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引线框架铜合金材料的研究现状及发展趋势

发布日期:2021-09-22 00:00浏览次数:
本文摘要:随着集成电路向着超大规模发展,强度为450MPa~500MPa、导电率为80%IACS的引线框架铜合金材料已无法符合超大规模集成电路的市场需求了。超大规模集成电路必须强度为550MPa~600MPa、导电率为75%~80%IACS的铜合金材料,回应市场需求,必定带给铜合金增强理论和铜合金生产技术的极大变革。

材料

引线框架用铜合金大体分成铜一铁系、铜一镍-硅系、铜一铬系由、铜一镍一锡系(JK--2合金)等,三元、四元等多元系由铜合金需要获得比传统二元合金优于的性能,更加较低的成本,铜一铁系合金的牌号最多,具备较好的机械强度,外用形变肿胀特性和较低脆性性,是一类很好的引线框架材料。由于引线框架制作及PCB应用于的必须,除高强度、低导热性能外,对材料还拒绝有较好的钎焊性能、工艺性能、转印性能、水解膜粘接性能等。材料向高强、低导电、低成本方向发展,在铜中加人少量的多种元素,在不明显降低导电亲率的原则下,提升合金强度(使引线框架容易再次发生变形)和综合性能,抗拉强度600Mpa以上,导电亲率小于80%IACS的材料是研发热点。并拒绝铜带材向低表面,准确板型,性能均匀分布,带材厚度大大增厚,从0.25mm向o.15mm、0.lmm逐步减薄,0.07一0.精~的超薄简化和异型化按照合金增强类型可分成固溶型、两县型、析中型,从材料设计原理看,引线框架材料完全都是两县增强型合金,使用多种增强方法展开设计,主要有应力增强、固溶增强(合金化增强)、晶粒细化增强、溶解增强,特人适度的稀土元素可使材料的导电亲率提升1.5一3%IACS,有效地细化晶粒,可提升材料的强度,提高韧性,而对导电性的影响较小。

从加工硬化与固溶硬化结合和固溶一时效硬化以及填充增强等方面展开研究,改良材料性能。随着电子通讯等涉及信息产业的较慢发展,对集成电路的市场需求更加大,同时对其拒绝也更加低。现代电子信息技术的核心是集成电路,芯片和引线框架经PCB构成集成电路。

作为集成电路PCB的主要结构材料,引线框架在电路中充分发挥着最重要起到,例如支撑芯片、相连芯片和外部线路板电信号、加装相同等起到。其主要功能有:相连外部电路和传送电信号;向外界风扇,充分发挥导电起到;承托和相同芯片的起到,其外壳整体承托框架结构通过IC装配而出,维护内部元器件。可见,引线框架在集成电路器件和各装配程序中起到极大,如何有效地提高引线框架材料导电、导电、强度、硬度、低软化温度、耐热性、抗氧化性、耐蚀性、焊性、塑封性、重复倾斜性和加工成型性能等已沦为集成电路发展过程中更为引人注目问题。电子信息产品大大向小型化、薄型化、轻量化、高速化、多功能简化和智能化发展,及集成电路向大规模和超大规模方向发展,促成引线框架向着引线节距微细化、多脚化的方向发展。

这就拒绝引线框架材料的各种性能更为出色和全面。主要突显在以下几方面:引线框架的微型化拒绝其不应具备更高的强度和硬度;集成电路的高集成度、高密度简化使其弥漫的单位体积热量更加多,这就拒绝引线框架材料有良好的导热性;鉴于电容和电感效应不会导致不良影响,较好的导电性是引线框架材料必需不具备的性能。除此之外,还须要不具备较好的冷加工性能,倾斜、识加工和光刻性能好、钎焊性能好、用于中不再次发生热挤压、电镀性能好、树脂的契着性好等一系列加工特性。

理想上优良的引线框架材料强度不应小于600MPa、硬度HV不应小于130、电导率(IACS)不应小于80%。国外引线框架,铜合金材料的现状世界上日本、美国、德国、法国和英国等国是掌控铜基合金引线框架材料生产技术的主要生产国,其中日本发展最慢且合金种类屈指可数。全球市场上,引线框架及其材料主要由亚洲的日本、韩国和欧洲的一些跨国公司供货,其中新光、住友、三井、丰山等大型企业已占到全球引线框架市场80%左右。

国外应用于在集成电路和半导体器件中的引线框架材料总体上分成两大类,即铁镍合金和低铜合金。其早期用于的引线框架材料是铁镍合金,该类材料具备较高的强度和外用软化温度等特性,但其导电性和热传导性较好。而低铜合金比起于铁镍合金在导电、导热性方面具备贞着优势,使其在引线框架材料领域获得飞速发展。从上世纪60年代开始,日本、美国、德国等工业发达国家对高强高导铜合金材料做到了大量科学而系统的研究,同时研制开发出有各种性能出色的引线框架铜合金材料,出色性能的铜合金材料很快应用于集成电路。

