CN108649023B - 一种引线框架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种引线框架及其制备方法，属于金属材料技术领域。引线框架包括基体和基体外的包覆层，其中基体由火山岩纤维组成，包覆层由铜基合金组成。对添加的火山岩中的超镁铁质熔岩进行纤维化，再经过杂质去除处理，可以在制备过程中形成如人体骨骼那样起到支持的作用，提升引线框架的强度。再通过基体制备、框架制备、表面处理进行制备，获得综合性能优异的引线框架。
Description
技术领域
本发明涉及一种引线框架及其加工方法，属于金属材料领域。
背景技术
社会发展的速度越来越快，我们对信息的获取要求也逐渐提升，计算机的处理速度就决定了信息产业的发展速度。从第一台计算机的诞生，到现下的微型计算机，集成电路极大地减少了计算机占用的面积，而作为集成电路的芯片载体，引线框架是一种借助于键合材料实现芯片内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，是电子信息产业中重要的基础材料。所以，在相当大的程度上，引线框架的寿命至关重要，而引线框架的材料组成更是重中之重。
引线框架通常由铜、铁等单质或二元合金制备而成。由于引线框架应用于集成电路，这就要求其具有良好的导电性，一般而言，金属单质的导电性往往优于合金，但对于引线框架必需的薄体型而言，金属单质的强度、硬度和耐蚀性远远无法达到要求，同时对于传统的多元合金体系材料，也不尽如人意。
现下对引线框架的改进，往往是从引线分布或数量上进行改进，而较少涉及到框架本身的材质。然而，仅仅从引线框架的结构布局等方面入手并不能使引线框架应对复杂的环境。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供高强度、高硬度、耐腐蚀的引线框架。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种引线框架，包括基体和基体外的包覆层，其中基体由火山岩纤维组成，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.6-2％、Mn：0.2-0.24％、Al：0.14-0.18％、P：0.02-0.04％、Zn：0.22-0.28％、余量为Cu。
传统的引线框架一般是由合金直接制备而成，虽然能确保其使用性能，但是其强度、硬度等性能有所缺失。本发明采用基体为主体，将合金直接包覆在基体外，既能保证引线框架的性能，又可以极大地增强使用时的强度，极大地提升了使用寿命。而在传统引线框架的材料组成里，往往以铜铁为基材，或者添加少量其他金属获得合金，或者干脆仅仅只是铜铁二元体系合金构成，其导电性或许可以保证，但是合金的硬度、耐蚀性值得商榷。本发明以铜为合金基础，能保证合金的韧性，Fe溶于Cu内能提升合金的强度和弹性，并能阻止高温加热时晶粒的粗大化，提升合金的耐软化性能。当Fe的含量大于2％时，合金的导电性和导热性会极大下降。而P、Mn能在冶炼时与氧结合进而脱氧，能与Mn相互促进，防止Fe、Zn被氧化，提升铸造流动性。此外，P与Fe形成的化合物，可以提高材料的导电性和导热性，并进一步改善强度和弹性。当P含量小于0.02％时，脱氧效果较差，当P含量大于0.04％时，会造成合金导电性降低并伴随开裂。Zn能提高合金的强度和软化性，并防止晶粒粗话，同时能承受耐剥离性和耐迁移性。当Zn含量大于0.28％时，合金的导电性和热加工性能会有所降低。
本发明引线框架的基体由火山岩纤维组成。火山岩通常有多种形态的成分物质组成，本发明特殊选择超镁铁质熔岩，再经过杂质去除处理，纤维材料可以根据需求进行制备，既能缩小基体的体积，又能如人体骨骼那样起到支持的作用，提升框架的强度。
作为优选，火山岩纤维的直径为6-8μm，长度为1.2-1.8mm。控制火山岩纤维的直径能准确把握引线框架的整体厚度，满足生产需求，而控制长度可以使得纤维提升其在引线框架内的占有率，增加框架强度。
进一步优选，火山岩纤维还进行表面渗银处理。由于镁铁成分组成的纤维，其导电性会有所降低，而银的电阻率较小，渗与纤维表面能极大地促进纤维的导电性。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：
一种引线框架的制备方法，包括如下步骤：
(1)基体制备：将火山岩纤维浸入有机溶剂中，微波振荡后洗净，再用碱液浸泡，然后酸化处理，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体；
(2)框架制备：按上述包覆层的成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品；
(3)表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，洗净、电镀后得引线框架成品。
在纤维的处理中，渗银能减小纤维的电阻率，增强导电性能，而酸化处理是纤维渗银的关键，酸化处理具体为：配置由浓度为25-29ml/L的盐酸和浓度为7-9g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，6-9min后取出。酸化处理即纤维的活化处理，能增加纤维表面的活性。
单条纤维的不均匀分布虽然也能增强框架强度，但是很有限，所以本发明会根据实际框架的规格，采用多条纤维进行编织，可以是网状或栅栏状。纤维在包覆层内的均匀分布，能分散引线框架在实际使用过程中可能受到的冲击等作用力，并能对引线框架的微小形变进行修复，增加使用寿命。
引线框架也具有较为精细的结构，大范围的镀层可能会造成部分接头较难处理，本发明采用镀区细菌处理，形成肉眼不可见的凹坑。细菌吸附处理具体为：将细菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为23-27％的容器中，静置0.5-1.5h，取出后用生理盐水洗净。经细菌处理后的引线框架有助于镀液中的有效成分进行填充。在含氧量高于空气的环境中进行操作，能较好促进细菌繁殖，并加快合金表面的处理。
作为优选，在步骤(1)中，所述有机试剂为丙酮、丁酮、无水乙醇中的一种或多种，所述碱液为1-1.5mol/L的氢氧化钠溶液，浸泡时间均为8-12min。有机试剂浸泡可以除去获取的火山岩纤维表面的胶质，碱液浸泡则能粗化纤维表面，有助于银的渗透。
作为优选，在步骤(3)中，所述细菌为变形链球菌、草绿色链球菌、溶血性链球菌中的一种或多种。本发明选用的菌种均为常见菌种，其对金属有一定的“咬噬”作用，方便合金表面形成凹坑，不会如化学腐蚀那样难以准确控制。
作为优选，在步骤(3)中，所述电镀的电镀液为：4-8gAgNO3、3-5gLa2O3微粒、3-5gAu微粒、22-26gNa2S2O3、10-12g酒石酸钾钠、100-150ml蒸馏水。在常规的引线框架的镀液配置中，往往采用所需金属的盐溶液，而本发明采用盐溶液与金属、化合物微粒相结合的方式，形成较为复杂的镀层，既能利用银离子在引线框架上沉积形成光滑的表面，又能利用微粒与凹坑的相互嵌合性，将凹坑填满，并与Ag镀层部分结合，增强附着力，同时增强引线框架的耐电蚀性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用基体为主体，将合金直接包覆在基体外，既能保证引线框架的性能，又可以极大地增强使用时的强度，极大地提升了使用寿命。
