CN114606409B - 用于信号放大器的耐热型半导体引线框架及其制备方法 - Google Patents

用于信号放大器的耐热型半导体引线框架及其制备方法 Download PDF

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CN114606409B CN202210329619.1A CN202210329619A CN114606409B CN 114606409 B CN114606409 B CN 114606409B CN 202210329619 A CN202210329619 A CN 202210329619A CN 114606409 B CN114606409 B CN 114606409B
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Abstract

本发明公开了用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，具体涉及集成电路封装技术领域，包括以下原料：铁、磷、铬、钒、镍、铈、锡、镁、铍，余量为铜和不可避免的杂质。本发明通过在铜合金中加入锡元素，由于锡原子与铜原子半径相差较大，能够增加高温过程中材料内部位错滑移、攀移、重组的阻力，从而能够延缓回复再结晶过程，能够有效提高引线框架的再结晶温度，从而提高引线框架的耐热性能，铈易于在晶界处或晶界附近偏聚，对晶界的迁移产生阻碍作用，从而提高材料的动态再结晶激活能，可以抑制动态再结晶的进行，锡能够与铈、铁等元素相互作用形成Ce2Fe17、Ce5Sn3化合物，能够解决锡弱化晶界引起的热裂问题，提高引线框架的稳定性。

Description

用于信号放大器的耐热型半导体引线框架及其制备方法
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，更具体地说，本发明涉及用于信号放大器的耐热型半导体引线框架及其制备方法。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，无线网络已经成为人们生活中不可或缺的一部分，为了增强无线网络信号的强度，目前多采用信号放大器来实现，例如，用于对wifi信号进行增强的wifi信号放大器。而信号放大器在使用过程中需要使用集成电路对设备进行控制。而集成电路是由IC芯片和引线框架经封装而成。引线框架起到了支撑芯片、连接外部电路以及在工作时散热等作用。随着大规模、超大规模集成电路的不断发展，对于引线框架的导电性能、力学性能、抗软化性能等的要求也越来越高。
随着微电子工业的不断发展，智能家居、穿戴设备的推陈出新，以及高性能计算机更迭日趋加快，现代电子行业不仅对集成电路的线路优化、制程工艺有较高要求，作为集成电路封装不可或缺的引线框架材料，因其承担着固定芯片、信息输出和电路散热等多重任务，在信号放大器半导体引线框架使用过程中，由于引线框架的耐热性能不足，引线框架常常发生软化现象，导致集成电路的使用寿命降低。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供用于信号放大器的耐热型半导体引线框架及其制备方法，本发明所要解决的问题是：如何提高用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的耐热性能，提高用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：铁0.25-0.65%、磷0.005-0.015%、铬0.5-1.5%、钒0.1-0.6%、镍0.3-0.6%、铈0.1-0.5%、锡1.2-2.6%、镁0.2-0.6%、铍0.2-0.6%，余量为铜和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，包括以下重量百分比的原料：铁0.35-0.55%、磷0.008-0.012%、铬0.8-1.2%、钒0.3-0.4%、镍0.4-0.5%、铈0.2-0.4%、锡1.7-2.1%、镁0.3-0.5%、铍0.3-0.5%，余量为铜和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，包括以下重量百分比的原料：铁0.45%、磷0.01%、铬1%、钒0.35%、镍0.45%、铈0.3%、锡1.9%、镁0.4%、铍0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。
用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照上述重量百分比称取各原料，将称取的原料投入到真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，向真空非自耗电极电弧熔炼炉内充入氩气至压强为40-46KPa，将真空非自耗电极电弧熔炼炉内部的温度升高至1350-1420℃，得到液态合金液；
步骤二：将步骤一中的液态合金液取样测量各元素的百分含量，使得液态合金液中各元素配比准确后将液态合金液浇注于模具中，然后冷却至室温得到合金铸锭；
