姜雁斌1，黄承智1，李周1，刘新华2，娄花芬3，肖柱1，刘峰4，莫永达3，张嘉凝3
（1. 中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083；2. 北京科技大学新材料技术研究院 材料先进制备技术教育部重点实验室，北京 100083；3. 中铝科学技术研究院有限公司，北京 102209；4. 宁波兴业盛泰集团有限公司 高性能铜基新材料省工程研究中心，浙江 宁波 315336）
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引用格式：
①姜雁斌，黄承智，李周，刘新华，娄花芬，肖柱，刘峰，莫永达，张嘉凝. 集成电路引线框架用铜合金研究现状[J]. 铜业工程,2024(3):131-144.
②JIANG Yanbin，HUANG Chengzhi，LI Zhou，LIU Xinhua，LOU Huafen，XIAO Zhu，LIU Feng，MO Yongda，ZHANG Jianing. Research status of copper alloys for IC leadframes [J]. Copper Engineering, 2024(3):131-144.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.012
中国电子信息产业发展迅速，集成电路已成为国民经济建设的重要基础产业之一。本文综述了集成电路引线框架用铜合金的发展现状，梳理了引线框架用Cu-Fe-P，Cu-Cr-Zr，Cu-Ni-Si等合金体系的特性及多元微合金化对铜合金组织和性能的影响，阐述了引线框架用铜合金带材的制备加工方法，介绍了以水平连铸为核心的短流程生产新工艺的特点，并展望了中国集成电路引线框架用铜合金的发展前景和方向。
引线框架作为一种关键的半导体封装结构元件，其核心功能在于搭建内部芯片与外部电路之间的桥梁，在半导体封装材料市场上占据较大份额（约15%）。引线框架凭借薄型的金属构造，实现了对集成电路内部芯片触点与外部导线的有效联结。引线框架主要由芯片焊盘和引脚两部分构成。芯片焊盘作为芯片的直接支撑平台，确保芯片在封装过程中得以稳固安置。而引脚则作为电流传导路径，通过运用金、铝、铜等键合材料，将芯片内部电路的输出节点（即键合点）与框架自身的内引线精密连接，进而延伸至外引线，构建成完整的电流通路，使集成电路内部产生的信号能准确无误地传输至封装外部，与系统其余部分实现有效互动。半导体引线框架凭借独特的结构设计与材料选用，既可以充当集成电路芯片的物理承载者，又可以作为电讯号传输的媒介，对于确保半导体器件的正常运行以及封装的整体性能起着至关重要的作用。
图1 高性能铜合金制备集成电路引线框架
图2 中国近年来集成电路产业结构现状：（a）集成电路产业结构；（b）半导体封装材料消费额构成
图3 时效过程中Cu-Cr-Zn-Zr-Si合金析出相粒子演变过程
图5 不同成分铜合金的性能比较
图6 铜合金带材主要传统生产工艺流程图
图7 铜合金带材热冷组合铸型水平连铸技术示意图
图8 短流程工艺生产铜合金带材：（a）热冷组合铸型水平连铸铜合金板坯；（b）连铸板坯金相组织；（c）冷轧带材
图9 Cu-Ni-Si合金带材短流程加工工艺流程
图10 拉弯矫直机
在当今快速演进的集成电路产业领域，引线框架用铜合金作为支撑半导体器件功能实现的关键材料，其技术革新与发展方向不仅关系到电子产品的性能提升，还直接影响到整个产业链的可持续发展。以下是几个关于引线框架用铜合金发展方向的展望：
5）应用性能评价体系建立：引线框架材料从带材到完成芯片封装，需要经过冲制或蚀刻、电镀、注塑、成型等工序，而在这些工序中对材料应用性能的评价存在评价关键技术缺乏、体系不健全、评价指标不统一等问题。研究引线框架带材的应用性能与评价技术，开展引线框架用铜带冲制、折弯、残余应力、抗高温软化、表面特性、电镀等应用性能的评价与表征，揭示其影响因素和机制，形成应用性能控制关键技术，并开展引线框架制造、封测和可靠性评价研究，建立带材应用性能评价体系，可为引线框架用高性能铜合金的安全可靠服役提供支撑。
第一作者：姜雁斌，博士，中南大学材料科学与工程学院教授，升华学者（拔尖岗），博士生导师；国家级青年人才、中国有色金属创新争先计划、全国有色金属优秀青年科技者、湖南省科技领军人才、湖南省100名科技人才引进和芙蓉青年学者。主要从事金属复合材料、高性能铜合金设计与高效短流程制备加工新技术、难加工金属材料外场加工与强韧化技术等基础理论和应用研究，在组织取向设计原理与塑韧性提升机制、界面冶金化复合原理与协同变形控制、短流程高效加工、全流程工艺一体化控制、废杂铜再生高质利用等方面取得了创新性重要成果，多项专利技术已实施转化，部分技术以中南大学技术入股形式成立湖南高创科惟新材料股份有限公司进行产业化（成果价值7250万元），获省部级科技一等奖5项。主持国家自然科学基金项目、国家重点研发计划等项目（课题）、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目等20余项目, 作为技术骨干参与国家“973”计划项目、国家科技支撑计划等10个项目和15个企业合作项目。担任《中国有色金属学报》中英文版期刊的青年编委和《有色金属工程》编委以及Acta Materialia、Material and Design、Journal of Alloys and Compounds等期刊审稿人。在国际权威杂志上共发表SCI、EI收录的学术论文130余篇，H-index为40（2024年3月统计）；获授权国家发明专利33项，申请国家发明专利17项，参编著作1部。
通信作者：李周，博士，中南大学材料科学与工程学院教授、院长，博士生导师；英国利物浦大学和德国亚琛工业大学访问学者、新加坡南洋理工大学助理研究员。享受国务院政府特殊津贴。湖南省121人才工程第一层次人选，入选国家百千万人才工程，授予“有突出贡献的中青年专家”荣誉称号。主要从事高性能铜合金的设计、制备加工、结构表征；电真空用阴极材料和复合材料的研究，先后主持国家自然科学基金重点、面上、国家重点研发计划、863计划、支撑计划等项目20余项。先后培养了博士生40余名，硕士100余名，相关研究成果发表高水平论文300余篇，其中包括国际著名学术刊物：Acta Materials、PRB、Corrosion Science、J. Alloys and Comp、Intermetallic、J. Mater. Res.、Mater. Sci. Eng. A、Material Charact.等。曾获国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖2项、二等奖2项、获授权国家发明专利近40项；获省教学成果特等奖一项，一等奖二项；2020年，李周教授团队荣获中国有色金属创新争先奖先进集体。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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