Guide de sélection des alliages de cuivre pour cadres de connexion 2026 : C19400 vs C70250 vs C18150 vs C70350 vs C19200

La grille de connexion est le « squelette métallique » d'un boîtier semi-conducteur -. Elle supporte et sécurise la puce, connecte les circuits internes au câblage externe et dissipe plus de 70 % de la chaleur de la puce. À mesure que les circuits intégrés évoluent vers une plus grande échelle, une densité de puissance plus élevée et des boîtiers plus minces, la sélection du bon alliage de cuivre pour grille de connexion est devenue une décision technique cruciale qui a un impact direct sur les performances, la fiabilité et le coût des puces.

Les alliages à base de cuivre- dominent le marché des matériaux de grille de connexion, représentant plus de 90 % de tous les matériaux de grille de connexion. Ce guide fournit une comparaison complète des cinq alliages de cuivre pour grilles de connexion les plus largement utilisés -C19200, C19400, C70250, C18150, etC70350 - pour aider les ingénieurs packaging, les professionnels des achats et les concepteurs de semi-conducteurs à prendre des décisions éclairées en matière de sélection de matériaux.

L'évolution des alliages de cuivre pour grilles de connexion reflète les exigences croissantes de l'industrie des semi-conducteurs en matière de résistance, de conductivité et de stabilité thermique supérieures.

Première génération : alliages Cu-Fe-P (C19200,C19400)

Les alliages Cu-Fe-P sont les matériaux de structure de connexion les plus largement utilisés, représentant environ 80 % du marché des structures de connexion à base de cuivre-. Ces alliages obtiennent leurs propriétés grâce au renforcement en solution solide combiné à la précipitation des phases Fe₂P, Fe₃P et Fe élémentaire.

Le C19200 contient environ 0,1 % de fer et 0,03 % de phosphore. Il offre une conductivité électrique exceptionnellement élevée d'environ 90 % IACS, mais sa résistance est relativement faible (dureté seulement HV 120-140). En raison de sa moindre résistance, le C19200 est généralement limité aux dispositifs semi-conducteurs discrets.

C19400(souvent appelé TAMAC194 par Mitsubishi Materials) contient 2,1 -2,6 % de fer, 0,015-0,15 % de phosphore et 0,05 à 0,20 % de zinc. En augmentant la teneur en fer de 0,1 % à 2,3 %, le C19400 atteint une résistance plus élevée (HV 140-150) mais au prix d'une conductivité électrique plus faible (60-65 % IACS). Depuis son développement par Olin Corporation dans les années 1970, le C19400 est resté le matériau de grille de connexion le plus répandu sur le marché. Il est largement utilisé à la fois dans les dispositifs discrets et dans les grilles de connexion de circuits intégrés à usage général.

Deuxième génération : alliages Cu-Ni-Si (C70250, C70350)

Les alliages Cu-Ni-Si représentent la deuxième génération de matériaux de grille de connexion, développés pour répondre aux exigences de résistance plus élevées des circuits intégrés. Ces alliages obtiennent leurs propriétés grâce à un durcissement par précipitation via une dispersion de phase Ni₂Si lors du traitement de vieillissement.

Le C70250 (également connu sous le nom de C7025 ou CuNi3SiMg) contient généralement 2,2-4,2 % de nickel, 0,25-1,2 % de silicium et 0,05-0,30 % de magnésium. Il offre un excellent équilibre entre résistance (résistance à la traction 650-860 MPa) et conductivité électrique (40-50 % IACS). Le C7025 est le matériau préféré pour les grilles de connexion de circuits intégrés à grande et très grande échelle. Il est devenu le choix courant pour les puces IA, les circuits intégrés haute densité et les applications nécessitant un estampage à pas fin (pas inférieur ou égal à 0,2 mm).

Le C70350 est un alliage Cu-Ni-Co-Si représentant le « plafond de performance » des matériaux de grille de connexion. Il offre la résistance la plus élevée parmi tous les alliages de grille de connexion (780-980 MPa) tout en conservant une conductivité IACS de 45-55 %. Avec une résistance ultra élevée supérieure à 850 MPa et une conductivité supérieure à 45 % IACS, le C70350 est devenu un point névralgique de la recherche pour la prochaine génération de bandes de grilles de connexion gravées. Il est idéal pour les emballages ultra-minces (inférieurs ou égaux à 0,1 mm), les scénarios de contraintes thermiques extrêmes et les applications IA/aérospatiales de pointe.

Troisième génération : alliages Cu-Cr-Zr (C18150)

Les alliages Cu-Cr-Zr représentent la troisième génération de matériaux de grille de connexion, offrant la meilleure combinaison de conductivité ultra-élevée et de bonne résistance.

