本發(fā)明屬于半導(dǎo)體封裝，具體涉及一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體封裝過(guò)程中，楔形劈刀是一種重要的工具，用于切割和成形引線框架。傳統(tǒng)的楔形劈刀通常由單一材料如鎢鋼制成，雖然具有一定的硬度和耐磨性，但在長(zhǎng)期使用過(guò)程中容易出現(xiàn)磨損和斷裂，影響封裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，開(kāi)發(fā)一種具有更高性能和更長(zhǎng)使用壽命的楔形劈刀具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，包括由下至上依次設(shè)置的鎢鋼棒、中間緩沖層和陶瓷功能層，所述中間緩沖層的彈性模量介于鎢鋼棒和陶瓷功能層的彈性模量之間，熱膨脹系數(shù)介于鎢鋼棒和陶瓷功能層的熱膨脹系數(shù)之間。

4、進(jìn)一步的，所述鎢鋼棒的成分為wc-10co，硬度hra?89-91。

5、進(jìn)一步的，所述中間緩沖層采用ti-6al-4v鈦合金，厚度為0.5-1mm。

6、進(jìn)一步的，所述陶瓷功能層采用氮化硼、氧化鋁和氧化鋯制成，厚度為0.2-0.6mm。

7、進(jìn)一步的，所述鎢鋼棒的制備步驟包括：

8、將wc粉末和co粉末按照80-95：5-20的重量比放入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨24-48h，球料比為3：1-5：1，wc粉末的平均粒徑為1-5μm，co粉末的平均粒徑為1-3μm；取出后，于60-80℃條件下干燥12-24h，再送入噴霧造粒機(jī)內(nèi)進(jìn)行造粒，從而得到粒度100-200μm的混合微粒，再依次進(jìn)行成型、脫脂、預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)、后處理，之后按照楔形劈刀的尺寸，使用機(jī)械加工方式成型鎢鋼棒。

9、進(jìn)一步的，通過(guò)冷等靜壓壓制成型，成型的參數(shù)條件為：

10、成型壓力為200-300mpa，保壓時(shí)間為1-2min；

11、脫脂的參數(shù)條件為：

12、脫脂溫度為300-400℃，脫脂時(shí)間為1-2h，氣氛為氫氣或真空；

13、預(yù)燒結(jié)的參數(shù)條件為：

14、預(yù)燒結(jié)溫度為800-1000℃，預(yù)燒結(jié)時(shí)間為30-60min，氣氛為真空或氫氣；

15、燒結(jié)的參數(shù)條件為：

16、燒結(jié)溫度為1350-1500℃，燒結(jié)時(shí)間為60-120min，氣氛為真空或氫氣，升溫速率為5-10℃/min，冷卻速率為自然冷卻；

17、后處理的參數(shù)條件為：

18、熱等靜壓，溫度為1300-1400℃，壓力為100-200mpa，時(shí)間為1-2h。

19、進(jìn)一步的，所述中間緩沖層的制備步驟包括：

20、將ti、al、v按照87-92：5-8：3-5的重量比混勻并熔煉，得到直徑400-600mm的鑄錠，按50-100℃/min的冷卻速率進(jìn)行冷卻，隨后依次進(jìn)行均勻化熱處理、鍛造、退火、機(jī)加工、固溶處理、時(shí)效處理，得到ti-6al-4v鈦合金。

21、進(jìn)一步的，通過(guò)真空自耗電弧熔煉，熔煉的參數(shù)條件為：

22、熔煉溫度為1650-1700℃，熔煉壓力<0.1pa，熔煉時(shí)間為2-3h；

23、均勻化熱處理的參數(shù)條件為：

24、熱處理溫度為1000-1050℃，熱處理時(shí)間為1-2h，冷卻方式為爐冷；

25、鍛造的參數(shù)條件為：

26、起始溫度950-1000℃，終止溫度700-750℃，變形量60-70％；

27、退火的參數(shù)條件為：

28、退火溫度為700-750℃，退火時(shí)間為1-2h，冷卻方式為空冷；

29、機(jī)加工的參數(shù)條件為：

30、切削速度為30-60m/min；

31、進(jìn)給量為0.1-0.3mm/r；

32、固溶處理的參數(shù)條件為：

33、處理溫度為955-970℃，處理時(shí)間為0.5-2h，冷卻方式為水冷；

34、時(shí)效處理的參數(shù)條件為：

35、處理溫度為480-495℃，處理時(shí)間為6-8h，冷卻方式為空冷。

36、進(jìn)一步的，所述陶瓷功能層的制備步驟包括：

37、按重量比計(jì)，將氮化硼40-50wt％、氧化鋁30-40wt％、氧化鋯10-20wt％放入球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行球磨4-6h，轉(zhuǎn)速200-250rpm，之后加入有機(jī)粘結(jié)劑，于160-180℃條件下加熱混合1-2h，再進(jìn)行造粒得到粒度2-3mm的陶瓷微粒；

