CN118241178A - 一种劈刀表面的涂层、劈刀及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种劈刀表面的涂层、劈刀及其制备方法，该涂层为厚度为1~10μm的类金刚石薄膜。本发明在现有的陶瓷劈刀的表面开发出一种类金刚石涂层，可增强劈刀表面的硬度和耐磨性，可提高引线键合的强度。在引线键合过程中，劈刀表面更耐磨损，从而增强寿命，减少应用端更换劈刀的频率，提高机器的利用率，减少人机交互，提高设备综合效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种劈刀表面的涂层、劈刀及其制备方法。
背景技术
半导体封装主要采用引线键合方式，陶瓷劈刀是引线键合技术使用的核心部件之一。现有的劈刀在引线键合的时候，由于受到超声波和下压力的影响，劈刀会存在严重的磨损（如图3所示），随着使用的次数的增加，磨损会加剧，寿命末期的时候焊球的质量直接下降，造成NSOP（指第一焊点不良，包括脱球不沾、打穿铝层等）和NSOL（指第二焊点不良，如引线脱落如图4所示），从而劈刀寿命结束，必须更换新的劈刀。只要更换新的劈刀，都需要重新调整机器，且人为进行干预，影响机器的MTBR（平均修复间隔时间）和MTTF（平均故障时间间隔）。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提升现有劈刀的使用寿命。本发明通过在在现有的陶瓷劈刀的表面设置一层类金刚石涂层，增强劈刀表面的硬度和耐磨性，从而提升劈刀的使用寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种劈刀表面的涂层，所述涂层为厚度为1~10μm的类金刚石薄膜。
本发明的原理说明：类金刚石（英文：Diamond like Carbon 缩写DLC）是一种非晶碳，这种材料表现出很多与金刚石相类似的性质。碳元素有3种杂化键，sp1、sp2、sp3，这三种键的不同含量组合，构成不同形态的分子结构，从而表现出不同的性质。当碳原子以sp3键的杂化轨道形成共价键的时候，就会形成金刚石。当碳原子以sp2键的杂化轨道形成共价键的时候，就会形成石墨。当以碳原子sp2、sp3键混合杂化的时候，形成的就是类金刚石。类金刚石常常是以薄膜形式使用的，类金刚石薄膜具有高硬度、高电阻率、良好光学性能等，同时又是具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。本发明在现有的陶瓷劈刀的表面开发出一种类金刚石涂层，可增强劈刀表面的硬度和耐磨性，可提高引线键合的强度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述类金刚石薄膜由氢化类金刚石、四面体无氢类金刚石、无氢类金刚石、四面体含氢类金刚石和金属掺杂类金刚石中的至少一种形成。
需要说明的是：氢化类金刚石、四面体无氢类金刚石、四面体含氢类金刚石和金属掺杂类金刚石为按结构对类金刚石的分类，也可按照含氢量分为无氢类和含氢类。类金刚石（DLC）的家族种类包含a-C:H（氢化类金刚石碳膜）、ta-C（四面体无氢非晶碳膜）、a-C（无氢类金刚石碳膜）、ta-C:H（四面体含氢非晶碳膜）、Me-DLC（金属掺杂金刚石碳膜）这五种类型。
进一步，所述类金刚石薄膜由C2H2气体在等离子体作用下裂解后，再沉积在劈刀表面形成。
需要说明的是：类金刚石薄膜的形成可采用PVD（物理气相沉积）、CVD（化学气相沉积）、PECVD（等离子增强型化学气相淀积）等工艺实现。
本发明为实现上述目的之二提供一种劈刀，所述劈刀表面设置有上述的劈刀表面的涂层。
本发明为实现上述目的之三提供一种劈刀的制备方法，包括：
将劈刀表面清洗、干燥后，在劈刀表面沉积类金钢石，形成类金刚石薄膜，得含表面涂层的劈刀。