步骤三：将步骤二中得到的合金铸锭放入热处理炉中进行均质化处理，均质化处理完成后将合金铸锭加热至900-960℃进行热轧，终轧温度控制在720-750℃，终轧后进行在线喷淋淬火，热轧后除去表面的氧化皮后进行冷轧变形；
步骤四：将步骤三中冷轧变形后的合金铸锭置于钟罩炉进行初次时效处理，初次时效处理后直接放入气垫炉内再次进行时效处理；
步骤五：将步骤四中两次时效处理完成的产品进行精轧处理，精轧处理完成后去应力退火得到用于信号放大器的耐热型半导体引线框架。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中模具浇注前先对模具进行预热处理，预热时间为80-90℃，预热时间为10-15min，预热完成后对模具表面喷涂脱模剂。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中均质化处理时温度为750-780℃，时间为2-4h，所述步骤三中热轧时间为15-20min，轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为50-65%，所述步骤三中冷轧轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为62-68%。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中初次时效处理时钟罩炉内部的温度为550-600℃，处理时间为2-3h，再次时效处理时气垫炉内部的温度为450-500℃，处理时间为2-3h。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中精轧处理时控制变形量为40-50%，所述步骤五中去应力退火时温度为480-530℃，保温时间为30-60s。
本发明的技术效果和优点：
采用本发明的原料配方所制备出的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，添加有铁、铬、钒、镍、铈、锡、镁和铍，镍和铬能够提高引线框架的强度，而且对大气中酸碱的耐腐蚀效果更好，能够防止晶间腐蚀，镍能够细化合金材料内部的晶粒，通过在铜合金中加入锡元素，由于锡原子与铜原子半径相差较大，能够增加高温过程中材料内部位错滑移、攀移、重组的阻力，从而能够延缓回复再结晶过程，能够有效提高引线框架的再结晶温度，从而提高引线框架的耐热性能，铈易于在晶界处或晶界附近偏聚，对晶界的迁移产生阻碍作用，从而提高材料的动态再结晶激活能，可以抑制动态再结晶的进行，提高引线框架的耐热性能，而且锡能够与铈、铁等元素相互作用形成Ce2Fe17、Ce5Sn3化合物，能够解决锡弱化晶界引起的热裂问题，提高引线框架的稳定性；
本发明对成型后的引线框架进行均质化、热轧、冷轧、精轧和时效处理，使得引线框架内部晶粒分布均匀，而且时效处理时采用两次分阶时效处理，能够提高引线框架内部析出相弥散度和数量，从而能够提高引线框架的耐热性能。
实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供了用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：铁0.25%、磷0.005%、铬0.5%、钒0.1%、镍0.3%、铈0.1%、锡1.2%、镁0.2%、铍0.2%，余量为铜和不可避免的杂质。
用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照上述重量百分比称取各原料，将称取的原料投入到真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，向真空非自耗电极电弧熔炼炉内充入氩气至压强为43KPa，将真空非自耗电极电弧熔炼炉内部的温度升高至1400℃，得到液态合金液；
步骤二：将步骤一中的液态合金液取样测量各元素的百分含量，使得液态合金液中各元素配比准确后将液态合金液浇注于模具中，然后冷却至室温得到合金铸锭；
步骤三：将步骤二中得到的合金铸锭放入热处理炉中进行均质化处理，均质化处理完成后将合金铸锭加热至940℃进行热轧，终轧温度控制在740℃，终轧后进行在线喷淋淬火，热轧后除去表面的氧化皮后进行冷轧变形；
步骤四：将步骤三中冷轧变形后的合金铸锭置于钟罩炉进行初次时效处理，初次时效处理后直接放入气垫炉内再次进行时效处理；
步骤五：将步骤四中两次时效处理完成的产品进行精轧处理，精轧处理完成后去应力退火得到用于信号放大器的耐热型半导体引线框架。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中模具浇注前先对模具进行预热处理，预热时间为85℃，预热时间为13min，预热完成后对模具表面喷涂脱模剂。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中均质化处理时温度为760℃，时间为3h，所述步骤三中热轧时间为18min，轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为55%，所述步骤三中冷轧轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为65%。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中初次时效处理时钟罩炉内部的温度为580℃，处理时间为2.5h，再次时效处理时气垫炉内部的温度为480℃，处理时间为2.5h。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中精轧处理时控制变形量为45%，所述步骤五中去应力退火时温度为500℃，保温时间为45s。
