專利名稱：銅線及制造銅線的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型銅線及一種制造銅線的新工藝。該銅線的特征在于主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。該工藝包含形成低疲勞延度的電積銅箔，切割銅箔以形成一股或多股線，以及成形股線以使銅線具有希望截面形狀和尺寸。
制造銅線的常規(guī)方法包含以下步驟。電解銅(無論是電解提純，電解沉積，或這兩種)被溶化，鑄成條形，并且熱軋成桿形。該桿然后在經(jīng)過系統(tǒng)減小直徑而同時(shí)拉長銅線的拉絲模時(shí)被冷加工。在典型操作中，銅桿制造廠把溶化的電解銅鑄成條，其截面大體上為帶圓邊的不規(guī)則四邊形，并且截面積大約為7平方英寸；該條經(jīng)過一個(gè)預(yù)備階段修整角，然后經(jīng)過12個(gè)軋機(jī)座，由此形成0.3125″直徑的銅桿。該銅桿然后經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)圓形拉絲模減小成希望銅線尺寸。典型地，這些減小在一系列機(jī)器中發(fā)生，在最后的退火工序中，并且在某些情況下在中間退火工序中來軟化所加工的銅線。
常規(guī)銅線生成方法消耗大量能量，并且要求大量勞動(dòng)力和基本投資。溶化，鑄造和熱軋操作使產(chǎn)品易于受到外界材料，例如耐火和軋制材料的氧化和潛在污染，這樣其后能對(duì)拉絲機(jī)引起種種問題，一般形式是在拉絲期間使銅線斷線。
根據(jù)本發(fā)明的工藝，與現(xiàn)有技術(shù)比較銅線以簡(jiǎn)化和較價(jià)廉的方式生產(chǎn)。本發(fā)明工藝?yán)缋勉~粒，銅氧化物或再循環(huán)銅作為銅源。本工藝不需要使用現(xiàn)有技術(shù)工序，即首先制造銅陰極，然后溶化，鑄造，以及熱軋陰極以形成銅條原料。
本發(fā)明涉及銅線，其具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種制造銅線的工藝，包括切割銅箔以形成至少一股銅線，所述銅箔是一種可退火的電積銅箔，具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)，所述銅箔的特征在于，在177℃下退火15分鐘之后至少有大約25％的疲勞延度；以及成形所述股線，以使所述股線具有希望的截面形狀和尺寸。本發(fā)明還涉及一種制造銅線的工藝，包括在一個(gè)陽極與一個(gè)陰極之間流動(dòng)一種含水電解溶液，并且在陽極與陰極之間施加有效量的電壓以在陰極上沉積銅箔，所述電解溶液的特征在于氯離子濃度大約高達(dá)5ppm，以及有機(jī)添加劑濃度大約高達(dá)0.2ppm；切割所述銅箔以形成至少一股線；以及成形所述股線以使所述股線具有希望的截面形狀和尺寸。
在附圖中，相同部分和部件用同樣標(biāo)號(hào)表示。


圖1是說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中銅電積在一個(gè)垂直定向的陰極上以形成銅箔，銅箔被截割并以一股銅線從陰極移走，然后使銅線成形以使銅線具有希望截面形狀和尺寸；圖2是說明本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中銅電積在一個(gè)水平定向的陰極上以形成銅箔，然后銅箔從陰極移走，切割形成一股或多股銅線，然后使銅股線成形以使銅線形成具有希望截面形狀和尺寸；圖3至圖20說明按照本發(fā)明制造的銅線的截面形狀；圖21是以800倍放大倍數(shù)所拍攝的例1中箔試件No.5的截面的顯微照相；以及圖22是以800倍放大倍數(shù)所拍攝的例1中箔試件No.8的截面的顯微照相。
本發(fā)明銅線表現(xiàn)獨(dú)特和新型的組合特征。在一個(gè)實(shí)施例中，本銅線具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線主要為雙邊界自由。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線為充分孔隙度自由。術(shù)語“主要為柱狀晶粒自由”，“主要為雙邊界自由”，以及“充分孔隙度自由”意指該事實(shí)，即在大多數(shù)情況下，本發(fā)明銅線的顯微鏡或透射電子顯微術(shù)(TEM)分析表明，這種銅線是柱狀晶粒自由的，雙邊界自由的，或孔隙度自由的，但是有時(shí)可以觀察到少量柱狀晶粒成形，雙邊界成形和/或孔隙度。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線不包含氧化物雜質(zhì)。本發(fā)明銅線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它比現(xiàn)有技術(shù)銅線能更容易地拉絲。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線具有大約達(dá)8微米的平均晶粒尺寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.5微米到大約為8微米范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，在任何退火或熱處理之前所生產(chǎn)的本發(fā)明銅線具有大約達(dá)5微米范圍的平均晶粒尺寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.5微米到大約5微米范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約1微米到大約4微米范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線在23℃下具有大約60,000psi到大約95,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度(UTS)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約60,000psi到85,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約65,000psi到大約75,000psi。在一個(gè)實(shí)施例中，本銅線在180℃下的UTS為大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約23,000psi到大約30,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約25,000psi到大約28,000psi。在一個(gè)實(shí)施例中，本銅線在23℃下的伸張度為大約8％到大約18％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約9％到大約16％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約9％到大約14％。在一個(gè)實(shí)施例中，本銅線在180℃下的伸張度為大約24％到大約45％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約27％到41％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約29％到38％。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線冷加工減小大約60％，并且本銅線具有大約65,000psi到大約90,000psi范圍內(nèi)的抗拉強(qiáng)度，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約70,000psi到大約75,000psi，并且伸張度為大約0％到大約4％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0％到大約2％，以及在一個(gè)實(shí)施例為大約1％。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線冷加工減小大約60％，并且然后在200℃溫度下退火兩小時(shí)。本銅線具有大約25,000psi到大約40,000psi范圍內(nèi)的抗拉強(qiáng)度，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約27,000psi到大約30,000psi，并且伸張度至少為大約30％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約30％到大約40％。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明銅線具有至少大約100％IACS(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))的電導(dǎo)率，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約100％到大約102.7％IACS。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種制造銅線的工藝，包括切割銅箔以形成至少一股銅線，所述銅箔是一種可退火的電積銅箔，具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)，所述銅箔的特征在于，在177℃下退火15分鐘之后至少有大約25％的疲勞延度；以及成形所述股線以使所述股線具有希望截面形狀和尺寸。
