简介概要

引线框架用C194铜合金的软化温度研究

来源期刊：稀有金属2006年增刊第2期

论文作者：马吉苗程磊谢水生程镇康黄国杰

关键词：引线框架; 铜合金; C194合金;

摘要：C194铜合金是最具代表性的引线框架材料之一.由于在引线框架材料的后续封装过程中材料需承受短时高温使用条件,所以对其软化温度提出了很高的要求.实验研究表明,C194合金采用分级时效工艺可以获得比单级时效更细小均匀的微观组织及更高的软化温度.相对于长时间的单级时效使得第二相粒子逐渐聚集并长大,分级时效工艺可以使得第二相粒子绕开先析出一部分未来得及长大的析出物而使析出粒子更加弥散、细小,使得软化温度提高约60 ℃.

稀有金属 2006,(S1),158-161 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2006.s1.040

引线框架用C194铜合金的软化温度研究

程镇康谢水生马吉苗程磊

北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,宁波兴业电子铜带有限公司,北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,宁波兴业电子铜带有限公司,北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室北京100088,浙江宁波315301,北京100088,浙江宁波315301,北京100088

摘要：

C194铜合金是最具代表性的引线框架材料之一。由于在引线框架材料的后续封装过程中材料需承受短时高温使用条件, 所以对其软化温度提出了很高的要求。实验研究表明, C194合金采用分级时效工艺可以获得比单级时效更细小均匀的微观组织及更高的软化温度。相对于长时间的单级时效使得第二相粒子逐渐聚集并长大, 分级时效工艺可以使得第二相粒子绕开先析出一部分未来得及长大的析出物而使析出粒子更加弥散、细小, 使得软化温度提高约60℃。

关键词：

引线框架;铜合金;C194合金;

中图分类号： TG115

收稿日期：2006-08-10

基金：国家863计划 (2004AA3Z1460);

Study on Softening Temperature of C194 Copper Alloy Applied to Lead Frame

Abstract：

C194 copper alloy is one of the representative materials of lead frame.The lead frame materials must have high softening temperature because they need to bear short-time high temperature conditions in the process of capsulation.The results it show that split aging technique can get thiner and uniformer microstructure and higher softening temperature than the single-stage aging technique.The long-time single-stage aging technique makes the grains of the second-phase gather and grow up. And in the first age of the split aging technique the parts of the precipitated grains do not grow up in the short time.In the second age, the grains of the second-phase precipitate and steer the parts of the precipitated grains.So the grains can be thin and uniform, and softening temperature can be improves about 60 ℃.

Keyword：

lead frame;copper alloy;C194 alloy;

Received： 2006-08-10

集成电路的基础材料包括芯片、引线框架和封装材料, 其中引线框架起到固定芯片、提供机械载体、保护内部元件、传递电信号并向外散发元件热量的作用, 是集成电路的骨架。铜合金以其优异的综合性能而成为重要的引线框架材料, 目前, 铜合金引线框架材料已经占到总量的80%左右。国内外开发的引线框架用铜合金已有百余种, 按材料的性能基本可分为高导电型、中导电中强度型、低导电中强度型和高强度型; 按合金的成分分类, 主要有铜-铁-磷系、铜-铬-锆系、铜-镍-硅系和铜-银系等。其中Cu-Fe-P系的C194 (Cu-2.3Fe-0.12Zn-0.03P) 合金是具代表性的引线框架材料之一, 其导电率≥50%IACS, 强度约400 MPa, 属中强中导型引线框架材料 ^[1,2,3,4,5] 。

由于后续封装过程引线框架材料需承受短时高温使用条件, 要求引线框架材料在高温环境下不发生软化和变形, 以免影响与芯片的结合效果, 因此要求引线框架材料应具有短时耐高温软化特性。并且随着集成电路向大规模的发展, 不仅对引线框架材料的强度和导电性提出了更高的要求, 对其软化温度也提出了更高的要求 ^[6,7] 。

本文研究了时效工艺对软化温度的影响情况, 并给出了工艺变化前后的软化曲线, 力图为摸清其机制及应用于生产提供一些有益的参考, 从而进一步提高我国引线框架铜带生产的技术水平, 缩小与国际先进水平的差距, 促进引线框架材料的国产化。

1 实验样品及仪器

实验样品是采用半连续铸造的铸坯, 经过热轧及冷轧到2.5 mm后的C194铜合金带材, 是在沿产品轧制方向上, 在每个温度点选取3个试样, 共计60个试样进行强度及导电率的测试。时效退火处理采用SX-4-10型箱式电阻炉, 拉伸实验采用WE-30型液压式万能材料试验机, 导电率的测试采用FQR7501型涡流导电仪。试样利用线切割机切片, 得到厚0.8 mm边长1 cm的正方形的均匀薄片, 分别在320^#, 600^#, 800^#, 1000^#和1200^#的水磨砂纸上进一步磨到60 μm左右厚, 将此薄片冲成直径为3 mm的圆片后进行双喷减薄, 电解液为10% HNO₃+甲醇, 电压为15~25 V, 在-30 ℃左右的液氮气氛中, 减薄完之后取出用酒精清洗干净, 利用JEM-2000FX型透射电镜做详细的显微组织分析。

2 时效工艺的优化

引线框架材料的耐热性用抗软化温度来衡量。软化温度是指将材料加热1h后, 其硬度变化到最初硬度的80%时的加热温度。通常, 软化温度在400 ℃以上即可使用 ^[1] 。

原有产品的时效工艺是采用的在480 ℃下的单级时效工艺, 如图1 (a) 所示, 测定其软化温度曲线如图2 (a) 所示, 可见在原有时效工艺下, 样品在400 ℃左右就基本软化了, 虽然能达到框架材料的基本要求, 但随着框架材料的发展, 这样的软化温度肯定是不能满足要求的。

改进了时效工艺后, 采用了分级时效的方法, 如下图1 (b) 所示, 图2 (b) 是采用分级时效试验方法后, 用同样的方法测得的软化温度曲线, 可见样品的软化温度提高到了460 ℃左右, 提高了约60 ℃。

3 微观组织分析

时效前的大的冷变形引起许多的缺陷, 单级时效如果时间过长, 则会引起析出颗粒的聚集长大, 如果时间过短, 则会析出不完全, 分级的时效, 第一次形成许多的稳定晶核, 更均匀细小, 更稳定 ^[8] 。图3是改进前后的C194合金的微观组织, 从图中可以看出, 改进工艺前, 合金经单级时效后, 析出的第二相粒子在较长的时效时间下聚集在一起, 形成了较大的聚集区域, 使得微观组织较粗大, 且析出的第二相粒子分布不均匀; 而改进工艺后, 合金经分级时效后, 微观组织则更均匀, 细小。

图4是改进前后在透射电镜下析出物的形貌, 可看到改进前的析出物分布相对均匀, 大小一般在100~200 nm左右, 改进后的析出物更加细小, 分布更加均匀, 大小一般在十几到几十纳米之间。

改进工艺前后微观组织及析出物形貌之所以有区别主要是因为, 在480 ℃时候的恒温时效较长时间时, 析出的第二相粒子逐渐聚集并长大, 而分级时效工艺中, 在530 ℃时候短时间时效析出了一部分未来得及长大的析出物, 在450 ℃二级时效的