实施例
与实施例1不同的是，用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：铁0.45%、磷0.01%、铬1%、钒0.35%、镍0.45%、铈0.3%、锡1.9%、镁0.4%、铍0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。
实施例
与实施例1-2均不同的是，用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：包括以下重量百分比的原料：铁0.65%、磷0.015%、铬1.5%、钒0.6%、镍0.6%、铈0.5%、锡2.6%、镁0.6%、铍0.6%，余量为铜和不可避免的杂质。
实施例
本发明提供了用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：铁0.25%、磷0.005%、铬0.5%、钒0.1%、镍0.3%、铈0.1%、锡1.2%、镁0.2%、铍0.2%，余量为铜和不可避免的杂质。
用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照上述重量百分比称取各原料，将称取的原料投入到真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，向真空非自耗电极电弧熔炼炉内充入氩气至压强为43KPa，将真空非自耗电极电弧熔炼炉内部的温度升高至1400℃，得到液态合金液；
步骤二：将步骤一中的液态合金液取样测量各元素的百分含量，使得液态合金液中各元素配比准确后将液态合金液浇注于模具中，然后冷却至室温得到合金铸锭；
步骤三：将步骤二中得到的合金铸锭放入热处理炉中进行均质化处理，均质化处理完成后将合金铸锭加热至940℃进行热轧，终轧温度控制在740℃，终轧后进行在线喷淋淬火，热轧后除去表面的氧化皮后进行冷轧变形；
步骤四：将步骤三中冷轧变形后的合金铸锭置于钟罩炉进行时效处理；
步骤五：将步骤四中两次时效处理完成的产品进行精轧处理，精轧处理完成后去应力退火得到用于信号放大器的耐热型半导体引线框架。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中模具浇注前先对模具进行预热处理，预热时间为85℃，预热时间为13min，预热完成后对模具表面喷涂脱模剂。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中均质化处理时温度为760℃，时间为3h，所述步骤三中热轧时间为18min，轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为55%，所述步骤三中冷轧轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为65%。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中时效处理时钟罩炉内部的温度为530℃，处理时间为5h。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中精轧处理时控制变形量为45%，所述步骤五中去应力退火时温度为500℃，保温时间为45s。
实施例
本发明提供了用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：铁0.25%、磷0.005%、铬0.5%、钒0.1%、镍0.3%、铈0.1%、镁0.2%、铍0.2%，余量为铜和不可避免的杂质。
用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照上述重量百分比称取各原料，将称取的原料投入到真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，向真空非自耗电极电弧熔炼炉内充入氩气至压强为43KPa，将真空非自耗电极电弧熔炼炉内部的温度升高至1400℃，得到液态合金液；
步骤二：将步骤一中的液态合金液取样测量各元素的百分含量，使得液态合金液中各元素配比准确后将液态合金液浇注于模具中，然后冷却至室温得到合金铸锭；
步骤三：将步骤二中得到的合金铸锭放入热处理炉中进行均质化处理，均质化处理完成后将合金铸锭加热至940℃进行热轧，终轧温度控制在740℃，终轧后进行在线喷淋淬火，热轧后除去表面的氧化皮后进行冷轧变形；
步骤四：将步骤三中冷轧变形后的合金铸锭置于钟罩炉进行初次时效处理，初次时效处理后直接放入气垫炉内再次进行时效处理；
