電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產方法,涉及集成電路、電氣回路、半導體集成塊等
發(fā)布時間:2020-09-29點擊:2101
導讀:引線框架材料是半導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)良的高傳導性、 又兼其適應的加工性、電度釬焊性、耐應力腐蝕開裂性、必要的強度與樹脂封裝的密著性等 特點,倍受青睞。目前國內生產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具有一定的優(yōu)勢,因此被廣泛應用。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“高傳導性、適應的加工性、電度釬焊性、耐應力腐蝕開裂性、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方法就這樣被發(fā)明了。
一、引線框架的性能
1、良好的導電性能: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電性。另外,在電路設計時,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,對引線框架的導電性能要求就更高,導電性越高,引線框架產生的阻抗就越小。一般而言,銅材的導電性比鐵鎳材料的導電性要好。如:Fe58%-Ni42%的鐵鎳合金,其電導率為3.0%IACS;摻0.1%Zr的銅材料,其電導率為90%IACS;摻2.3%Fe、0.03%P、0.1%Zn的銅材料,其電導率為65%IACS,因此從上面可以看出,銅材的電導率較好,并且根據(jù)摻雜不同,其電導率有較大的差別
2、良好的導熱性:集成電路在使用時,總要產生熱量,尤其是功耗較大的電路,產生的熱量就更大,因此在工作時要求主要結構材料引線框架能有很好的導熱性,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,二是選用較大導熱系數(shù)的金屬材料做引線框架。Fe58%-Ni42%的鐵鎳合金導熱系數(shù)為15.89W/cm~℃;摻0.1%Zr的銅材料,其導熱系數(shù)為359.8W/cm~℃;摻0.1%Fe、0.058%P的銅材料,其導熱系數(shù)為435.14W/cm℃??梢娿~材料的導熱系數(shù)***好,而且根據(jù)摻雜的不同,其導熱系數(shù)不一樣。
3、良好的熱匹配(即熱膨脹):材料受熱產生膨脹,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***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:引線框架不應發(fā)生應力腐蝕裂紋,在一般潮濕氣候下不應腐蝕而產生斷腿現(xiàn)象。
二、引線框架用銅合金異型銅帶的傳統(tǒng)生產工藝
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。經銑削后的帶坯在冷軋機上反復冷軋,并伴隨著退火作用以消除冷作硬化效應。為改善制品表面,用礦物油作潤滑冷卻介質;各種硬狀態(tài)的帶材均需經過脫脂處理,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,經成品剪切后的帶卷包裝入庫。如果產品是異型帶,還要經過“成型—電鍍”的工序后才能包裝入庫。
三、引線框架用銅合金異型銅帶的生產現(xiàn)狀
引線框架用銅帶目前國內尚不能批量生產,即使小量試制的產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90%以上的銅帶廠采用小錠生產,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,產品質量好,效率高,頭尾精度下降的比率很小。
2、國內絕大多數(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品的酸洗工序。
3、內現(xiàn)有的軋制、剪切設備的精度極差,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、包裝等設備,所以仍不能生產出高質量的合格產品。
四、電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產方法有哪些優(yōu)勢
提高了生產效率,降低了生產成本,帶寬長度及規(guī)格變換隨意。
五、電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產方法
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。
六、電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產方法注意事項
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;
2、所述的加熱即達到坯料的擠出溫度;
3、所述的擠壓溫度為:850~900℃;
4、所述的光亮退火溫度為:450~550℃;
5、所述的孔型軋制后進行光亮退火,這個過程反復四次;
6、所述的孔型軋制選用“T”型結構的軋輥,軋制出“T”型結構的銅合金異型銅帶;
7、所述的孔型軋制選用“U”型結構的軋輥,軋制出“U”型結構的銅合金異型銅帶。
七、電子引線框架用銅合金異型銅帶的生產方法具體案例
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”型結構的軋輥2中,進行孔型軋制,軋制出“T”型結構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。
來源:銅信寶
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