集成电路用引线框架材料研究

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集成电路用铜基引线框架材料的发展与展望

２ＳｈｏｆａｅｉｌｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｇ， ’ ｎＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙＸｉａ１０８ｃｏｌｔｒａｓＳｅｃｎｇｎｅｉＸｉａｉｅｓｔｏｃｎｌｇ， ’ｎ７０４）ｏＭｃｎｙ
Ａｂｔａｔｓｒｃ
ｃｌａｅｒｖｅｄ，ｎｈｐｅｍｏｔｅｕｒｍｅｔｅｎｌｃｒｃｔｏｄｃｉｉｙａｄｓｒｎｔｓｐｉｔｄｏｔＴｈｃｕｌｕｔｒｅｉｗｅａｄｔｅｕｐｒｓｑｉｒｅｎｉｇｅｅｔｉｉｃｎｕｔｔｎｔｅｇｈｉｏｎｅｕ．ｅａｔａｉｂｙｖ — ｔｆｒｓａｃｆｃｐｅ－ａｅｅｄｆａａｅｉｌａｏｅａｄａｒａｓｄｓｒｂｄＴｈａｆｌａｒｍｅｍａｅｉｌｂ — ｙｏｅｅｒｈｏｏｐｒｂｓｄｌａｒｍｅｍｔｒａｔｈｍｎｂｏｄｉｅｃｉｅ．ｅｇｐｏｅｄｆａｔｒａｅ
Ｉｈｓｐｐｒｈｒｐｒｙｒｑｉｍｅｔｆｃｐｅ－ａｅｅｄｆａｔｒｌｕｅｔｒｒｔｉ— ｎｔｉａｅ，ｔｅｐｏｅｔｅｕｒｅｎｓｏｏｐｒｂｓｄｌａｒｍｅｍａｅｉｓｄｉｉｅｇａｅｃｒａｎｎ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ
ｉｔｒｒｔｄｃｒｕｔｃｐｅ－ａｅｅｄｆａ，ｉｒｌｙｎ，ｔｅｇｈ，ｃｎｕｔｉｎｅｇａｅｉｃｉ，ｏｐｒｂｓｄｌａｒｍｅｍｃｏａｌｉｇｓｒｎｔｏｏｄｃｉｔｖｙ

蚀刻型铜基引线框架材料应用研究

３．２．４平整度好，残余应力不。３．２．５易冲裁加工，且不起毛刺。３．３蚀刻成型引线框架材料的特殊要求蚀刻法加工属无应力加工手段，是通过一种感光抗蚀剂将工件部
分保护起来，再用一种强氧化剂将其它部分刻蚀掉，最后得到需要的元件。在蚀刻法加工中，包括丝网印刷、双面曝光显影、蚀刻等诸多工序，因此对框架材料也有其特殊要求：３．３．１厚度、宽度和长度公差蚀刻成型材料对材料厚度、宽度公差要求较高，由于厚度和宽度的不匀，可直接影响蚀刻后产品精度，一般而言，材料厚度和宽度应满足表１：３．３．２卷曲在３ｆｔ长的样品上，所测卷曲不得超过１．５００ｉｎ。３．３．３边缘毛刺小间距方向发展，因此蚀刻成型加工手段也得到更为广泛的应用。材料边缘不希望有毛刺，如有其高度不得超过金属厚度的１０％。３蚀刻型引线框架对材料的要求３．３．４横向弯曲（横弯、凹弯）３．１蚀刻型引线框架的分类横向弯曲与纵切有关。由于化学处理的材料通常宽约１６－－２０ｉｎ，所根据材料化学成份，引线框架一般可分为５类：以其最大横向弯曲应满足下表：（１）可伐合金（ｒｅ — Ｎｉ — Ｃｏ）：广泛应用于玻璃、陶瓷封装线；（２敞镍４２表２最大横向弯曲
３．３．５表面光洁度３．２引线框架材料的要求材料应无大量的表面缺陷。例如：凹坑、刻痕、压痕、擦伤、刮痕、起集成电路的许多可靠性都是由封装性能决定的，引线框架为芯片皱或夹杂物。提供电通路、散热通路、机械支撑等功能，Ｉｃ封装要示其必须具备高强３．３．６锈蚀度、高导电、导热性好，以及良好的可焊性，耐蚀性、塑封性、抗氧化性等材料表面上不应有可见锈斑。系列综合性能，因此对其所用的材料也十分苛刻，所用材料的各项性４国内蚀刻型框架材料的发展概况能指标的优劣，最终都将直接影响集成电路的质量及成品率。其材料应我国引线框架带材研究始于国家“ 八五” 末期，主要生产企业有宁满足下列特ｆ生要求。波兴业集团、洛阳铜加工厂等，于此同时，清华大学、宁波东盛集成电路３．２．１应具有良好的导热ｌ生，能够将半导体芯片在工作时发生的热元件有限公司、北京机床研究所也开始了蚀刻方法的研究。经过几年的量及时地散发出去。良好的导电性能降低电容、电感引起的不利效应。努力，蚀刻加工引线框架技术和用于蚀刻成型的引线框架材料研究都材料的导电性高，框架上产笺抗阴就小，也利一散热。取得了较大的进展。例如宁波兴业集团生产的１９４铜，各项指标均已达３．２．２材料要具有较低的热膨胀系数，良好的匹配性、钎焊性、耐蚀到蚀刻要求，正逐步取代进口材料。性、热耐陛和耐氧化胜。５结束语３．２．３材料要有足够的强度，刚度和在型性。一般抗拉强度要大于随着我国半导体行业快速稳定发展及国外大量制造业转移到中４５０Ｍｐａ，延伸率大于４％。国，给中国带来极大的市场机遇，相信在不久的将来，我国的引线框架产业也将会有一个更大的提高。表１厚度和宽度公差