(2)本发明添加的金属与非金属元素都能在强化合金的基础上，进一步增加引线框架的导电性与导热性能。
(3)本发明会根据实际框架的规格，采用多条纤维编织成网状或栅栏状，分散引线框架在实际使用过程中可能受到的冲击等作用力，并能对引线框架的微小形变进行修复，增加使用寿命。
(4)本发明采用盐溶液与金属、化合物微粒相结合的方式，形成较为复杂的镀层，可以应对实际使用环境中的复杂情况。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为7μm，长度为1.5mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.8％、Mn：0.22％、Al：0.16％、P：0.03％、Zn：0.25％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入丙酮中，微波振荡后洗净，再用1.3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡10min，然后配置由浓度为27ml/L的盐酸和浓度为8g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，7min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将变形链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为25％的容器中，静置1h，取出后用生理盐水洗净，然后在由6gAgNO3、4gLa2O3微粒、24gNa2S2O3、11g酒石酸钾钠、125ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例2
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为6μm，长度为1.2mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.6％、Mn：0.2％、Al：0.14％、P：0.02％、Zn：0.22％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入丙酮中，微波振荡后洗净，再用1.3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡10min，然后配置由浓度为27ml/L的盐酸和浓度为8g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，7min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将草绿色链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为25％的容器中，静置1h，取出后用生理盐水洗净，然后在由6gAgNO3、4gLa2O3微粒、24gNa2S2O3、11g酒石酸钾钠、125ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例3
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为8μm，长度为1.8mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：2％、Mn：0.24％、Al：0.18％、P：0.04％、Zn：0.28％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入丙酮中，微波振荡后洗净，再用1.3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡10min，然后配置由浓度为27ml/L的盐酸和浓度为8g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，7min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将溶血性链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为25％的容器中，静置1h，取出后用生理盐水洗净，然后在由6gAgNO3、4gLa2O3微粒、24gNa2S2O3、11g酒石酸钾钠、125ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例4
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为7μm，长度为1.5mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.8％、Mn：0.22％、Al：0.16％、P：0.03％、Zn：0.25％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入丁酮中，微波振荡后洗净，再用1mol/L的氢氧化钠溶液浸泡8min，然后配置由浓度为25ml/L的盐酸和浓度为7g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，6min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将变形链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为25％的容器中，静置1h，取出后用生理盐水洗净，然后在由6gAgNO3、4gLa2O3微粒、24gNa2S2O3、11g酒石酸钾钠、125ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例5
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为7μm，长度为1.5mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.8％、Mn：0.22％、Al：0.16％、P：0.03％、Zn：0.25％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入无水乙醇中，微波振荡后洗净，再用1.5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡12min，然后配置由浓度为29ml/L的盐酸和浓度为9g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，9min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将变形链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为25％的容器中，静置1h，取出后用生理盐水洗净，然后在由6gAgNO3、4gLa2O3微粒、24gNa2S2O3、11g酒石酸钾钠、125ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例6
