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引线框架铜合金新材料研制现状及发展

时间:2016-09-29 浏览量: 字号:
 

  作者:王碧文(中国有色金属加工工业协会)

  摘要:科学技术现代化对铜及铜合金材料提出越来越多的新要求,比如高强度、高导电、高导热、高耐蚀、节能、环保、特种功能等,所有这些新要求,将推动铜及铜合金材料的现代化进程。本文主要介绍了引线框架铜合金的代表性合金 种类和生产厂家,并详细介绍了新型引线框架合金送福的性能和攻关方向。


  正文:

  人类社会已进入信息时代,这个时代 的核心是集成 电 路,又 称 为 IC 产业。集成电路由芯片、引线框架、塑封三部份组成,其中引线框架的作用是导电、散热、联接外部电路,因此要求制作引线框架材料具有高强度、高导电、良好的冲压和蚀刻性能。目前全世界百分之八十的引线框架使用铜合金高精带材制作,据不完全统计,引线框架合金约 77 种,按 合 金 系 划 分 主 要 有 铜 - 铁 - 磷、铜 -镍 - 硅、铜 - 铬 - 锆三大系列,按着性能可分为高导电、高强度、中强中导等系列(表 1) ,按着合金强化原理又可分为固溶强化、析出强化、两种强化共有的柝衷型等,引线框架用高精铜带已成为所有带材的代表,引领着带材发展方向,目前国内外现代生产方法是大锭热轧 - 高精冷轧法。


  铜铁磷系合金是引线框架材的主体引线框架铜合金的研究、 开发是铜合金发展历史上研究最深入、最成功、最有代表性,也是世界各国铜合金研究的热点。日本及发达国家对引线框架合金研究、开发远早于中国,它们已形成 CuFe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr 三 大 系列,主要生产厂和合金牌号见表 2。其中应用量最大合金是 Cu-Fe-P 系,主要牌号 是 美 国 研 发 的 C19200 和 C19400,目前中国该两牌号引线框架合金已产业化生产。



  铜镍硅系合金——未来引线框架和接插件铜合金材料的新星

  美国奥林公司研究开发的 Cu-NiSi 系合金 C7025 合金因综合性能优良而备受关注,有关专家预计它将占有部份C19400 的市场份额。

  1.C7025 合金成分和物理性能

  良好的导热性是高密度、小间距引线框架材料所必须具备的基本条件,在集成电路工作

时,芯片内产生的热量必须有效传递出去,才能保证器件的功能正常。引线框架是热量散失的主要通道,所以要求合金必须具有高的导热性能,同时,为防止装配和制过程中引线的损坏,合金必须具有一定强度。C7025 合金具有高强、高导热性能,非常适合用作引线框架合金,尤其适用于高密度集成电路的封装。C7025 合金通常用于 PQFP 封装的集成电路。与其他引线框架材料相比,C7025 合金的机械性能及电气和导热性能如图 1 和2。当用 C7025 合金替代许多黄铜或青铜时,由于 C7025 合金的高强度及高的导电、导热性能,就可以减薄部件厚度。可以实现高性能低成本的使用特性。



  C7025 的公称成分为 3% Ni、0.65%Si、0.15 % Mg、Cu 余 量。表 3 列 出 了 合金 的 化 学 成 分。C7025 的 化 学 成 分 是 根据美国专利 #4594221 和 #4728372 得出 的。ASTM 在 B422-90 标 准 中 包 括 了C7025 合金牌号。


  在 C7025 的时效热处理中,固溶在固溶体中的合金元素从铜基中析出。镍和硅的原子以一定的比例组合成细小颗粒。由此形成的微观组织仅需少量的冷加工就能提高强度。这样,与其他绝大多数需经大的冷加工的铜合金调质后的性能相比,C7025 保持了更多的自然韧性。同样,低的冷加工具有良好的抗应力松弛能力。镁的加入也可提高抗应力松弛能力。对比标准的电连接器材料 (C260、C425、C510、C521、C654 和 C725) ,C7025 具有 优 良 的 抗 应力 松 弛 能 力。C7025 合金的抗应力松弛能力比所 有 不 含 铍 的铜合金都好,同时 其 的 稳 定 性也 优 于 C172 和C170。


  2.C7025 和 铍青铜对比C7025 的发展 

  对于 BeCu 用户来说具有特殊的意义。类似轧制硬化的铍青铜(BeCu) , 时效热处理是 C7025合 金 加 工 的 最后 一 步。C7025合 金 的 性 能 与C17410 十 分 相近。这两种合金实际上具有相等的强度和抗应力松弛能力。但 C7025 却不需要 BeCu 那么高的成本和操作技术。C7025 合金具有出众的破坏弯曲加工性能。


  两种合金最大的不同是它们的化学成分,C7025 不包含铍,这样可以避免与铍相关的高成本,工艺上不需要特殊的环境保护措施。当加工的经济性变得更为重要时,C7025 可以提供更为适合的解决方法。


  3.C7025 合金——半导体封装引线框架理想的选择

  在半导体引线框架用新型合金开发方 面,合 金 C151、C194 和 C195 都 是 由奥林公司研发的,得到了全世界的认可,用 于 P-DIP’ S, PLCC’ S 和 SOIC’ S引线框架。最近的发展方向是 :多引线、小 间 距、表 面 实 装,诸 如 :PQFP’ S、TQFP’ S、屏 蔽 的 PQFP’ S 和 TSOP’ S集成电路,目前已经形成对高强度和硬度的引线框架材料的需求。C7025 合金已变成小间距引线框架的理想选材。

引线框架合金材料的攻关方向


  铜铁磷系合金是引线框架材料的主体 , 约占引线框架材料的 80%, 该系合金依靠 Fe3P 化合物散强化 , 析出化合物质点愈散 , 愈均匀 , 质点愈细小 , 合金性能越良好 ;铜镍硅系引线框架材料是一种良好的高强中导材料 , 该合金采用热轧 -高精冷轧法生产存在一定难度 , 如采用水平连铸卷坯 - 高精冷轧法 , 产品成材率会大幅度提高 ; 铜锆铬系引线框架是优秀的高强高导合金 , 随着大吨位真空感应电炉价格下调 , 这种材料的产业化生产已不困难。另外,引线框架带材正向超薄、大卷重方向发展 , 厚度 0.08 毫米带材己有需求。


  建立中国引线框架材料体系 , 以适应中国 IT 业发展 , 是摆在我们面前的重要课题。


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