CN1654690A

CN1654690A - 集成电路引线框架用铜合金材料及其制造工艺

Info

Publication number: CN1654690A
Application number: CNA2004100162680A
Authority: CN
Inventors: 方守谊
Original assignee: SHANGHAI JINTAI COPPER INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI JINTAI COPPER INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-17

Abstract

一种集成电路引线框架用铜合金材料，其化学成分是，Cu：≥99.8％；Fe：0.05－0.15％；P：0.015－0.05％。制造工艺流程为：原料检验→称重配料→入炉熔化→转保温炉→取样分析→半连续铸造→铸锭切头尾→铸锭质量检验→步进炉加热→热轧→带坯铣面→带坯质量检验→冷粗轧→裁边→钟罩炉退火→冷中轧(钟罩炉退火→冷中轧)→气垫炉中间退火→十二辊精轧→气垫炉成品清洗(脱脂、退火、酸洗、清洗、钝化、烘干)→拉弯矫直→成品检验→包装入库。解决了现有的集成电路引线框架用纯铜材料其抗拉强度不能达到390MP以上，拉伸率也不高的技术问题，提高了合金强度和材料的耐热性能。

Description

集成电路引线框架用铜合金材料及其制造工艺

【技术领域】

本发明涉及铜合金材料，特别是一种集成电路引线框架用铜合金材料及其制造工艺。

【背景技术】

集成电路由芯片、引线框架和塑封三个部分组成，其中引线框架的功能是支撑芯片(硅片)、散失工作中产生的热量和连接外部电路，是集成电路中极为关键的部件；随着集成电路(IC)向大规模集成电路(LSI)和超大规模(ULSI)迅速发展，线路高集成化、高密度化，引线框架也向短、小、轻、薄方向发展，要求引线框架材料具有高强度、高导电、高导热性、良好的焊接性、耐蚀性、塑封性、抗氧化性、冲制性、光刻性等一系列综合性能。

现有的集成电路引线框架用材料的化学成份和机械性能如下表所示：

产品		T₂
产品		T₂	化学成分		Cu：≥99.90％
机械性能	抗拉强度	295MP	化学成分		Cu：≥99.90％
	抗拉强度	295MP	伸长率	3％

由此可见，现有的纯铜产品其抗拉强度不能达到390MP以上，拉伸率也不高。

【发明内容】

本发明要解决现有的集成电路引线框架用纯铜材料其抗拉强度不能达到390MP以上，拉伸率也不高的技术问题，提供一种机械性能更好的集成电路引线框架用材料和其制造工艺。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种集成电路引线框架用铜合金材料，其特征是其化学成分如下：

Cu：≥99.8％；

Fe：0.05-0.15％；

P：0.015-0.05％。

制造工艺流程为：原料检验——→称重配料——→入炉熔化——→转保温炉——→取样分析——→半连续铸造——→铸锭切头尾——→铸锭质量检验——→步进炉加热——→热轧——→带坯铣面——→带坯质量检验——→冷粗轧——→裁边——→钟罩炉退火——→冷中轧(钟罩炉退火——→冷中轧)——→气垫炉中间退火——→十二辊精轧——→气垫炉成品清洗(脱脂、退火、酸洗、清洗、钝化、烘干)——→拉弯矫直——→成品检验——→包装入库。

【具体实施方式】

本发明的工艺流程是：

原料检验——→称重配料——→入炉熔化——→转保温炉——→取样分析——→半连续铸造——→铸锭切头尾——→铸锭质量检验——→步进炉加热——→热轧——→带坯铣面——→带坯质量检验——→冷粗轧——→裁边——→钟罩炉退火——→冷中轧(钟罩炉退火——→冷中轧)——→气垫炉中间退火——→十二辊精轧——→气垫炉成品清洗(脱脂、退火、酸洗、清洗、钝化、烘干)——→拉弯矫直——→成品检验——→包装入库。

本发明不采用水平连铸长带坯冷轧开坯的生产工艺，而是采用立式半连续铸造大锭，加热热轧后进行带坯铣面，以此来保证成品化学成分均匀、机械性能稳定及无气孔、无夹渣的质量要求。对其高板形要求(板形平直、无大的残余内应力)除加强轧制中板形控制外，还争取在有拉弯矫设备时进行拉弯矫处理，以消除内应力，满足其板形要求。