按照本工藝使用的銅箔為高疲勞延度電積銅箔，其表現(xiàn)獨(dú)特和新型的組合特征。這些銅箔是低溫可退火銅箔，它們具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)，所述銅箔的特征在于，在177℃下退火15分鐘之后至少有25％的疲勞延度。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔是退火銅箔，其特征在于至少有大約65％的疲勞延度。測(cè)量疲勞延度的工序在IPC-TM-650的試驗(yàn)方法2.4.2.1中給出。疲勞延度用下列公式計(jì)算。Nf-0.6Df0.75+0.9SUE[exp(Df)0.36](0.1785log106Nf)-2tM2p+t=0]]>在公式(I)中，Df是疲勞延度(英寸/英寸(×100.0％))，Nf是疲勞損壞的循環(huán)數(shù)，SU是極限抗拉強(qiáng)度(psi)，E是彈性系數(shù)(psi)，tM是芯部厚度(英寸)，t是試件微測(cè)厚度(英寸)，p是心軸彎曲半徑(英寸)，在0.005mm
之內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔具有高極限抗拉強(qiáng)度，使處理和表面質(zhì)量控制容易，并且在升高溫度下具有高伸張度以減少破裂。在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔具有控制的薄斷面。在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔不含氧化物雜質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔的特征在于主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔主要為雙邊界自由。在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔主要為孔隙度自由。如上所指出，術(shù)語“主要為柱狀晶粒自由”，“主要為雙邊界自由”，以及“充分孔隙度自由”意指該事實(shí)，即在大多數(shù)情況下，本發(fā)明銅線的顯微鏡或透射電子顯微術(shù)(TEM)分析表明，這種銅箔是柱狀晶粒自由的，雙邊界自由的，或孔隙度自由的，但是有時(shí)可以觀察到少量柱狀晶粒成形，雙邊界成形和/或孔隙度。
在一個(gè)實(shí)施例中，在任何退火或熱處理之前所生產(chǎn)的這些銅箔具有大約達(dá)3微米范圍的平均晶粒尺寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.5微米到大約3微米范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約1微米到大約2微米。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在177℃下熱處理15分鐘，并且這些銅箔具有大約達(dá)5微米的平均晶粒尺寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約1微米到大約5微米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約2微米到4微米。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在超過大約200℃溫度下熱處理至少大約30分鐘，并且這些銅箔具有大約達(dá)8微米的平均晶粒尺寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約3微米到大約8微米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約4微米到大約7微米。
使用IPC-TM-650的試驗(yàn)方法2.4.18，在一個(gè)實(shí)施例中，在任何退火或熱處理之前所生產(chǎn)的這些銅箔在23℃下在橫向具有大約60,000psi到大約95,000psi范圍內(nèi)的UTS，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約60,000psi到大約85,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為65,000psi到大約75,000psi。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在180℃下在橫向的UTS為大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約23,000psi到大約30,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約25,000psi到大約28,000psi。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在23℃下在橫向的伸張度為大約8％到大約18％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約9％到大約16％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約9％到14％。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在180℃下在橫向的伸張度為大約24％到大約45％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約27％到大約41％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約29％到大約38％。
使用IPC-TM-650的試驗(yàn)方法2.4.18，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在177℃下熱處理或退火15分鐘，并且這些銅箔在23℃下在橫向的UTS為大約42,000psi到大約70,000psi范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約44,000psi到大約65,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約46,000psi到大約60,000psi。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在180℃下在橫向的UTS為大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約23,000psi到大約30,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約25,000psi到大約28,000psi。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在23℃下在橫向的伸張度為大約15％到大約31％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約17％到大約27％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約19％到大約23％。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在180℃下在橫向的伸張度為大約24％到大約45％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約27％到大約40％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約29％到大約37％。