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为7μm，长度为1.5mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.8％、Mn：0.22％、Al：0.16％、P：0.03％、Zn：0.25％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入丙酮中，微波振荡后洗净，再用1.3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡10min，然后配置由浓度为27ml/L的盐酸和浓度为8g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，7min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将变形链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为23％的容器中，静置0.5h，取出后用生理盐水洗净，然后在由4gAgNO3、3gLa2O3微粒、22gNa2S2O3、10g酒石酸钾钠、100ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例7
配料：按引线框架的组成称取原料，包括由火山岩纤维组成的基体和基体外的包覆层，其中火山岩纤维的直径为7μm，长度为1.5mm，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.8％、Mn：0.22％、Al：0.16％、P：0.03％、Zn：0.25％、余量为Cu。
基体制备：将火山岩纤维浸入丙酮中，微波振荡后洗净，再用1.3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡10min，然后配置由浓度为27ml/L的盐酸和浓度为8g/L的氯化亚锡组成的混合酸蚀液，将火山岩纤维分散在酸蚀液中，用塑料棒缓慢翻转纤维，7min后取出，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体。
框架制备：按上述的包覆层成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品。
表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，将变形链球菌在培养基中大量培养，用刮刀刮取菌落涂覆于引线框架表面，放入含氧气占比为27％的容器中，静置1.5h，取出后用生理盐水洗净，然后在由8gAgNO3、5gLa2O3微粒、26gNa2S2O3、12g酒石酸钾钠、150ml蒸馏水组成的电镀液中电镀得引线框架成品。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，实施例8中火山岩纤维的直径为1μm，长度为0.5mm。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，实施例9中火山岩纤维的直径为20μm，长度为5mm。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，实施例10引线框架细菌处理时采用大肠杆菌。
实施例11
与实施例1的区别仅在于，实施例11引线框架表面处理时的电镀液不含La2O3微粒。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1的引线框架中不含火山岩纤维基体。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2中火山岩纤维处理时不进行酸化处理。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3中火山岩纤维处理时不进行渗银处理。
将实施例1-9及对比例1-3的引线框架进行测试，测试其强度、韧性、导电性和导热性，结果如表1所示：
表1：实施例1-9及对比例1-3中引线框架的性能
将实施例1、6、7及对比例10-11的引线框架表面膜进行测试，测试其耐蚀性，结果如表2所示：
表2：实施例1、6、7及对比例10-11中膜性能
从中可以看出，火山岩纤维编织的基体具有对引线框架的强度的增强，也会有较大的因素影响到引线框架的导电性和导热性性能，而最后的表面处理是细菌的吸附处理与特制的电镀液及电镀组合进行，能显著增强引线框架的耐蚀性，延长使用寿命。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (7)
1.一种引线框架，其特征在于，所述引线框架包括基体和基体外的包覆层，其中基体由火山岩纤维组成，包覆层由如下质量百分比的成分组成：Fe：1.6-2%、Mn：0.2-0.24%、Al：0.14-0.18%、P：0.02-0.04%、Zn：0.22-0.28%、余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的一种引线框架，其特征在于，所述火山岩纤维的直径为6-8μm，长度为1.2-1.8mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种引线框架，其特征在于，所述火山岩纤维还进行表面渗银处理。
4.一种引线框架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）基体制备：将火山岩纤维浸入有机溶剂中，微波振荡后洗净，再用碱液浸泡，然后酸化处理，洗净后进行表面渗银，最后将渗银纤维按所需规格进行编织得基体；
（2）框架制备：按权利要求1所述包覆层的成分称取原料，混合熔融成合金液，将基体埋入模具中，再浇入合金液，冷却得引线框架半成品；
（3）表面处理：对引线框架半成品表面进行细菌吸附处理，洗净、电镀后得引线框架成品。
5.根据权利要求4所述的一种引线框架的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述有机溶剂为丙酮、丁酮、无水乙醇中的一种或多种，所述碱液为1-1.5mol/L的氢氧化钠溶液，浸泡时间为8-12min。
6.根据权利要求4所述的一种引线框架的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述细菌为变形链球菌、草绿色链球菌、溶血性链球菌中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的一种引线框架的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述电镀的电镀液为：4-8gAgNO3、3-5gLa2O3微粒、22-26gNa2S2O3、10-12g酒石酸钾钠、100-150ml蒸馏水。
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