高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用

高端集成电路引线框架铜合金材料研发与应用引言随着科技的不断进步和人们对高质量电子设备的需求日益增长，高端集成电路作为电子产品的核心部件，对于材料的要求也越来越高。

其中，引线框架是集成电路中非常重要的组成部分，它承担着电信号传输和功耗控制的关键任务。

铜合金作为一种优质的引线框架材料，具有良好的导电性、导热性和机械强度，因此在高端集成电路中得到广泛应用。

本文将深入探讨高端集成电路引线框架铜合金材料的研发与应用。

研发历程铜合金材料的优势1.优良的导电性：铜合金具有出色的电导率，能够快速传导电信号，提高集成电路的工作效率。

2.良好的导热性：铜合金具有较高的导热系数，能够有效散热，保证集成电路的稳定性。

3.高强度和耐腐蚀性：铜合金具有较高的机械强度和抗腐蚀能力，能够提供可靠的引线支撑。

研发目标1.提高铜合金的导电性和导热性；2.提高铜合金的机械强度和耐腐蚀性；3.降低铜合金的成本。

研发方法和过程1.材料筛选：通过大量实验和数据分析，筛选出具备良好导电性和导热性的铜合金材料；2.工艺优化：优化材料的制备工艺，提高材料的机械强度和耐腐蚀性；3.合金配比调整：通过调整铜合金的配比，降低材料的成本；4.综合评估：对优化后的铜合金材料进行综合评估，选取最优方案。