集成电路中的引线框架材料的高强高导性能是研究的重点。20世纪70年代,美国奥林黄铜公司(Olin Brass)研制开发的铜合金C19400冲破了高强高导铜合金材料的研究工作的大幕,自此,传统的Fe-Ni-Co合金和FeNi合金等铁系材料渐渐被代替。

从上世纪八十年代开始,为符合现代工业和科技的很快发展市场需求,世界各国陆续对高强高导铜合金材料展开研发工作。目前有数100多种高强高导铜合金材料被研制开发出来。高强高导铜合金材料的发展史大体分成三个阶段:第一阶段为20世纪70年代的发展初期,其中以Cu-Fe系列的KFC和Cu-P系列的C12200最不具代表性,该段时期铜合金的导电亲率一般小于80%IACS、其强度大约400MPa,加到少量的P、Fe、Sn元素;第二阶段为20世纪80年代至90年代的发展阶段,在这阶段,生产导电率为60%~80%IACS、抗拉强度高达450~600MPa以加到Fe元素居多,Ni、Si、Cr及P等其他元素辅的Cu-Fe-P系列的C19400材料;第三阶段是2000年至今,集成电路向超大规模发展,集成度的减少和线距的增大,拒绝引线框架材料的导电亲率在50%IACS左右、抗拉强度约600MPa以上,如Cu-Ni-Si系列的KLF以及C7025等。

随着集成电路向着超大规模发展,强度为450MPa~500MPa、导电率为80%IACS的引线框架铜合金材料已无法符合超大规模集成电路的市场需求了。超大规模集成电路必须强度为550MPa~600MPa、导电率为75%~80%IACS的铜合金材料,回应市场需求,必定带给铜合金增强理论和铜合金生产技术的极大变革。如Cu-Ni-Si系列和Cu-Cr-Zr系列等此类时效增强型的高性能铜合金。

国内引线框架,铜合金材料的研究现状上世纪80年代,国内开始展开高强高导铜合金引线框架材料的研发及生产,但缺少自主创新意识,仅有以引入和仿造居多,未系统了解地对该类材料展开研究,造成无论在技术、质量上都无法与国外企业比起,差距贞着。目前,国内研发生产的高强高导铜合金材料质量根本无法超过超大集成电路的拒绝,更加无法符合国内市场的市场需求,此类材料基本倚赖进口。高强高导铜合金作为集成电路中的引线框架材料市场需求大。1987年,国内开始工业化生产引线框架铜合金带材;以后今日,国内依旧无法大量生产市场拒绝的高强低制导线框架铜合金带材。

据有关数据表明,2000年国内该类材料需求量为5000~6000 t,而国产量仅有为500t,剩下均靠进口;而2013年需求量超过60000t,其中60%倚赖进口。目前,国内只有铜银系和铜铁磷系引线框架合金具备几乎自律生产技术和大量供货的能力。国际上,日本和德国是世界上仅次于的引线框架铜合金材料出口国;其中正处于世界领先的有日本神户制钢所生产的KLF及KFC系列和古河电气的EFTEC系列铜合金材料。国内具备工业化生产集成电路中引线框架铜合金材料的企业主要有上海金泰铜业公司、宁波兴业集团、中铝洛阳铜业以及中铝华中铜业等,但其主要是以中低端应用于的Cu-Fe-P系合金(C19400)居多。

近年来,国内引线框架带材产业化水平大幅提高,其中中铝洛阳铜业和宁波兴业集团已沦为最重要的生产基地,铜铁系合金引线框架带材产量超过3.5万吨/年,虽然引线框架材料Cu-Fe-P系(C19400)合金带材已产业化生产,但该产品主要应用于中低端的接插件及部分低端集成电路中。现代科技和信息产业的飞速发展,集成电路向着大规模及超大规模方向发展,拒绝引线框架材料具备更高更加优良的性能,其拒绝铜合金材料强度为550MPa~600MPa、导电率为75%~80%IACS;而要构建上述性能拒绝,此类高性能铜合金多为时效增强型合金,其中国外研究报导Cu-Cr-Zr系合金是最理想的铜合金材料;而目前,国内尚不厂家需要产业化生产引线框架材料Cu-Cr-Zr系合金。

对于Cu-Cr-Zr系合金,国内近年来苏州有色院、华东电炉厂、江西科学院物理所等单位早已针对C18150合金的小型铸锭展开了部分试验研究,但从合金成分设计及热处理在强度、外用形变恢复等综合性能方面与国外企业比起仍有极大差距。未来未来发展目前,国内铜基高性能引线框架材料研制技术正处于较高水平。

探寻铜合金新的成分体系及制取工艺将是高强高导铜基引线框架材料的研制方向。至今,导电亲率小于75%IACS、抗拉强度低于650MPa、90倾斜加工性出色的铜合金材料仍在研究中。市场需求的高性能、低成本的引线框架材料除具备高强高导外,还须要具备优良的耐蚀、耐水解等特性。随着国内微电子产业的迅猛发展,国内市场极具研发潜力,使用新的工艺技术与新的材料体系,研制出具备国内独立自主知识产权的高性能的铜合金引线框架材料是迫在眉睫的,具备极大的社会经济效益。


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