Руководство по выбору медного сплава выводной рамки, 2026 г.: C19400, C70250, C18150, C70350, C19200

Выводная рамка представляет собой «металлический каркас» полупроводникового корпуса -, она поддерживает и фиксирует микросхему, соединяет внутреннюю схему с внешней проводкой и рассеивает более 70 % тепла микросхемы. Поскольку интегральные схемы развиваются в сторону увеличения масштаба, более высокой плотности мощности и более тонких корпусов, выбор правильного медного сплава выводной рамки стал критическим инженерным решением, которое напрямую влияет на производительность, надежность и стоимость чипа.

Сплавы на основе меди-доминируют на рынке материалов для свинцовых рам, на их долю приходится более 90 % всех материалов для свинцовых рам. В этом руководстве представлено всестороннее сравнение пяти наиболее широко используемых медных сплавов для выводных рамок -C19200, C19400, C70250, C18150, иC70350 -, чтобы помочь инженерам по упаковке, специалистам по закупкам и разработчикам полупроводников принимать обоснованные решения по выбору материалов.

Эволюция медных сплавов с выводными рамками отражает растущие требования полупроводниковой промышленности к более высокой прочности, более высокой проводимости и лучшей термической стабильности.

Первое поколение: сплавы Cu-Fe-P (C19200,C19400)

Сплавы Cu-Fe-P — наиболее широко используемые материалы для выводных рамок, на которые приходится около 80 % рынка выводных рамок на основе меди-. Эти сплавы достигают своих свойств за счет упрочнения твердого раствора в сочетании с выделением фаз Fe₂P, Fe₃P и элементарного Fe.

C19200 содержит примерно 0,1% железа и 0,03% фосфора. Он обеспечивает исключительно высокую электропроводность (около 90% IACS), но его прочность относительно низкая (твердость всего 120-140 HV). Из-за своей меньшей прочности C19200 обычно используется только для дискретных полупроводниковых устройств.

C19400(часто называемый компанией Mitsubishi Materials как TAMAC194) содержит 2,1-2,6% железа, 0,015-0,15% фосфора и 0,05–0,20% цинка. Увеличивая содержание железа с 0,1% до 2,3%, C19400 достигает более высокой прочности (HV 140–150), но за счет более низкой электропроводности (60–65% IACS). С момента его разработки корпорацией Olin в 1970-х годах C19400 оставался самым продаваемым материалом для свинцовых рам на рынке. Он широко используется как в дискретных устройствах, так и в выводных корпусах интегральных схем общего назначения.

Второе поколение: сплавы Cu-Ni-Si (C70250, C70350)

Сплавы Cu-Ni-Si представляют собой второе поколение материалов для выводных рамок, разработанное для удовлетворения более высоких требований к прочности интегральных схем. Эти сплавы достигают своих свойств за счет дисперсионного твердения за счет дисперсии фазы Ni₂Si во время старения.

C70250 (также известный как C7025 или CuNi3SiMg) обычно содержит 2,2-4,2% никеля, 0,25-1,2% кремния и 0,05-0,30% магния. Он предлагает превосходный баланс прочности (предел прочности 650-860 МПа) и электропроводности (40-50% IACS). C7025 является предпочтительным материалом для изготовления выводных рамок крупных и очень крупных интегральных схем. Он стал основным выбором для микросхем искусственного интеллекта, микросхем высокой плотности и приложений, требующих штамповки с мелким шагом (шаг меньше или равен 0,2 мм).

C70350 — это сплав Cu-Ni-Co-Si, представляющий «потолок производительности» среди материалов для свинцового каркаса. Он обеспечивает самую высокую прочность среди всех сплавов свинцового каркаса (780-980 МПа) при сохранении проводимости 45-55 % по IACS. Обладая сверх-высокой прочностью, превышающей 850 МПа, и проводимостью выше 45 % IACS, C70350 стал горячей точкой для исследований следующего поколения травленых выводных рамок. Он идеально подходит для ультратонких упаковок (менее или равных 0,1 мм), экстремальных температурных напряжений и передовых приложений искусственного интеллекта и аэрокосмической отрасли.

