引线框架铜合金

引线框架铜合金材料

1）介绍引线框架：

作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。

2）优势所在：

科学技术现代化对铜及铜合金材料提出越来越多的新要求，引线框架的作用是导电、散热、联接外部电路，因此要求制作引线框架材料具有高强度、高导电、良好的冲压和蚀刻性能。目前全世界百分之八十的引线框架使用铜合金高精带材制作，据不完全统计，引线框架合金约77种，最为显著的是C194铜合金材料：抗拉强度≥410 MPa,硬度120～145HV,电导率≥3.48×10-2S/m。

3）C194热轧工艺：

本试验所用C194铜合金取自国某铜厂热轧后的板坯，用水冷铁模浇铸合金扁锭，铸锭尺寸为40 mmxl00 mmx600mm。加热温度、保温时间和终轧温度是热轧工艺的几个关键因素。

1、开轧温度，是轧机开始对金属轧制的温度。开轧温度在金属的塑性变化温度以上，这多半是使金属坯按照要求轧制成某种形状，每种金属均有自己的开轧温度。生产现场总是希望开轧温度高一点，以便提高轧件的塑性，降低变形抗力，节省动力，易于轧制变形。

2、终轧温度，是金属产生塑性变形结束时的温度。这个温度有两个要求：（1）要满足金属仍在塑性变化的温度区域，以便顺利完成轧制；（2）要满足某种金相组织。这是因为，不同的温度，金属有不同的金相组织。如果超过终轧温度，就会出现其他组织的金相组织，这就影响了轧制质量。终轧温度是控制金属合金组织性能的重要条件,需考虑到晶粒大小、第二相的析出。

保温时间主要考虑到合金对温度的敏感性。C194合金对温度不敏感,加热时间的影响较小,实验中控制在2 h。重点研究开轧温度和终轧温度的确定及其对组织性能的影响。

3.1）开轧温度

实验合金的屈服强度和延伸率随温度的变化关系

合金在铸态时的屈服强度

随实验温度的升高而明显降

低；同时,合金的延伸率随实验

温度的升高急剧上升。

当拉伸温度大于650℃时,

屈服强度和延伸率的变化减

缓。对于C194铜合金，考虑到

热轧的成品率、效率。在不引

起加热缺陷的情况下。尽量选

取强度最低、延伸率最好时的

温度进行热轧。同时,考虑到铸

锭运送、热轧机性能、对终轧温度控制的要求,以及该类合金对加热温度不甚敏感的特性,实际采用的开轧温度为850℃左右。

3.2）终轧温度

C194合金的终轧温度及随后的淬火,对合金的后续冷轧及时效析出的影响很大。终轧温度及随后的淬火工艺不合理或不能控制,是造成国生产的C194引线框架铜板带与国外同类产品相比有较大差距的主要原因之一。合金的终轧温度过低或随后不进行淬火处理,则会造成大量的强化相析出。这些强化相会造成以下问题：

(1)合金的过饱和度降低,时效过程中产生的强化相减少；

(2)热轧后慢冷产生的强化相在时效时长大,且分布不均匀，大大降低了合金的强度、塑性及电导率；

(3)强化相的析出将提高合金的强度,在冷轧过程中容易造成开裂等缺陷。

C194铜合金的终轧温度的选择原则是：

(1)终轧温度不造成合金的过饱和度降低；

(2)尽量减少强化相的析出；

(3)为冷轧提供必须的塑性等。

图2是升温时的DSC曲线。

可以看出,在715℃以上析出

峰很少,在715℃以下有445、496、

589℃等较多的析出峰,DSC试验

及金相分析表明终轧温度小于

715℃时会有大量相析出,使合金

的过饱和度降低。因此,C194合金

的终轧温度应高于715℃,而且终

轧完成后应立即喷水冷却,抑制析

出相的发生。为了研究终轧温度

对C194合金性能的影响,本实验中制定两种不同的终轧温度(780、650℃)进行对比分析。

3.3）2种不同终轧温度对组织的影响

为了研究终轧温度对C194合金组织、性能的影响,采用的2种不同终轧温度(780、650℃)C194合金材料，之后2种合金经同样的变形及热处理工艺加工至1mm的板材。

图4为采用2种不同终轧温度后合金的热轧组织(扫描电子显微镜)。可以看到,终轧温度较高时(780℃),喷水冷却使得强化相来不及析出,晶及晶界的析出相很少,合金基体因此保持着较高的过饱和度；而终轧温度较低时(650℃),因温度较低,晶已经有较多的析出相。

图5为采用2种不同终轧温度后合金在状态B时的TEM形貌（透射电子显微镜)。从图5a 中可以看出,终轧温度为780℃的合金在冷轧、时效后析出相较多,且细小、分布均匀,没有较大的析出相。终轧温度较低时,在喷水冷却前,已经有部分溶质原子析出,合金基体的饱和度较低,随后的时效过程中析出相较少,热轧冷却过程中析出的相长大。

3.4）2种不同终轧温度对合金的力学性能及电导率的影响

通过对比2种采用不同终轧温度合金在A、B、C 3个状态（冷轧1.5mm,1mm,0.5mm）下的力学性能及电导率,得到图6所示的合金的力学性能与电导率的变化关系。从图6可以看出,C194合金在冷轧至1.5mm厚度(状态A)时。终轧温度较高(780℃)的合金具有较高的抗拉强度和显微硬度,延伸率较低,电导率也较高。而终轧温度为650℃的合金的性能与之相反。终轧温度为780℃的合金的综合性能明显优于终轧温度为650℃的合金。这也验证了本实验选取的初轧温度和终轧温度是合理的。

3.5）结论：

1)C194铜合金的理想开轧温度为850℃,终轧温度大于715℃且应立即喷水冷却,可获得较好的综合性能。

2)终轧温度较高(780℃)的C194合金终态综合性能优于终轧温度较低(650℃)的合金。终轧温度为780℃的合金在时效后,析出相较多,细小弥散且分布均匀,没有较大的析出相：终轧温度为650℃的合金在时效后,析出相少且不均匀,伴有部分粗大的析出相。控制终轧温度及冷却工艺可以提高合金的综合性能。

4）C194形变与热处理：

很少有人研究过形变热处理对其组织与性能的影响。部分研究表明,对经过热轧的