輔導的銅合金板材殘留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應力檢測技術; ;工研院亦提供各項業界相關之合工研院亦提供各項業界相關之合作計劃作計劃 l l其他其他 2 2銅合金板材銅合金板材抗拉強度與導電率關係圖抗拉強度與導電率關係圖3 3常用合金銅的種類常用合金銅的種類n n黃銅合金黃銅合金l lCu:64%68%;Zn:Cu:64%68%;Zn:餘量餘量l l具有漂亮色澤、衝製加工性好、延展性優良、適具有漂亮色澤、衝製加工性好、延展性優良、適合伸抽、易於電鍍及塗裝合伸抽、易於電鍍及塗裝n n磷青銅合金磷青銅合金l l51915191：Sn:5.57.5Sn:5.57.5約約66;Sn+P+CU99.5%;Sn+P+CU99.5%l l高強度硬度特質高強度硬度特質l l52105210：Sn:7.09.0Sn:7.09.0約約88;Sn+P+CU99.7%;Sn+P+CU99.7%l l耐疲勞及彈性特性佳耐疲勞及彈性特性佳n n紅銅合金紅銅合金l lP:0.004P:0.004以下以下;Cu:99.90;Cu:99.90l l具高熱電傳導性、加工性、延展性、耐蝕性及耐具高熱電傳導性、加工性、延展性、耐蝕性及耐候性候性n n其他其他 4 4黃銅合金黃銅合金n n黃銅合金的特性黃銅合金的特性l l黃銅為銅和鋅的合金黃銅為銅和鋅的合金, ,金屬光澤隨鋅含量增加由橙金屬光澤隨鋅含量增加由橙紅色轉為黃色紅色轉為黃色, ,黃銅合金的機械性質優異黃銅合金的機械性質優異l lC2600C2600延展性優異延展性優異, ,深沖加工性及電鍍性良好深沖加工性及電鍍性良好; ;供製供製作彈殼、汽車散熱器、燈具、扣件作彈殼、汽車散熱器、燈具、扣件l lC2680C2680沖製加工性及電鍍性良好沖製加工性及電鍍性良好, ,與與C2600C2600比較比較; ;強強度增加但延展性減少度增加但延展性減少, ,供製作連接器及輸入供製作連接器及輸入/ /輸出輸出之端子、篩板、燈具、扣件、衛生器材等之端子、篩板、燈具、扣件、衛生器材等l l至於至於C2800C2800強度高且具延展性強度高且具延展性, ,適合熱加工成型適合熱加工成型, ,但但耐蝕性較差耐蝕性較差, ,在海水中易脫鋅及應力腐蝕破壞在海水中易脫鋅及應力腐蝕破壞n n與其他合金銅比較與其他合金銅比較l l硬度硬度: :較磷青銅及紅銅高較磷青銅及紅銅高l l彈性彈性: :較磷青銅及紅銅差較磷青銅及紅銅差5 5黃銅黃銅(Brass)特性及規格一覽表特性及規格一覽表 (1)化學成份 (Chemical Composition)合金編號合金編號合金編號合金編號 化學成份化學成份化學成份化學成份(wt.%)(wt.%)MaterialMaterialDesignationDesignationCuCuZnZnFeFePbPbJISJISC2680C268064.068.64.068.55Rem.Rem.0.05(max)0.05(max)0.15(max0.15(max) )(2)物理特性(Physical Properties)合金編號合金編號合金編號合金編號 密度密度密度密度 g/cmg/cm3 3 彈性係數彈性係數彈性係數彈性係數 GPaGPa熱膨脹係數熱膨脹係數熱膨脹係數熱膨脹係數 mm/mmm/mKK熱傳導係數熱傳導係數熱傳導係數熱傳導係數 W/mW/mKK導電率導電率導電率導電率%IACS%IACSC2680C26808.478.4710510520.320.311611627276 6黃銅黃銅(Brass)特性及規格一覽表特性及規格一覽表(3)機械性質(Mechanical Properties)合金合金合金合金編號編號編號編號 質別質別質別質別 符號符號符號符號 抗拉試驗抗拉試驗抗拉試驗抗拉試驗 硬度試驗硬度試驗硬度試驗硬度試驗厚度厚度厚度厚度 (mm)(mm)抗拉強度抗拉強度抗拉強度抗拉強度 (kgf/mm(kgf/mm2 2) )延伸率延伸率延伸率延伸率(50mm(50mm) )(%)(%)HvHvThicknessThickness0.15mm0.15mmC268C2680 0OOC2680R-OC2680R-O0.20.22828404070907090H/2H/2C2680R-C2680R-H/2H/20.20.2364636462828110130110130HHC2680R-HC2680R-H0.20.242554255- -140160140160EHEHC2680R-C2680R-EHEH0.20.253605360- -160180160180SHSHC2680R-SHC2680R-SH0.20.25858- -1801807 7磷青銅合金磷青銅合金n n磷青銅合金的特性磷青銅合金的特性l