Третье поколение: сплавы Cu-Cr-Zr (C18150)

Сплавы Cu-Cr-Zr представляют собой третье поколение материалов для выводных рамок, предлагающее наилучшее сочетание сверх-высокой проводимости и хорошей прочности.

C18150 (Cu-Cr-Zr) представляет собой дисперсионно-твердеющий сплав меди-хрома-циркония. Он обеспечивает электропроводность выше или равную 80 % IACS при прочности на разрыв 540-640 МПа. C18150 обеспечивает прочность, сравнимую с C7025 или превышающую ее, сохраняя при этом проводимость на уровне сплавов Cu-Fe-P. Он также обеспечивает превосходную износостойкость, свариваемость и способность к холодной и горячей формовке, что делает его сильным кандидатом для будущих применений в выводных рамах, особенно в сценариях с сильными-токами и высокими-тепловыми нагрузками, например, в обучающих чипах искусственного интеллекта и силовых модулях.

Нет идеального сплава, есть только подходящий сплавПрочность и проводимость — это классический инженерный компромисс. Окончательный выбор должен всесторонне определяться энергопотреблением чипа, толщиной корпуса и продолжительной рабочей температурой.

Прочность на разрыв – не единственный показатель оценки.Устойчивость к релаксации напряжений и устойчивость к высокотемпературному размягчению напрямую определяют долгосрочную надежность устройства.C70250иC70350демонстрируют очевидные преимущества по сравнению с серией Cu‑Fe‑P по эффективности релаксации напряжения.

Учитывайте реальность производства и цепочки поставокПомимо технических показателей, следует также оценить технологичность штамповки/травления, наличие внутренней локализации, стабильность партий и общую стоимость закупок, а не только цену сырья.

IACS (Международный стандарт на отожженную медь)– Эталон электропроводности: отожженная чистая медь определяется как 100% IACS.

Предел прочности– Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения (МПа). Высокопроизводительные ИИ-чипы обычно требуют давления не менее 800 МПа, а чипы с низкой---мощностью могут работать при 400–600 МПа.

Устойчивость к релаксации стресса– Способность сохранять упругую силу при высоких температурах.C70250иC70350 значительно превосходят C19400 в этом отношении, что делает их более надежными при длительном-контактном давлении в разъемах и клеммах.

Температура размягчения– Температура, при которой материал начинает терять свою прочность из-за эффектов отжига. C18150 обладает самой высокой температурой размягчения (более или равной 550 градусам), что делает его идеальным для высоко-процессов пайки и оплавления.

Мощность > 500 Вт?

Да → Отдайте предпочтение устойчивости к размягчению при высоких-температурах →C70250 / C70350

Нет → Перейти к шагу 2

Толщина упаковки < 0,1 мм?

Да → Установите приоритет против-деформации →C70350 / C70250

Нет → Перейти к шагу 3

Частота сигнала > 10 ГГц ИЛИ сильное выделение тепла?

Да → Отдавайте предпочтение высокой проводимости →C19200 / C18150

Нет →C19400(лучшая цена-производительность)

Подберите марку сплава непосредственно по рассеиваемой мощности вашего чипа, толщине корпуса и частоте сигнала.

Медный сплав выводных рамок развивается в соответствии с тремя тенденциями: растущим энергопотреблением чипов (1000 Вт+), более высокой частотой сигнала (448 Гбит/с) и ультратонким корпусом (менее или равным 0,03 мм).й:C19400 (экономичный общий класс)→ C70250 (сбалансированный высокопрочный класс) → C18150 (высокопрочный класс) / C70350 (сверхвысокопрочный класс).

Новые требования касаются UCIe 3.0, медных кабелей 448G, ультратонких полос толщиной 0,03 мм и более эффективных дисперсионно-упрочненных медных сплавов. Отечественные китайские производители постоянно совершенствуют C19400, C70250, C18150 и C70350, чтобы заменить импортные материалы для заводов по производству упаковки для полупроводников.

Итог:Выберите сплав, который лучше всего соответствует энергопотреблению вашего чипа, толщине корпуса, рабочей температуре и целевым затратам. Если у вас есть сомнения, начните с дерева решений выше - и обратитесь к нашей технической команде за подробной технической поддержкой.

