引线框架材料的分类及选择

20世纪60年代，采用陶瓷做集成电路的外围组件进行保护，以免集成电路受到外部环境的影响。其相应的引线框架，选用了线胀系数既与陶瓷又与硅芯片接近的Kovar（Fe-Ni29Co17合金）。20世纪70年代，随着封装方法的改进，代之以廉价的FeNi42合金。此后，随着封装技术的进步，为降低集成电路的制造成本和提高散热性，越来越多地采用高强度的铜合金作为引线框架材料。到1984年，铜合金材料的用量已是FeNi42合金的3倍，目前除了材料厚度在0.1mm以下的引线框架还使用一些FeNi42合金材料外，其他基本上使用铜合金和铁系材料，铁系材料主要应用在晶体管和二极管上。

引线框架材料的种类和分类详见表4-1。

表4-1 引线框架材料的种类和分类

（续）

引线框架材料中，最普遍最典型的是美国合金奥林公司在1964年开发的C194合金。C194具有良好的电气结合性、导电性和导热性，焊接性好。这些特性使C194合金可代替纯铜和黄铜来增强性能。

（1）化学成分和冶炼 C194合金主要化学成分（质量分数）为2.4%的铁，0.03%的磷，0.1%的锌，其余为铜。表4-2和表4-3提供了C194合金的化学成分范围与物理性质。

表4-2 OLINC194合金化学成分和物理性质

C194合金是一种弥散强化合金，在铜的冶炼过程中加入铁和磷，形成优良的第二相粒子。一旦弥散析出物形成，合金的强度就可以通过冷轧控制。热处理C194不会增加强度，但弥散析出颗粒使C194变硬比纯铜更为迅速。同时也限制了退火过程中晶粒的生长，从而产生一种细腻、均匀的晶粒结构。

（2）强度和成形性 大多数铜合金可以通过冷轧增加强度，但对于一个特定的合金，强度增大，必然会导致成形性下降。因此C194合金是在冷轧前加强析出颗粒的弥散，减少冷轧时的弥散，从而既达到了强度要求，又保持了成形性不下降。

表4-3 OLINC194合金机械性能

①1ksi=6.895MPa。

②1kgf/mm=9.8MPa。

（3）奥林公司目前的引线框架材料C194合金 C194合金是目前用量最大的引线框架材料，以前一直是半硬态（HH），其屈服强度约为317MPa，现在标准的冲压引线框架材料改进为弹簧态，经过应力释放退火（SPR-RA），屈服强度最小达到434MPa。这个改进增加了C194合金的强度，更好地满足了半导体器件引线脚的强度要求，减少了整机制造中半导体器件安装过程的损坏，拓展了C194合金的使用范围。

另外美国奥林公司还开发了特别弹簧态经过应力释放退火（ExSPR-RA）的C194合金，这是在SPR-RA态基础上的改善，它使材料的屈服强度从最小434MPa提高到最小469MPa，同时电导率、引线弯曲疲劳和抗软化能力都没有变化。C194 Ex SPR-RA成形性，不仅完全满足一个标准的双列直插封装（DIP）引线弯曲成形要求，而且也能满足如四面出脚扁平封装（QFP）等高端封装的引线弯曲成形要求。

表4-4为C194引线框材料状态表。

表4-4 OLINC194引线框材料状态表(www.xing528.com)

（4）耐腐蚀性和焊接性 C194合金具有良好的耐腐蚀性，是高铜合金中的贵族。黄铜容易引起应力腐蚀，而C194合金不会出现应力腐蚀。大气腐蚀测试表明，C194略优于C122铜的耐腐蚀性。由于C194合金其氧化物的良性性质，因此C194表现出良好的焊接性和电镀性，C194表面容易清洗，焊剂及钎焊合金易于浸润和焊接，C194的焊接能力与C110，C197，C510相当，优于C260黄铜。表4-5是C194合金的浸焊能力和焊接性与其他铜合金的比较。

表4-5 C194合金的浸焊能力和焊接性与其他铜合金的比较

注：1.未用松香助焊剂

2.Ⅰ——涂层理想、明亮、光滑，均匀没有缺陷。

Ⅱ——连续涂层，有1%或更少的针孔，焊料厚度不够均匀。

Ⅲ——有50%未浸润区域，有10%的针孔。

Ⅳ——有超过50%未浸润区域，超过10%的针孔。

（5）抗软化性 铜合金在冷加工、低温退火时，晶粒再结晶的速度会加快，会导致软化温度的降低和强度的损失。引线框架在塑封过程中，要经受几分钟350℃的高温，可能会导致引线脚软化，从而造成半导体器件报废。图4-13所示是C194合金抗软化能力和其他一些铜合金引线框架材料的比较。C194合金在350℃温度下表现出良好的抗软化能力，保证了半导体器件在封装各工序和安装到印制电路板变形过程中，引线脚有足够的抗变形能力。

图4-13 引线框架材料的抗软化能力比较

（6）尺寸精度表4-6、表4-7和表4-8分别列出了C194合金材料的厚度、宽度和形状的允许公差。

表4-6 厚度允许公差

表4-7 宽度允许公差

表4-8 形状允许公差