进一步，所述清洗包括：使用超声波和水清洗至少30min，再用纯水漂洗至少1h。
进一步，所述烘干的工艺参数包括：烘干温度为110~130℃，烘干时间为至少3h。
进一步，所述在劈刀表面沉积类金钢石，形成类金刚石薄膜，包括：
于真空条件下，对劈刀进行预热，再用等离子体刻蚀所述劈刀表面，刻蚀后控制经等离子体作用后裂解的C2H2气体沉积在所述劈刀表面，后冷却，形成类金刚石薄膜。
原理说明：离子刻蚀为将等离子体通过电磁场加速后轰击零件表面，从而去除表面微量的污染物或者氧化层，暴露出清洁的金属表面。C2H2气体在等离子体作用下发生裂解生成C-H化学键，在偏压和磁场的控制下，碳氢离子高速飞行到工件表面，沉积成涂层。
进一步，所述真空条件的压强为6-10bar；所述预热温度为90~110℃。
本发明的有益效果是：本发明在现有的陶瓷劈刀的表面开发出一种类金刚石涂层，可增强劈刀表面的硬度和耐磨性，可提高引线键合的强度。在引线键合过程中，劈刀表面更耐磨损，从而增强寿命，减少应用端更换劈刀的频率，提高机器的利用率，减少人机交互，提高设备的OEE（设备综合效率）。
附图说明
图1为本发明实施例的表面设置有类金刚石涂层的劈刀（表面呈黑色）；
图2为类金刚石膜的三元相图；
图3为劈刀寿命结束时的磨损情况图；
图4为劈刀寿命结束时进行引线键合导致的引线材料脱落的效果图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购得的常规产品。
实施例
一种表面设置有类金刚石涂层的劈刀及其制备方法，包括：
（1）将陶瓷劈刀（劈刀料号：BN-28080-355F-P234T01，线材类型：∅20μmPdCu，L/F类型：QFN 3*3，L/F电镀类型：银环电镀）置于水中用超声波清洁40min，再用纯水进行漂洗1.2h；
（2）将漂洗后的劈刀放入烘箱（采用电加热方式）于120℃烘烤3.2h；
（3）将劈刀送入DLC镀膜真空炉内进行涂层加工，先抽真空至8bar，再用加热电阻将劈刀预热至100℃，接着用氩等离子体对劈刀表面进行离子刻蚀，直至暴露出清洁的金属表面，再将C2H2气体经氩等离子体作用裂解后，在偏压和磁场的控制下沉积在劈刀表面，再冷却，在劈刀表面形成2μm厚的类金刚石薄膜，即得。
实施例
一种表面设置有类金刚石涂层的劈刀及其制备方法，包括：
（1）将陶瓷劈刀（劈刀料号：BN-28080-355F-P234T01，线材类型：∅20μmPdCu，L/F类型：QFN 3*3，L/F电镀类型：银环电镀）置于水中用超声波清洁35min，再用纯水进行漂洗1.1h；
（2）将漂洗后的劈刀放入烘箱（采用电加热方式）于130℃烘烤3.1h；
（3）将劈刀送入DLC镀膜真空炉内进行涂层加工，先抽真空至6bar，再用加热电阻将劈刀预热至90℃，接着用氩等离子体对劈刀表面进行离子刻蚀，直至暴露出清洁的金属表面，再将C2H2气体经氩等离子体作用裂解后，在偏压和磁场的控制下沉积在劈刀表面，再冷却，在劈刀表面形成2μm厚的类金刚石薄膜，即得。
实施例
一种表面设置有类金刚石涂层的劈刀及其制备方法，包括：
（1）将陶瓷劈刀（劈刀料号：BN-28080-355F-P234T01，线材类型：∅20μmPdCu，L/F类型：QFN 3*3，L/F电镀类型：银环电镀）置于水中用超声波清洁45min，再用纯水进行漂洗1.3h；
（2）将漂洗后的劈刀放入烘箱（采用电加热方式）于110℃烘烤3.3h；
（3）将劈刀送入DLC镀膜真空炉内进行涂层加工，先抽真空至10bar，再用加热电阻将劈刀预热至110℃，接着用氩等离子体对劈刀表面进行离子刻蚀，直至暴露出清洁的金属表面，再将C2H2气体经氩等离子体作用裂解后，在偏压和磁场的控制下沉积在劈刀表面，在劈刀表面形成类金刚石薄膜，再冷却，即得。
实施例1-3中陶瓷劈刀的材料可参考本申请人先前专利申请：202310309628.9，一种红宝石型高强Cr-ZTA陶瓷材料。具体制备参考其实施例：