ОБРАЩАЙТЕСЬ К НАШЕЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОМАНДЕ

В1: Почему мы не можем просто использовать чистую медь для выводных рамок?

Ответ: Чистая медь обеспечивает очень высокую проводимость, но низкую прочность на разрыв. Его легко деформировать при высокоскоростной штамповке и термоциклировании. В медные сплавы добавляются легирующие элементы для достижения баланса прочности и проводимости и обеспечения надежности упаковки.

Вопрос 2: Что такое устойчивость к стресс-релаксации и почему это важно?

Ответ: Релаксация напряжения описывает способность материала сохранять механическое напряжение при длительной работе при высоких температурах. Плохая релаксация напряжения приведет к нарушению контакта выводной рамки. С70250/С70350 значительно превосходят С19400 по этому показателю.

В3: Можно лиC19400 заменить C18150?

Ответ: В сценариях потребительского класса с нормальной температурой и без экстремально высоких тепловых нагрузок C19400 может заменить C18150, чтобы сократить затраты на закупку. Для непрерывной рабочей температуры выше 200 градусов по-прежнему предпочтителен C18150 (Cu‑Cr‑Zr).

В4: В чем разница между C19200 иC19400?

Ответ: Оба относятся к серии Cu‑Fe‑P. C19200 имеет гораздо более высокую проводимость (больше или равна 85 %IACS), но меньшую прочность и предназначен для сильноточных устройств. В C19400 частичная проводимость заменена на более высокую механическую прочность для выводных рамок интегральных схем общего назначения.

Вопрос 5. Какой медный сплав лучше всего подходит для выводных рамок потребительского класса с низким энергопотреблением?

О: Предпочтительным вариантом является C19400 (Cu‑Fe‑P). Он обеспечивает сбалансированную прочность, хорошие характеристики штамповки и превосходное соотношение цены и качества для выводных рамок потребительских ИС и дискретных устройств при мощности чипа менее или равной 200 Вт.

Вопрос 6. Какой сплав мне следует выбрать для выводных рамок высокомощных чипов AI?

О: Для микросхем AI средней и высокой мощности (~500 Вт) выберите C70250. Для мощности более 800 Вт в сверхтонкой упаковке рекомендуется использовать C70350 из-за его сверхвысокой прочности и защиты от коробления.

Вопрос 7: В чем основная разница между C19400 и С70250?

Ответ: C19400 имеет более высокую проводимость и более низкую стоимость для товаров массового потребления. C70250 обеспечивает гораздо более высокую прочность на разрыв и лучшую устойчивость к релаксации напряжений, что позволяет создавать высоконадежные полупроводниковые корпуса высокой мощности.

Вопрос 8: C18150 или C19400: когда мне следует выбирать C18150?

О: Выбирайте C18150 (Cu-Cr-Zr), если вам требуется высокая проводимость IACS выше или равная 80 % и отличная устойчивость к высокотемпературному размягчению для сильноточных микросхем вывода. C19400 работает в сценариях с нормальной температурой для экономии средств.

Вопрос 9. Когда следует использовать медный сплав выводной рамки C19200?

О: C19200 подходит для микросхем высокочастотного переключения и сильноточного управления питанием. Высокая проводимость по шкале IACS, превышающая или равная 85 %, помогает снизить выделение тепла, хотя его механическая прочность относительно ниже.

Вопрос 10. Влияет ли толщина упаковки на выбор медного сплава выводной рамки?

А: Да. Для сверхтонкой упаковки (менее или равной 0,1 мм) требуются более прочные сплавы, такие как C70250 или C70350, чтобы предотвратить коробление выводной рамки в процессе упаковки.

Вопрос 11. Могут ли отечественные медные сплавы выводных рамок китайского производства заменить импортные материалы?

А: Да. Местные производители добились стабильного массового производства C19400 и C70250. C18150 и C70350 переходят от мелкосерийного пробного производства к проверке заказчиком.

Вопрос 12. Является ли прочность на разрыв единственным ключевым фактором при выборе материала выводной рамки?

Ответ: Нет. Устойчивость к релаксации напряжений, устойчивость к высокотемпературному размягчению, проводимость, производительность штамповки и общая стоимость закупок также сильно влияют на долгосрочную надежность устройства и объем массового производства.