引线框架铜合金材料的研究现状及发展趋势

随着电子通讯等相关信息产业的快速发展对集成电路的需求越来越大同时对其要求也越来越高现代电子信息技术的核心是集成电路芯片和引线框架经封装形成集成电路作为集成电路封装的主要结构材料引线框架在电路中发挥着重要作用例如承载芯片连接芯片和外部线路板电信号安装固定等作用其主要功能有连接外部电路和传递电信号向外界散热发挥导热作用支撑和固定芯片的作用其外壳整体支撑框架结构通过IC组装而成保护内部元器件可见引线框架在集成电路器件和各组装程序中作用巨大如何有效改善引线框架材料导热导电强度硬度高软化温度耐热性抗氧化性耐蚀性焊接性塑封性反复弯曲性和加工成型性能等已成为集成电路发展过程中较为突出问题

引线框架铜合金材料的研究现状及发展趋势

电子信息产品不断向小型化薄型化轻量化高速化多功能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使引线框架向着引线节距微细化多脚化的方向发展这就要求引线框架材料的各种性能更加优异和全面主要凸显在以下几方面引线框架的微型化要求其应具有更高的强度和硬度集成电路的高集成度高密度化使其散发的单位体积热量更多这就要求引线框架材料有优越的导热性鉴于电容和电感效应会造成不良影响良好的导电性是引线框架材料必须具备的性能除此之外还需具备良好的冷热加工性能弯曲微细加工和刻蚀性能好钎焊性能好使用中不发生热剥离电镀性能好树脂的密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应大于MPa硬度HV应大于电导率IACS应大于

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握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快且合金种类最全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全球引线框架市场左右国外应用在集成电路和半导体器件中的引线框架材料总体上分为两大类即铁镍合金和高铜合金其早期使用的引线框架材料是铁镍合金该类材料具有较高的强度和抗软化温度等特性但其导电性和热传导性较差而高铜合金相比于铁镍合金在导电导热性方面具有显着优势使其在引线框架材料领域取得飞速发展从上世纪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了大量科学而系统的研究同时研制开发出各种性能优异的引线框架铜合金材料优异性能的铜合金材料迅速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世纪年代美国奥林黄铜公司OlinBrass研制开发的铜合金C拉开了高强高导铜合金材料的研究工作的大幕至此传统的FeNiCo合金和FeNi合金等铁系材料逐渐被取代从上世纪八十年代开始为满足现代工业和科技的迅速发展需求世界各国相继对高强高导铜合金材料进行研发工作目前已有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致分为三个阶段第一阶段为世纪年代的发展初期其中以CuFe系列的KFC和CuP系列的C最具代表性该段时期铜合金的导电率一般大于IACS其强度约MPa添加少量的PFeSn元素第二阶段为世纪年代至年代的发展阶段在这阶段生产导电率为IACS抗拉强度高达MPa以添加Fe元素为主NiSiCr及P等其他元素为辅的CuFeP系列的C材料第三阶段是年至今集成电路向超大规模发展集成度的增加和线距的减小要求引线框架材料的导电率在IACS左右抗拉强度达MPa以上如CuNiSi系列的KLF以及C等

随着集成电路向着超大规模发展强度为MPaMPa导电率为IACS的引线框架铜合金材料已不能满足超大规模集成电路的需求了超大规模集成电路需要强度为MPaMPa导电率为IACS的铜合金材料对此需求必然带来铜合金强化理论和铜合金生产技术的巨大变革如CuNiSi系列和CuCrZr系列等此类时效强化型的高性能铜合金

国内引线框架

铜合金材料的研究现状

上世纪年代国内开始进行高强高导铜合金引线框架材料的研发及生产但缺乏自主创新意识仅以引进和仿制为主并未系统深入地对该类材料进行研究导致无论在技术质量上都无法与国外企业相比差距显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达到超大集成电路的要求更无法满足国内市场的需求此类材料基本依赖进口

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年国内开始工业化生产引线框架铜合金带材直至今日国内依旧无法大量生产市场要求的高强高导引线框架铜合金带材据有关数据显示年国内该类材料需求量为t而国产量仅为t剩余皆靠进口而年需求量达到t其中依赖进口目前国内只有铜银系和铜铁磷系引线框架合金具有完全自主生产技术和大量供货的能力国际上日本和德国是世界上最大的引线框架铜合金材料出口国其中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

国内具有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的CuFeP系合金C为主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成为重要的生产基地铜铁系合金引线框架带材产量达到万吨年虽然引线框架材料CuFeP系C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要求引线框架材料具有更高更优良的性能其要求铜合金材料强度为MPaMPa导电率为IACS而要实现上述性能要求此类高性能铜合金多为时效强化型合金其中国外研究报道CuCrZr系合金是最理想的铜合金材料而目前国内尚无厂家能够产业化生产引线框架材料CuCrZr系合金对于CuCrZr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已经针对C合金的小型铸锭进行了部分试验研究但从合金成分设计及热处理在强度抗应力回复等综合性能方面与国外企业相比仍有巨大差距

未来展望

目前国内铜基高性能引线框架材料研制技术处于较高水平探索铜合金新的成分体系及制备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率大于IACS抗拉强度高于MPa弯曲加工性优异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有高强高导外还需具有优良的耐蚀耐氧化等特性随着国内微电子产业的迅猛发展国内市场极具开发潜力采用新的工艺技术与新的材料体系研制出具有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有巨大的社会经济效益

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