天美·(中国)平台首页（洛阳铜加工集团有限责任公司）摘要本文综述了集成电路引线框架铜合金材料的性能特征，分析了高性能引线框架铜合金带材的市场需求、制备技术及研究进展，分析了高性能引线框架铜合金带材的市场需求。关键词高强高导引线框架铜合金ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＨｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈＨｉｇｈ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＣｏｐｐｅｒＡｌｌｏｙｓＺｈｏｎｇＷｅｉｊｉａＬｏｕＨｕａｆｅｎＨｕａｎｇＣｈｕｎｍｅｉ（ＬｕｏｙａｎｇＣｏｐｐｅｒＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｃｏｐｐｅｒａｌ—ｌｏｙｓｆｏｒＩＣｌｅａｄｆｒａｍｅｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅｍａｒｋｅｔｄｅｍａｎｄｏｆｔｈｅｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｅａｄｆｒａｍｅｃｏｐｐｅｒａｌｌｏｙｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈｉｇｈ．ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈ—ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，１ｅａｄｆｒａｍｅ，ＣＯＰＰｅｒａｌｌｏｙｓ微电子信息技术的高速发展，是现代文明的一个显著特征。目前微电子技术正向多功能化、高性能化、小型化及高可靠性方向发展。半导体集成电路作为微电子技术的核心，其封装用的引线框架是重要的关键组件。随着大规模和超大规模集成电路的推广应用，要求相应的框架材料具有更优越的性能。铜合金材料以其优良的导电导热性能、适宜的强度及工艺性能成为当代集成电路及电子分立器件等电子信息行业关键的原材料。集成电路对引线框架材料的性能要求集成电路的核心是以半导体晶体材料为基片（芯片）构成微型化电路，并进行封装；同时把电路中大量的接头从密封体内引出来。这些引线要求有一定的强度，构成该集成电路的支承骨架，称为引线框架。它在集成电路中具有三项基本功能：支撑半导体芯片、散逸芯片工作时产生的热量、充当芯片与外接电路间的引线传导电信号。因此引线框架材料应当具有良好的导电导热性、较高的强度和适当的韧性。此外由于冲制或蚀刻、电镀、钎焊、封装等工序的工艺要求，材料还应具有诸如较小的残余应力、较好的可镀性、钎焊性、高精度、高表面质量等特性。同时由于其在集成电路中用量较大，占总成本的１／３～１／４，因此要求具有较低的生产成本。大规模集成电路（ＬＩＣ）引线框架用铜带应具备以下条件：（１）良好的导电导热性：良好的导电性可降低阻抗，利于散热。其追求目标为电导率不小于８０％ＩＡＣＳ。（２）较高的强度和硬度：理想的集成电路用引线ＭＰａ，且伸长率艿不小于４％，反复弯曲次数不小于３。引线框架铜合金材料的研究进展７５（３）耐热性和耐氧化性好：耐热性用软化温度衡量。引线框架铜带的软化温度要求在２７０～４５０以上。（４）耐蚀性：要求材料具有一定的耐蚀性，不发生应力腐蚀开裂。（５）膨胀系数：应与硅片、陶瓷或玻璃相匹配，以保证获得气密性封装。（６）高精度要求：目前发展目标是（０．２０．００５）ｍｍ，（０．１０．００３）ｍｍ，且表面质量、平整度好。同时要求带材的边部毛刺小，一般为０．００１～０．００２ｍｍ。（７）残余应力：易冲裁加工，且不起毛刺。（８）焊接性能：焊接性能良好，易于镀锡、金、银，镀层不能在加热时产生气泡和剥离等现象。