孫海洋，閆志勇，樊志新

（1.大連交通大學 連續(xù)擠壓工程研究中心，遼寧 大連 116028；2.大連康豐科技有限公司，遼寧 大連 116100）

引線框架材料在集成電路中起著固定芯片，保護內(nèi)部元件，傳遞電信號并向外散發(fā)元件熱量的作用，其在集成電路器件和各組裝程序中占有極重要的地位。目前銅合金以其優(yōu)良的導電、導熱性及低廉的價格被廣泛用于集成電路中作為引線框架材料，其使用量已占框架材料用量的80%以上[1-3]。而銅-鐵-磷系的KFC是最具代表性的銅合金引線框架材料之一，其具有優(yōu)良的導電率，較好的強度和耐熱性能，在電子、IT、通訊等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

目前，國內(nèi)企業(yè)在KFC銅合金引線框架帶材的生產(chǎn)方面，普遍存在生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、品種規(guī)格少等問題，與國外生產(chǎn)企業(yè)相比，還存有一定差距。

本文主要介紹基于連續(xù)擠壓技術(shù)的KFC引線框架材料加工方法，并與目前大多數(shù)企業(yè)采用的基于上引鑄造的方法進行比較。

1 傳統(tǒng)KFC帶材加工方法

傳統(tǒng)的KFC銅合金引線框架帶材的生產(chǎn)方法主要有鑄錠軋制法和鑄坯軋制法兩種。鑄錠軋制法采用大鑄錠熱軋與高精度冷軋配合加工，而鑄坯軋制法采用連鑄卷坯與高精度冷軋結(jié)合。但由于鑄錠軋制法中鑄錠和熱軋工序增加了工藝流程，并且需要大型的設(shè)備，對配套廠房的要求也較高，而且后繼的加工中有銑面工序，使材料利用率降低；其次，目前電子市場對引線框架產(chǎn)品多品種小批量的需求特點十分明顯，因此該加工方法已經(jīng)逐步被淘汰。

鑄坯軋制法目前應(yīng)用較多，其多數(shù)采用上引鑄造法直接生產(chǎn)出KFC引線框架帶坯，然后經(jīng)過后續(xù)的軋制和退火工序生產(chǎn)出KFC引線框架帶材。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

與鑄錠軋制法相比其工藝流程有了相應(yīng)的縮短，也具有設(shè)備和廠房資金投入少等優(yōu)勢，因此目前具有較廣泛的應(yīng)用。但其生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷使該方法的進一步推廣增加了阻力。

圖1 鑄坯軋制法工藝流程圖

2 基于連續(xù)擠壓技術(shù)的KFC帶材加工方法

連續(xù)擠壓技術(shù)憑借其在有色金屬加工方面具有的顯著優(yōu)點[4，5]，被引入到KFC引線框架帶材的加工中。希望能代替目前的鑄坯軋制法。其加工流程如圖2所示。

圖2 基于連續(xù)擠壓法的生產(chǎn)工藝流程圖

基于連續(xù)擠壓法的KFC引線框架帶材加工方法，其與鑄坯軋制法相比，有效提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3 兩種加工方法的比較

圖3所示為企業(yè)實際生產(chǎn)中具有代表性的70規(guī)格KFC帶坯尺寸，圖4所示為其帶材成品的尺寸。

圖3 KFC帶坯尺寸

圖4 KFC帶材尺寸

3.1 兩種方法加工帶坯的生產(chǎn)效率

以生產(chǎn)同種規(guī)格帶坯的情況進行比較。

鑄坯軋制法中KFC帶坯的上引鑄造如圖5所示。

圖5 上引鑄造KFC帶坯

由于帶坯形狀復雜，薄厚不均勻，因此實際生產(chǎn)過程中為了保證帶坯質(zhì)量，其同時上引6條帶坯，每條帶坯的上引速度為4m/h。

KFC帶坯的連續(xù)擠壓法制造過程分為兩步，首先上引KFC桿料，如圖6所示，目前企業(yè)采用同一設(shè)備同時上引6條KFC桿料，其每條桿料的上引速度都為800mm/min。然后通過連續(xù)擠壓加工生產(chǎn)帶坯，如圖7所示，其連續(xù)擠壓生產(chǎn)帶坯的速度為8.4m/min。

圖6 上引鑄造KFC桿料

圖7 連續(xù)擠壓加工KFC帶坯

為方便比較，我們對生產(chǎn)同種規(guī)格重量為10噸（長度約為1560m）KFC帶坯的使用時間進行比較：

鑄坯軋制法，上引6條帶坯，速度4m/h，總用時65小時。

連續(xù)擠壓法，第一步同時上引6條桿料，速度800mm/min，用時9.75小時；第二步，連續(xù)擠壓生產(chǎn)KFC帶坯，速度8.4m/min，用時3.09小時；合計用時12.84小時。

