KFC引線框架材料連續擠壓產品氣泡和夾雜缺陷的研究

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。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。

采用連續擠壓的方法生產KFC引線框架材料近幾年已經開始在國內應用推廣。其生產工藝流程如圖1所示。

圖1 連續擠壓法生產工藝流程圖

但是采用連續擠壓法生產的KFC引線框架材料產品有時仍存在一些質量問題。本文主要以生產實際為基礎，研究KFC引線框架材料連續擠壓產品出現的氣泡和夾雜缺陷，找出其產生原因并提出解決辦法或預防措施。

1 KFC引線框架材料連續擠壓產品的主要缺陷及危害

1.1 氣泡

圖2 KFC帶坯表面氣泡缺陷

KFC引線框架材料連續擠壓產品的氣泡缺陷主要分兩類，一是擠壓過程中出現的擠壓氣泡，其次是在連續擠壓后的退火工序中出現的退火氣泡。

氣泡缺陷對產品質量的影響主要有：①氣泡在表面，如果出現在靠近帶坯卷料的一端，則可以去除該部分，只要剩余的卷料滿足下游用戶對最小卷重的要求，就可以進入下工序加工；②氣泡在表面，但出現在卷料的中間部分，缺陷段被去除后造成卷料被切斷，如果切出的單卷重量達不到最小卷重的要求，則整卷帶坯報廢；③氣泡在內部，通常情況下，由于生產過程中沒有先進的檢測手段，則有缺陷的坯料容易流入下工序加工，但在后繼加工中被暴露出來，則仍需要采用前述的方法處理。氣泡缺陷無論出現在帶坯的表面還是內部，都會對生產企業和下游用戶造成損失。

1.2 夾雜

圖3所示為KFC帶坯表面夾雜缺陷，但是無論是表面夾雜還是內部夾雜，當夾雜出現在帶坯或半成品的表面被發現，則可采用氣泡缺陷的處理辦法，但是當夾雜在內部，經過后繼加工仍不能被發現，并在最終產品抽檢或使用中被發現，則整批最終產品將報廢，生產企業和下游用戶都將遭受巨大損失。

圖3 KFC帶坯表面夾雜缺陷

2 氣泡缺陷的產生原因和解決辦法

2.1 氣泡缺陷的產生原因

KFC引線框架材料連續擠壓產品出現氣泡缺陷的根本原因在于有氣體進入到產品中。其氣體的來源分析如下。

2.1.1 上引KFC銅合金桿中的氣體

上引連鑄原理如圖4所示，在一定的牽引力作用下，銅銀合金液上引結晶凝固。金屬液是自上而下凝固，與普通的鑄造凝固方式相反。采用上引鑄造法時，鑄桿自上而下凝固過程中，結晶前沿氣體的過飽和度很高，當氣體達到一定的過飽和度時，完全能依靠自發形核長大成氣孔，很容易在鑄桿中形成氣孔[1]。和空心桿等缺陷[7]。

圖4 上引連鑄原理圖

2.1.2 上引KFC桿料表面被氧化或污染

KFC桿料被上引生產出來后，往往需要等待一段時間才能進行連續擠壓加工，在存放過程中，尤其是較潮濕的大氣環境中，桿料很容易表面氧化，從而在連續擠壓過程中產生氣體，形成氣泡缺陷。

生產過程中，成卷的桿料需要吊運裝卸，操作人員手套或吊帶上的油污，都可能對桿料表面產生污染，當進入連續擠壓過程中時，產生氣體，形成氣泡缺陷。其次，即使是干凈的手套和吊帶，但由于上引的KFC桿料表面粗糙，刮蹭手套或吊帶產生的線頭附著在桿料上，也會產生氣泡。而且，當桿料與設備、地面等有油漆或涂料表面磕碰或放置時都有可能附著上雜物造成氣泡。

另外，有桿料運輸或存放過程中包裝破損，造成桿料表面被灰塵污染，當灰塵在連續擠壓工程中被加熱，產生氣體。

2.1.3 連續擠壓過程中帶入的氣體

由于連續擠壓生產KFC引線框架材料時，其生產起始階段需要加入一定長度的加熱后的短桿料，桿料與桿料端頭必然有間隙，從而把氣體帶入。其次，連續擠壓實際生產中有時候會使用接桿的方法使生產連續進行，但由于接桿的端頭部位，沒有采用加工處理，使氣體帶入。

連續擠壓生產過程擠壓輪、腔體、擋料塊等間隙調整不當或者在使用過程中由于工模具變形或磨損造成間隙變化，使擠壓輪槽KFC金屬層出現鼓包或翹起，如圖5所示，該部分再次進入擠壓過程時，可能產生層疊，帶入氣體。

圖5 擠壓輪槽KFC金屬層出現鼓包

在熔煉氣氛中，與銅合金液接觸的氣體中H2和O2可溶于銅，其中H2以氫原子[H]形式溶于銅，O2則以Cu2O形式溶于銅合金液。而無氧銅銀合金桿中的氣孔主要是由于在熔鑄過程中存在H2O(g)=[O]+2[H]的平衡反應，溶于銅液中的氫和氧在凝固時發生水蒸汽反應而形成氣孔[2-6]。