应用案例案例一：5G通信领域随着5G技术的快速发展，高端集成电路在5G通信领域的应用越来越广泛。

在此背景下，高导电性、高导热性和高强度的铜合金引线框架成为必备的关键材料。

通过引线框架的优化设计和铜合金材料的应用，可以提高5G通信设备的性能，实现更快的数据传输和更低的功耗。

案例二：人工智能芯片人工智能芯片作为近年来的热门领域，对高端集成电路的要求也越来越高。

铜合金引线框架因其优越的导电性和导热性，在人工智能芯片中得到广泛应用。

通过铜合金引线框架的应用，可以提高人工智能芯片的计算速度和稳定性，进一步推动人工智能技术的发展。

案例三：工业自动化在工业自动化领域，高端集成电路引线框架铜合金材料的应用也十分重要。

集成电路用金属铜基引线框架和电子封装材料研究进展

关键词
引线框架电子封装
铜基合金
复合材料
ＡｄｖｎｃｓｉａｅｎＣｏｐｐｅ — ａｒｘＭａｅｉｌｆｒＬｅｄｆａｅａｒｍｔｉｔｒａｏａｒｍｎｄ
ＥｌｃｒｎｃＰａｋｇｎｆＩｔｇａｅｒｕｔｙ（Ｃ）ｅｔｏｉｃａｉｇｏｎｅｒｔｄＣｉｃｉｒＩ
ｔｏｉｎａｌｔａｒｃｅｒｓｉｓ，ｅｓｔｔ，ｈｅｃｈａｔｉｔｃｐｒｅｎｔｓａｕｓ，ｐｌｃｔｏｎｐｏｓｃｎｄｅｓｉｏｂｌｍｓｏｆｔａｄｉｉａｐｉａｉｒｐｅｔａｘｉｔｎｇｐｒｅｒｔｏｎａｎｄｎｅｃｐｅｒｍａｌａｗｏｐ —
（安理工大学材料科学与工程学院，安７０４）西西１０８
摘要
发展趋势。
针对集成电路向高密度、型化、小多功能化发展，绍了国内外传统的和以铜为基复合新型的引线框架介
和电子封装材料的性能、究、产现状以及存在的问题。同时展望了铜合金及其复合的引线框架和电子封装材料的研生
２新型金属铜基引线框架和电子封装材料
Ａｂｓｒｃｔａｔ
Ｉｉｈｆｔｅｆｃｈｔｉｔｇａｅｉｃｉｓ（Ｃ）ａｅｇｏｎｅｓｒｓａｌｒａｄｍｏｅｍｕｔ—ｕｃｎｌｔｏｈａｔｔａｎｅｒｔｄｃｒｕｔＩｇｒｒｗｉｇｄｎｅ，ｍｌｅｎｒｌｉｆｎ —

引线框架

3．7内引线脚的镀层质量为了保证封装工艺中的装片／键合性能，使芯片和金丝与引线框架形成良好的扩散焊接，引线框架的装片／键合区域(内引线脚上和小岛)一般要求压印，然后在上面镀金或镀银，如图6所示。通过压印可以形成-个光滑致密的表面以获得高质量的镀层，同时提供了一个充足平坦的键合点区域。压印深度一般控制在0．013mm。早期在压印区域都采用镀金工艺，厚度控制在2ltm左右。采用镀金工艺是因为镀金层与引线框架基体和金丝有比其它金属更加好的结合力和焊接性能，保证了很好的装片／键合强度，而且化学性质稳定、耐腐蚀、耐氧化、可靠性好。但是其成本过于昂贵制约了集成电路的飞速发展，于是金的替代品银逐渐被广泛采用。目前，在引线框架镀银工艺中，一般分为半光亮和光亮镀银两种。镀银层的质量直接影响装片和金丝键合强度，从而最终影响产品的成品率和可靠性。一般镀银层的厚度控制在3~8}μm，银层表面应致密光滑，色泽均匀，呈镀层本色，不允许有起皮、起泡、沾污、斑点、水迹、异物和发花等缺陷。应无明显的污点、脱落或镀层漏镀，无贯穿镀层的划痕；在冷态和热态(250℃)应无明显变色，不允许起皮，起泡，剥落，发花，斑点等缺陷；键合区应易于键合，键合强度大于4gf；外引线脚经弯曲试验后不应出现断裂。另外，光亮度过高的银层，在键合高温时会析出碳氢物质，降低了银面的致密性，提高了空隙率，最终影响键合。
2．4良好的强度引线框架无论是在封装过程中，还是在随后的测试及客户在插到印刷线路板的使用过程中，都要求其有良好的抗拉强度。Fe58％-Ni42％的铁镍合金的抗拉强度为0．64GPa，而铜材料合金的抗拉强度一般为0．5GPa以下，因此铜材料的抗拉强度要稍差一些，同样它可以通过掺杂来改善抗拉强度。作为引线框架，一般要求抗拉强度至少应达到441MPa，延伸率大于5％。
3．6塑封支撑基体引线框架对塑封料起-个支撑基体的作用，塑料可以黏附在它的上面并在模具中形成封装体。塑封模具的上下两部分相互结合在一起，这时塑封料在上下模具之间整体连结在一起，当金属区域增加时，上下两部分切开所需的力会减小，此时在引线弯曲成形或焊接操作时沿着金属与塑料的接触面会产生断裂。水汽沿金属与塑料连接界面处渗透官幼的减缓与金属框架周围塑料收缩有关，一般情况下，塑料覆盖范围越大，收缩力越大，设计引线框架时理想的塑料与金属面积之比为： Am／Ap≤1 其中：Am是金属面积，Ap是塑料面积。

