IC封装用铜合金引线框架及材料

IC封装用铜合金引线框架及材料
龙 乐
(龙泉长柏路98号，1栋208室，四川 成都 610100)
摘要：本文评述了国内外IC封装用铜合金引线框架及材料的研发现状，主要涉及封装对引线框架材料的要求，铜合金引线框架材料的特性，铜合金引线框架材料研发动态，引线框架的制作技术以及市场需求等内容，并由此分析它们的发展趋势。
关键词：封装；引线框架；铜合金

中图分类号：TN306 文献标识码：A

1引言

IC产品由芯片、引线和引线框架、粘接材料、封装材料等几大部分构成。其中，引线框架的主要功能是为芯片提供机械支撑载体，并作为导电介质连接IC外部电路，传送电信号，以及与封装材料一起，向外散发芯片工作时产生的热量，成为IC中极为关键的零部件。目前，芯片集成度一直以摩尔定律的规则高速推进，即集成度每3年增长4倍，特征尺寸每3年缩小拒倍，功能增强，速度更快，功耗降低，封装也在随其不断发展。封装密度、引线密度(单位封装面积上的引线数)越来越高，封装引线脚数平均每年增加16％，PGA已由300-400条增加到1000条；QFP>400 条,引线节距逐年下降，从2．54mm转向1．27mm→ 0．65mm→0．5mm→0．4mm→0．3mm→0．15mm→0．1mm，引线框架正向短、轻、薄、高精细度、多引线、小节距方向研发，所用材料以往大多采用铁镍42合金(Fe-Ni42)或覆铝铁镍合金，而目前其85％为铜合金所替代，以铜为基体的复合材料一直是国内外许多IC封装材料厂商的商业化开发热点，取得多项实用化技术及商品。

2封装对引线框架材料的要求

IC的许多可靠性性能都是由封装的性能决定的，引线框架为芯片(或管芯)提供电通路、散热通路、机械支撑等功能，IC封装要求其必须具备高强度、高导电、导热性好、良好的可焊性、耐蚀性、塑封性、抗氧化性等一系列综合性能，因而对其所用材料的要求也十分苛刻，所用材料的各项性能指标的优劣，最终都将直接影响IC的质量及成品率。其材料应满足下列特性要求：

①导电、导热性好，伴随芯片集成度的提高，尤其是功耗较大的IC，芯片工作时发热量增加，要求引线框架能及时向外散发热量。良好的导电性可降低电容和电感引起的不利效应。材料导电性高，将使引线框架上产生的阻抗小，也利于散热。

②较高的强度和硬度，冷热加工性能良好，抗拉强度至少为441Mpa(45Kgf／mm2)，尤其是薄形化的材料强度要求高，延伸率不小于5％，硬度Hv应大于130。

③弹性优良，屈服强度高，提高强度改善韧性。


④耐热性和耐氧化性好，热稳定性优良，耐氧化性对产品的可靠性有很大影响，要求因加热而生成的氧化膜尽可能小。

⑤具有一定的耐蚀性，不发生应力腐蚀裂纹以及潮湿气候下断腿现象。

⑥较低的热膨胀系数CTE，并与封装材料的CTE匹配，确保封装的气密性。

⑦弯曲、冲制加工容易，且不起毛刺；弯曲、微细加工的刻蚀性能好，适应引线框架加工制作方法多样化需求。

⑧表面质量好，可焊性高，为提高可焊性，需要采取镀锡、镀金或镀银，电镀性好。

⑨成本尽可能低，满足大批量商业化应用要求。

以上要求可归纳为：一次特性、成形特性、二次特性，引线框架材料要具有物理、机械、化学等多方面特性。以铜为基体的复合材料因其高强度、高导热和低廉的价格，而日益受到重视。

3铜合金引线框架材料的特性

铜及铜合金是人类应用最早的金属，也是应用最广泛的金属材料之一。铜的导电率和导热率仅次于银，工艺性能优良，价格远比铁镍42合金便宜，作为引线框架用材料的关键是强度问题，纯铜的强度只有铁镍42合金的1／2。但是，铜具有另一个极为优势的性能，这就是很容易与其它元素形成合金，通过合金化完全可将其强度提高到相当于铁镍42合金的水平，同时其导电率可以提高15~20倍，铜合金现成为主导的引线框架材料。表1示出常用引线框架材料特性，表中Invar是Fe-Ni42因瓦合金，Kovar代表Fe-Ni-Co可伐合金，其余为纯金属材料。合金的强度和导电率具有内在联系，合金元素的种类、热处理、塑性变形程度等强度与导电率有很大的影向。

引线框架用铜合金大致分为铜-铁系、铜-镍-硅系、铜-铬系、铜-镍-锡系(JK-2合金)等，三元、四元等多元系铜合金能够取得比传统二元合金更优的性能，更低的成本，铜-铁系合金的牌号最多，具有较好的机械强度，抗应力松弛特性和低蠕变性，是一类很好的引线框架材料。由于引线框架制作及封装应用的需要，除高强度、高导热性能外，对材料还要求有良好的钎焊性能、工艺性能、蚀刻性能、氧化膜粘接性能等。表2示出铜基复合引线框架材料性能，国内外某些大量使用的引线框架材料的主要性能如表3所示，表中导电率的％IACS(International Annealed Copper Standard)为国际软铜电导率标准，100％IACS=5．800

写的还蛮不错的
棒..