使用IPC-TM-650的試驗(yàn)方法2.4.18，在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔在超過大約200℃的溫度下熱處理或退火大約30分鐘或更長的時(shí)段，并且這些銅箔在23℃下在橫向試驗(yàn)時(shí)的UTS為大約36,000psi到大約48,000psi范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約38,000psi到大約46,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約40,000psi到大約45,000psi。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在180℃下在橫向試驗(yàn)時(shí)的UTS為大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約23,000psi到大約30,000psi，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約25,000psi到大約28,000psi。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在23℃下在橫向試驗(yàn)時(shí)的伸張度為大約23％到大約36％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約25％到大約34％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約27％到大約32％。使用上述試驗(yàn)方法，在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在180℃下在橫向試驗(yàn)時(shí)的伸張度為大約25％到大約48％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約27％到大約42％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約29％到大約38％。
使用IPC-TM-650的試驗(yàn)方法2.4.2.1，在一個(gè)實(shí)施例中，在任何退火或熱處理之前所生產(chǎn)的這些銅箔在橫向具有大約15％到大約60％范圍內(nèi)的疲勞延度，以及在一個(gè)實(shí)施例為大約15％到大約55％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約20％到大約50％。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在177℃下熱處理15分鐘，并且這些銅箔在橫向的疲勞延度為至少大約25％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約45％到大約90％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約55％到大約80％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約65％到大約75％。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在超過大約200℃的溫度下熱處理至少大約30分鐘，并且這些銅箔在橫向的疲勞延度為至少大約65％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約65％到大約120％范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約65％到大約110％，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約65％到大約100％。
在一個(gè)實(shí)施例中，在橫向使用一個(gè)2mm心軸對(duì)銅箔施加84克負(fù)載，在任何退火或熱處理之前所生產(chǎn)的這些銅箔在斷線之前耐受大約150次到大約270次撓曲循環(huán)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約170次到大約270次撓曲循環(huán)，以及在一個(gè)實(shí)施例中在斷線之前為大約190次到大約250次撓曲循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在177℃下熱處理15分鐘，并且這些銅箔在斷線之前耐受大約220次到大約260次撓曲循環(huán)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約240次到大約340次撓曲循環(huán)，以及在一個(gè)實(shí)施例中在斷線之前耐受大約260次到大約320次撓曲循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔在超過大約200℃的溫度下熱處理至少大約30分鐘，并且這些銅箔在斷線之前耐受大約260次到大約500次撓曲循環(huán)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約300次到大約400次撓曲循環(huán)，以及在一個(gè)實(shí)施例中在斷線之前為大約大約340次到大約400次撓曲循環(huán)。
用來制造銅線的銅箔一般有一毛面?zhèn)却植侄萊tm為大約1微米到大約10微米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約2微米到大約8微米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約3微米到大約6微米。Rtm是從五個(gè)連續(xù)抽樣段中各段所得到的最大峰-谷垂直量度的平均值，并且可以使用由Rank TaylorHobson，Ltd.，Leicester，England所銷售的Surftronic 3表面光度儀來測(cè)量。這些銅箔的光面?zhèn)鹊腞tm一般小于大約6微米，并且在一個(gè)實(shí)施例中小于大約5微米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約2微米到大約6微米范圍內(nèi)，為大約2微米到大約5微米范圍內(nèi)。
這些銅箔的重量一般為每平方英尺大約1/8盎司到大約14盎司范圍內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施例中為每平方英尺大約1/4盎司到大約6盎司，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每平方英尺大約3/8盎司到大約6盎司，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每平方英尺大約1/2盎司到大約2盎司。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔具有每平方英尺大約1/2盎司，1盎司或2盎司的重量。每平方英尺具有1/2盎司重量的銅箔具有大約17微米的標(biāo)稱厚度。每平方英尺具有1盎司重量的銅箔具有大約35微米的標(biāo)稱厚度。每平方英尺具有2盎司重量的銅箔具有大約70微米的標(biāo)稱厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，這些銅箔具有大約10微米到大約250微米范圍內(nèi)的厚度。這些較薄銅箔的Rtm趨向比較厚銅箔的降低。因此，例如，在一個(gè)實(shí)施例中，每平方英尺具有二分之一盎司重量的銅箔有一毛面?zhèn)却植?，Rtm為大約1微米到大約4微米范圍內(nèi)，而在一個(gè)實(shí)施例中，每平方英尺具有2盎司重量的銅箔有一毛面?zhèn)却植?，Rtm為大約5微米到大約7微米范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種制造銅線的工藝，其包含使用電解溶液來電積銅箔，然后切割銅箔以形成一股或多股銅線，然后成形股線以使股線具有希望截面形狀和尺寸，這里電解溶液使用含量為大約5ppm或更小，并且優(yōu)選地為零的臨界濃度的氯離子，以及大約為0.2ppm或更小，并且優(yōu)選地為零的有機(jī)添加劑(例如動(dòng)物膠)。