l磷青銅是在銅錫合金中添加少量的磷磷青銅是在銅錫合金中添加少量的磷, ,除除了脫氧作用並可改良合金的機械性質了脫氧作用並可改良合金的機械性質, ,使使得磷青銅合金的延展性良好得磷青銅合金的延展性良好, ,彈性好彈性好, ,耐蝕、耐蝕、耐疲勞及耐磨耗性優良耐疲勞及耐磨耗性優良, ,實施稜冷加工時實施稜冷加工時機械強度及彈性限會顯著增加機械強度及彈性限會顯著增加l l可供作彈簧材料、電氣用彈簧開關、連可供作彈簧材料、電氣用彈簧開關、連接器及輸入接器及輸入/ /輸出之端子、風箱、熔線夾、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、軸承襯套等沖床之銅質軸承、軸承襯套等n n與其他合金銅的比較與其他合金銅的比較l l硬度硬度: :較黃銅低較黃銅低, ,較紅銅高較紅銅高l l彈性彈性: :較黃銅好較黃銅好, ,較紅銅低較紅銅低8 8磷青銅磷青銅(PhosphorBronze)特性及規格一覽表特性及規格一覽表(1)化學成份化學成份 (Chemical Composition) 合金編號合金編號合金編號合金編號 化學成份化學成份化學成份化學成份(wt.%)(wt.%)MaterialMaterialDesignationDesignationCuCuSnSnppPbPbFeFeZnZnJISJISC5191C5191C5210C5210Rem.Rem.Rem.Rem.5.57.05.57.07.09.07.09.00.030.350.030.350.030.350.030.350.050.050.050.050.100.100.100.100.300.300.300.15mm0.15mmC5191C5191OOCC5191R-OCC5191R-O0.20.232324242- -H/4H/4C5191R-H/4C5191R-H/40.20.2405240523535120150120150H/2H/2C5191R-H/2C5191R-H/20.20.25060506020201501701501703/43/4HHC5191R-C5191R-3/4H3/4H0.20.2526252621818170190170190HHC5191R-HC5191R-H0.20.2607060701010190210190210EHEHC5191R-EHC5191R-EH0.20.26575657588210230210230SHSHC5191R-SHC5191R-SH0.20.27575552302702302701010磷青銅磷青銅(PhosphorBronze)特性及規格一覽表特性及規格一覽表(3)機械性質機械性質(Mechanical Properties)合金編合金編合金編合金編號號號號質別質別質別質別符號符號符號符號抗拉試驗抗拉試驗抗拉試驗抗拉試驗 TensiletestTensiletest硬度試驗硬度試驗硬度試驗硬度試驗 HardnessHardnesstesttest厚度厚度厚度厚度 mmmm抗拉強度抗拉強度抗拉強度抗拉強度kgf/mmkgf/mm2 2延伸率延伸率延伸率延伸率%HvHvThicknessThickness0.15mm0.15mmC5210C5210OOCC5210R-OCC5210R-O0.20.235354545- -H/4H/4C5210R-H/4C5210R-H/40.20.2405240524040120150120150H/2H/2C5210R-H/2C5210R-H/20.20.25060506030301501701501703/43/4HHC5210R-C5210R-3/4H3/4H0.20.2526252622020170190170190HHC5210R-HC5210R-H0.20.2607260721212190210190210EHEHC5210R-EHC5210R-EH0.20.27080708088210230210230SHSHC5210R-SHC5210R-SH0.20.27575552302702302701111n n紅銅合金的特性紅銅合金的特性l l韌煉銅韌煉銅(ETP-C1100)(ETP-C1100)及磷脫氧銅及磷脫氧銅(DLP-C1200,DHP-(DLP-C1200,DHP-C1220)C1220)合金板材具高導電導熱特性、良好延展性合金板材具高導電導熱特性、良好延展性及加工成型性及加工成型性l l一般應用在散熱鰭片、電氣開關端子、電子零件、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印刷輥子及建築材料等產品上l l近年來由於各類近年來由於各類ICIC晶片之運算處理速度日趨增進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所以紅銅板材在晶片之散熱器運用方面將會逐漸取代傳統的鋁合金散熱器取代傳統的鋁合金散熱器, ,尤其在中央處理器之晶尤其在中央處理器之晶片的散熱器上片的散熱器上, ,將成為主流的散熱材料將成為主流的散熱材料n n與其他合金銅的比較與其他合金銅的比較l l硬度硬度: :較黃銅及磷青銅低較黃銅及磷青銅低l l彈性彈性: :較黃銅及磷青銅好較黃銅及磷青銅好紅銅合金紅銅合金1212紅銅紅銅(Copper)特性及規格一覽表特性及規格一覽表(1)化學成份化學成份(Chemical Composition)合金編號合金編號合金編號合金編號 化學成份化學成份化學成份化學成份(wt.