2023年半导体封装用引线框架行业市场规模分析

2023年半导体封装用引线框架行业市场规模分析引线框架是半导体封装的重要组成部分，其中包括铜线材料、塑料基板等材料，目前被广泛应用于集成电路、功率半导体和LED等领域。

随着新一代科技的发展和推广，引线框架在封装技术中的应用也日益增多。

那么，引线框架行业市场规模是多少呢？引线框架这一市场涉及多个领域，我将分别从集成电路、功率半导体和LED三个方面进行分析，以解释引线框架的市场规模。

一、集成电路封装引线框架市场规模分析集成电路是大家较为熟悉的一个领域，引线框架在这方面的应用主要有两种：QFP （Quad Flat Package）和BGA（Ball Grid Array）封装。

QFP封装是一种“芯片外露型”的集成电路封装，它通过引线来连接集成电路芯片与PCB板，因其结构简单、制造流程成熟、可靠性高等特点，一直被使用广泛。

QFP 封装中，引线的主要材料是铜线，占据了整个市场的绝大多数。

据市场调研机构Gartner的数据显示，在2019年，QFP封装的市场规模为539亿美元。

BGA（Ball Grid Array）封装也被广泛应用于集成电路领域。

作为一种不带引线的封装形式，BGA封装绕开了连接导线后对整个电路布局进行优化，使得产品在高频、高速和多IO等方面有显著的优势。

BGA封装中，球形焊球可以在连接芯片和PCB板间发挥作用，其容错性和抗冲击性也更强。

根据IDC的数据，在2019年，全球BGA封装市场规模达到142亿美元。

二、功率半导体封装引线框架市场规模分析功率半导体这个领域，其芯片封装的功能要求不同于集成电路。

功率半导体封装主要有三种，分别是TO、DIP和SMD。

TO封装是一种功率半导体芯片的“金属外壳型”封装，采用引线框架作为电子元器件与外部世界连接的一种方式，主要用于散热和引线连接等方面。

DIP和SMD是另外两种功率半导体封装形式，其与TO封装最大不同的是内部没有金属外壳，为裸露封装方式。

DIP封装的引线通常是颜色的镀金铜线，厚度在0.6mm以下，而SMD的精度要求更高，其细小的引线通常只有0.3mm左右的规格。

半导体元器件引线框架封装之分层研究

半导体元器件引线框架封装之分层研究福建福顺半导体制造有限公司陈力本文主要对半导体元器件引线框架封装工艺及封装材料对元器件分层的影响进行研究与说明。

文章通过分析如何改善封装材料、改善封装工艺技术防止元器件内部分层。

引言：半导体引线框架封装为整个半导体元器件产业链的主要后段加工制程之一。

主要目的是为保护表面布满集成电路的半导体硅芯片免受外界机械或化学因素腐蚀，并采用引线框架作为导通介质，其引线框架的材质一般为铜材或铁材。

现行的半导体封装工艺技术中，元器件内部的分层是重大的质量缺陷。

引线框架封装塑封体为非密封型，暴露于空气中容易吸收空气中的湿气。

当塑封体经过回流焊或波峰焊的高温时，塑封体内部的蒸汽压力会增加，在特定情况下，内部的压力会造成封装体内部分层。

严重的分层现象致使电性功能的失效。

依据JEDEC的可靠性实验为判断半导体封装工艺的国际标准，在模拟各种环境状况下如高压、高温、高湿、高低温等条件，加速元器件的老化及破坏，进而推算是否符合元器件的使用寿命要求。