1）选择氧化铝含量在99.9%以上、粒径D50为200nm的高纯氧化铝粉体90克，选择氧化锆含量在99.9%以上、粒径D50为50nm的高纯氧化铝粉体10克，选择球磨介质无水乙醇320克（约405.1mL），选择直径5mm氧化锆球质量150克，直径10mm氧化铝球质量为氧化铝粉体和氧化锆粉体总重量的200克，加入球磨罐，放在行星式球磨机上进行球磨混合，混合时间为24小时。
2）将步骤1）已经球磨后的浆料过200目筛网后，在立式砂磨机上进行砂磨，砂磨时间为3小时，砂磨球为0.5mm的氧化锆球，砂磨球质量为100克，砂磨转速为2700r/min；
3）将步骤2）砂磨均匀的浆料滤出，放在旋转蒸发仪上旋转蒸干，旋转速度为50r/min，蒸发温度为50℃，旋转蒸发时间为2.5h，制得干燥粉体；
4）将步骤3）制得的干燥粉体过80目筛网过筛，经78MPa干压成型、200MPa等静压成型，制得陶瓷素坯。
5）将步骤4）制得的陶瓷素坯放入硅钼棒炉中，在预烧温度1200℃下预烧1小时，得到可以浸渍的氧化锆增韧氧化铝的陶瓷素坯，即ZTA陶瓷素坯。
6）将步骤5）制得的ZTA陶瓷素坯放入塑料盒子中，并加入ZTA陶瓷素坯质量10倍的Cr3+溶液进行浸渍，采用Cr(NO3)3•9H2O制备的Cr3+溶液，溶剂为去离子水，Cr3+溶液浓度为0.72g/mL，然后将其放入真空干燥器中，干燥温度为25℃，真空度为-1Pa，抽真空6小时，然后将剩余Cr3+溶液倒出，将浸渍后的素坯放在油纸上维持原真空度抽真空-1Pa，抽真空24小时后取出放在承烧板上；
7）将放在承烧板上的ZTA陶瓷素坯放入高温马弗炉进行烧结，烧结温度在1580℃，保温时间1小时，即制得呈粉色颜色的红宝石型高强Cr-ZTA陶瓷材料。
下面对实施例所得劈刀进行应用测试，结果如表1所示。
表1劈刀的应用测试结果
其中，1K=1000把，1KK=1000000把。
从表1可知，本发明通过在劈刀表面设置类金刚石薄膜涂层，使得劈刀寿命可增加一倍以上，延长了劈刀寿命。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种劈刀表面的涂层，其特征在于，所述涂层为厚度为1~10μm的类金刚石薄膜。
2.根据权利要求1所述的劈刀表面的涂层，其特征在于，所述类金刚石薄膜由氢化类金刚石、四面体无氢类金刚石、四面体含氢类金刚石或金属掺杂类金刚石中的至少一种形成。
3.根据权利要求2所述的劈刀表面的涂层，其特征在于，所述类金刚石薄膜由C2H2气体在等离子体作用下裂解后，再沉积在劈刀表面形成。
4.一种劈刀，其特征在于，所述劈刀表面设置有如权利要求1或2或3所述的劈刀表面的涂层。
5.一种制备如权利要求4所述劈刀的制备方法，其特征在于，包括制备步骤如下：
将劈刀表面清洗、干燥后，在劈刀表面沉积类金钢石，形成类金刚石薄膜，得含表面涂层的劈刀。
6.根据权利要求5所述的劈刀的制备方法，其特征在于，所述清洗包括：使用超声波和水清洗至少30min，再用纯水漂洗至少1h。
7.根据权利要求5所述的劈刀的制备方法，其特征在于，所述烘干的工艺参数包括：烘干温度为110~130℃，烘干时间为至少3h。
8.根据权利要求5所述的劈刀的制备方法，其特征在于，所述在劈刀表面沉积类金钢石，形成类金刚石薄膜，包括：
于真空条件下，对劈刀进行预热，再用等离子体刻蚀所述劈刀表面，刻蚀后控制经等离子体作用后裂解的C2H2气体沉积在所述劈刀表面，后冷却，形成类金刚石薄膜。
9.根据权利要求8所述的劈刀的制备方法，其特征在于，所述真空条件的压强为6-10bar；所述预热温度为90~110℃。
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| PB01 | Publication | ||
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