38、隨后將所得陶瓷微粒進(jìn)行注射成型，注射溫度為160-180℃，注射壓力為80-120mpa，保壓時(shí)間為10-15s，冷卻時(shí)間為30-40s；

39、再進(jìn)行脫脂，脫脂溫度為500-700℃，脫脂時(shí)間為20-30h，升溫速率為0.5-1℃/min，最高溫度為700℃，保溫2-3h；

40、再進(jìn)行燒結(jié)，升溫速率為3-5℃/min，燒結(jié)溫度為1700-1800℃，保溫時(shí)間為2-3h，冷卻速率為5-10℃/min，燒結(jié)氣氛為氮?dú)饣蛘婵眨?/p>

41、最后使用電火花放電方式加工得到所需陶瓷功能層。

42、本發(fā)明還公開(kāi)了一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀的制備方法，包括以下步驟：

43、s1、制備鎢鋼棒；

44、s2、制備ti-6al-4v鈦合金；

45、s3、制備陶瓷功能層；

46、s4、將鎢鋼棒和ti-6al-4v鈦合金焊接在一起，焊接的參數(shù)條件為：

47、焊接頻率為20-40khz，焊接振幅為10-100μm，焊接時(shí)施加的壓力為5-10kn，焊接時(shí)間為1-5s；

48、s5、將ti-6al-4v鈦合金與陶瓷功能層通過(guò)鈦基活性釬料釬焊在一起，步驟如下：

49、s51、表面處理：將ti-6al-4v鈦合金打磨至600-800#，形成粗糙表面，將陶瓷功能層進(jìn)行噴砂或化學(xué)蝕刻，增大表面粗糙度；

50、s52、釬料制備：將鈦基活性釬料與有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，隨后絲網(wǎng)印刷或噴涂在ti-6al-4v鈦合金與陶瓷功能層表面，厚度為10-50μm；

51、s53、釬焊：在真空或惰性氣體氛圍下，于900-980℃條件下進(jìn)行釬焊，升溫速率為10℃/min，保溫時(shí)間為10-20min，冷卻速率為5-10℃/min或自然冷卻；

52、s54、后處理。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

54、本發(fā)明公開(kāi)了一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀及其制備方法，通過(guò)設(shè)計(jì)鎢鋼棒、中間緩沖層、陶瓷功能層復(fù)合結(jié)構(gòu)提高了楔形劈刀的整體性能和使用壽命，楔形劈刀的莫氏硬度可高達(dá)9-9.5，維氏硬度可高達(dá)30-35gpa，接近于金剛石，斷裂韌性可達(dá)6-8mpa·m^1/2，楔形劈刀還表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性，磨損率低至10^-6mm3/nm，適合在半導(dǎo)體封裝中推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，包括由下至上依次設(shè)置的鎢鋼棒、中間緩沖層和陶瓷功能層，所述中間緩沖層的彈性模量介于鎢鋼棒和陶瓷功能層的彈性模量之間，熱膨脹系數(shù)介于鎢鋼棒和陶瓷功能層的熱膨脹系數(shù)之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，所述鎢鋼棒的成分為wc-10co，硬度hra?89-91。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，所述中間緩沖層采用ti-6al-4v鈦合金，厚度為0.5-1mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，所述陶瓷功能層采用氮化硼、氧化鋁和氧化鋯制成，厚度為0.2-0.6mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，所述鎢鋼棒的制備步驟包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，通過(guò)冷等靜壓壓制成型，成型的參數(shù)條件為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，所述中間緩沖層的制備步驟包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，通過(guò)真空自耗電弧熔煉，熔煉的參數(shù)條件為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀，其特征在于，所述陶瓷功能層的制備步驟包括：

10.權(quán)利要求1-9任一所述的一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種多層復(fù)合高性能楔形劈刀及其制備方法，該楔形劈刀包括由下至上依次設(shè)置的鎢鋼棒、中間緩沖層和陶瓷功能層，中間緩沖層的彈性模量介于鎢鋼棒和陶瓷功能層的彈性模量之間，熱膨脹系數(shù)介于鎢鋼棒和陶瓷功能層的熱膨脹系數(shù)之間。本發(fā)明提供的多層復(fù)合高性能楔形劈刀及其制備方法，通過(guò)設(shè)計(jì)鎢鋼棒、中間緩沖層、陶瓷功能層復(fù)合結(jié)構(gòu)提高了楔形劈刀的整體性能和使用壽命，楔形劈刀的莫氏硬度可高達(dá)9?9.5，維氏硬度可高達(dá)30?35GPa，接近于金剛石，斷裂韌性可達(dá)6?8MPa·m^1/2，楔形劈刀還表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性，磨損率低至10^?6mm<supgt;3</supgt;/Nm，適合在半導(dǎo)體封裝中推廣應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：周彪,林尚濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州芯合半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30