一文讀懂電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法
發(fā)布時間：2024年12月9日 |
文章來源：銅信寶 |
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導(dǎo)讀：引線框架材料是半導(dǎo)體分立器件和集成電路封裝的主要材料之一。國際上沿用的 引線框架材料有銅合金和鎳鐵合金兩類材料，銅合金引線框架材料因其優(yōu)良的高傳導(dǎo)性、 又兼其適應(yīng)的加工性、電度釬焊性、耐應(yīng)力腐蝕開裂性、必要的強度與樹脂封裝的密著性等 特點，倍受青睞。目前國內(nèi)生產(chǎn)的電子引線框架用銅合金異型銅帶，成品率低，成本高，而且 帶材的長度也不能滿足用戶連續(xù)高速沖制的要求。
電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法具有一定的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用。引線框架其實就是集成電路的芯片載體。引線框架的作用在于“和外部導(dǎo)線進行連接”。而引線框架的原材料類型有很多，包括了“KFC、C194、C7025、FeNi42、TAMAC-15、PMC-90”等。引線框架材料是半導(dǎo)體分立器件和集成電路封裝材料之一。電子引線框架用銅合金異型銅帶具有“高傳導(dǎo)性、適應(yīng)的加工性、電度釬焊性、耐應(yīng)力腐蝕開裂性、必要的強度與樹脂封裝的密著性”等優(yōu)勢，因此非常的受歡迎。但是國內(nèi)的電子引線框架用銅合金異型銅帶的成本率不高，而且成本高，因此需要一種新的方法，那么電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法就這樣被發(fā)明了。
1、良好的導(dǎo)電性能：引線框架在塑封體中起到芯片和外面的連接作用，因此要求它要有良好的導(dǎo)電性。另外，在電路設(shè)計時，有時地線通過芯片的隔離墻連到引線框架的基座，這就更要求它有良好的導(dǎo)電性。如圖2所示。有的集成電路的工作頻率較高，為減少電容和電感等寄生效應(yīng)，對引線框架的導(dǎo)電性能要求就更高，導(dǎo)電性越高，引線框架產(chǎn)生的阻抗就越小。一般而言，銅材的導(dǎo)電性比鐵鎳材料的導(dǎo)電性要好。如：Fe58%-Ni42%的鐵鎳合金，其電導(dǎo)率為3.0%IACS;摻0.1%Zr的銅材料，其電導(dǎo)率為90%IACS;摻2.3%Fe、0.03%P、0.1%Zn的銅材料，其電導(dǎo)率為65%IACS，因此從上面可以看出，銅材的電導(dǎo)率較好，并且根據(jù)摻雜不同，其電導(dǎo)率有較大的差別
2、良好的導(dǎo)熱性：集成電路在使用時，總要產(chǎn)生熱量，尤其是功耗較大的電路，產(chǎn)生的熱量就更大，因此在工作時要求主要結(jié)構(gòu)材料引線框架能有很好的導(dǎo)熱性，否則在工作狀態(tài)會由于熱量不能及時散去而”燒壞”芯片。導(dǎo)熱性一般可由兩方面解決，一是增加引線框架基材的厚度，二是選用較大導(dǎo)熱系數(shù)的金屬材料做引線框架。Fe58%-Ni42%的鐵鎳合金導(dǎo)熱系數(shù)為15.89W/cm~℃;摻0.1%Zr的銅材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為359.8W/cm~℃;摻0.1%Fe、0.058%P的銅材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為435.14W/cm℃。可見銅材料的導(dǎo)熱系數(shù)最好，而且根據(jù)摻雜的不同，其導(dǎo)熱系數(shù)不一樣。
3、良好的熱匹配(即熱膨脹)：材料受熱產(chǎn)生膨脹，在封裝體中，引線框架和塑封體的塑封樹脂相接觸，也和芯片間接接觸，因此要求它們有一個良好的熱匹配。Fe58%-Ni42%的鐵鎳合金，其線膨脹系數(shù)為43×10-7/℃，一般的銅材料引線框架，其線膨脹系數(shù)為(160~180)×10-7/℃，由此可見，鐵鎳材料的膨脹系數(shù)較小，銅材料的膨脹系數(shù)較大。銅質(zhì)引線框架的膨脹系數(shù)和塑封樹脂的膨脹系數(shù)(200×10’7/~C左右)相近，但是和硅芯片的膨脹系數(shù)相差較大，硅的膨脹系數(shù)為26×l0-7/℃。不過，現(xiàn)在采用的樹脂導(dǎo)電膠作為粘片材料，它們的柔韌性強，足以吸收芯片和銅材之間所出現(xiàn)的應(yīng)力形變。如果是共晶裝片，那么就不宜采用線膨脹系數(shù)大的鋼材做引線框架了。
4、良好的強度：引線框架無論是在封裝過程中，還是在隨后的測試及客戶在插到印刷線路板的使用過程中，都要求其有良好的抗拉強度。Fe58%-Ni42%的鐵鎳合金的抗拉強度為0.64GPa，而銅材料合金的抗拉強度一般為0.5GPa以下，因此銅材料的抗拉強度要稍差一些，同樣它可以通過摻雜來改善抗拉強度。作為引線框架，一般要求抗拉強度至少應(yīng)達到441MPa，延伸率大于5%。