%)(wt.%) MaterialDesignationMaterialDesignationCuCuPPJISJISC1100(ETP)C1100(ETP)99.9(min)99.9(min)0.0040.0120.0040.012(2)物理特性物理特性(Physical Properties)合金編號合金編號合金編號合金編號密度密度密度密度g/cmg/cm3 3 彈性係數彈性係數彈性係數彈性係數 GPaGPa熱膨脹係數熱膨脹係數熱膨脹係數熱膨脹係數mm/mmm/mKK熱傳導係數熱傳導係數熱傳導係數熱傳導係數W/mW/mKK導電率導電率導電率導電率 %IACS%IACSC1100C11008.948.9411711716.916.9391.1391.11011011313紅銅紅銅(Copper)特性及規格一覽表特性及規格一覽表(3)機械性質機械性質(Mechanical Properties)合金編號合金編號合金編號合金編號 質別質別質別質別抗抗抗抗 拉拉拉拉 試驗試驗試驗試驗 硬度試驗硬度試驗硬度試驗硬度試驗 厚度厚度厚度厚度(mm)(mm)抗拉強度抗拉強度抗拉強度抗拉強度(kgf/mm(kgf/mm2 2) )延伸率延伸率延伸率延伸率(50mm)(50mm)(%)(%)HvThicknessHvThickness0.15mm0.15mmC1100C1100OO0.20.2273030650.20.224302430131360806080H/2H/20.20.2263326331010709070903/4H3/4H0.20.229352935558010080100H H 0.20.230373037449011090110EHEH0.20.233403340339511095110SHSH0.20.235413541221001251001251414其他銅合金其他銅合金n n還有哪些合金類l l高鎳及鎳合金材料高鎳及鎳合金材料l l彈片材料及銅合金相關材料彈片材料及銅合金相關材料l l溫度雙金屬片溫度雙金屬片l l半導體封裝材料半導體封裝材料1515高鎳及鎳合金材料高鎳及鎳合金材料n n高鎳合金高鎳合金( (鎳基合金鎳基合金) )l l是以鎳為基礎是以鎳為基礎, ,再加上不同比例的鐵、鉻、鉬或其再加上不同比例的鐵、鉻、鉬或其他稀有金屬而成他稀有金屬而成, ,適用於耐高溫或不同酸、鹼值的適用於耐高溫或不同酸、鹼值的環境環境n n鎳合金鎳合金l l所涵蓋的應用範圍更廣所涵蓋的應用範圍更廣, ,例如例如: :高級眼鏡材料、燈高級眼鏡材料、燈泡材料、快速窯滾筒、熱處理、火星塞、石化工泡材料、快速窯滾筒、熱處理、火星塞、石化工業等業等n n常見鎳合金的種類常見鎳合金的種類l l高鎳合金高鎳合金:Nickel200;Nickel212:Nickel200;Nickel212l l鎳鉻合金鎳鉻合金:Inconel600/601:Inconel600/601l l鎳鉻鐵合金鎳鉻鐵合金:Alloy840/800/825:Alloy840/800/825l l鎳銅合金鎳銅合金:Monel400:Monel400l l鎳基合金鎳基合金:AlloyC276B/C/D:AlloyC276B/C/D 1616彈片材料及銅合金相關材料彈片材料及銅合金相關材料n n彈片材料及銅合金相關材料可被應用的範彈片材料及銅合金相關材料可被應用的範圍極為廣泛圍極為廣泛, ,使用範圍由民生到工業用品使用範圍由民生到工業用品, ,諸諸如高級電器開關、繼電器、微動開關各種如高級電器開關、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高級端子、快速接頭及連接器等其各有不同特性同特性( (如有些特性為高彈性係數、高導電如有些特性為高彈性係數、高導電率、高張力強度高硬度等率、高張力強度高硬度等) )n n彈片種類的銅彈片種類的銅l l鈹銅鈹銅(BeCu)JISC1720/C1700(BeCu)JISC1720/C1700l l鈦銅鈦銅(TiCu)(TiCu)l l白銅白銅CuNi18Zn20/CuNi18Zn27JISCuNi18Zn20/CuNi18Zn27JISC7521/C7701C7521/C7701l