引线框架铜合金新材料研制现状及发展

1、应用与市场 | Application & Market引线框架铜合金新材料研制现状及发展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。本刊将分期介绍引线框架合金、环保合金、铜铬锆合金、多元复杂耐磨黄铜的研究现状及发展。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材料的性能和攻关方向。文|王碧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、

2、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

3、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Cu-Fe-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。2012年 第8期Application & Market | 应用与市场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-Ni-Si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

4、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。可表3 C7025合金化学成分以实现高性能低成本

5、的使用特性。C7025的公称成分为3Ni、0.65Si、0.15Mg、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、C4

6、25、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。2C7025和铍青铜对比C7025的发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。3C7025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

7、，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-DIPS, PLCCS 和 SOICS引线框架。最近的发展方向是：多引线、小间距、表面实装，诸如：PQFPS、TQFPS、屏蔽的PQFPS和TSOPS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。世(作者单位:中国有色金属加工工业协会)图1 引线框架合金机械性能对比展对于BeCu