電解溶液是通過在硫酸溶液中溶解一種銅原料而形成，銅原料可以是銅粒，銅線，氧化銅或再循環(huán)銅。銅原料，硫酸和水優(yōu)選地為高純度原料。在進(jìn)入電成形電解槽之前，電解溶液可以經(jīng)受純化或過濾過程。當(dāng)在陽極與陰極之間施加電壓時(shí)，在陰極發(fā)生銅電積。電流優(yōu)選地為直流或有直流偏流的交流。
陰極可以垂直或水平安裝，并且為圓柱心軸形狀。陽極鄰近陰極，并且為彎曲形狀以適合陰極的彎曲形狀，以使陽極與陰極之間有均勻間隙。陰極與陽極之間的間隙一般測(cè)量為大約0.2厘米到大約2厘米。在一個(gè)實(shí)施例中，陽極是不可溶的，并且由涂有鉑系金屬(即Pt，Pd，Ir，Ru)或其氧化物的鉛，鉛合金或鈦制成。陰極有一光滑表面，用于接收電積銅，并且在一個(gè)實(shí)施例中，該表面由不銹鋼，鍍鉻不銹鋼，鈦或鈦合金制成。
在一個(gè)實(shí)施例中，電積銅箔在一個(gè)水平安裝的旋轉(zhuǎn)圓柱陰極上形成，然后在陰極旋轉(zhuǎn)時(shí)以薄坯料剝離。這個(gè)銅箔薄坯料被切割以形成一股或多股銅線，然后使銅線股成形以具有希望截面形狀和尺寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔在一個(gè)垂直安裝的陰極上形成，以在陰極周圍形成薄圓柱銅層。這個(gè)圓柱銅層被截割以形成細(xì)股銅線，其從陰極上剝離，然后成形以提供希望截面形狀和尺寸。
電解溶液通過陽極與陰極之間間隙的流速一般為每秒大約0.2米到大約3米范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約0.5米到大約2.5米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約0.7米到大約2米。電解溶液一般具有每升大約10克到大約150克范圍內(nèi)的游離硫酸濃度，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每升大約40克到大約110克，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每升大約50克到大約90克。在電成形電解槽中電解溶液的溫度一般為大約40℃到大約80℃范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約45℃到大約75℃，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約50℃到大約70℃。銅離子濃度(CuSO4中所包含)一般為每升大約50克到大約130克范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每升大約65克到大約115克，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每升大約80克到大約100克。電流密度很關(guān)鍵，并且為每平方英尺大約500安培到大約2000安培范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每平方英尺大約500安培到大約1700安培，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每平方英尺大約600安培到大約1400安培。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)垂直安裝的以大約達(dá)每秒400米切向速度旋轉(zhuǎn)的陰極來電積銅，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約10米到大約175米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約50米到大約75米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約60米到大約70米。在一個(gè)實(shí)施例中，電解溶液以每秒大約0.1米到大約10米范圍內(nèi)的速度在垂直安裝的陰極與陽極之間向上流動(dòng)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約1米到大約4米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約2米到大約3米。
電解溶液中不希望有的雜質(zhì)(而不是氯離子)的含量一般小于每升大約10克，并且在一個(gè)實(shí)施例中為每升大約0.2克到0.5克范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每升大約0.4克到大約2克范圍內(nèi)。這些雜質(zhì)包括磷酸鹽，砷，鋅，錫，不希望有的有機(jī)雜質(zhì)，以及其它類似雜質(zhì)。
操作電解溶液的游離氯離子濃度很關(guān)鍵，并且優(yōu)選地為零，但是實(shí)際為大約達(dá)5ppm范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中大約達(dá)3ppm，以及在一個(gè)實(shí)施例中大約達(dá)1ppm。氯離子濃度可以小于大約0.5ppm，并且在一個(gè)實(shí)施例中小于大約0.2ppm，以及在一個(gè)實(shí)施例中小于大約0.1ppm，以及在一個(gè)實(shí)施例中小于大約0.05ppm。氯離子可以用HCl，NaCl或其它含有游離氯的物質(zhì)添加到電解溶液中，但是這種氯離子的濃度必須保持在上述大小。這里使用術(shù)語“操作電解溶液”意指在其進(jìn)入操作電成形電解槽之后的電解溶液。測(cè)量電解溶液中低濃度氯離子的方法包含使用濁度測(cè)定法及一種形成具有氯離子的不可溶沉積物的試劑。使用濁度測(cè)定法，試件中氯離子含量可以定量低到0.01ppm的大小。
關(guān)鍵是電解溶液中有機(jī)添加劑的濃度為大約達(dá)0.2ppm范圍內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施例中大約達(dá)0.1ppm。在一個(gè)實(shí)施例中，不添加有機(jī)添加劑，因此所述有機(jī)添加劑的濃度為零。當(dāng)使用有機(jī)添加劑時(shí)，這些添加劑可以是一種或多種膠。這里有用的膠是從膠原蛋白所衍生的溶水蛋白質(zhì)的多相混合物。動(dòng)物膠是一種優(yōu)選膠。有機(jī)添加劑可以從糖精，咖啡因，糖漿，瓜爾膠，阿拉伯膠，硫脲，聚烷撐二醇(例如聚乙二醇，聚丙二醇，聚異丙二醇等)，二硫蘇糖醇，氨基酸(例如脯氨酸，羚基脯氨酸，半胱氨酸等)，丙烯酰胺，硫丙基二硫化物，四乙基福美雙二硫化物，烯屬烴氧化物(例如乙烯氧化物，丙烯氧化物等)，锍鏈烷磺酸鹽，硫代氨甲酰二硫化物，或它們的衍生物，或兩種或多種的混合物所組成的組合中選擇。
在電成形電解槽中所生產(chǎn)的銅箔為低溫可退火銅箔。在一個(gè)實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)變成銅線之前，這些銅箔在足夠溫度下熱處理或退火有效時(shí)段，以引起應(yīng)力松弛，并且由此增加疲勞延度。熱處理溫度一般為大約120℃到大約400℃范圍內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施例中為大約140℃到大約300℃，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約160℃到大約250℃。熱處理的持續(xù)時(shí)間取決于進(jìn)行熱處理的具體方法。例如，熱處理可以按下列方式中一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行在空氣干燥爐中，在惰性氣體干燥爐中，在真空中，通過輻射和/或直接接觸。熱處理可以交替通過電阻加熱銅箔條，在層壓機(jī)中加熱，或在層壓之后后烘干來進(jìn)行。關(guān)鍵是熱處理的時(shí)間在特定溫度下要足夠長，以便晶體結(jié)構(gòu)，銅箔的缺陷和位移完成它們的變換。例如，在大批干燥爐中的大量銅箔需要相對(duì)長的熱處理時(shí)間，主要為了加熱干燥爐，軋輥上的內(nèi)層，以及層間所集留的空氣。