本发明的合金元素为铁和磷，其中铁的熔点为1538℃，磷的沸点为280℃，而铜的熔点为1084.5℃。因此铁与磷必须以中间合金的方式加入，否则铁不易熔入铜液中，而磷则易挥发烧损掉。为使铁熔入铜液，采用铜铁中间合金加入到熔化炉内与电解铜一起熔化，搅拌加上转炉时的强烈拌和混合作用，使铁在铜液中分布均匀。磷是易氧化易烧损的元素，以铜磷中间合金的方式加入到保温炉内，炉内有50-100mm厚的木炭覆盖液面，从而避免了磷的烧损。采用中间合金方式加入铁、磷还有利精确控制其加入量。本发明的合金元素含量很低，因此它与纯铜一样，极易吸气，铸锭易出现气孔及疏松缺陷。因此，除采用干燥木炭覆盖熔化炉和保温炉的熔池液面、并在密封状态下转炉外，还采用烧红炭黑覆盖结晶器液面、浇铸管埋入结晶器液面下避免铸造过程中的吸气，炭黑除有复盖作用外还有润渭结晶器作用。为铸锭致密，无气孔、夹渣、疏松，我们还采用了振动铸造技术。振动铸造有利于气体夹渣的上浮及铸锭晶粒的细化。主要熔铸参数为：铸造温度1140℃——1180℃，铸造速度60-80mm/mim，冷却水压力0.02-0.08Mpa，振动频率30-60次/分、振幅2mm-4mm。采用上述熔铸工艺生产铸锭的尺寸为185×630×5000——5100mm(厚×宽×长)，铸锭表面光洁、无冷隔、气眼夹渣及铁的偏析瘤。锯切头尾后锭长4750mm-4800mm，单锭重达4.98吨，锯切后的头尾断面处结晶致密，无肉眼可见的气孔、夹渣、疏松等缺陷，为本发明的长带卷、高精度、高质量成品提供了合格的铸锭。

经60分钟的加热后，铸锭温度达到850℃±10℃，在二辊可逆热轧机上经十一道次的热轧轧成12.8mm厚带卷。为确保得到完全的热轧组织，热轧终轧温度我们控制在500℃以上，这样本发明产品的铸造组织得到了充分的破碎，转化为热轧组织。热轧带坯经水冷却后，在铣面上机进行铣面。12.8mm厚的带坯通常每面铣去0.4——0.6mm厚，以除去铸锭表层可能存在的皮下针状气孔、热轧时压入的表面氧化膜等缺陷。铣面后的带坯经专职检验员的检验，合格者送去冷粗轧，不合格者须重铣，以除去局部未铣净的氧化膜和铣面中的粘屑等缺陷。要求铣面后的带坯表面光洁、无起皮、无粘屑等缺陷，其厚度偏差纵向为0.20mm，横向为0.10mm，这样的厚度精度可以保证冷轧带的板形质量。

铣面后的带坯在四辊冷轧机上进行冷粗轧，通常经5道次轧到2.5mm厚，然后进行带卷裁边。首次裁去20——25mm宽度，裁边的目的是切去热轧带坯未铣面的侧面及粗轧产生的边部微小裂纹，使带卷划--为610mm宽度。这样可以避免后道冷轧产生边部裂纹及轧制断带，也有利以后轧制的板形控制及表面光洁度的提高。

粗轧后的首次中间退火在钟罩炉内进行。退火炉内有保护性气氛，热风强制循环。这样，带卷升温快，且炉内各点温度均匀，温差在±5℃。首次中间退火温度460℃，保温4.5小时，退火后的带卷再结晶完全，塑性得到了恢复，变形抗力大幅下降。

2.5mm厚的的退火软态带坯，再在四辊轧机上进行冷中轧。冷加工率控制在50---70％之间。轧制后的带坯，再在钟罩炉内或气垫炉内进行第二次中间退火，目的是消除冷作硬化，恢复塑性。退火采用何种退火设备，取决于成品厚度，通常经一次冷中轧再精轧即到控制成品的性能的厚度时，采用在气垫炉内进行第二次中间退火。目的是提高成品表面质量，因气垫炉退火后有酸洗尼龙刷清刷的工序，而钟罩炉内退火无此工序。气垫炉退火可将轧制过程中产生的带材的表面粘屑等缺陷，予以消除，从而得到更高的表面质量。

冷精轧在十二辊精轧机进行，十二辊精轧机采用全油轧制，轧辊粗糙度小，有利得到表面粗糙度小的带才材；其工作辊直径小，支撑辊多且直径大，刚性好，有利带材板形及厚度尺寸的控制。十二辊精轧机有板形显示仪，而厚度控制完全由计算机自动控制，因此成品板形好，其平直度在30I左右，而厚度精度最高可以达到±0.0025mm。厚度精度完全可以满足引线框架用铜带的要求。

本发明是析出强化兼有冷作硬化强化的高铜合金，析出强化靠多次轧制后退火达到析出相细小均匀的目的，而冷作硬化强化则要靠冷加工率的大小来保证，依据成品性能的不同要求来决定其成品冷加工率的大小，通常成品1/4Y硬，加工率控制在12--24％；1/2Y硬，加工率控制在25--55％；Y硬，加工率控制在30--60％，T硬度，加工率控制在50--70％。

