IC引线框架用CuCrZr系材料的研究现状与发展

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1、<铝加-r)2008年第4期总第183期学术综论IC引线框架用Cu—C卜Zr系材料的研究现状与发展傅声华。陆峰，李询(江西理工大学，江西赣州341000)摘要：从该合金的设计、制备方法、热处理和加工工艺等四方面介绍了国内外引线框架用Cu—Cr-Zr系铜合金的研究、生产和应用的现状，以及获得高强、高导Cu—C卜zr系铜合金的基本原理与方法。探讨了国内引线框架用铜合金的发展趋势。关键词：Cu-Cr-Zr系合金；高强高导；热处理；加工工艺中圈分类号：TGl46．1。TGl46．1+1文献标识码：A文章编号：1005-4898(2008)04—0010-05前言铜柱电气、电子T业中应用最

2、广、用量最大，占总i『Ij赞量一半以上，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。·jI线框架是集成电路封装中的关键部件，也是集成电路芯片内、外电路连接的电通路的必要组成部分。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，封装也在随其不断发展，引线框架也正向短、轻、薄、高精细度、多引线、小节距方向研发。自集成电路于上世纪60年代问世以来，在很长时间内．国际上选用的引线框架材料是铁．一镍一钴

3、可伐合金，但70年代南于钻价的暴涨开发了铁一镍“42”合金。随后又逐步被具有优异性能的铜合金材料所代替。目前，国内外60％-85％的集成电路引线框架材料均采用铜合金。由于其高强度、高导电、高导热性能和低廉的价格，铜合金引线框架材料引起人们的重视并能得到推广，随着电子工业的迅速发展，人们对引线框架铜合金材料的性能要求愈来愈高。近年来，国外铜合金引线框架材料研究开发的铜合金体系主要有中强高导型Cu—Fe—P系、高强中导型Cu—Ni—Si系和高强高导型Cu—Cr-Zr系等，推出的合金品种仅日本就有110余种之多。其中Cu—Cr_Zr系是最具魅力的高强高导型合金。是世界工业国为满足大规模

4、集成电路的发展而竞相研究和开发的重点，但仍未达到≥600MPa，导电率≥80％IACS的理想目标。为此，许多从事高强高导Cu—C卜Zr系合金研究的科技工作者从加人少量合金化元素、改善制备技术以及改变显微组织结构等方面，开展了大量的研究工作，并取得了较大的进展。在我国“引线框架铜带的研制和开发”是“超大规模集成电路配套材料”重大专题中的一个重要课题，该课题由宁波兴业电子铜带有限公司组织实施，北京有色金属研究总院、中科院金属研究所、上海大学等罔家级科研单位为参加单位。为争取该项目的国家列项支持，慈溪市科技局会同企业，进行了近三年的申报及有关准备工作。将开展“熔炼和铸造工艺研究及新型连

5、铸设备的研制”等7方面研究。拟解决“带材的板型控制和残余应力消除”等5方面技术难题，争取在“用微粒析出形态、尺寸、分布等合金科学的前沿技术来指导铜基引线框架材料的研制开发”等4方面技术创新．达到建立高导电、中强中导引线框架铜带生产线、形成1000吨生产能力目标。本文基于大量文献资料。从上述几个方面综合报道这类合金材料的当前研究进展和发展动态，以供从事这一领域研究的人员以参考。作者简介：傅声华(1983一)。江西崇义人。江西理工大学材料与化学工程学院2006级在读研究生。收稿日期：2008-03—10·lO·傅声华。等：IC引线框架用Cu—Cr-Zr系材料的研究现状与发展学术综论1

6、各元素的影响铜合金的电导率承l强度是相互矛盾的关系。这主要决定于材料内部的结构组织对导电率和强度的影响。因而开发和研制高强高导铜合金的基本原理是：采用低同溶度的合金元素加人铜中。通过高温固溶处理．合金元素在铜基体中形成过饱和同溶体，电导率恶化，强度提高。时效处理后，过饱和同溶体分解，大量的合金元素以沉淀相析出于铜基体中，电导率迅速提高，同时由于时效析出相的强化作用。因而仍保持较高的强度。不同元素对Cu—Cr—Zr系合金性能的影响／【i同以固溶原子形态强化铜合金的元素主要有SrI、Zn、Ni、A1、Ag、Cd等，这些元素的含量都较低，一般控制在l％以下。但固溶强化效果不是很明显，多

7、数情况下是与沉淀强化一起使用。合金元素在铜中的溶解度随温度降低而减小。因而有沉淀强化效果的合金元素主要有Cr、Zr、Mg、Be、Fe、Ni、Ⅲ、Re等。Cr和Zr的沉淀强化效果强烈，尤其是时效以后铜合金的电导率可以恢复到一个较高的水平，所以Cu—Cr、C卜Zr系合金是目前广泛使用的铜合金。一般认为强化相是纳米级Cuzr粒子。该合金虽然没有Cu—Cr的脆性开裂和过时效问题，但强度偏低。大量的研究表明．仅靠单一的添加元素和析出相来强化的铜合金材料。其电导率虽高．但强度普遍偏低或存在高