連續(xù)熱處理過程相反地需要相對(duì)短的時(shí)間，因?yàn)橹皇前堰M(jìn)入干燥爐的銅箔升到特定溫度。一般地，熱處理時(shí)間在大約0.001小時(shí)到大約24小時(shí)之間，并且在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.01小時(shí)到大約6小時(shí)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.03小時(shí)到大約3小時(shí)。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用旋轉(zhuǎn)陰極，并且銅箔在其旋轉(zhuǎn)時(shí)從陰極剝離。使用一步或幾步切割工序來切割銅箔，以形成具有近似長方形截面的多股銅線或銅帶。在一個(gè)實(shí)施例中，使用兩步順序工序。在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔具有大約0.001英寸到大約0.050英寸，或大約0.004英寸到大約0.010英寸范圍內(nèi)的厚度。銅箔被切割成具有大約0.25英寸到大約1英寸，或大約0.3英寸到大約0.7英寸，或大約0.5英寸寬度的股線。這些股線然后切割成寬度是銅箔厚度的大約1倍到大約3倍，并且在一個(gè)實(shí)施例中寬度與厚度比率為大約1.5∶1到大約2∶1。在一個(gè)實(shí)施例中6盎司銅箔被切割成一股，截面為大約0.008×0.250英寸，然后切割成截面為大約0.008×0.012英寸。該股線然后被軋制或拉絲以使股線具有希望截面形狀和尺寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅電積在一個(gè)旋轉(zhuǎn)陰極上，其取銅箔的圓柱心軸形式，直到陰極上銅的厚度為大約0.005英寸到大約0.050英寸，或大約0.010英寸到大約0.030英寸，或大約0.020英寸。然后停止電積，并且蝕洗和干燥銅表面。使用一個(gè)截割機(jī)把銅切割成細(xì)銅股線，其然后從陰極上剝離。截割機(jī)在陰極旋轉(zhuǎn)時(shí)沿陰極的長度移動(dòng)。截割機(jī)優(yōu)選地在陰極表面大約0.001英寸之內(nèi)切割銅。所切割的銅股線寬度在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.005英寸到大約0.050英寸，或?yàn)榇蠹s0.010英寸到大約0.030英寸，或?yàn)榇蠹s0.020英寸。在一個(gè)實(shí)施例中，銅股線為正方形或充分正方形截面，其為大約0.005×0.005英寸到大約0.050×0.050英寸，或大約0.010×0.010英寸到大約0.030×0.030英寸，或大約0.020×0.020英寸。銅股線然后被軋制或拉絲以使其具有希望截面形狀和尺寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)或一系列四輥輪成形機(jī)來軋制銅線的股線，其中在各成形機(jī)中股線通過兩對(duì)相對(duì)的剛性安裝的成形軋輥而被拉伸。在一個(gè)實(shí)施例中，這些軋輥被開槽以形成具有圓邊的各種形狀(例如長方形，正方形等)?？梢允褂闷渲序?qū)動(dòng)軋輥的電動(dòng)四輥輪成形機(jī)。四輥輪成形機(jī)速度可以為每分鐘大約100英尺到大約5000英尺，并且在一個(gè)實(shí)施例中為每分鐘大約300英尺到大約1500英尺，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每分鐘大約600英尺。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅線股經(jīng)受順序軋道穿過三個(gè)四輥輪成形機(jī)，以把具有長方形截面的銅線轉(zhuǎn)變成具有正方形截面的銅線。首先，股線從0.005×0.010英寸的截面軋制成0.0052×0.0088英寸的截面。其次，股線從0.0052×0.0088英寸的截面軋制成0.0054×0.0070英寸的截面。第三，股線從0.0054×0.0070英寸的截面軋制成0.0056×0.0056英寸的截面。
在一個(gè)實(shí)施例中，股線經(jīng)受順序軋道穿過兩個(gè)四輥輪成形機(jī)。首先，股線從0.008×0.010英寸的截面軋制成0.0087×0.0093英寸的截面。其次，股線從0.0087×0.0093英寸的截面軋制成0.0090×0.0090英寸的截面。
銅線的股線可以使用已知的化學(xué)，機(jī)械或電拋光技術(shù)來清理。在一個(gè)實(shí)施例中，從銅箔切割下或從陰極截割和剝離的銅線的股線在送進(jìn)四輥輪成形機(jī)作附加成形之前，使用這些化學(xué)，電拋光或機(jī)械技術(shù)來清理?；瘜W(xué)清理可以使銅線經(jīng)過硝酸或熱硫酸(例如大約25℃到70℃)的蝕刻或酸洗來進(jìn)行。電拋光可以使用電流和硫酸來進(jìn)行。機(jī)械清理可以使用刷子或其它類似工具從銅線表面清除毛刺和類似粗糙部分來進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，銅線使用苛性納溶液來脫脂，蝕洗，漂洗，使用熱硫酸(例如大約35℃)來酸洗，使用硫酸來電拋光，漂洗和干燥。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅線的股線具有相對(duì)短的長度(例如大約500英尺到大約5000英尺，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約1000英尺到大約3000英尺，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約2000英尺)，并且銅線的這些股線使用已知技術(shù)(例如對(duì)頭焊接)與其它類似生產(chǎn)的股線相焊接，以形成具有相對(duì)長長度(例如長度超過大約100,000英尺，或超過大約200,000英尺，達(dá)到大約1,000,000英尺或更長)的銅線的股線。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅線的股線通過一個(gè)模拉絲，以使股線具以圓形截面。該模可以是使形狀(例如正方形，橢圓形，長方形等)成為圓形的孔型模，其中送進(jìn)銅線的股線沿平面軌線在拉絲卷筒中與模接觸，并且沿平面軌線從模中引出。在一個(gè)實(shí)施例中，所包括的模角為大約8°，12 °，16 °，24 °，或本領(lǐng)域已知的其它角度。在一個(gè)實(shí)施例中，在拉絲之前，清理并焊接銅線的這些股線(如上所述)。在一個(gè)實(shí)施例中，具有0.0056×0.0056英寸正方形截面的股線通過一個(gè)模在單軋道中被拉絲，以使銅線具有圓形截面和0.0056英寸的截面直徑(AWG35)。銅線然后可以進(jìn)一步通過附加模來拉絲以減小直徑。
一般地，銅線可以有常規(guī)可得到的任何截面形狀。這些包括圖3到圖20所說明的截面形狀。包括圓形截面(圖3)，正方形(圖5和圖7)，長方形(圖4)，扁平形(圖8)，帶肋扁平形(圖18)，跑道形(圖6)，多邊形(圖13到圖16)，十字形(圖9，圖11，圖12和圖19)，星形(圖10)，半圓形(圖17)，橢圓形(圖20)等等。這些形狀上的邊可以是尖的(例如圖4，圖5，圖13到圖16)或圓的(例如圖6到圖9，圖11和圖12)。這些線可以使用一臺(tái)或一系列四輥輪成形機(jī)來成形，以提供希望形狀和尺寸。它們可以具有大約0.0002英寸到大約0.02英尺范圍內(nèi)的截面直徑或主要尺寸，并且在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.001英寸到大約0.01英寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.001英寸到0.005英寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅線具有圓形截面和大約0.0002英寸到大約0.02英寸范圍內(nèi)的直徑，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.001英寸到大約0.01英寸，以及在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.001英寸到0.005英寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，銅線涂有一種或多種下列涂層(1)鉛或鉛合金(80 Pb-20Sn)ASTM B189(2)鎳ASTM B355(3)銀ASTM B298(4)錫ASTM B33施加這些涂層是為了(a)使布線用電線應(yīng)用保持可焊性，(b)在金屬與絕緣材料例如橡膠之間提供阻擋層，其將與金屬起化學(xué)反應(yīng)并固附于其上(因此使絕緣材料難以從電線上剝離以形成電連接)，或(c)防止金屬在高溫應(yīng)用期間的氧化。