步骤五：将步骤四中两次时效处理完成的产品进行精轧处理，精轧处理完成后去应力退火得到用于信号放大器的耐热型半导体引线框架。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中模具浇注前先对模具进行预热处理，预热时间为85℃，预热时间为13min，预热完成后对模具表面喷涂脱模剂。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中均质化处理时温度为760℃，时间为3h，所述步骤三中热轧时间为18min，轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为55%，所述步骤三中冷轧轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为65%。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中初次时效处理时钟罩炉内部的温度为580℃，处理时间为2.5h，再次时效处理时气垫炉内部的温度为480℃，处理时间为2.5h。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中精轧处理时控制变形量为45%，所述步骤五中去应力退火时温度为500℃，保温时间为45s。
实施例
本发明提供了用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，包括以下重量百分比的原料：铁0.25%、磷0.005%、铬0.5%、钒0.1%、镍0.3%、锡1.2%、镁0.2%、铍0.2%，余量为铜和不可避免的杂质。
用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照上述重量百分比称取各原料，将称取的原料投入到真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，向真空非自耗电极电弧熔炼炉内充入氩气至压强为43KPa，将真空非自耗电极电弧熔炼炉内部的温度升高至1400℃，得到液态合金液；
步骤二：将步骤一中的液态合金液取样测量各元素的百分含量，使得液态合金液中各元素配比准确后将液态合金液浇注于模具中，然后冷却至室温得到合金铸锭；
步骤三：将步骤二中得到的合金铸锭放入热处理炉中进行均质化处理，均质化处理完成后将合金铸锭加热至940℃进行热轧，终轧温度控制在740℃，终轧后进行在线喷淋淬火，热轧后除去表面的氧化皮后进行冷轧变形；
步骤四：将步骤三中冷轧变形后的合金铸锭置于钟罩炉进行初次时效处理，初次时效处理后直接放入气垫炉内再次进行时效处理；
步骤五：将步骤四中两次时效处理完成的产品进行精轧处理，精轧处理完成后去应力退火得到用于信号放大器的耐热型半导体引线框架。
在一个优选的实施方式中，所述步骤二中模具浇注前先对模具进行预热处理，预热时间为85℃，预热时间为13min，预热完成后对模具表面喷涂脱模剂。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中均质化处理时温度为760℃，时间为3h，所述步骤三中热轧时间为18min，轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为55%，所述步骤三中冷轧轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为65%。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中初次时效处理时钟罩炉内部的温度为580℃，处理时间为2.5h，再次时效处理时气垫炉内部的温度为480℃，处理时间为2.5h。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中精轧处理时控制变形量为45%，所述步骤五中去应力退火时温度为500℃，保温时间为45s。
分别取上述实施例1-6所制得的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4、实验组5和实验组6，采用传统的QFe2.5铁青铜引线框架作为对照组进行测试，分别对选取的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架进行抗拉强度、韧性、导热性和抗软化性能进行测试。
抗软化性能测试时：测量成品的引线框架在相同温度下热处理30分钟之后硬度值改变时的温度值，其与初始硬度值(在热处理之前)的80％对应。测试结果如表一：
抗拉强度/MPa 韧性/（J/cm2） 导热性/（W/cm.K） 抗软化性/℃
实验组1 472 22 365 526
实验组2 496 24 377 538
实验组3 483 23 370 532
实验组4 423 22 360 502
实验组5 416 23 368 479
实验组6 432 23 372 483
对照组 386 20 342 465
表一
