铜合金引线框架材料行业发展历程、主要类别及国内外研究进展分析

集成电路是现代电子信息技术的核心，它是由芯片和引线框架经封装而成。作为集成电路封装的主要结构材料，引线框架在电路中发挥着重要作用：连接外部电路和传递电信号；向外界散热，发挥导热作用；支撑和固定芯片的作用，其外壳整体支撑框架结构通过IC 组装而成，保护内部元器件。

引线框架作为集成电路核心原材料之一，应具备以下条件：良好的导热、导电性能，较高的强度、硬度和高软化温度，好的耐热性、抗氧化性、耐蚀性、焊接性、塑封性能、反复弯曲性能和加工成型性能等。

铜合金材料作为电子用引线框架材料，以其优良的导电性、导热性、加工工艺性能和适宜的强度及可镀性、可焊性、与封装材料的亲和性、较低的成本等，一经使用，迅速替代铁基材料，成为集成电路和半导体分立器件等电子信息产业的关键性材料。

当代的电子信息产品向小型化、（立鼎产业研究网）薄型化、轻量化、高速化、多功能化和智能化发展，集成电路(IC)向大规模(LIC)和超大规模(VLIC)方向发展，集成电路所用引线框架材料随之向着引线节距微细化、多脚化的方向发展。目前，集成端子数为208～304，其形式为QFP、TAB 等。国外预计未来集成电路的端子数将达到1000～2000。端子数的增加要求引线框架材料的厚度也将从原来的0.25mm 逐渐减薄到0.1～0.15mm 甚至50μm。

引线框架厚度的减薄对引线框架材料的强度和导电性提出了更高的要求。这就要求引线框架材料的各种性能更加优异和全面。主要凸显在以下几方面：引线框架的微型化要求其应具有更高的强度和硬度；集成电路的高集成度、高密度化使其散发的单位体积热量更多，这就要求引线框架材料有优越的导热性；鉴于电容和电感效应会造成不良影响，良好的导电性是引线框架材料必须具备的性能。除此之外，还需具备良好的冷热加工性能，弯曲、微细加工和刻蚀性能好、钎焊性能好、使用中不发生热剥离、电镀性能好、树脂的密着性好等一系列加工特性。理想上优良的引线框架材料强度应大于600MPa、硬度HV 应大于130、电导率(IACS)应大于80%。

主要针对于集成电路引线框架材料，最初高强高导铜合金由此被开发出来，国外称其为高性能铜合金（high performance copperalloy）。高强高导铜合金被要求同时具有高强度和高导电性（强度大于500MPa，电导率大于80%IACS），然而高导电性的纯金属一般都非常软，比如铜、银、铝等。（立鼎产业研究网）通过多种方法来强化这些金属，包括合金化法、冷变形、晶粒细化等，但同时会显著地降低金属的电导率。加入适量的金属元素会使得铜合金的强度比纯铜多两到三倍，但铜合金的电导率只有纯铜的10%到40%。目前为止，无论在国内还是国外，所用铜合金的高强度和高导电性之间总是此消彼长，因此如何平衡铜合金的高强度和高导电性是当前高性能铜合金材料亟待解决的难题。

主要铜合金的导电率、抗拉强度和硬度

资料来源：公开资料

用于集电路和半导体器件的引线框架材料基本上分为两大类，即铁镍合金(Fe29Ni17Co和Fe42Ni 合金)和高铜合金，前者用于陶瓷和玻璃封装，后者用于树脂封装。到目前阶段，高铜合金的引线框架已占80%以上，主要应用的是Cu-Fe-P、Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr和Cu-Ag4 大铜合金系列。而铁镍合金的仅占20%以下。

立鼎产业研究中心发布的《2019年版中国铜合金引线框架材料行业发展现状及市场前景研究报告》研究显示：铜合金引线框架材料的发展历史可分3个阶段：

第一阶段是20 世纪70 年代铜基引线框架材料发展的初期，以导电率≥80%IACS 的高导电材料为主，但其强度只有400MPa左右，此类铜合金以添加低Sn、低P、低Ag 或低Fe 为主，如Cu-P 系列的C1220，Cu-Fe 系列的KFC 等。

20 世纪80 年代起为第二阶段，利用添加少量可固溶时效析出强化相的元素进行合金化，在不显著降低导电率的同时，提高材料的强度，称为中导、中强合金，导电率为60%～79%IACS、抗拉强度达到450～600MPa，以高Fe 合金元素为主，再加入Si、N、P、Cr 等其它强化合金，如Cu-Fe-P 系列的C19400 等。

第三阶段是随着集成电路向大规模和超大规模发展，集成度的增加和线距的减小，要求引线框架材料具有导电率在50%IACS 左右、抗拉强度达到600MPa 以上，此类铜合金材料多为固溶强化型合金，如Cu-Ni-Si 系列的KLF 以及C7025 等。

引线框架用的铜合金进一步发展趋势是向着更高强度方向发展。而铜合金按其强化元素分有CuFe(P)、CuCr(Zr)、Cu-Ni-Si、Cu-Ni-P 和Cu-Ni-Sn 等。

常用的引线框架合金及其性能

资料来源：公开资料

铜基合金引线框架材料的主要生产国为日本、美国、德国、法国和英国，其中日本发展最快。在日本仅其中21 个铜加工企业已开发的引线框架材料就有66 种，采用最多的是其中含锡的36 种。

近年来世界各国所开发出的高强度高导电集成电路引线框架用合金中具代表性的合金有OMCL-1、KLF-201、KFC-SH 和EFTEC 等。OMCL-1 型合金由三菱公司开发，属于析出强化型合金。其拉伸强度为592MPa，电导率为82.7%IACS，伸长率9%，线膨胀系数17.0×10-6/K，热导率301W/m.K，能综合满足对材料强度和导电性的要求。KIF-201高导电Cu 合金，由神户制钢所开发，其拉伸强度为596MPa，电导率为80%IACS，特别适用于QFP 等表面安装型集成电路用引线框架。KFC-SH 也是神户制钢所开发的高导电铜合金，为析出强化型合金。其电导率为87%IACS，拉伸强度稍低，为500MPa，但耐热温度达748℃，能承受半导体加工中的热循环，可靠性高。古河电气工业公司开发的EFTEC-64 合金电导率为80%IACS，拉伸强度441～539MPa，若经时效处理，拉伸强度可提高到539～637MPa，但电导率下降为75%，适用于各种表面安装型封装用引线框架。

近年开发的高强度高导电集成电路引线框架代表性合金

资料来源：公开资料

在高铜合金中Cu-Ni-Si 合金是典型的时效强化合金，并兼有高强度和高导电的特性，与目前常用的Cu-Fe 系引线框架材料相比，Cu-Ni-Si 合金没有磁性，因而成为超大规模集成电路的理想用材，是目前较有前途的引线框架材料之一。

国内针对Cu-Ni-Si 合金进行了大量的研究。国内相关的合金牌号如下。

我国生产及研制的引线框架材料

资料来源：公开资料

为满足超大规模集成电路的需求，正不断向更高目标冲击，强度为450～500MPa、导电率为80%IACS 的框架材料，可以满足集成电路的现实需要，然而超大规模集成电路需要强度为550～600MPa、导电率为75%～80%IACS 的铜合金。