錫鉛合金涂層和純錫涂層最為常用；鎳和銀用于特殊和高溫應(yīng)用。
銅線可以通過在溶化金屬槽中熱浸鍍，電鍍或包層來涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，使用連續(xù)工藝；這樣允許在銅線拉絲操作隨后“在線”涂層。
股絞線可以通過把幾條線絞合或編織在一起以提供一條柔性電纜來生產(chǎn)。對(duì)給定載流能力，不同程度的柔性可以通過改變單條線的數(shù)量，尺寸和布置來實(shí)現(xiàn)。實(shí)線，同心股線，繩股線和絞合股線提供增加柔性程度；在后三類中，大量較細(xì)線能提供較大柔性。
股絞線和電纜能在稱為“搓捻機(jī)”或“合股機(jī)”的機(jī)器上制成。常規(guī)搓捻機(jī)用來股絞小直徑銅線(34AWG到10AWG)。各條銅線從位于該設(shè)備旁的卷軸放線，并且供給圍繞接收盤旋轉(zhuǎn)的錠翼臂，以便絞合銅線。錠翼臂相對(duì)接收盤速度的旋轉(zhuǎn)速度控制線束中扭絞長度。例如，對(duì)細(xì)型便攜式柔性電纜，單線通常為30AWG到44AWG，并且各電纜中可以多達(dá)30,000條線。
可以使用具有達(dá)18個(gè)安裝在設(shè)備中的放線卷軸的管形搓捻機(jī)。線從各卷軸牽引，同時(shí)它保持在水平面中，沿管形桶穿過，并且由桶的旋轉(zhuǎn)與其它線絞合在一起。在接收盤端，股線穿過一個(gè)封模以形成最終的線束布置。所完成的股線纏繞在一個(gè)也是保留在機(jī)器中的卷軸上。
在一個(gè)實(shí)施例中，線涂有或覆蓋有一層絕緣層或包殼?？梢允褂萌N絕緣或包殼材料。這些材料是聚合物，瓷漆和油紙。
在一個(gè)實(shí)施例中，所使用的聚合物是聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯，乙丙烯橡膠(EPR)，硅橡膠，聚四氟乙烯(PTFE)，以及氟化乙丙烯(FEP)。在耐火性為第一重要性的地方，例如在用于載人宇宙飛船的布線束中，使用聚酰胺涂層?？梢允褂锰烊幌鹉z。在必須保持良好柔性的地方，例如在焊接或采礦電纜中，可以使用合成橡膠。
許多種類的PVC是有用的。這些包括幾種耐火的PVC。PVC具有良好的絕緣強(qiáng)度和柔性，并且特別有用，因?yàn)樗亲畈话嘿F的常規(guī)絕緣和包殼材料之一。它主要用于通信電線，控制電纜，建筑物電線和低壓電力電纜。通常對(duì)在大約達(dá)75℃低溫下要求連續(xù)操作的應(yīng)用選擇PVC絕緣。
因?yàn)槠涞偷暮头€(wěn)定的絕緣常數(shù)，聚乙烯在要求較好的電特性時(shí)有用。它耐磨和耐溶解。它主要用于布線用電線，通信電線和高壓電纜。由對(duì)聚乙烯添加有機(jī)過氧化物并且然后硫化該混合物所制成的交聯(lián)聚乙烯(XLPE)提供較好的耐熱性，較好的機(jī)械特性，較好的老化特性，以及避免環(huán)境應(yīng)力破壞。特殊化合能在交聯(lián)聚乙烯中提供耐火性。一般最大持續(xù)操作溫度為大約90℃。
PTFE和FEP用來絕緣噴氣式飛機(jī)電線。電子設(shè)備電線，以及特殊控制電纜，這里耐熱性，耐溶解性和高可靠性很重要。這些電纜可以在大約達(dá)250℃溫度下操作。
這些聚合物能使用擠壓施加到銅線上。擠壓機(jī)是把熱塑聚合物的顆?；蚍勰┺D(zhuǎn)變成連續(xù)蓋層的機(jī)器。絕緣化合物裝入一個(gè)將其送入一個(gè)長形加熱室的給料器中。一個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)絲桿把顆粒移到熱區(qū)域中，這里聚合物軟化并成為液體。在室的端部，溶化的化合物通過一個(gè)小模強(qiáng)制噴出到移動(dòng)的銅線上，其還經(jīng)過模開口。在絕緣銅線離開擠壓機(jī)時(shí)其被水冷卻并且收緊到卷軸上。用EPR和XLPE包殼的銅線優(yōu)選地在冷卻之前經(jīng)過一個(gè)硫化室以完成交聯(lián)過程。
膜涂層銅線通常為細(xì)磁鐵線，一般包括涂有一層薄的柔性瓷漆的銅線。這些絕緣銅線用于電動(dòng)裝置中的電磁線圈，并且必須能夠承受高擊穿電壓。根據(jù)瓷漆成分，溫度額定值在大約105℃到大約220℃范圍內(nèi)。有用的瓷漆是以聚乙烯醇縮醛，聚脂和環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)。
用來對(duì)銅線包漆的設(shè)備設(shè)計(jì)為同時(shí)對(duì)大量銅線進(jìn)行絕緣處理。在一個(gè)實(shí)施例中，銅線穿過一個(gè)敷漆機(jī)，其在銅線上沉積一層控制厚度的液體包漆。然后銅線經(jīng)過一系列干燥機(jī)來處理涂層，并且所完成的銅線收集在線軸上。為了構(gòu)成粗包漆涂層，可能需要使銅線穿過該系統(tǒng)若干次。粉末涂層法也是有用的。這些方法避免了處理常規(guī)包漆所特征有的溶劑析出，并且因此使制造廠較容易地滿足OSHA和EPA標(biāo)準(zhǔn)。靜電噴射器，流化床，以及其它類似裝設(shè)備可以用來敷涂這些粉末涂層。
現(xiàn)在參考所說明的實(shí)施例，并且首先參考圖1，公開一種制造銅線的工藝，其中銅電積在一個(gè)陰極上，以在陰極周圍形成一層薄圓柱形銅層；該圓柱形銅層然后截割形成一條細(xì)股銅線，其從陰極剝離，然后成形以使銅線具有希望截面形狀和尺寸(例如具有大約0.0002英寸到大約0.02英寸截面直徑的圓形截面)。這個(gè)工藝所使用的設(shè)備包括一個(gè)電成形電解槽10，其包括容器12，垂直安裝的圓柱形陽極14，以及垂直安裝的圓柱形陰極16。容器12包含電解溶液18。所包括的還有截割機(jī)20，四輥輪成形機(jī)22，模24和卷軸26。陰極16以剖視圖表示為浸入容器12中的電解溶液18中；它還表示為從容器12移到鄰近的截割機(jī)20。當(dāng)陰極16在容器12中時(shí)，陽極14和陰極16同軸安裝，陰極16安置在陽極14之內(nèi)。陽極14與陰極16之間的間隙在一個(gè)實(shí)施例中為大約0.2厘米到大約2厘米范圍內(nèi)。陰極16以每秒大約達(dá)400米的切向速度旋轉(zhuǎn)，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約10米到大約175米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約50米到大約75米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約60米到大約70米。電解溶液18以每秒大約0.1米到大約10米的速度在陰極16與陽極14之間向上流動(dòng)，并且在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約1米到大約4米，以及在一個(gè)實(shí)施例中為每秒大約2米到大約3米。
在陽極14與陰極16之間施加電壓以在陰極上引起銅電積。在一個(gè)實(shí)施例中，所使用的電流為直流，以及在一個(gè)實(shí)施例中其為具有直流偏流的交流。電解溶液18中銅離子在陰極16的周圍表面17獲得電子，從而金屬銅以圓柱形銅層28沉積在陰極16的表面17周圍。繼續(xù)在陰極16上電積銅，直到銅層28的厚度為希望厚度為止，例如大約0.005英寸到大約0.050英寸。然后停止電積。從容器12中移走陰極16。蝕洗和干燥銅層28。然后起動(dòng)截割機(jī)20以把銅層切割成細(xì)連續(xù)股線。截割機(jī)20在陰極16靠支持和驅(qū)動(dòng)部件34而繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)沿絲桿32移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)刀片35在陰極16的表面17的大約0.001英寸之內(nèi)切割銅層28。具有長方形截面的線股36從陰極16上剝離，通過四輥輪成形機(jī)22送進(jìn)，其中它被軋制以把股線的截面形狀轉(zhuǎn)變成正方形。銅線然后通過模24拉絲，其中截面形狀轉(zhuǎn)變成圓形截面。銅線然后纏繞在卷軸26上。
