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引線框架銅合金新材料研制現狀及發展

時間:2016-09-29 瀏覽量: 字號:
 

  作者:王碧文(中國有色金屬加工工業協會)

  摘要:科學技術現代化對銅及銅合金材料提出越來越多的新要求,比如高強度、高導電、高導熱、高耐蝕、節能、環保、特種功能等,所有這些新要求,將推動銅及銅合金材料的現代化進程。本文主要介紹了引線框架銅合金的代表性合金 種類和生產廠家,并詳細介紹了新型引線框架合金送福的性能和攻關方向。


  正文:

  人類社會已進入信息時代,這個時代 的核心是集成 電 路,又 稱 為 IC 產業。集成電路由芯片、引線框架、塑封三部份組成,其中引線框架的作用是導電、散熱、聯接外部電路,因此要求制作引線框架材料具有高強度、高導電、良好的沖壓和蝕刻性能。目前全世界百分之八十的引線框架使用銅合金高精帶材制作,據不完全統計,引線框架合金約 77 種,按 合 金 系 劃 分 主 要 有 銅 - 鐵 - 磷、銅 -鎳 - 硅、銅 - 鉻 - 鋯三大系列,按著性能可分為高導電、高強度、中強中導等系列(表 1) ,按著合金強化原理又可分為固溶強化、析出強化、兩種強化共有的柝衷型等,引線框架用高精銅帶已成為所有帶材的代表,引領著帶材發展方向,目前國內外現代生產方法是大錠熱軋 - 高精冷軋法。


  銅鐵磷系合金是引線框架材的主體引線框架銅合金的研究、 開發是銅合金發展歷史上研究最深入、最成功、最有代表性,也是世界各國銅合金研究的熱點。日本及發達國家對引線框架合金研究、開發遠早于中國,它們已形成 CuFe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr 三 大 系列,主要生產廠和合金牌號見表 2。其中應用量最大合金是 Cu-Fe-P 系,主要牌號 是 美 國 研 發 的 C19200 和 C19400,目前中國該兩牌號引線框架合金已產業化生產。



  銅鎳硅系合金——未來引線框架和接插件銅合金材料的新星

  美國奧林公司研究開發的 Cu-NiSi 系合金 C7025 合金因綜合性能優良而備受關注,有關專家預計它將占有部份C19400 的市場份額。

  1.C7025 合金成分和物理性能

  良好的導熱性是高密度、小間距引線框架材料所必須具備的基本條件,在集成電路工作

時,芯片內產生的熱量必須有效傳遞出去,才能保證器件的功能正常。引線框架是熱量散失的主要通道,所以要求合金必須具有高的導熱性能,同時,為防止裝配和制過程中引線的損壞,合金必須具有一定強度。C7025 合金具有高強、高導熱性能,非常適合用作引線框架合金,尤其適用于高密度集成電路的封裝。C7025 合金通常用于 PQFP 封裝的集成電路。與其他引線框架材料相比,C7025 合金的機械性能及電氣和導熱性能如圖 1 和2。當用 C7025 合金替代許多黃銅或青銅時,由于 C7025 合金的高強度及高的導電、導熱性能,就可以減薄部件厚度。可以實現高性能低成本的使用特性。



  C7025 的公稱成分為 3% Ni、0.65%Si、0.15 % Mg、Cu 余 量。表 3 列 出 了 合金 的 化 學 成 分。C7025 的 化 學 成 分 是 根據美國專利 #4594221 和 #4728372 得出 的。ASTM 在 B422-90 標 準 中 包 括 了C7025 合金牌號。


  在 C7025 的時效熱處理中,固溶在固溶體中的合金元素從銅基中析出。鎳和硅的原子以一定的比例組合成細小顆粒。由此形成的微觀組織僅需少量的冷加工就能提高強度。這樣,與其他絕大多數需經大的冷加工的銅合金調質后的性能相比,C7025 保持了更多的自然韌性。同樣,低的冷加工具有良好的抗應力松弛能力。鎂的加入也可提高抗應力松弛能力。對比標準的電連接器材料 (C260、C425、C510、C521、C654 和 C725) ,C7025 具有 優 良 的 抗 應力 松 弛 能 力。C7025 合金的抗應力松弛能力比所 有 不 含 鈹 的銅合金都好,同時 其 的 穩 定 性也 優 于 C172 和C170。


  2.C7025 和 鈹青銅對比C7025 的發展 

  對于 BeCu 用戶來說具有特殊的意義。類似軋制硬化的鈹青銅(BeCu) , 時效熱處理是 C7025合 金 加 工 的 最后 一 步。C7025合 金 的 性 能 與C17410 十 分 相近。這兩種合金實際上具有相等的強度和抗應力松弛能力。但 C7025 卻不需要 BeCu 那么高的成本和操作技術。C7025 合金具有出眾的破壞彎曲加工性能。


  兩種合金最大的不同是它們的化學成分,C7025 不包含鈹,這樣可以避免與鈹相關的高成本,工藝上不需要特殊的環境保護措施。當加工的經濟性變得更為重要時,C7025 可以提供更為適合的解決方法。


  3.C7025 合金——半導體封裝引線框架理想的選擇

  在半導體引線框架用新型合金開發方 面,合 金 C151、C194 和 C195 都 是 由奧林公司研發的,得到了全世界的認可,用 于 P-DIP’ S, PLCC’ S 和 SOIC’ S引線框架。最近的發展方向是 :多引線、小 間 距、表 面 實 裝,諸 如 :PQFP’ S、TQFP’ S、屏 蔽 的 PQFP’ S 和 TSOP’ S集成電路,目前已經形成對高強度和硬度的引線框架材料的需求。C7025 合金已變成小間距引線框架的理想選材。

引線框架合金材料的攻關方向


  銅鐵磷系合金是引線框架材料的主體 , 約占引線框架材料的 80%, 該系合金依靠 Fe3P 化合物散強化 , 析出化合物質點愈散 , 愈均勻 , 質點愈細小 , 合金性能越良好 ;銅鎳硅系引線框架材料是一種良好的高強中導材料 , 該合金采用熱軋 -高精冷軋法生產存在一定難度 , 如采用水平連鑄卷坯 - 高精冷軋法 , 產品成材率會大幅度提高 ; 銅鋯鉻系引線框架是優秀的高強高導合金 , 隨著大噸位真空感應電爐價格下調 , 這種材料的產業化生產已不困難。另外,引線框架帶材正向超薄、大卷重方向發展 , 厚度 0.08 毫米帶材己有需求。


  建立中國引線框架材料體系 , 以適應中國 IT 業發展 , 是擺在我們面前的重要課題。


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