（９）低成本：要求合金材料适宜于低成本的工业化大生产，这是引线框架铜带批量应用的关键因素之一。在上述诸多性能要求中，最重要的性能是导电性和强度指标，这是决定材料能否应用的关键因素。但作为引线框架铜带产品，单纯的材料技术性能指标并不能保证其在引线框架上的实际批量应用，产品的综合技术性能指标的全面实现是其适用性的最终保证。２铜合金引线框架材料的种类及性能特点自２０世纪６０年代世界上第一块集成电路问世以来，半导体集成电路框架材料得以极大发展。Ｆｅ—Ｎｉ—ｃｏ可伐合金作为ＩＣ引线框架材料曾占绝对优势，但自１９７８年由于钻原料价格爆涨，导致了代用品Ｆｅ—Ｎｉ４２合金的大量应用。８０年代以来，随着电子元器件向高密度、小型化和大功率方向发展，芯片的散热问题已成为突出矛盾，对引线框架材料提出了更高的要求。因此，具有高导电导热性能的铜合金材料受到科技工作者的重点关注，并迅速发展。目前，铜合金框架已占集成电路引线％以上。铜合金框架材料主要有ｃｕ—Ｆｅ—Ｐ、Ｃｕ—Ｎｉ—Ｓｉ、Ｃｕ—Ｃｒ—Ｚｒ等系列，著名的框架铜合金有ＫＦＣ、Ｃ１９４、ＫＬＦ２０１、ＯＭＣＬ一１、ＣＣＺ等。表１列出了国外常用的铜基合金引线框架材料的化学成分及特性，Ｆｅ—Ｎｉ４２合金也一并列入，以便比较。引线框架材料的物理与力学性能合金化学成分（质量分数）抗拉强度伸长率电导率线膨胀ｆｍ软化温系列牌号／％ＩＡＣＳ度／ｏＣ３００。（２）／。１Ｃ１９４００Ｃｕ－２．３Ｆｅ—ｏ．１Ｚｎ－０．０３Ｐ３６２～５６８５５～６５１７．４１０—６２６２４２５Ｃ１９５ｉ００Ｃｕ．１．５Ｆｅ＿０．８Ｃｏ－０．０５Ｐ３６０—６７０３～１３５０１６．９１０—６１９７４７５Ｃｕ—Ｆｅ—ＰＣ１９７００Ｃｕ－０．６Ｆｅ—ｏ．２Ｚｎ－０．０４Ｐ３８０～５００２～１０８０１６．７１０—６１７３Ｃ１９２１０Ｃｕ－０．１０Ｆｅ－０．０３Ｚｎ２９４～４１２５～１０９０１７．７１０—６３６４４２５Ｃ６４７００Ｃｕ－３．２Ｎｉｍ．７Ｓｉ－０．３Ｚｎ４９０～５８８８～１５４０１７．２１０—６２２０Ｃｕ—Ｎｉ．ＳｉＫＬＦ．１２５Ｃｕ．３．２Ｎｉ－０．７Ｓｉ—１．２５Ｓｎ旬．３Ｚｎ６６７３５１７．２１０—６Ｃ７０２５０Ｃｕ一３．ＯＮｉ－Ｏ．６Ｓｉ－Ｏ．１Ｍｇ５８５～６９０３５—４０１７．６１０—６１４７—１９００ＭＣＬ一１Ｃｕ－Ｏ．３Ｃｒ－Ｏ．１Ｚｒ－０．０５Ｍｇ５７０８２１７．０１０—６３０１Ｃｕ．Ｃｒ—ＺｒＥＦＴｒＥＣｕ旬．３Ｃｒ－Ｏ．２５Ｓｎ－０．２Ｚｎ５６０１３７５Ｃ６４ＴＣｕ—ＳｎＣ５０７１０Ｃｕ－２Ｓｎ－０．２Ｎｉ－０．０５Ｐ４９０～５８８３５１７．８１０—６１５５７６２００５’中国首届国际铜板带研讨会文集续表ｌ合金合金化学成分（质量分数）抗拉强度伸长率电导率线膨胀ｆｍ软化温系列牌号Ｃ１５１００Ｃｕ旬．１Ｚｒ２９４～４９０３～２ｌ９５１７．６１０—６３６０其他Ｃ１５５００Ｃｕ－０．ＩＡｇ－０．０６Ｐ２７５～５５０３～４０８６１７．７１０’６３４５Ｆｅ．ＮｉＡｌｌｏｙ４２４２Ｎｉ－５８Ｆｅ６５０２．７４～４．７０．０４表１中，ｃｕ—Ｆｅ—Ｐ系属中强高导型合金（第一代产品），ｃｕ—Ｎｉ—Ｓｉ系是高强中导型合金（第二代产品），而ｃｕ—ｃ卜ｚｒ系则是最具魅力的高强高导型合金（第三代产品），是世界工业强国为满足大规模和超大规模集成电路的发展而竞相研究和开发的重点。但仍未突破 ｏｒｂ，＞６００ＭＰａ，电导率不小于８０％ＩＡＣＳ的大关。这些铜合金中，目前在实际应用方面，Ｃ１９４ 合金信誉最高。该合金属弥散强化型合金。其强化主要靠铁和磷形成化合物Ｆｅ，Ｐ而在合 金中弥散分布起作用，具有较高的导电导热性和优良的力学性能，所以开发出来以后曾垄断 了电子工业的绝大部分市场。 随着电子信息技术向高度集成化、小型化的飞速发展，集成电路端子数进一步的增多， 必然要求其引线宽度和引线间距进一步缩小，因而要求铜带的厚度进一步减薄，如目前市场 用于Ｉｃ引线合金，其使用厚度一般为０．２５４ｍｍ、０．