CN102983083B

CN102983083B - 引线框架及其生产方法

Info

Publication number: CN102983083B
Application number: CN201210564926.4A
Authority: CN
Inventors: 汪洋; 林桂贤; 丘文雄; 彭淑合; 丛艳丽; 林阮彬
Original assignee: XIAMEN YONGHONG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XIAMEN YONGHONG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-12-24
Also published as: CN102983083A

Abstract

本发明涉及电子封装制造领域，尤其涉及封装芯片所用的引线框架，特别是主要应用于SOT(小外型晶体管)系列引线框架。一种引线框架的生产方法，包括：A）冲压、B）电镀和C）成型步骤；其中，A）冲压步骤：取铜合金片材，通过冲裁模具的凸、凹模进行冲压，形成引线框架半成品，该铜合金片材的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.；B）电镀步骤:将上述的引线框架半成品依次序如下处理：预镀银、镀银、退银；C）成型步骤：将上述电镀后的引线框架半成品进行切片成型。本发明的引线框架具有更良好的机械特性和电热学特性。

Description

引线框架及其生产方法

技术领域

本发明涉及电子封装制造领域，尤其涉及封装芯片所用的引线框架，特别是主要应用于SOT(小外型晶体管)系列引线框架。

背景技术

随着终端电子产品向轻型化和多功能化方向发展，因此要求对起着承载芯片、传递芯片产生的热量和电信号的引线框架有高的导电和导热性能。原有引线框架，特别是微小型SOT系列引线框架所用的材质是FeNi42合金，FeNi42合金的导电系数为2.7%IACS，热导率为10W/M.K，已经不能很好地满足终端电子产品对导电性能和导热性能的要求。另有一种Cu-Fe-P系合金产品（C19400,C19210）的抗拉强度为420～500MPa，达不到高档次引线框架的技术要求，或者部分合金材料冲压引线框架时，由于材料的机械性能(抗拉强度和延伸率及硬度)较低，存在在冲压过程中断裂和变形的风险。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种新的高导电和高导热性能的Cu-Ni₂-Si铜合金材料引线框架来代替现有的FeNi42合金材料的引线框架，从而实现更好的性能。

一种引线框架的生产方法，包括：A）冲压、B）电镀和C）成型步骤；其中，

A）冲压步骤：

取铜合金片材，通过高速冲床，借助冲裁模具的凸、凹模进行冲压，形成引线框架半成品，该铜合金片材的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；该铜合金片材的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180（维氏硬度值，无单位），导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.；

B）电镀步骤:

将上述的引线框架半成品依次序如下处理：前处理、预镀银、镀银、退银、后处理、烘干；

C）成型步骤：

将上述电镀后的引线框架半成品进行切片成型。

进一步的，所述A）冲压步骤中，设定冲裁模具的凸、凹模的间隙大小为铜合金片材的厚度的8～10%。

进一步的，所述B）电镀步骤中，在预镀银处理前还进行镀铜处理。

一种经上述生产方法所生产的引线框架，该引线框架主体为一种铜合金，该铜合金的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；该引线框架至少具有表层镀银层；该引线框架的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.。

进一步的，该引线框架表层先镀铜层后再镀银层。

本发明的引线框架具有更良好的机械特性（抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180）和电热学特性（导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.），在生产时不易变形和断裂，同时也更加适用于SOT(小外型晶体管)系列封装应用。另外，该Cu-Ni₂-Si合金的成本(包括加工费)也低于FeNi42合金（Cu-Ni₂-Si合金原料约8.5万/吨，FeNi42合金原料约12万/吨，便宜40%；因而生产该引线框架的成本更低，大大提升产品的市场竞争力。

