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一文读懂电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法

发布时间:2023年9月4日 | 文章来源:中国铜产业网 | 浏览次数:400 | 访问原文

导读:引线框架材料是半导体分立器件和集成电路封装的主要材料之一。国际上沿用的 引线框架材料有铜合金和镍铁合金两类材料,铜合金引线框架材料因其优良的高传导性、 又兼其适应的加工性、电度钎焊性、耐应力腐蚀开裂性、必要的强度与树脂封装的密着性等 特点,倍受青睐。目前国内生产的电子引线框架用铜合金异型铜带,成品率低,成本高,而且 带材的长度也不能满足用户连续高速冲制的要求。

电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法具有一定的优势,因此被广泛应用。引线框架其实就是集成电路的芯片载体。引线框架的作用在于“和外部导线进行连接”。而引线框架的原材料类型有很多,包括了“KFC、C194、C7025、FeNi42、TAMAC-15、PMC-90”等。引线框架材料是半导体分立器件和集成电路封装材料之一。电子引线框架用铜合金异型铜带具有“高传导性、适应的加工性、电度钎焊性、耐应力腐蚀开裂性、必要的强度与树脂封装的密着性”等优势,因此非常的受欢迎。但是国内的电子引线框架用铜合金异型铜带的成本率不高,而且成本高,因此需要一种新的方法,那么电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法就这样被发明了。