1 如下分层判定标准依据JEDEC标准(JEDEC 020-E)JEDEC 020-E MSL3：前处理过程，烘烤24小时（125℃）+ 恒温恒湿40小时（60℃ 60%RH MSL3）+ IR*3次（260℃）要求。

2 分层实验检测设备简介通过Scanning Acoustic Tomograph（SAT）超音波断层扫描设备，可以判定元器件内部是否产生了分层。

试验设备为日立扫描式超声波图像装置。

3 半导体封装原材料组成主要原材料组成内容：晶圆、引线框架、焊线、塑封料、焊料。

（1）晶圆：半导体集成电路制作光刻处理后的硅晶片。

在硅晶片上加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC 产品。

晶圆的原始材料是硅。

（2）引线框架：主要材料为铜，会在上面进行镀银、 NiPdAu 等材料。

提供电路连接和Die的固定作用。

（3）焊线：早期金线一般采用的是99.99%的高纯度金；目前封装行业基本均采用铜线、银合金、铝线工艺。

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集成电路用引线框架材料研究
【摘要】随着电子技术飞跃发展，集成电路成为了电路中尤为重要的部件。

因此，对集成电路的研究上升到了一定的高度。

引线框架作为集成电路是重要组成部分，运到了新机遇及新挑战，研究引线框架材料成为相关专家与学者研究的重要课题。

本文阐述了当今引线框架的研究进展，介绍了引线框架的基本特征及研发动态，就集成电路用引线框架材料发展前景做了展望。

【关键词】引线框架材料;集成电路;研究
0.前言
在集成电路中，就是依靠进线框架连接外部元件与芯片，其作用至关重要。

主要起到支撑及固定芯片，保护内部元件，把IC组装成为一个整体；同时将芯片和外部电路连接起来传递信号，有效进行导电导热。

因此，集成电路与各个组装程序必然依据框架才能成为一种整体。

鉴于引线框架材料在集成电路中的重要，许多相关人士将研究集成电路用引线框架材料成为了热点话题。

在这种形势下，本文对集成电路用引线框架材料研究具有实际价值。

1.集成电路用引线框架概述
随着电力技术快速发展，信息产品正朝着轻量化、高速化、薄型化、小型化以及智能化等方向发展，而作为封装材料也得到长足发展，尤其是半导体的集成电路封装更是突飞猛进。

如今，引线框架的封装密度及引线密度是越来越高，同时封装引线的脚数也快速增多，让引线的节距逐年降低，如今已近达到了0.1mm，同时超薄型成为了热门，从过去的0.25mm降至到0.05-0.08mm,而引线的框架也朝着轻、短、薄、多引线、高精细度以及小节距方向发展。

集成电路用引线框架的性能:
①具备较高强度与硬度；因为引线框架逐步小型，但是其内部容纳的电路依然是那么多，而且容纳的东西应该是越来越多，这就为其材料提出了较高强度及硬度要求。

②良好的导热性；随着集成电路逐渐变小，功能足部增大，随着工作效率提高必然产生热量越多，必然要具备加好导热性。

③较好的导电性；要消除电感及电容造成的影响，材料就必然要求较好导电性，才能降低框架上的阻抗，也有效散热。

除了具备如上一些功能特性之外，引线框架还要具备良好的冷热加工性能，较好的微细加工和刻蚀性能及较好的钎焊性能等。

一般而言，较为理想引线框架材料的强度不能够低于600MPa，其硬度HV不能小于130，而其电导率不能小于80%。

2.研究引线框架材料进展
随着集成电路朝着小型化及高集成化以及安装方式变化等等方向上发展，为引线框架材料特性及质量要求是逐渐增强，必然要投入更多人力物力来开发与研究新材料。

自从上世纪60年代集成电路研发成功以来，相关人士就在不断的开发优质集成材料，电子封装材料及各类引线框架也不断产生，针对引线框架材料较多的是高铜合金及铁镍合金开发比较成功，本文就是以这两种材料作为例子进行阐述。