l銅鎳矽合金銅鎳矽合金(Alloy7025)(Alloy7025)1717溫度雙金屬片溫度雙金屬片n n溫度雙金屬片的特性溫度雙金屬片的特性l l將將22或或3 3層不同材質的金屬合在一起層不同材質的金屬合在一起, ,利用金屬對利用金屬對熱感應的膨脹係數之不同而產生彎曲的特性熱感應的膨脹係數之不同而產生彎曲的特性, ,藉此藉此達到溫度的測控達到溫度的測控, ,是對溫度雙金屬片最簡易的解釋是對溫度雙金屬片最簡易的解釋l l其用途以製成溫度開關、斷路器、保溫開關、電其用途以製成溫度開關、斷路器、保溫開關、電氣遮段器、過載電驛等為主氣遮段器、過載電驛等為主, ,亦有以雙金屬片作為亦有以雙金屬片作為感溫素材的溫度計器感溫素材的溫度計器n n溫度雙金屬片的種類溫度雙金屬片的種類l l高感度雙金屬片高感度雙金屬片l l一般用雙金屬片一般用雙金屬片l l高溫用雙金屬片高溫用雙金屬片l l溫用雙金屬片溫用雙金屬片l l中阻抗用雙金屬片中阻抗用雙金屬片l l低阻抗用雙金屬片低阻抗用雙金屬片l l耐蝕性雙金屬片耐蝕性雙金屬片 1818半導體封裝材料半導體封裝材料n n半導體材料的特性在於熱膨脹係數與陶瓷、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硬質玻璃、軟質玻璃材料的熱膨脹係數相類似因此成為似因此成為ICIC導線架導線架 、電視布朗管、真空、電視布朗管、真空管、二極體、燈球、照明燈管等最佳的封著管、二極體、燈球、照明燈管等最佳的封著用導線材用導線材 n n材料種類材料種類l lCOBALCOBAL合金，硬質玻璃用合金，硬質玻璃用l l鎳鉻鐵合金，軟質玻璃用鎳鉻鐵合金，軟質玻璃用l l鎳鐵合金，鎳鐵合金，Ni42-Fe/Ni46-Fe/Ni50-FeNi42-Fe/Ni46-Fe/Ni50-Fe系列系列l l杜鎂絲杜鎂絲Ni42-FeNi42-Fe被覆無氧化銅、硼砂膜被覆無氧化銅、硼砂膜l l鋁極細線鋁極細線AluminumFineWireAluminumFineWirel l鍍銀銅線鍍銀銅線SilverCoatedWireSilverCoatedWire1919磷青銅磷青銅(PhosphorBronze)合金各規格對照表合金各規格對照表合金編號合金編號合金編號合金編號 AlloyNo.AlloyNo.化化化化 學學學學 成成成成 分分分分ChemicalComposition(wt.%)ChemicalComposition(wt.%)C CuuSnSnPPFeFeNiNiPbPbZnZnOthersOthersCuSn4CuSn4R Re em.m.3.54.53.54.50.010.010.40.400 0.10.1 0.30.3 0.050.05 0.30.3-CuSn5CuSn54.55.54.55.5CuSn6CuSn65.57.55.57.5CuSn8CuSn87.59.07.59.0C5101C5101R Re em.m.3.05.53.05.50.030.030.30.355-CuCuSnSnP P 99.599.5C5191C51915.57.05.57.0C5212C52127.09.07.09.0C5111C5111R Re em.m.3.54.53.54.50.030.030.30.355-CuCuSnSnP P 99.599.5C5102C51024.55.54.55.5C5191C51915.57.05.57.0C5212C52127.09.07.09.0C5210C52107.09.07.09.0 0.10.1- 0.050.05 0.20.2CuCuSnSnP P 99.799.72020磷青銅磷青銅(PhosphorBronze)合金各規格對照表合金各規格對照表合金編合金編合金編合金編號號號號 AlloyAlloyNo.No.化化化化 學學學學 成成成成 分分分分ChemicalComposition(wt.%)ChemicalComposition(wt.%)CuCuSnSnPPFeFeNiNiPbPbZnZnOtherOthers sC5110C511000ReRem.m.3.54.93.54.90.030.350.030.35 0.10.1- 0.050.05 0.30.3-C5100C5100004.25.84.25.8C5190C5190005.07.05.07.0C5210C5210007.09.07.09.0 0.20.2CuSn4CuSn4ReRem.m.3.54.53.54.50.010.350.010.35 0.10.1 0.30.3 0.050.05 0.30.3 0.20.2CuSn6CuSn65.57.55.57.5CuSn8CuSn87.58.57.58.5PB101PB101ReRem.m.3.54.53.54.50.020.400.020.40- 