該過程耗盡銅離子和有機(jī)添加劑(當(dāng)使用這類有機(jī)添加劑時(shí))的電解溶液18。這些成分連續(xù)地補(bǔ)充。電解溶液18通過管道40從容器12排出，并且通過過濾器42，蒸煮器44和過濾器46再循環(huán)，然后通過管道48重新引入容器12。來自容器50的硫酸通過管道52送進(jìn)蒸煮器44。來自源54的銅沿通路56引入蒸煮器44。在一個(gè)實(shí)施例中，引入蒸煮器44的銅為銅粒，廢銅線，氧化銅或再循環(huán)銅的形式。在蒸煮器44中，銅由硫酸和空氣溶解以形成一種含有銅離子的溶液。
當(dāng)使用有機(jī)添加劑時(shí)，有機(jī)添加劑從容器58通過管道60加到管道40中的再循環(huán)溶液中，或從容器64通過管道62加到管道48中的再循環(huán)溶液中。這些有機(jī)添加劑的添加率在一個(gè)實(shí)施例中為大約達(dá)0.1mg/min/kA范圍內(nèi)，以及在一個(gè)實(shí)施例中大約達(dá)0.07mg/min/kA。在一個(gè)實(shí)施例中，不添加有機(jī)添加劑。
圖2公開的說明實(shí)施例與圖1公開的實(shí)施例同樣，除圖1中電成形電解槽10用圖2中電成形電解槽110來代替；容器12用容器112來代替；圓柱形陽極14用彎曲形陽極114來代替；垂直安裝的圓柱形陰極16用水平安裝的圓柱形陰極116來代替；以及截割機(jī)20，絲桿32及支持和驅(qū)動(dòng)部件34用輥?zhàn)?18和縱切機(jī)120來代替。
在電成形電解槽110中，在陽極114和陰極116之間施加電壓以在陰極上引起銅電積。在一個(gè)實(shí)施例中，所使用的電流為直流，以及在一個(gè)實(shí)施例中其為具有直流偏流的交流。電解溶液18中的銅離子在陰極116的周圍表面117上獲得電子，從而金屬銅在表面117上以銅箔層形式涂復(fù)。陰極116繞其軸旋轉(zhuǎn)，并且箔層以連續(xù)坯料122從陰極表面117拉下。電解溶液與上述圖1公開實(shí)施例相同方式循環(huán)和補(bǔ)充。
銅箔122從陰極116上剝離，并且越過輥?zhàn)?18進(jìn)入并穿過縱切機(jī)120，其中它被縱切成多條連續(xù)的銅線股124，它們具有長方形或基本長方形的截面。在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔122以連續(xù)過程送進(jìn)縱切機(jī)120。在一個(gè)實(shí)施例中，銅箔從陰極116剝離，按卷形存儲(chǔ)，以后穿過縱切機(jī)送進(jìn)。長方形股線124從縱切機(jī)120穿過四輥輪成形機(jī)22送進(jìn)，其中它們被軋制以提供具有正方形截面的股線126。股線126然后通過模24拉絲，其中它們拉絲形成具有圓形截面的銅線128。銅線128纏繞在卷軸26上。
以下例子提供用來說明本發(fā)明。除非另有指出，在以下例子及整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，所有部分和百分?jǐn)?shù)按重量計(jì)算，所有溫度為攝氏度，以及所有壓力為大氣壓。
例1下表中標(biāo)記的箔試件使用一種電解溶液而制備，該電解溶液具有每升105克的銅離子濃度，每升80克的游離硫酸濃度，小于0.1ppm的氯離子濃度，0.07mg/min/kA的動(dòng)物膠添加率，以及每平方英尺1100安培的電流密度。試件被熱處理或不作熱處理。撓曲循環(huán)數(shù)使用一個(gè)在橫向?qū)Σ郊?4克負(fù)載的2mm心軸來測(cè)量。箔試件具有l(wèi)oz/ft2的標(biāo)稱重量。疲勞延度用公式(I)計(jì)算。
圖2和圖3分別是按800倍放大倍數(shù)所拍攝的試件5和試件8的截面的顯微照相。這些顯微照相揭示主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。這些箔試件被切割，然后通過四輥輪成形機(jī)送進(jìn)，并且然后通過一個(gè)模來拉絲以形成具有圓形截面的銅線試件。
例2下表中標(biāo)記的箔試件使用一種電解溶液而制成，該電解溶液具有每升103克的銅離子濃度，每升60克的游離硫酸濃度，2.8ppm的氯離子濃度，以及為零的有機(jī)添加劑濃度，即不添加有機(jī)添加劑。撓曲循環(huán)數(shù)使用一個(gè)在橫向?qū)Σ郊?4克負(fù)載的2mm心軸來測(cè)量。箔試件具有l(wèi)oz/ft2的標(biāo)稱重量。試驗(yàn)按照IPC MF-150F在橫向進(jìn)行。
這些箔試件被切割，然后通過四輥輪成形機(jī)送進(jìn)，并且然后通過一個(gè)模來拉絲以形成具有圓形截面的線試件。
例3下表中標(biāo)記的箔試件具有l(wèi)oz/ft2的標(biāo)稱重量。退火試件在200℃到250℃下熱處理30分鐘。低溫可退火箔試件使用IPC MF 150F對(duì)等級(jí)8的銅箔所要求的循環(huán)在177℃下熱處理15分鐘。使用橫穿機(jī)器方向試驗(yàn)試件。撓曲循環(huán)數(shù)使用一個(gè)在橫向?qū)Σ郊?4克負(fù)載的2mm直徑心軸來測(cè)量。
這些箔試件被切割，然后通過四輥輪成形機(jī)送進(jìn)，并且然后通過一個(gè)模來拉絲以形成具有圓形截面的線試件。
例4如上例1中試件No.5所公開類型的電積銅箔具有84″英寸寬度，0.008″英寸厚度，以及600英尺長度，這種銅箔收集在卷軸上。使用一系列縱切機(jī)把箔從開始84″寬度軋制成多條0.25″寬帶。第一臺(tái)縱切機(jī)把寬度從84″英寸減小到24″，第二臺(tái)縱切機(jī)把寬度從24″減小到2″，以及第三臺(tái)縱切機(jī)把寬度從2″減小到0.25″英寸。0.25″的銅帶被縱切成0.012″寬帶。這些銅帶或縱切的銅線具有0.008×0.012″的截面。這種銅線是為金屬成形和成形操作所準(zhǔn)備。這包括脫脂，蝕洗，漂洗，酸洗，電拋光，漂洗，以及干燥。銅線的各單股焊接在一起并加以纏繞，以準(zhǔn)備放線作進(jìn)一步處理。股線被清理并除去毛刺。組合使用輥?zhàn)雍屠z模使它們成形為圓形截面。第一軋道使用一臺(tái)小型四輥輪成形機(jī)把0.012″尺寸邊減小到大約0.010″到0.011″。下一個(gè)軋道通過第二臺(tái)四輥輪成形機(jī)，其中這個(gè)尺寸進(jìn)一步壓縮到大約0.008″到0.010″，使整個(gè)截面為正方形。兩個(gè)軋道相對(duì)以上列舉的尺寸擠壓，使橫向尺寸(截面方向中與擠壓方向垂直的尺寸)增加，并且使線長增加。用各軋道使邊緣成為圓形。然后使線通過一個(gè)拉絲模，其中使之成為圓形并且被拉長具有0.00795″，AWG32的直徑。
雖然本發(fā)明已相對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例作了說明，但是不用說，在閱讀本說明書前提下，其種種變更對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。因此不用說，這里所公開的本發(fā)明打算包括這些變更，只要它們?cè)诟郊訖?quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種銅線，具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線具有主要為雙邊界自由的和充分孔隙度自由的晶粒結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線具有平均晶粒尺寸大約達(dá)8微米的晶粒結(jié)構(gòu)。
4.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線在23℃下具有大約60,000psi到大約95,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度，并且在23℃下具有大約8％到大約18％范圍內(nèi)的伸張度。
5.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線在180℃下具有大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度，并且在180℃下具有大約24％到大約45％范圍內(nèi)的伸張度。