Le C18150 (Cu-Cr-Zr) est un alliage de cuivre durci par précipitation-chrome-chrome-zirconium. Il atteint une conductivité électrique supérieure ou égale à 80 % IACS tout en offrant une résistance à la traction de 540-640 MPa. Le C18150 offre une résistance comparable ou supérieure au C7025 tout en conservant une conductivité comparable à celle des alliages Cu-Fe-P. Il offre également une excellente résistance à l'usure, une excellente soudabilité et une excellente formabilité à froid/chaud, ce qui en fait un candidat solide pour les futures applications de cadres de connexion, en particulier dans les scénarios à courant élevé et à contraintes thermiques élevées, tels que les puces d'entraînement d'IA et les modules d'alimentation.

Pas d'alliage parfait, seulement un alliage appropriéLa résistance et la conductivité sont un compromis technique classique. La sélection finale doit être déterminée de manière globale par la consommation électrique de la puce, l'épaisseur de l'emballage et la température de fonctionnement à long terme.

La résistance à la traction n'est pas le seul indice d'évaluationLa résistance à la relaxation sous contrainte et au ramollissement à haute température détermine directement la fiabilité à long terme de l'appareil.C70250etC70350présentent des avantages évidents par rapport à la série Cu‑Fe‑P en termes de performances de relaxation sous contrainte.

Tenir compte de la réalité de la fabrication et de la chaîne d'approvisionnementOutre les indicateurs techniques, vous devez également évaluer la fabricabilité de l’estampage/gravure, la disponibilité de la localisation nationale, la cohérence des lots et le coût total d’approvisionnement, et pas seulement le prix des matières premières.

IACS (Norme internationale de cuivre recuit)– La référence en matière de conductivité électrique, avec du cuivre pur recuit défini comme 100 % IACS.

Résistance à la traction– La contrainte maximale qu’un matériau peut supporter avant rupture (MPa). Les puces d'IA haut de gamme nécessitent généralement une puissance supérieure ou égale à 800 MPa, tandis que les puces de faible-à-puissance moyenne peuvent fonctionner avec 400 à 600 MPa.

Résistance à la relaxation et au stress– La capacité à maintenir une force élastique à des températures élevées.C70250etC70350 surpassent considérablement le C19400 à cet égard, ce qui les rend plus fiables pour la pression de contact à long terme-dans les connecteurs et les bornes.

Température de ramollissement– La température à laquelle le matériau commence à perdre sa résistance en raison des effets du recuit. Le C18150 offre la température de ramollissement la plus élevée (supérieure ou égale à 550 degrés), ce qui le rend idéal pour les processus de brasage et de refusion à haute température.

Puissance > 500W ?

Oui → Donner la priorité à la résistance au ramollissement à haute-température →C70250 / C70350

Non → Passez à l'étape 2

Épaisseur du colis < 0,1 mm ?

Oui → Donner la priorité à l'anti-déformation →C70350 / C70250

Non → Passez à l'étape 3

Fréquence du signal > 10 GHz OU forte génération de chaleur ?

Oui → Prioriser une conductivité élevée →C19200 / C18150

Non →C19400(meilleur coût-performance)

Faites correspondre la qualité de l'alliage directement en fonction de la dissipation de puissance de votre puce, de l'épaisseur du boîtier et de la fréquence du signal.

Poussé par trois tendances : consommation d'énergie croissante des puces (1 000 W+), fréquence de signal plus élevée (448 G) et boîtier ultra fin (inférieur ou égal à 0,03 mm), l'alliage de cuivre à grille de connexion évolue au fil des années.ème:C19400 (qualité générale rentable)→ C70250 (grade équilibré à haute résistance) → C18150 (grade à haute conductivité) / C70350 (grade à ultra haute résistance).

Les nouvelles exigences se concentrent sur l'application de câble en cuivre UCIe 3.0, 448G, la bande ultra fine de 0,03 mm et les alliages de cuivre renforcés par précipitation de plus hautes performances. Les fabricants chinois réalisent des percées continues sur les C19400, C70250, C18150 et C70350 afin de remplacer les matériaux importés pour les usines d'emballage de semi-conducteurs.

Conclusion :Choisissez l'alliage qui correspond le mieux à la consommation d'énergie, à l'épaisseur du boîtier, à la température de fonctionnement et aux objectifs de coût de votre puce. En cas de doute, commencez par l'arbre de décision ci-dessus - et consultez notre équipe technique pour une assistance technique détaillée.