0.020.02 0.30.3-PB102PB1024.55.54.55.5PB103PB1035.57.55.57.52121銅合金板材厚度公差銅合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)寬度寬度寬度寬度WidthWidth 厚度厚度厚度厚度ThicknessThickness厚度公差厚度公差厚度公差厚度公差ToleranceToleranceJISStandard(H3100)JISStandard(H3100) 200200 300300 400400 7007000.100.15incl.0.100.15incl.0.0100.0100.0200.0200.0200.020-0.150.25incl.0.150.25incl.0.0200.0200.0200.0200.0200.0200.0300.0300.250.35incl.0.250.35incl.0.0200.0200.0300.0300.0300.0300.0400.0400.350.50incl.0.350.50incl.0.0300.0300.0300.0300.0400.0400.0500.0500.500.80incl.0.500.80incl.0.0300.0300.0400.0400.0500.0500.0600.0600.801.20incl.0.801.20incl.0.0400.0400.0500.0500.0600.0600.0700.0701.202.00incl.1.202.00incl.0.0500.0500.0600.0600.0700.0700.0800.0802.003.00incl.2.003.00incl.0.0600.0600.0700.0700.0800.0800.1000.100單位單位:mm紅銅紅銅(C1100);黃銅黃銅(C2680)2222銅合金板材厚度公差銅合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)寬度寬度寬度寬度WidthWidth 厚度厚度厚度厚度ThicknessThickness厚度公差厚度公差厚度公差厚度公差ToleranceToleranceJISStandard(H3100)JISStandard(H3100) 400mm400mm400650400650mmmmover0.10mmto0.15mmincl.over0.10mmto0.15mmincl.0.010mm0.010mm-over0.15mmto0.25mmincl.over0.15mmto0.25mmincl.0.015mm0.015mm-over0.25mmto0.40mmincl.over0.25mmto0.40mmincl.0.020mm0.020mm-over0.40mmto0.55mmincl.over0.40mmto0.55mmincl.0.025mm0.025mm0.045mm0.045mmover0.55mmto0.70mmincl.over0.55mmto0.70mmincl.0.030mm0.030mm0.050mm0.050mmover0.70mmto0.90mmincl.over0.70mmto0.90mmincl.0.035mm0.035mm0.060mm0.060mmover0.90mmto1.20mmincl.over0.90mmto1.20mmincl.0.040mm0.040mm0.070mm0.070mmover1.20mmto1.50mmincl.over1.20mmto1.50mmincl.0.045mm0.045mm0.080mm0.080mmover1.50mmto2.00mmincl.over1.50mmto2.00mmincl.0.050mm0.050mm0.090mm0.090mm磷青銅磷青銅(C5191、C5210)2323銅合金板材寬度公差銅合金板材寬度公差(Width tolerances for strip)寬度寬度寬度寬度WidthWidth 厚度厚度厚度厚度ThicknessThickness厚度公差厚度公差厚度公差厚度公差ToleranceToleranceJISStandard(H3100)JISStandard(H3100) 100mm100mm 200mm200mm0.100.55mm.0.100.55mm.0.10mm0.10mm0.20mm0.20mm0.552.00mm.0.552.00mm.0.20mm0.20mm0.30mm0.30mm2424Dimensional tolerances shall be in accordance with JIS H310025252626