5、耐熱性和耐氧化性：耐熱性用軟化溫度進行衡量。軟化溫度是將材料加熱5分鐘后，其硬度變化到最初始硬度的80%的加熱溫度。通常軟化溫度在400℃以上便可以使用。材料的耐氧化性對產(chǎn)品的可靠性有很大的影響，要求由于加熱而生成的氧化膜盡可能少。
6、具有一定的耐腐蝕性：引線框架不應(yīng)發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋，在一般潮濕氣候下不應(yīng)腐蝕而產(chǎn)生斷腿現(xiàn)象。
引線框架用銅合金異型銅帶的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝
扁錠在正壓微氧化氣氛下加熱，將加熱好的扁錠在熱軋機上軋制幾個道次，在線冷卻后進行矯平，上下表面銑削并卷成帶卷。經(jīng)銑削后的帶坯在冷軋機上反復(fù)冷軋，并伴隨著退火作用以消除冷作硬化效應(yīng)。為改善制品表面，用礦物油作潤滑冷卻介質(zhì)；各種硬狀態(tài)的帶材均需經(jīng)過脫脂處理，方能供用戶使用，脫脂處理主要是“脫脂—刷洗—烘干”作業(yè)，使帶材表面不殘留軋制油跡；厚度小于０．６ｍｍ的薄帶采用連續(xù)拉彎進行矯平，使縱向彎曲和橫向彎曲均能得到消除，經(jīng)成品剪切后的帶卷包裝入庫。如果產(chǎn)品是異型帶，還要經(jīng)過“成型—電鍍”的工序后才能包裝入庫。
引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)現(xiàn)狀
引線框架用銅帶目前國內(nèi)尚不能批量生產(chǎn)，即使小量試制的產(chǎn)品也都存在著這樣或那樣的問題，與用戶要求，與國外同行相比，差距很大。主要表現(xiàn)在
1、在國內(nèi)90%以上的銅帶廠采用小錠生產(chǎn)，幾何損失大，成品率低，而且?guī)Р牡拈L度也不能滿足用戶連續(xù)高速沖制的要求。國外一般采用長尺帶卷，加工成品率高，而且容易實現(xiàn)高速穩(wěn)定軋制，產(chǎn)品質(zhì)量好，效率高，頭尾精度下降的比率很小。
2、國內(nèi)絕大多數(shù)工廠均采用小鑄錠熱軋到4.6mm以后，不進行帶坯銑面。而國外無論大小廠均采用熱軋后帶坯銑面的工藝，其優(yōu)點是不僅能消除鑄錠較深的皮下缺陷，而且還能消除熱軋帶來的表面缺陷，還省去了鑄錠銑面和熱軋后部分產(chǎn)品的酸洗工序。
3、內(nèi)現(xiàn)有的軋制、剪切設(shè)備的精度極差，沒有先進的控制手段，寬度和厚度偏差與國外差別較大。
4、少數(shù)工廠雖然軋機的精度很好，但由于設(shè)備不配套，缺少如連續(xù)拉彎矯平、脫脂及精密剪切、包裝等設(shè)備，所以仍不能生產(chǎn)出高質(zhì)量的合格產(chǎn)品。
電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法有哪些優(yōu)勢？
提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，帶寬長度及規(guī)格變換隨意。
電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法：
其流程如下銅合金坯料→熔煉→鑄錠→加熱→水封擠壓→成型→孔型軋制→光亮退火→剪切。
電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法注意事項：
1、所述的銅合金坯料，按重量百分比計選用：Fe：0.05～0.15％；P：0.015～0.04％；Cu：余量；
5、所述的孔型軋制后進行光亮退火，這個過程反復(fù)四次；
6、所述的孔型軋制選用“T”型結(jié)構(gòu)的軋輥，軋制出“T”型結(jié)構(gòu)的銅合金異型銅帶；
7、所述的孔型軋制選用“U”型結(jié)構(gòu)的軋輥，軋制出“U”型結(jié)構(gòu)的銅合金異型銅帶。
電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產(chǎn)方法具體案例
取按重量百分比計含有：Fe：0.05％；P：0.015％；Cu：余量的銅合金坯料，將其按照傳統(tǒng)熔煉及鑄錠工藝處理后，在溫度為850℃的條件下加熱，達到擠壓溫度，使之軟化，為防止其氧化將軟化后的原料直接擠入水中進行水封，將成型后的銅合金材料輸送到“T”型結(jié)構(gòu)的軋輥2中，進行孔型軋制，軋制出“T”型結(jié)構(gòu)的銅合金異型銅帶雛形件1，將得到的銅合金異型銅帶雛形件1在溫度為450℃條件下光亮退火，再重復(fù)孔型軋制及光亮退火工序三次，得到銅合金異型銅帶，按照要求進行剪切處理，得到所需規(guī)格的電子引線框架用銅合金異型銅帶，繼而包裝入庫。
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