引线框架的性能怎么样?
1、良好的导电性能:引线框架在塑封体中起到芯片和外面的连接作用,因此要求它要有良好的导电性。另外,在电路设计时,有时地线通过芯片的隔离墙连到引线框架的基座,这就更要求它有良好的导电性。如图2所示。有的集成电路的工作频率较高,为减少电容和电感等寄生效应,对引线框架的导电性能要求就更高,导电性越高,引线框架产生的阻抗就越小。一般而言,铜材的导电性比铁镍材料的导电性要好。如:Fe58%-Ni42%的铁镍合金,其电导率为3.0%IACS;掺0.1%Zr的铜材料,其电导率为90%IACS;掺2.3%Fe、0.03%P、0.1%Zn的铜材料,其电导率为65%IACS,因此从上面可以看出,铜材的电导率较好,并且根据掺杂不同,其电导率有较大的差别
2、良好的导热性:集成电路在使用时,总要产生热量,尤其是功耗较大的电路,产生的热量就更大,因此在工作时要求主要结构材料引线框架能有很好的导热性,否则在工作状态会由于热量不能及时散去而”烧坏”芯片。导热性一般可由两方面解决,一是增加引线框架基材的厚度,二是选用较大导热系数的金属材料做引线框架。Fe58%-Ni42%的铁镍合金导热系数为15.89W/cm~℃;掺0.1%Zr的铜材料,其导热系数为359.8W/cm~℃;掺0.1%Fe、0.058%P的铜材料,其导热系数为435.14W/cm℃。可见铜材料的导热系数最好,而且根据掺杂的不同,其导热系数不一样。
3、良好的热匹配(即热膨胀):材料受热产生膨胀,在封装体中,引线框架和塑封体的塑封树脂相接触,也和芯片间接接触,因此要求它们有一个良好的热匹配。Fe58%-Ni42%的铁镍合金,其线膨胀系数为43×10-7/℃,一般的铜材料引线框架,其线膨胀系数为(160~180)×10-7/℃,由此可见,铁镍材料的膨胀系数较小,铜材料的膨胀系数较大。铜质引线框架的膨胀系数和塑封树脂的膨胀系数(200×10’7/~C左右)相近,但是和硅芯片的膨胀系数相差较大,硅的膨胀系数为26×l0-7/℃。不过,现在采用的树脂导电胶作为粘片材料,它们的柔韧性强,足以吸收芯片和铜材之间所出现的应力形变。如果是共晶装片,那么就不宜采用线膨胀系数大的钢材做引线框架了。
4、良好的强度:引线框架无论是在封装过程中,还是在随后的测试及客户在插到印刷线路板的使用过程中,都要求其有良好的抗拉强度。Fe58%-Ni42%的铁镍合金的抗拉强度为0.64GPa,而铜材料合金的抗拉强度一般为0.5GPa以下,因此铜材料的抗拉强度要稍差一些,同样它可以通过掺杂来改善抗拉强度。作为引线框架,一般要求抗拉强度至少应达到441MPa,延伸率大于5%。
5、耐热性和耐氧化性:耐热性用软化温度进行衡量。软化温度是将材料加热5分钟后,其硬度变化到最初始硬度的80%的加热温度。通常软化温度在400℃以上便可以使用。材料的耐氧化性对产品的可靠性有很大的影响,要求由于加热而生成的氧化膜尽可能少。
6、具有一定的耐腐蚀性:引线框架不应发生应力腐蚀裂纹,在一般潮湿气候下不应腐蚀而产生断腿现象。
引线框架用铜带的传统生产工艺
扁锭在正压微氧化气氛下加热,将加热好的扁锭在热轧机上轧制几个道次,在线冷却后进行矫平,上下表面铣削并卷成带卷。经铣削后的带坯在冷轧机上反复冷轧,并伴随着退火作用以消除冷作硬化效应。为改善制品表面,用矿物油作润滑冷却介质;各种硬状态的带材均需经过脱脂处理,方能供用户使用,脱脂处理主要是“脱脂—刷洗—烘干”作业,使带材表面不残留轧制油迹;厚度小于0.6mm的薄带采用连续拉弯进行矫平,使纵向弯曲和横向弯曲均能得到消除,经成品剪切后的带卷包装入库。如果产品是异型带,还要经过“成型—电镀”的工序后才能包装入库。
引线框架用铜合金异型铜带的生产现状
引线框架用铜带目前国内尚不能批量生产,即使小量试制的产品也都存在着这样或那样的问题,与用户要求,与国外同行相比,差距很大。主要表现在
1、在国内90%以上的铜带厂采用小锭生产,几何损失大,成品率低,而且带材的长度也不能满足用户连续高速冲制的要求。国外一般采用长尺带卷,加工成品率高,而且容易实现高速稳定轧制,产品质量好,效率高,头尾精度下降的比率很小。
2、国内绝大多数工厂均采用小铸锭热轧到4.6mm以后,不进行带坯铣面。而国外无论大小厂均采用热轧后带坯铣面的工艺,其优点是不仅能消除铸锭较深的皮下缺陷,而且还能消除热轧带来的表面缺陷,还省去了铸锭铣面和热轧后部分产品的酸洗工序。
3、内现有的轧制、剪切设备的精度极差,没有先进的控制手段,宽度和厚度偏差与国外差别较大。
4、少数工厂虽然轧机的精度很好,但由于设备不配套,缺少如连续拉弯矫平、脱脂及精密剪切、包装等设备,所以仍不能生产出高质量的合格产品。
电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法有哪些优势
提高了生产效率,降低了生产成本,带宽长度及规格变换随意。
电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法
其流程如下铜合金坯料→熔炼→铸锭→加热→水封挤压→成型→孔型轧制→光亮退火→剪切。
电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法注意事项
1、所述的铜合金坯料,按重量百分比计选用:Fe:0.05~0.15%;P:0.015~0.04%;Cu:余量;
2、所述的加热即达到坯料的挤出温度;
3、所述的挤压温度为:850~900℃;
4、所述的光亮退火温度为:450~550℃;
5、所述的孔型轧制后进行光亮退火,这个过程反复四次;
6、所述的孔型轧制选用“T”型结构的轧辊,轧制出“T”型结构的铜合金异型铜带;
7、所述的孔型轧制选用“U”型结构的轧辊,轧制出“U”型结构的铜合金异型铜带。
电子引线框架用铜合金异型铜带的生产方法具体案例
取按重量百分比计含有:Fe:0.05%;P:0.015%;Cu:余量的铜合金坯料,将其按照传统熔炼及铸锭工艺处理后,在温度为850℃的条件下加热,达到挤压温度,使之软化,为防止其氧化将软化后的原料直接挤入水中进行水封,将成型后的铜合金材料输送到“T”型结构的轧辊2中,进行孔型轧制,轧制出“T”型结构的铜合金异型铜带雏形件1,将得到的铜合金异型铜带雏形件1在温度为450℃条件下光亮退火,再重复孔型轧制及光亮退火工序三次,得到铜合金异型铜带,按照要求进行剪切处理,得到所需规格的电子引线框架用铜合金异型铜带,继而包装入库。