連續擠壓法加工KFC引線框架材料與傳統加工方法的比較

孫海洋，閆志勇，樊志新

（1.大連交通大學 連續擠壓工程研究中心，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，保護內部元件，傳遞電信號并向外散發元件熱量的作用，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，其具有優良的導電率，較好的強度和耐熱性能，在電子、IT、通訊等行業得到廣泛應用。

目前，國內企業在KFC銅合金引線框架帶材的生產方面，普遍存在生產效率低、產品質量不穩定、品種規格少等問題，與國外生產企業相比，還存有一定差距。

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

1 傳統KFC帶材加工方法

傳統的KFC銅合金引線框架帶材的生產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逐步被淘汰。

鑄坯軋制法目前應用較多，其多數采用上引鑄造法直接生產出KFC引線框架帶坯，然后經過后續的軋制和退火工序生產出KFC引線框架帶材。其生產工藝流程如圖1所示。

與鑄錠軋制法相比其工藝流程有了相應的縮短，也具有設備和廠房資金投入少等優勢，因此目前具有較廣泛的應用。但其生產效率低、產品質量不穩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 基于連續擠壓技術的KFC帶材加工方法

連續擠壓技術憑借其在有色金屬加工方面具有的顯著優點[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 基于連續擠壓法的生產工藝流程圖

基于連續擠壓法的KFC引線框架帶材加工方法，其與鑄坯軋制法相比，有效提高了生產效率，提高了產品質量的穩定性。

3 兩種加工方法的比較

圖3所示為企業實際生產中具有代表性的70規格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效率

以生產同種規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，因此實際生產過程中為了保證帶坯質量，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，目前企業采用同一設備同時上引6條KFC桿料，其每條桿料的上引速度都為800mm/min。然后通過連續擠壓加工生產帶坯，如圖7所示，其連續擠壓生產帶坯的速度為8.4m/min。

圖6 上引鑄造KFC桿料

圖7 連續擠壓加工KFC帶坯

為方便比較，我們對生產同種規格重量為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，連續擠壓生產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，生產同種規格的KFC帶坯，連續擠壓法用時只有鑄坯軋制法的19.7%。

3.2 生產能耗

兩種方法采用的上引爐為相同的雙體爐，功率為200kW，連續擠壓機的額定功率為200kW，忽略其他因素，同樣連續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 產品質量

本次對比研究，由于均采用相同規格的帶坯進行后續加工，因此對產品質量的對比從以下幾方面進行：

（1）成品率。鑄坯軋制法生產中使用的帶坯由于受后續退火爐直徑的限制，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，最終產品包裝重量在125kg左右，成品率為78%。

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

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

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

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

（3）產品性能分析。在兩種生產方法加工的最終產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。

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

表1為兩種加工方法獲得產品的硬度比較。

從表中可以看出，連續擠壓法加工KFC帶材產品的硬度有一定提高。

圖8 鑄坯軋制法加工產品金相組織

圖9 連續擠壓法加工產品金相組織

圖10 兩種方法加工產品常溫拉力試驗

4 結論與展望

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

表1 硬度對比

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

[1] 黃國杰，謝水生，程鎮康，等.KFC銅合金帶材的生產工藝研究[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黃銅型線材的連續擠壓法生產研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2011，46（2）：68-72.

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