具体实施方式

现结合具体实施方式对本发明进一步说明。

一种实施例的引线框架的生产方法，包括：A）冲压、B）电镀和C）成型步骤；其中，

A）冲压步骤：

取铜合金片材，通过高速冲床，借助冲裁模具的凸、凹模进行冲压，形成引线框架半成品（业内亦称之为“白板”），该铜合金片材的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；该铜合金片材的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180（维氏硬度值，无单位），导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.。优选的，设定冲裁模具的凸、凹模的间隙大小为铜合金片材的厚度的8～10%。该实施例采用0.11mm厚的Cu-Ni₂-Si铜合金片材来生产SOT系列引线框架，因此设定冲裁模具的凸、凹模的间隙大小为8.8～11.0μm。由于FeNi42合金比该Cu-Ni2-Si铜合金片材的延展性能、硬度高，对凸、凹模的磨损较大，，在冲压FeNi42合金材料时，凸、凹模具的间隙大小为材料厚度的5～6%，而冲压该铜合金时，凸、凹模的间隙大小为材料厚度的8～10%为佳；

B）电镀步骤:

将上述的引线框架半成品依次序如下处理：前处理、预镀银、镀银、退银、后处理、烘干。预镀银、镀银、退银处理均采用常规生产工艺进行。现有的FeNi42引线框架在电镀处理流程是：镀铜-预镀银-镀银-褪银-褪铜。现有的FeNi42合金时为了使电镀银（Ag）层与引线框架主体母材FeNi42之间的结合力高和使银（Ag）层表面平整，一般要求在引线框架主体母材FeNi42表面先预镀一层铜（Cu），然后再预镀银再镀银，这样导致在退镀时，除了退镀多余的银层，还需要退镀多余的铜层，这样退镀药水就更复杂，需要既能退银（Ag）层同时还能退铜（Cu）层的双褪药水。而该实施的引线框架半成品的电镀，只需进行预镀银、镀银、退银三步处理即可。因此，在退镀时只需要退镀多余的银（Ag）层，这样可以选用配方较为简单的退银（Ag）层的单褪药水，从而降低退镀药水的成本。优选的，为了使电镀效果更佳，也可以预镀银处理前还进行镀铜处理，即按照如下电镀处理流程是：镀铜-预镀银-镀银-褪银。同样也无需褪铜处理，采用同上述相同的褪银药水即可；

C）成型步骤：

将上述电镀后的引线框架半成品进行切片成型。切片成型后的引线框架产品一般还可以经过常规的分选、包装工序，完成整个生产制造过程。

优选的，该引线框架表层先镀铜层后再镀银层。

下面说明上述的铜合金的制备方法：

该

铜合金的制备方法的实施例，包括：A）熔铸、B）热轧、C）铣面和D）四道次冷轧和退火步骤。其中：

A）熔铸步骤：

a1，配料熔炼：按照质量比例份数添加1.8～2.1%的镍（Ni）和0.4～0.68%的硅（Si），及余量的标准电解铜（纯度很高的铜）（Cu），进行熔炼，熔炼温度为1250～1280℃。优选的，我们根据主添加元素熔点及氧化消耗的特性，在炉型选择上采用工频有芯感应炉进行熔炼，同时确定主添加元素的添加时机，因镍元素的熔点高，故选择熔炼温度升至最高温时加镍，因硅元素易氧化消耗的特性，故出炉前30分钟加硅，同时控制表面的木炭覆盖厚度150～200mm，以阻止高温熔液向外扩散蒸发，也可防止氧向内扩散；

a2，化学分析：从熔炉内取样，充分搅拌后，用坩埚取出高温铜水倒入石墨模以冷却成型，冷却成型后车去底部氧化层，并通过光谱分析仪进行光谱分析，使用标样为标准铜镍二硅标样。需要说明的是，由于实际生产中，不可避免的会引入铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、镉（Cd）和铅（Pb）等常见杂质成分和其他杂质成分，只要符合下表所列成分表即为合格；

表1：化学成分（质量%）

Cu

Ni

Si

Fe

Mn

Zn

Cd

Pb

其余杂质

余量

1.8～2.1

0.4～0.68

≤0.2

≤0.1

≤0.2

≤0.005

≤0.02

≤0.3

a3，铸造：铸造温度为1250～1280℃，并采用石墨内套结晶器进行第一次冷却和铜合金二次冷却装置进行第二次水冷，进行半连续铸造，其中第二次水冷的强度为普通铜合金水冷强度的80%，该实施例中我们铸造的铸锭规格为150×300×6000（单位：mm），铸造速度控制在3.8～4.0米/小时，两次冷却实现红锭铸造，降低了铸锭内应力，得到致密均匀的铸造组织；