上引速度對桿料組織結晶的影響。由于金屬凝固過程總是從鑄桿表面開始，向中心逐漸擴展的，因此，液穴應是倒碗形狀的。上引速度過快，將使鑄桿中心與邊部的溫差增大，液穴高度增加，易產生氣孔

其次，由于上引速度不合適、結晶器故障、牽引器調節不合適，造成上引桿表面不平滑，粗糙度增加，連續擠壓過程時，較深的凹坑，可能產生疊蓋，帶入氣體。

由于上引速度過快或過慢時，都使桿料表面或內部產生裂紋，當這部分桿料進入連續擠壓過程中時，帶入氣體。

2.2 氣泡缺陷的解決及預防措施

圖6 KFC上引桿表面粗糙度過大

對于KFC引線框架材料連續擠壓中出現的氣泡缺陷，可根據其產生原因的不同，采取相應的措施進行解決和預防。

（1）由上引工藝造成的氣泡，可以對上引工藝采取控制措施：嚴格保證熔液金屬表面覆蓋木炭的干燥程度、顆粒大小、覆蓋層厚度；合理控制熔煉溫度，盡可能采用低溫熔煉和鑄造，減少熔液高溫時間，表面氫和氧的含量隨溫度升高而升高；采用合理的上引速度，兼顧生產效率和產品質量。

（2）減少桿料等待使用的時間，減少氧化、灰塵污染的幾率，桿料的生產與連續擠壓用料時間匹配，盡量做到正常情況下產用平衡。生產過程中嚴禁有污物的手套、吊帶、掛鉤等防護設備和用具與KFC桿料的接觸。桿料不能直接放置在地面或其他有油漆涂料的表面，嚴禁在地面或設備表面拖行。生產過程中桿料容易接觸到的漆面或涂料表面，可以做防護或直接去除。桿料長途運輸，必須包裝完好，做好防氧化、防潮、防塵的防護。對于較嚴重的氧化或污染，在桿料進入連續擠壓機之前，采用設置桿料預處理和清洗裝置，去除氧化層和污染物，保證產品質量。

（3）連續擠壓生產初始階段由于加入了短料，屬于工藝規范內容，不可避免，建議初始產品直接剪短不用。購置接頭設備，真正把長桿料連接起來，也可以通過測算，盡量保證桿料與單卷重量成整數倍關系，提高原材料利用效率。日常生產前嚴格檢查工模具使用情況，合理調整間隙，減少缺陷產生。選用合適的上引速度，注意上引設備的日常維護，多方提高產品質量。

3 夾雜缺陷的產生原因和解決辦法

3.1 夾雜缺陷的產生原因

根據生產中的實際情況，KFC引線框架材料連續擠壓生產過程中產品夾雜缺陷主要有五類情況。

3.1.1 上引夾雜

上引過程中由于木炭本身或木炭中的雜物在銅合金熔液中，凝固后在桿料表面或內部形成夾雜，如圖7所示。

圖7 KFC上引桿表面夾雜

3.1.2 工模具破損夾雜

由于連續擠壓過程是一個高溫高壓的生產過程，工模具在正常情況下使用，會逐漸變形或損壞，其變形破損掉屑產生夾雜。

擠壓輪由于生產過程中溫度周期性變化，容易產生熱疲勞后碎裂掉屑，其次壓實輪一直把桿料壓入輪槽，會逐漸把擠壓輪的輪槽口磨平損壞，其掉屑也會產生夾雜，如圖8所示。

圖8 擠壓輪槽口損壞

模具、刮刀、擋料塊、腔體、進料導板、壓實輪等與變形金屬直接接觸的零部件，在長期的連續擠壓生產過程中也會因為變形、磨損、沖擊等掉屑，并產生夾雜。圖9所示為模具變形磨損。