6.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線具有圓形截面形狀。
7.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線具有正方形或長方形截面形狀。
8.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線具有十字形，星形，半圓形，多邊形，跑道形，橢圓形，扁平形或帶肋扁平形的截面形狀。
9.權(quán)利要求1的銅線，其中所述銅線具有如圖3至圖20中任何一個(gè)所示大致形式的截面形狀。
10.一種制造銅線的工藝，包括(A)在一個(gè)陽極與一個(gè)陰極之間流動(dòng)一種含水電解溶液，并且在陽極與陰極之間施加有效量的電壓，以在陰極上沉積銅箔，所述電解溶液的特征在于，氯離子濃度大約達(dá)5ppm，以及有機(jī)添加劑濃度大約達(dá)0.2ppm；(B)切割所述銅箔以形成至少一股線；以及(C)成形所述股線以使所述股線具有希望的截面形狀和尺寸。
11.權(quán)利要求10的工藝，在從工序(B)到工序(C)之前具有清理所述股線的工序。
12.權(quán)利要求10的工藝，其中所述陰極為水平安裝。
13.權(quán)利要求10的工藝，其中所述陰極為垂直安裝。
14.權(quán)利要求10的工藝，其中所述切割工序(B)包括截割所述銅箔以同時(shí)在陰極上形成所述股線，并且把所述股線從所述陰極移走。
15.權(quán)利要求14的工藝，其中在工序(B)之前，從所述電成形電解槽中移走所述陰極。
16.權(quán)利要求10的工序，其中所述電解溶液具有大約達(dá)1ppm的游離氯離子濃度。
17.權(quán)利要求10的工序，其中所述電解溶液具有為零的游離氯離子濃度。
18.權(quán)利要求10的工藝，其中所述電解溶液不含有機(jī)添加劑。
19.權(quán)利要求10的工藝，其中在沉積所述銅箔時(shí)所使用的電流密度為每平方英尺大約500安培到大約2000安培范圍內(nèi)。
20.權(quán)利要求10的工藝，在工序(B)之前具有退火所述銅箔的工序。
21.權(quán)利要求10的工藝，具有退火所述銅線的工序。
22.權(quán)利要求10的工藝，其中所述銅線具有圓形截面形狀。
23.權(quán)利要求10的工藝，其中所述銅線具有正方形或長方形截面形狀。
24.權(quán)利要求10的工藝，其中所述銅線具有十字形，星形，半圓形，多邊形，跑道形，橢圓形，扁平形或帶肋扁平形的截面形狀。
25.權(quán)利要求10的工藝，其中所述銅線具有如圖3至圖20中任何一個(gè)所示大致形式的截面形狀。
26.一種制造銅線的工藝，包括(A)切割所述銅箔以形成至少一股銅線，所述銅箔是一種可退火的電積銅箔，具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)，所述銅箔的特征在于，在177℃下退火15分鐘之后疲勞延度至少為大約25％。(B)成形所述股線以使所述股線具有希望截面形狀和尺寸。
27.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔被退火，所述銅箔的特征在于疲勞延度至少為大約65％。
28.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在23℃下具有大約60,000psi到大約95,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度。
29.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在23℃下具有大約8％到大約18％范圍內(nèi)的伸張度。
30.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在180℃下具有大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度。
31.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在180℃下具有大約23％到大約37％范圍內(nèi)的伸張度。
32.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在177℃下退火15分鐘之后，在23℃下具有大約42,000psi到大約70,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度。
33.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在177℃下退火15分鐘之后，在23℃下具有大約15％到大約31％范圍內(nèi)的伸張度。
34.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在177℃下退火15分鐘之后，在180℃下具有大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度。
35.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在177℃下退火15分鐘之后，在180℃下具有大約24％到大約38％范圍內(nèi)的伸張度。
36.權(quán)利要求27的工藝,其中所述銅箔在23℃下具有大約36,000psi到大約48,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度。
37.權(quán)利要求27的工藝，其中所述銅箔在23℃下具有大約23％到大約36％范圍內(nèi)的伸張度。
38.權(quán)利要求27的工藝，其中所述銅箔在180℃下具有大約22,000psi到大約32,000psi范圍內(nèi)的極限抗拉強(qiáng)度。
39.權(quán)利要求27的工藝，其中所述銅箔在180℃下具有大約25％到大約40％范圍內(nèi)的伸張度。
40.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔的平均晶粒尺寸大約達(dá)3微米。
41.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅箔在177℃下退火15分鐘之后的平均晶粒尺寸大約達(dá)5微米。
42.權(quán)利要求27的工藝，其中所述銅箔的平均晶粒尺寸大約達(dá)8微米。
43.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅線具有圓形截面形狀。
44.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅線具有正方形或長方形截面形狀。
45.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅線具有十字形，星形，半圓形，多邊形，跑道形，橢圓形，扁平形或帶肋扁平形的截面形狀。
46.權(quán)利要求26的工藝，其中所述銅線具有如圖3至圖20中任何一個(gè)所示大致形式的截面形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及銅線，其具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種制造銅線的工藝，包括切割銅箔以形成至少一股銅線，所述銅箔是一種可退火的電積銅箔，具有主要為柱狀晶粒自由的充分均勻的無定向晶粒結(jié)構(gòu)，所述銅箔其特征在于，在177℃下退火15分鐘之后疲勞延度至少為大約25％；以及成型所述股線以使所述股線具有希望截面形狀和尺寸。本發(fā)明還涉及一種制造銅線的工藝，包括在一個(gè)陽極與一個(gè)陰極之間流動(dòng)一種含水電解溶液，并且在陽極與陰極之間施加有效量的電壓以在陰極上沉積銅箔，所述電解溶液其特征在于，氯離子濃度大約達(dá)5ppm，以及有機(jī)添加劑濃度大約達(dá)0.2ppm；切割所述銅箔以形狀至少一股線；以及成型所述股線以使所述股線具有希望截面形狀和尺寸。
文檔編號(hào)H05K1/00GK1157011SQ96190646
公開日1997年8月13日 申請(qǐng)日期1996年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月16日
發(fā)明者西得尼·J·克勞塞, 魯?shù)婪颉ね媛? 伯恩德·施奈德, 烏爾克·博勒, R·阿伯森·杜安, 羅伯特·J·費(fèi)多, 沙倫·K·揚(yáng), 羅杰·N·賴特 申請(qǐng)人:電解銅產(chǎn)品有限公司