由表一可知，本发明生产的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架相比较QFe2.5铁青铜引线框架力学性能较好，而且导热性略微升高，抗软化效果更好，实施例4相比较实施例1采用一次时效处理，与实施例1相比用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的力学性能和耐热性能明显降低，而实施例5和实施例6相比较实施例1未添加锡和铈，与实施例1相比用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的力学性能和耐热性能明显降低，所以本发明添加有铁、铬、钒、镍、铈、锡、镁和铍，镍和铬能够提高引线框架的强度，而且对大气中酸碱的耐腐蚀效果更好，能够防止晶间腐蚀，镍能够细化合金材料内部的晶粒，通过在铜合金中加入锡元素，由于锡原子与铜原子半径相差较大，能够增加高温过程中材料内部位错滑移、攀移、重组的阻力，从而能够延缓回复再结晶过程，能够有效提高引线框架的再结晶温度，从而提高引线框架的耐热性能，铈易于在晶界处或晶界附近偏聚，对晶界的迁移产生阻碍作用，从而提高材料的动态再结晶激活能，可以抑制动态再结晶的进行，提高引线框架的耐热性能，而且锡能够与铈、铁等元素相互作用形成Ce2Fe17、Ce5Sn3化合物，能够解决锡弱化晶界引起的热裂问题，提高引线框架的稳定性；本发明对成型后的引线框架进行均质化、热轧、冷轧、精轧和时效处理，使得引线框架内部晶粒分布均匀，而且时效处理时采用两次分阶时效处理，能够提高引线框架内部析出相弥散度和数量，从而能够提高引线框架的耐热性能。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：铁0.25-0.65%、磷0.005-0.015%、铬0.5-1.5%、钒0.1-0.6%、镍0.3-0.6%、铈0.1-0.5%、锡1.2-2.6%、镁0.2-0.6%、铍0.2-0.6%，余量为铜和不可避免的杂质；
所述用于信号放大器的耐热型半导体引线框架的制备方法，具体制备步骤如下：
步骤一：按照上述重量百分比称取各原料，将称取的原料投入到真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，向真空非自耗电极电弧熔炼炉内充入氩气至压强为40-46KPa，将真空非自耗电极电弧熔炼炉内部的温度升高至1350-1420℃，得到液态合金液；
步骤二：将步骤一中的液态合金液取样测量各元素的百分含量，使得液态合金液中各元素配比准确后将液态合金液浇注于模具中，然后冷却至室温得到合金铸锭；
步骤三：将步骤二中得到的合金铸锭放入热处理炉中进行均质化处理，均质化处理完成后将合金铸锭加热至900-960℃进行热轧，终轧温度控制在720-750℃，终轧后进行在线喷淋淬火，热轧后除去表面的氧化皮后进行冷轧变形；
步骤四：将步骤三中冷轧变形后的合金铸锭置于钟罩炉进行初次时效处理，初次时效处理后直接放入气垫炉内再次进行时效处理；
步骤五：将步骤四中两次时效处理完成的产品进行精轧处理，精轧处理完成后去应力退火得到用于信号放大器的耐热型半导体引线框架。
2.根据权利要求1所述的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：铁0.35-0.55%、磷0.008-0.012%、铬0.8-1.2%、钒0.3-0.4%、镍0.4-0.5%、铈0.2-0.4%、锡1.7-2.1%、镁0.3-0.5%、铍0.3-0.5%，余量为铜和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：铁0.45%、磷0.01%、铬1%、钒0.35%、镍0.45%、铈0.3%、锡1.9%、镁0.4%、铍0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：所述步骤二中模具浇注前先对模具进行预热处理，预热时间为80-90℃，预热时间为10-15min，预热完成后对模具表面喷涂脱模剂。
5.根据权利要求1所述的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：所述步骤三中均质化处理时温度为750-780℃，时间为2-4h，所述步骤三中热轧时间为15-20min，轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为50-65%，所述步骤三中冷轧轧制速率控制在0.1～1s-1，热轧变形量为62-68%。
6.根据权利要求1所述的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：所述步骤四中初次时效处理时钟罩炉内部的温度为550-600℃，处理时间为2-3h，再次时效处理时气垫炉内部的温度为450-500℃，处理时间为2-3h。
7.根据权利要求1所述的用于信号放大器的耐热型半导体引线框架，其特征在于：所述步骤五中精轧处理时控制变形量为40-50%，所述步骤五中去应力退火时温度为480-530℃，保温时间为30-60s。
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