圖9 模具磨損變形

3.1.3 溢料夾雜

溢料夾雜是指在連續擠壓過程中的溢料進入到擠壓產品中形成的夾雜。

如圖10所示，刮刀由于間隙調整不合適或磨損，溢料未被刮凈，并隨擠壓輪轉動部分會被壓實輪壓入擠壓輪槽進入連續擠壓過程中，造成夾雜。

圖10 壓實輪壓入溢料

刮刀附近出現少量不規則溢料的堆積，如圖11所示，這些溢料如果被帶入連續擠壓過程，就形成夾雜。

圖11 溢料在刮刀處堆積

特殊情況，曾經發生溢料翻卷到刮刀上方的擠壓輪槽內，被帶入擠壓過程造成夾雜。

3.1.4 氧化物夾雜

KFC銅合金由于在高溫下停留時間過長或自身溫度過高而發生氧化，部分氧化物如果未被作為溢料及時帶出或清除，氧化物進入連續擠壓過程中，造成夾雜。

壓實輪的出料方向，由于進料導板的阻擋，會產生氧化物堆積，這些氧化物進入連續擠壓過程中，形成夾雜，如圖12所示。

圖12 壓實輪處的氧化物

連續擠壓結束后，腔體進料入口處會附著少量銅合金，并逐漸氧化，再進行連續擠壓生產時，氧化物進入連續擠壓過程形成夾雜，如圖13所示。

圖14所示為靴座、進料導板和腔體之間的間隙未做配合調整，致使在間隙臺階處產生KFC銅合金氧化物產生，這些氧化物進入連續擠壓過程中，形成夾雜。

圖15所示為腔體和擠壓輪之間的密封面過寬，造成溢料阻力過大無法溢出，停留后造成氧化，氧化物進入連續擠壓過程產生夾雜。

圖13 氧化物附著在進料入口處

圖14 靴座、進料導板和腔體間隙過大

圖15 腔體和擠壓輪的密封面過寬

3.1.5 桿料屑夾雜

KFC桿料在上引過程中，由于牽引部分需要提供足夠的牽引力，為增大摩擦，牽引輪需要加工較深的齒紋，這些齒紋有時候會像銼刀一樣在KFC桿料表面形成金屬毛刺和產生碎屑。其次在盤卷過程中桿料之間的摩擦，會造成桿料表面出現微小的金屬屑，而這些桿料上的金屬毛刺和碎屑如果在連續擠壓生產時未被及時清理，進入連續擠壓過程中，形成夾雜。

3.2 夾雜缺陷的解決及預防措施

由于KFC引線框架材料連續擠壓產品中夾雜產生的原因及來源的不同，應該采取不同的措施進行解決和預防。

（1）上引夾雜主要來自于上引工藝和原材料本身。金屬熔液上覆蓋的木炭要經過嚴格篩選，保證無雜物、灰塵，并做到烘干投放。原材料投入時要保證清潔和干燥，尤其在投入KFC產品邊角余料、廢品等條料或片料時，要保證無其他金屬或雜物混入，表面無污染后灰塵等。

（2）擠壓輪碎裂或磨損造成的夾雜，需要按照工藝規范合理調整刮刀與擠壓輪的間隙，以及擠壓輪和腔體之間的間隙，避免擠壓輪過度磨損。平時開機注意擋料塊的磨損和變形，如出現鐓粗、裂紋等現象，需要及時更換。模具的變形和掉屑，需要改進模具結構，從使用成本方面考慮選用合適的模具材料，每次裝配模具，要注意觀察模具的使用情況。壓實輪壓下量調整合理，避免過大的壓下量造成壓實輪磨損和鐓粗。刮刀平時間隙按照工藝規范設定，刮除輪槽余料時進給要合理，避免過大沖擊造成刮刀斷裂。其次，要嚴格要求操作者，每次停機后和開機前都要仔細檢查連續擠壓過程中與KFC金屬接觸相關零部件的情況，平時做好生產記錄，保證工模具在正常的使用壽命內工作。

（3）溢料夾雜的解決，需要合理調整刮刀和擠壓輪槽的間隙，保證溢料清除干凈，對于磨損的刮刀要及時更換。日常生產，操作者要及時清理機架中間的溢料，避免溢料堆積。其次，每次停機后及時清除刮刀和壓實輪附近的溢料，以及其他機架、靴座等其它零部件上的溢料，開機前需要再次檢查確認。

（4）氧化夾雜的解決，首先需要把各工裝模具之間的間隙調整合理，對于無法調整的臺階可以進行修整和研磨，使其平滑過度，避免殘料氧化造成夾雜。其次，從工模具設計入手，通過減少過寬的密封面，是溢料溢出的阻力減少，避免產生氧化物支撐夾雜。每次停機后和開機前都要清除壓實輪。刮刀等附近的氧化物殘留。腔體加熱使用前，要去除表面附著的氧化，使其表面光亮平滑。

（5）桿料屑夾雜在日常生產中較可以采取措施避免。對于桿料上的金屬毛刺和碎屑，可以在更換新零部件時適當修整銳角，而上引收卷產生的掉屑，要調整收卷機的收卷半徑，并匹配上引速度。對于較嚴重的毛刺和碎屑附著，可以在桿料進入線路擠壓機之前設置桿料預處理和清洗裝置，去除毛刺，清洗金屬屑，吹干后進行連續擠壓生產。

4 結論

連續擠壓技術在KFC引線框架材料加工中的應用盡管才幾年時間，但憑借綠色環保、短流程高效、產品質量穩定等優勢得到企業用戶的認可[8,9]。

本文對生產實際中KFC引線框架材料連續擠壓產品氣泡和夾雜缺陷的產生原因進行了分析，并提出了解決辦法或預防措施。實際生產中，氣泡和夾雜缺陷的出現往往結伴而來，而且也會出現某種缺陷的不同類型，但從分析缺陷本身的來源入手，根據其產生的原因，即可找到相應的解決辦法或預防措施。

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