B）热轧步骤:

一次固溶得到均匀一致的固溶体，固溶的加热温度为900～920℃，优选采用煤气连续加热炉进行，优选的，升温时间3小时，保温时间3小时；然后分多道次进行热轧，初轧温度是900～920℃，终轧温度控制在800～850℃，最后一道次热轧后快速在线水冷，冷却速度不小于10℃/秒。这里优选采用两辊可逆热轧机，热轧轨道上下安装在线冷却装置进行该步骤的加工处理，经过多道次进行热轧后，高温快速冷却即可。热轧的道次根据具体加工尺寸而定。该实施例中我们根据上述的规格为150×300×6000（单位：mm）的铸锭的厚度为150mm，而分五道次进行可逆轧制，热轧加工率（热轧加工率定义为每道次入口厚度和出口厚度差与入口厚度的百分比值）分别为：18%、22%、23%、20%、15%；即按照以下厚度值变化进行：150mm->110mm->60mm->32mm->19mm->16mm。最后一道次轧制16mm的厚度，铜合金片材出轧辊后，温度仍达到800～850℃的高温，打开在线冷却装置，带坯直接在线水冷，冷却速度不小于10℃/S的冷却速度，实现高温下的快速冷却。根据生产引线框架用铜合金片材需要，冷却后还直接进行空心打卷；

C）铣面步骤：

铣削除去表面氧化皮；优选的，铣削是采用双面铣削设备进行，上下铣削厚度控制在0.8～1.0mm，不得残余氧化皮和明显的刀痕；则实施例中经热轧处理后的引线框架用铜合金片材厚度是16mm，则铣削后厚度为14^＋0.5mm；

D）四次冷轧和退火步骤：

第一次冷轧总加工率（冷轧总加工率定义为轧制前后片材厚度差与轧制前铜带厚度的百分比值，下同）是80%-90%，退火温度是460～500℃；实施例中是将14^＋0.5mm厚的引线框架用铜合金片材（一般为铜带）经过第一道次的粗轧轧制至厚度为1.8～2.2mm，最佳的，为2mm；退火条件按照一般工艺进行即可，不过优选的，退火是升温3～5小时，保温6～8小时的退火条件时铜合金的特性会更佳。优选的，退火完还经过常规酸洗，以除去氧化层。

第二次冷轧加工率是70%-75%，退火温度是350～400℃；实施例中是将粗轧后的1.8～2.2mm厚的引线框架用铜合金片材经过第二道次的再轧轧制至厚度为0.6～0.8m，最佳的，为0.7mm；退火条件按照一般工艺进行即可，不过优选的，退火是升温3～5小时，保温6～8小时的退火条件时铜合金的特性会更佳。优选的，退火完还经过常规酸洗，以除去氧化层。优选的，根据生产引线框架用铜合金片材需要，第二道次的再轧后还进行裁边后再退火。

第三次冷轧加工率是60%-65%，退火温度是260～300℃；实施例中是将再轧后的0.6～0.8mm厚的引线框架用铜合金片材经过第三道次的预成轧轧制至厚度为0.18～0.23m，最佳的，为0.21mm；退火条件按照一般工艺进行即可，不过优选的，退火是升温2～3小时，保温5～6小时的退火条件时铜合金的特性会更佳。优选的，退火完还经过常规酸洗，以除去氧化层。优选的，根据生产引线框架用铜合金片材需要，第二道次的预成轧后还进行倒带后再退火。

第四次冷轧加工率是50%-55%，轧制后无需退火；实施例中是将预成轧后的0.18～0.23mm厚的引线框架用铜合金片材经过最后一道次的成轧轧制至厚度为0.10～0.15m，最佳的，为0.11mm，符合最终的引线框架用铜合金片材厚度标准；优选的，成轧完还经过常规酸洗，此次酸洗为成品酸洗，以再次除去氧化层。优选的，根据生产引线框架用铜合金片材需要，成品酸洗后还进行拉矫以平整铜合金片材表面，最后再成品分条和包装，完成引线框架用铜合金片材的整个生产制备。