兩者比較，生產(chǎn)同種規(guī)格的KFC帶坯，連續(xù)擠壓法用時只有鑄坯軋制法的19.7%。

3.2 生產(chǎn)能耗

兩種方法采用的上引爐為相同的雙體爐，功率為200kW，連續(xù)擠壓機的額定功率為200kW，忽略其他因素，同樣連續(xù)擠壓法加工上述重量帶坯的能耗只有鑄坯軋制法的1/5左右。

3.3 產(chǎn)品質(zhì)量

本次對比研究，由于均采用相同規(guī)格的帶坯進行后續(xù)加工，因此對產(chǎn)品質(zhì)量的對比從以下幾方面進行：

（1）成品率。鑄坯軋制法生產(chǎn)中使用的帶坯由于受后續(xù)退火爐直徑的限制，單卷重量在160kg左右，加工完成后，由于白點、開裂、氣泡等缺陷造成去除，以及切邊工序去除，最終產(chǎn)品包裝重量在125kg左右，成品率為78%。

連續(xù)擠壓法生產(chǎn)過程中，連續(xù)擠壓階段溢料率在5%～6%左右，加工的帶坯單卷重量在140kg左右，經(jīng)過后續(xù)加工，去除部分端頭和切邊，產(chǎn)品包裝重量可達130kg以上，成品率達到87%。

去除必須的裁邊等工序，可以得出連續(xù)擠壓法比鑄坯軋制法成品率提高約9個百分點。

（2）產(chǎn)品組織分析。分別在兩種生產(chǎn)方法加工的最終產(chǎn)品的同樣位置取樣進行金相分析。

從圖8、9可以看出，連續(xù)擠壓法加工的KFC帶材產(chǎn)品其晶粒比鑄坯軋制法加工產(chǎn)品的晶粒更加細化，細密的晶粒度意味著有更好的綜合材料性能。

（3）產(chǎn)品性能分析。在兩種生產(chǎn)方法加工的最終產(chǎn)品的相同位置采用慢走絲切割試樣進行拉力試驗 如 圖 10a，b 所示。

鑄坯軋制法加工產(chǎn)品測得的常溫抗拉強度為340.913MPa，連續(xù)擠壓法加工產(chǎn)品測得的常溫抗拉強度為349.984MPa。連續(xù)擠壓法加工產(chǎn)品的常溫抗拉強度比鑄坯軋制法加工產(chǎn)品的抗拉強度提高。

表1為兩種加工方法獲得產(chǎn)品的硬度比較。

從表中可以看出，連續(xù)擠壓法加工KFC帶材產(chǎn)品的硬度有一定提高。

圖8 鑄坯軋制法加工產(chǎn)品金相組織

圖9 連續(xù)擠壓法加工產(chǎn)品金相組織

圖10 兩種方法加工產(chǎn)品常溫拉力試驗

4 結(jié)論與展望

本文對連續(xù)擠壓法和鑄坯軋制法進行KFC帶材加工的方法進行了比較，在生產(chǎn)同樣規(guī)格的KFC帶材產(chǎn)品的情況下，連續(xù)擠壓法具有更高的生產(chǎn)效率，能耗更少。在產(chǎn)品質(zhì)量方面，連續(xù)擠壓法加工的產(chǎn)品成品率更高，材料性能也有提升，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。因此，采用連續(xù)擠壓法加工KFC帶材在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性方面比傳統(tǒng)的鑄坯軋制法有較大的提高。

表1 硬度對比

本次對比中連續(xù)擠壓方法生產(chǎn)的帶坯與鑄坯軋制法生產(chǎn)帶坯的規(guī)格相同。如果進一步發(fā)揮連續(xù)擠壓工藝模具變化靈活的優(yōu)勢，合理設(shè)計帶坯成形模具，加工出更薄的帶坯，則可以減少后續(xù)中軋工序的道次，更加突出連續(xù)擠壓法短流程、高效的優(yōu)勢。

[1] 黃國杰，謝水生，程鎮(zhèn)康，等.KFC銅合金帶材的生產(chǎn)工藝研究[J].稀有金屬，2005，29（2）：228-231.

[2] 謝水生，李彥利，朱 琳.電子工業(yè)用引線框架銅合金及組織的研究[J].稀有金屬，2003，27（6）：769-776.

[3] 趙謝群.引線框架銅合金材料研究及開發(fā)進展[J].稀有金屬，2003，27（6）：777-782.

[4] 孫海洋，裴久楊，樊志新.H62和H65黃銅型線材的連續(xù)擠壓法生產(chǎn)研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（2）：68-72.

[5] 劉元文，宋寶韞，樊志新，等.銅扁線連續(xù)擠壓工藝[J].鍛壓機械，2002，37（5）：31-32.