2.1铁镍合金
铁镍合金中主要代表物质是KOV AR合金以及42合金两种。

而KOV AR合金在传统使用上属于较为优良的引线框架材料，集成电路刚刚出现之时是引线框架中使用较多的材料。

该合金的优点就是具有高强度、高抗拉强度，其中抗拉强度能够达到530MPa，能够确保电路的可靠性，但是有一个较大缺点就是导电导热的性能不大好，当时按照当时集成电路需求来看还是能够满足。

到了1987年世界上出现了能源危机，导致钴价猛涨，自然也就加快了KOV AR合金的价格增长，这样就大大降低了使用量，价值一些高性能新型材料研发成功，KOV AR合金慢慢退出了。

随着KOV AR合金退出相继出现了一大批新型材料，其中有位突出的是Fe-Ni42合金。

这种合金的机械强度及热膨胀系数与KOV AR合金较为相近，相比之下就是导热导电的性能略差，但是因不含有Co元素导致其价格相对较低，因此这种材料一出世就快速发展起来，其使用普及度突飞猛进，到了上世纪80年代就占据引线框架材料的40%以上，一直到更为新型材料的出现才开始降低。

这种材料是铁磁性恒弹性的合金，其优点是强度较高、可靠性好，不足之处是导热导弹、价格上相比较差。

2.2铜基材料
铜合金材料一问世，就以较高导电导热以及价格低廉等诸多特点成为了引线框架中使用比较普遍材料。

伴随着集成电路逐渐退出陶瓷封装，塑性封装成为了主流，而与塑性封装较为匹配之铜基合金作为引线框架使用更是突飞猛进。

铜基引线按照材料的性能划分，大致可以划分为高导电型、高强度型、高强中导型及中强中导型等；如果按照合金成分可以分为铜铁系列、铜铬系列等，相比之下使用较为广泛为铜铁磷系列，其典型的材料为C194合金与KFC合金。

但是铜导电率及导热率稍低于银，在生产之中怎样才能满足需要性能就尤为关键了。

当时在使用中主要有Cu-Fe(P)系列、Cu-Ni-Si系列、Cu-Cr系列等，从使用中发现较高时效温度计过程使用时间都易导致Cr与Cu3Zr的粒子聚集长大，产生出过时效，对合金的高温性能与焊接性能有严重损害，因此相关研究者就在努力探索新型材料出现。

3.引线框架新材料的开发
在引线框架中使用铜及合金成为了人们的共识，但是相对而言还存在一些问题，引发人们朝着新成分体系及新制备工艺上发展。

在这种形势下，研发出了一些新型材料。

3.1铜合金中加入稀土元素
为了改善铜合金之综合性能，就在其中加入了微量的稀土元素，改善了铜合金的耐腐蚀性能、热塑性能及导电性能等，加入稀土元素还能够净化铜合金里的杂质，细化铜合金里的晶粒。

但是在加入稀土元素时要控制用量范围及最佳值，因为一旦超过了临界值，稀土元素作用就变化了，就会影响到铜合金各种性能。

目前，加入了稀土元素的铜合金使用较为广泛。

3.2新型制备工艺
事实上，不同制备工艺能够得到不同性能合金，比如合金的时效、强化方式之前有没有做变形处理，时间、时效温度等选定都直接关系着合金最终的性能。

因此制作时就依据制备合金工艺基础上，根据需要的性能做具体要求，就能够满足不同的需求。

同时，加入了不同的成分比微量元素，对合金的性能影响较大。

例如：在合金中加入Zn元素就能够加大提升钎焊性，加入了Mg元素能够改善材料抗疲劳及高温性能等。

因此，这一系列使用极大的改善了引线框架材料的需
求。

4.结论
如今，集成电路是各个国家科学技术发展之重要代表，能够体现出国家信息科技水平与能力。

而且随着集成电路的用途扩大，对引线框架材料需求日渐增大。

从发展现状可看出来，铜合金因具备良好导热导电等综合性能，成为了目前的主打材料。

但是研发集成电路用引线框架材料，必将备受相关研究者重视。

【参考文献】
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