集成电路引线框架用铜带，要求表面无油，无氧化色，无肉眼可见色差，粗糙度在0.20μm以下，易钎焊，与封装材料密合性好，板形平直。若轧制后不经特殊处理，根本无法满足其苛刻的表面要求。

除在铸锭内在质量，带坯铣面质量，及冷轧半制品轧制上采取了除气、除渣、防粘屑、防划伤，加强轧制润滑液的过滤，提高轧辊光洁度，半制品采用1——2次气垫炉酸洗等措施外，成品精轧后还在气垫炉内进行带材连续脱脂、酸洗、尼龙刷清刷、清洗、钝化、烘干的处理。经气垫炉处理的本发明铜带，表面无油，色泽均一，性能稳定，久贮不变色。可以满足电子信息行业对铜带表面质量的苛刻要求。

由于轧制时影响金属均匀变形流动的因素很多，如来坯板形、金属温度高低、轧辊弧度、轧辊压下量、液压弯辊大小、轧制时的冷却与润滑、前后张力以及变形热，都会使金属产生不均匀的变形流动。从而使带材产生各种波浪、扭曲现象。此外带材内部也有残余内应力存在。有的带材在大轧制张力下卷取，看似很平直，但卷取张力一松弛就会有波浪出现。有内应力的铜带严重时，剖条即会产生扭曲现象；内应力轻微时，用户冲制成引线框架后，产生扭曲、翘起、而不能与芯片封装。因此，成品板带除应尽可能做到板形平直无肉眼可见波浪外，还要采用必要的措施，使其内应力得到充分释放。

经该拉弯矫精整，原先肉眼不易发现的带材波浪，可以得到有效消除，板形在斜射光线投射下，无凹凸波浪，卸卷后的铜带与平板接触，十分密贴。矫直后的带卷经纵向剪切剖成窄条后，无扭曲、翘起现象；用户冲制成零件后同样无扭曲、翘起现象，其平直度与进口铜带一样，可达到I≤20。

经拉弯矫直后，带材内部的残余应力得到了有效释放，带材板形平直，其机械性能也得到了进一步改善，其抗拉强度略有下降，而塑性略有上升。

成品经纵剪机分剪剖条后，取样进行物理机械性能测试，并由专职人员进行成品的尺寸精度，表面质量把关。合格者包装入库，不合格则剔出，酌情作进一步的处理。处理后合格者入库，不合格者报废回炉。

该铜合金材料的化学成分如下：

Cu：≥99.8％：

Fe：0.05-0.15％；

P：0.015-0.05％。

该合金是在纯铜中加入少量铁元素和磷元素，通过铁元素和磷元素固溶强化和Fe₂P的析出硬化来提高合金的强度；由于铁的熔点(1538℃)比铜的熔点(1084℃)高，铁在高温下易氧化，铁在铜中的固溶度很小，故铁很难加入到铜中，为了使铁熔入铜中，在熔炼合金时，首先采用铜-铁中间合金的形式，再采取了一些特殊技术措施，使铁熔入铜中，达到了预期的百分含量；在加工过程中，采用热轧后高温淬火技术，使母相中的铁分布均匀，同时使Fe₃P的析出，提高了合金强度和材料的耐热性能。

本发明各个实施例和纯铜(T₂)相比其主要技术指标差异如下：

		T₂	实施例1	实施例2	实施例3
		T₂	实施例1	实施例2	实施例3	化学成分		Cu：≥99.90％	Cu：99.8％Fe：0.15％P：0.05％	Cu：99.935％Fe：0.05％P：0.015％	Cu：99.88％Fe：0.10％P：0.02％
机械性能	抗拉强度	295MP	500MP	390MP	400MP	化学成分		Cu：≥99.90％	Cu：99.8％Fe：0.15％P：0.05％	Cu：99.935％Fe：0.05％P：0.015％	Cu：99.88％Fe：0.10％P：0.02％
	抗拉强度	295MP	500MP	390MP	400MP	伸长率	3％	5％	4％	4.5％

Claims

1、一种集成电路引线框架用铜合金材料，其特征是其化学成分如下：

Cu：≥99.8％；

Fe：0.05-0.15％；

P：0.015-0.05％。

2、根据权利要求1所述的集成电路引线框架用铜合金材料，其制造工艺流程为：原料检验——→称重配料——→入炉熔化——→转保温炉——→取样分析——→半连续铸造——→铸锭切头尾——→铸锭质量检验——→步进炉加热——→热轧——→带坯铣面——→带坯质量检验——→冷粗轧——→裁边——→钟罩炉退火——→冷中轧(钟罩炉退火——→冷中轧)——→气垫炉中间退火——→十二辊精轧——→气垫炉成品清洗(脱脂、退火、酸洗、清洗、钝化、烘干)——→拉弯矫直——→成品检验——→包装入库。