CONTACTEZ NOTRE ÉQUIPE TECHNIQUE

Q1 : Pourquoi ne pouvons-nous pas simplement utiliser du cuivre pur pour les grilles de connexion ?

R : Le cuivre pur offre une conductivité très élevée mais une faible résistance à la traction. Il est facile de se déformer lors de l'estampage à grande vitesse et du cycle thermique. Les alliages de cuivre ajoutent des éléments d'alliage pour obtenir un équilibre résistance-conductivité garantissant la fiabilité de l'emballage.

Q2 : Qu'est-ce que la résistance au stress et à la relaxation et pourquoi est-elle importante ?

R : La relaxation des contraintes décrit la capacité du matériau à maintenir les contraintes mécaniques lors d'un travail à long terme à haute température. Une mauvaise relaxation des contraintes entraînera une défaillance du contact de la grille de connexion. Les C70250 / C70350 surpassent largement les C19400 sur cet indicateur.

Q3 : Peut-onC19400 remplacer le C18150 ?

R : Dans des scénarios grand public à température normale sans stress thermique extrêmement élevé, le C19400 peut remplacer le C18150 pour réduire les coûts d’approvisionnement. Pour une température de travail continue supérieure à 200 degrés, le C18150 (Cu‑Cr‑Zr) est toujours préféré.

Q4 : Quelle est la différence entre C19200 etC19400?

R : Les deux appartiennent à la série Cu‑Fe‑P. Le C19200 a une conductivité beaucoup plus élevée (supérieure ou égale à 85 % IACS) mais une résistance inférieure, ciblant les appareils électriques à courant élevé. Le C19400 échange une conductivité partielle contre une résistance mécanique plus élevée pour les grilles de connexion de circuits intégrés à usage général.

Q5 : Quel alliage de cuivre convient le mieux aux grilles de connexion à faible consommation de qualité grand public ?

R : C19400 (Cu‑Fe‑P) est l'option préférée. Il offre une résistance équilibrée, de bonnes performances d'estampage et un rapport coût-performance exceptionnel pour les circuits intégrés grand public et les grilles de connexion de dispositifs discrets sous une puissance de puce inférieure ou égale à 200 W.

Q6 : Quel alliage dois-je choisir pour les grilles de connexion des puces IA haute puissance ?

R : Pour les puces AI de puissance moyenne-élevée (~ 500 W), sélectionnez C70250. Pour une puissance supérieure à 800 W avec un emballage ultra fin, le C70350 est recommandé pour sa très haute résistance et ses performances anti-déformation.

Q7 : Quelle est la principale différence entre C19400 et C70250 ?

R : Le C19400 a une conductivité plus élevée et un coût inférieur pour les produits de grande consommation. Le C70250 offre une résistance à la traction bien supérieure et une meilleure résistance à la relaxation des contraintes pour un boîtier de semi-conducteurs haute fiabilité et haute puissance.

Q8 : C18150 vs C19400 : Quand dois-je choisir le C18150 ?

R : Choisissez le C18150 (Cu‑Cr‑Zr) si vous avez besoin d'une haute conductivité IACS supérieure ou égale à 80 % et d'une excellente résistance au ramollissement à haute température pour les puces d'inférence à courant élevé. Le C19400 fonctionne pour des scénarios de température normale afin de réduire les coûts.

Q9 : Quand utiliser l'alliage de cuivre pour grille de connexion C19200 ?

R : Le C19200 s'adapte aux puces de commutation haute fréquence et de gestion de l'alimentation à courant élevé. Sa conductivité élevée supérieure ou égale à 85 % IACS permet de réduire la génération de chaleur, bien que sa résistance mécanique soit relativement inférieure.

Q10 : L'épaisseur de l'emballage affecte-t-elle la sélection de l'alliage de cuivre de la grille de connexion ?

R : Oui. L'emballage ultra fin (inférieur ou égal à 0,1 mm) nécessite des alliages plus résistants tels que le C70250 ou le C70350 pour éviter la déformation de la grille de connexion pendant le processus d'emballage.

Q11 : Les alliages de cuivre à structure de plomb fabriqués en Chine peuvent-ils remplacer les matériaux importés ?

R : Oui. Les fabricants locaux ont atteint une production de masse stable pour le C19400 et le C70250. Les modèles C18150 et C70350 passent de la production d'essai en petits lots à la vérification par le client.

Q12 : La résistance à la traction est-elle le seul facteur clé pour la sélection du matériau de la grille de connexion ?

R : Non. La résistance à la relaxation des contraintes, la résistance au ramollissement à haute température, la conductivité, le rendement d'emboutissage et le coût total d'approvisionnement influencent également fortement la fiabilité à long terme de l'appareil et le rendement de la production en série.