本发明的铜合金的生产制备是根据固溶强化和析出强化的理论：首先优化了配料成分，降低Ni、Si化学成分；其次，该Cu-Ni-Si系列合金铸造时，采用二次冷却，且冷却强度不易过大，以避免引起内应力太大，导致铸锭出现裂纹或铸造后料坯开裂；Ni、Si元素在高温时，以固溶体形式存在于铜中，随着料坯温度下降，固溶体溶解度迅速下降，并以Ni₂Si化合物形态析出；后期采取多次退火和不同加工率轧制，达到预期改善性能要求。

本发明上述实施例制备的铜合金的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜（满足上表1）。经特性测试，该铜合金的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS，完成可以满足所希望的理想的引线框架用铜合金的特性需求。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种引线框架的生产方法，包括：A）冲压、B）电镀和C）成型步骤；其中，

A）冲压步骤：

取铜合金片材，通过高速冲床，借助冲裁模具的凸、凹模进行冲压，形成引线框架半成品，其中该铜合金片材的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；该铜合金片材的抗拉强度Rm为≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.，该铜合金片材是经由以下制备方法所制备的，包括：A1）熔铸、A2）热轧、A3）铣面和A4）冷轧和退火步骤；其中，

A1）熔铸步骤：

A11，配料熔炼：按照质量比例份数添加1.8～2.1%的镍和0.4～0.68%的硅，及余量的标准电解铜，进行熔炼，熔炼温度为1250～1280℃；

A12，化学分析：取样，充分搅拌后倒模成型，并进行光谱分析；

A13，铸造：铸造温度为1250～1280℃，并采用石墨内套结晶器进行第一次冷却和铜合金二次冷却装置进行第二次水冷，进行半连续铸造，铸造速度控制在3.8～4.0米/小时，其中第二次水冷的强度为普通铜合金水冷强度的80%；

A2）热轧步骤:

一次固溶得到固溶体，加热温度为900～920℃，然后分多道次进行热轧，初轧温度是900～920℃，终轧温度控制在800～850℃，最后一道次热轧后快速在线水冷，冷却速度不小于10℃/秒；

A3）铣面步骤：

铣削除去表面氧化皮；

A4）冷轧和退火步骤：

第一次冷轧总加工率是80%-90%，退火温度是460～500℃；

第二次冷轧总加工率是70%-75%，退火温度是350～400℃；

第三次冷轧总加工率是60%-65%，退火温度是260～300℃；

第四次冷轧总加工率是50%-55%，轧制后无需退火；

上述的冷轧总加工率定义为轧制前后片材厚度差与轧制前铜带厚度的百分比值；

B）电镀步骤:

C）成型步骤：

将上述电镀后的引线框架半成品进行切片成型。

2.根据权利要求1所述的引线框架的生产方法，其特征在于：所述A）冲压步骤中，设定冲裁模具的凸、凹模的间隙大小为铜合金片材的厚度的8～10%。

3.根据权利要求1所述的引线框架的生产方法，其特征在于：所述B）电镀步骤中，在预镀银处理前还进行镀铜处理。

4.一种经上述权利要求1～3的生产方法所生产的引线框架，其特征在于：该引线框架主体为一种铜合金，该铜合金的化学成分及其质量比例份数分别是：1.8～2.1%的镍，0.4～0.68%的硅，0～0.2%的铁，0～0.1%的锰，0～0.2%的锌，0～0.005%的镉，0～0.02%的铅，其中铁、锰、锌、镉和铅均为杂质成分，以及0～0.3%的其余杂质，余量为铜；该引线框架至少具有表层镀银层；该引线框架的抗拉强度Rm≥600MPa，断后延伸率A11.3≥8%，维氏硬度HV≥180，导电率≥46%IACS，热导率≥190w/m.k.。

5.根据权利要求4所述的引线框架，其特征在于：该引线框架表层先镀铜层后再镀银层。