２０３ｒａｍ，用于制作引线线的ＳＩＰ、ＤＩＰ型集成电路；而目前Ｉｃ的引线线线以上，要求其封装用的铜带的厚度相应的减到０．１８ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．０８ｍｍ， 这就对材料的强度及导电导热等综合性能提出了更高的要求。 因此，Ｃ１９４合金在分立器件中和一般集成电路中还具有一定的市场份额；在大规模及 超大规模集成电路中，更适宜的合金是具更高强度及导电性能的ｃｕ—Ｎｉ—Ｓｉ合金，目前已得以 工业化实际应用。而高强高导型的Ｃｕ—ｃｒ－ｚｒ合金材料虽然具有更优异的综合性能指标，但 作为高性能带材产品尚需进一步解决其工业化批量生产过程的制备技术，如锆元素的非真 空加入技术一直未获得实质性的突破，导致其离工业化大批量应用还有一定的距离。其他 如ｃｕ—ｓｎ合金、ｃｕ—Ａｇ合金等作为引线框架材料在对弹性、耐磨性能及美观性能有一定要求 的领域具有应用，如身份证引线框架等。而强度更低一些的ＫＦＣ等合金材料仅限于在电子 分立器件引线框架中具有实际应用价值，在集成电路引线高强高导引线框架铜合金材料及产品的制备技术 目前引线框架铜带的生产方式有两种：一是水平连续铸坯一高精冷轧的方式，二是半连 续铸造一大锭热轧开坯一形变热处理的生产方式。前者可以生产ＫＦＣ、Ｃ１２２０等分立器件 合金带材，但对于弥散析出强化型的Ｃ１９４、Ｃｕ．Ｎｉ—Ｓｉ、Ｃｕ—Ｃｒ—Ｚｒ合金等则不适用，这是由合金 本身固有的特性所决定的。 铜合金的强度和电导率是一对矛盾，两者往往成反比的关系，一般来说，强度越高，电导 率越低，反之亦然，导电性能越好，则强度越低。合金元素的加入均不同程度的降低其导电 性能，可以采取特殊的强化方式在保证合金材料高导电性的同时，提高其强度。形变热处理 技术正是利用合金元素及第二相在基体中的溶解度随温度的降低而减少的基本条件，利用 热加工终了温度进行强固溶处理，以获得材料的高强度；在随后的变形加工过程中将消除加 引线框架铜合金材料的研究进展 工硬化退火和时效析出处理结合起来，使第二相尽可能得以充分的析出，有效地阻止位错与 晶界的移动，进一步提高合金的强度；同时铜合金基体由于固溶物的析出得以净化，由于第 二相对电子的散射作用比固溶原子的点阵畸变对电子的散射作用小得多，材料的导电导热 性能得以提高。实际上，时效处理前的冷加工变形，更有利于细小弥散相的析出，进一步加 大了弥散析出相的强化效应。 因此，目前世界上普遍采用半连续铸造一大锭热轧开坯一形变热处理（分级时效）一精 轧一精整的方式，进行工业化批量生产Ｃ１９４、Ｃｕ—Ｎｉ—Ｓｉ及具有更优异性能的ｃｕ．ｃ卜ｚｒ合金 带材，它可以充分保证合金第二相的充分固溶及弥散析出，保证材料的优异综合性能的实 现。而水平连铸带坯一高精轧制的方式无疑受到很大的局限，无法在实现高强度的同时实 现其较高的导电性能。 除强度及导电性能之外，材料的残余应力及板形也是重要的性能指标，它是保证铜带在 后序冲制或蚀刻过程顺利进行的重要因素。这需要现代高精轧制技术、精整矫直技术、表面 处理技术和精密剪切技术等的综合运用，以实现铜带具有较高的表面质量、尺寸精度及板形 和较低的残余应力，从而保证其在大规模集成电路上的适用性。 需要指出的是作为引线框架铜带的另一种方式是在大功率电极管中应用的异型铜带。 其生产是在高精平带的基础上，采用锻压一轧制的方法加工成“Ｔ”或“ｕ”形带材。材质过 去一般是具有高导电低强度的Ｃｕ．Ｐ合金，目前由于对材料高温性能的要求，已经发展到 ｃｕ—Ｆｅ．Ｐ合金，可以预料，其材料的发展会和引线框架平带材料一样向更高性能改进。 ４铜合金引线框架材料的市场需求及供应现状 电子信息行业近年来一直保持较强劲的发展态势。２００３年全球集成电路市场增长 １２％左右，２００４年增长约２０％。根据美国半导体协会的数据，２００３年引线 亿美元左右，结合其他资料，２００３年铜合金引线％，引线％。中国