CN101870008B - 基于锯式切割qfn封装基板的烧结金属基金刚石锯刀 - Google Patents
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Abstract
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金属胎体包括金属粉末和无机填料，金属粉末由Cu粉或CuSn20预合金粉末、Sn粉和Co粉组成，无机填料由SiC和Al2O3组成，金属胎体按高含量元素形成了以Cu和Co为基体的两种系列，先配制金属基金刚石锯刀的胎体组成，然后将各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得满足要求的金属基金刚石锯刀，本发明强度高、耐磨性好，在满足芯片在线切割质量要求的前提下，具有加工效率高、使用寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明涉及金属-金刚石混杂复合材料制品及工具领域，特别涉及基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀。
背景技术
IC芯片的单体化分割是半导体封装产业迄今不可逾越的一道重要工序。在整个QFN(Quad Flat No-lead方形扁平无引脚)封装制程中，芯片切割是封装制程的末端工序，该工序一旦出现问题，可能使此前包括前道制造和后道封装等一系列工艺的实施付诸东流，此后的性能测试以及终端应用也将化为泡影，由此可见芯片分割加工在整个QFN器件制造产业链中具有承前启后的中枢作用。
随着半导体封装器件的小型化、多品种化进程的不断加快，QFN封装芯片的切割方法也发生了改变，从原来使用剪床和铣床改为现今使用切割机加工，能有效地抑制铜材料特有毛刺的产生，并最大限度地提高生产效率。锯式切割技术是当今国内外QFN封装芯片分割的主导方法，其中高精度金刚石锯刀发挥着主体作用。
QFN封装器件过去通常使用电铸镍基金刚石锯刀分割。该类刀片受属性决定，它在切割时其径向的磨损量比侧面的少，容易形成凸型刃部形貌，从而使实际切削的锯刀刃部变得相对单薄，这将引起芯片形状变形以及使用寿命不足等问题。目前QFN封装器件分割几乎全部采用树脂基金刚石锯刀进行，由于具有垂直消耗的特点，在线切割质量优异，不仅保证了芯片的尺寸与结构，也控制了毛刺超标现象的发生，但限于胎体组成材料的特性，树脂基锯刀对金刚石的把持力较弱，且胎体材料极易磨损消耗，导致其在线切割长度严重不足，多则千米上下，少则不足半数，无助于降低生产成本，此外，由于树脂基胎体强度较低，提高工件进给速度时易发生锯刀崩断现象，严重制约了切割效率的提升。因此，在保证芯片在线加工质量的前提下，有效提高加工效率并最大限度地延长其使用寿命，实现高质量、高效率、低成本生产将是精细切割技术领域探究的科学命题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，能够满足芯片在线切割质量要求，具有加工效率高、使用寿命长的特点。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为50-80％，粒度为25-75μm，金属胎体包括金属粉末和无机填料，金属粉末由Cu粉或CuSn20预合金粉末、Sn粉和Co粉组成，无机填料由SiC和Al2O3组成，金属胎体按高含量元素形成了以Cu和Co为基体的两种系列，具体化学成份与重量比如下：
(1)Cu基胎体组成
Cu基胎体按比例由95-98重量份的金属粉末和2-5重量份的无机填料组成，按组成Cu基胎体的金属粉末各组元加入形式的不同，Cu基胎体具有两种组成形式：一种组成Cu基胎体的金属粉末按比例包括70-85重量份的Cu、10-20重量份的Sn、5-10重量份的Co，上述金属单质粉末粒度为38-45μm，组成Cu基胎体的无机填料包括1-4重量份的SiC和1-4重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5-10μm；另一种组成Cu基胎体的金属粉末按比例包括32-50重量份的CuSn20预合金粉末、30-48重量份的Cu、4-10重量份的Sn、5-10重量份的Co，上述金属单质粉末的粒度为38-45μm，CuSn20预合 金粉末的粒度为45-53μm，组成Cu基胎体的无机填料包括1-4重量份的SiC和1-4重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5-10μm；
(2)Co基胎体组成
Co基胎体由95-98重量份的金属粉末和2-5重量份的无机填料组成，组成Co基胎体的金属粉末包括50-68重量份的Co、3-10重量份的Sn和25-40重量份的Cu，上述金属粉末粒度为38-45μm，组成Co基胎体的无机填料是1-4重量份的SiC和1-4重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5-10μm。
按上述组成设计配制金属基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得满足尺寸要求的一种基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀。
与业界通用的QFN封装基板锯式切割用树脂基金刚石锯刀相比，本发明公开的烧结金属基金刚石锯刀强度高、耐磨性好，在满足芯片在线切割质量要求的前提下，具有加工效率高、使用寿命长的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为55％，粒度为38μm，金属胎体由98重量份的金属粉末和2重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括74重量份的Cu、17重量份的Sn和7重量份的Co，上述金属单质粉末粒度均为45μm，组成金属胎体的无机填料包括1重量份的SiC和1重量份的Al2O3，SiC和Al2O3 粒度均为5μm。
按上述组成设计配制Cu基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得规格为OD58×T0.30×ID40mm的Cu基金刚石锯刀。使用该锯刀在专用划切机上切割QFN封装基板，切得芯片尺寸6×6×0.95mm。在主轴转速23Krpm、进给速度30mm/s和冷却水流量2.0L/min的工况条件下，芯片在其厚度方向上的毛刺平均尺寸小于15μm，在其侧边的延展量平均尺寸不超过30μm，有效切割长度为1800m。
实施例2
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为60％，粒度为45μm，金属胎体由97重量份的金属粉末和3重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括80重量份的Cu、10重量份的Sn和7重量份的Co，上述金属单质粉末粒度均为38μm，组成金属胎体的无机填料包括1重量份的SiC和2重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为6μm。
按上述组成设计配制Cu基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得规格为OD58×T0.30×I D40m m的Cu基金刚石锯刀。使用该锯刀在专用设备上切割QFN封装芯片，切得芯片尺寸为6×6×0.95mm。在主轴转速23Krpm、进给速度35mm/s和冷却水流量2.0L/min的切割条件下，芯片在其厚度方向上的毛刺平均尺寸为12μm，在其侧边的延展量平均尺寸为25μm， 有效切割长度为1850m。
实施例3
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为65％，粒度为45μm，金属胎体由96重量份的金属粉末和4重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括45重量份的CuSn20预合金粉末、37重量份的Cu、6重量份的Sn和8重量份的Co，上述金属单质粉末的粒度均为38μm，CuSn20预合金粉末的粒度为45μm，组成金属胎体的无机填料包括2重量份的SiC和2重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为7μm。
按上述组成设计配制Cu基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得规格为OD58×T0.30×ID40mm的Cu基金刚石锯刀。使用该锯刀在划切设备上切割QFN封装基板，切得芯片尺寸为6×6×0.95mm。在主轴转速35Krpm、进给速度40mm/s和冷却水流量2.0L/min的工况条件下，芯片在其厚度方向上的毛刺小于20μm，在其侧向的延展量不超过30μm，有效切割长度为2000m。
实施例4
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为70％，粒度为53μm，金属胎体由95重量份的金属粉末和5重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括38重量份的CuSn20预合金粉末、40重量份的Cu、10重量份的Sn和7重量份的Co，上述金属单质粉末的粒度均为45μm，CuSn20预合金粉末的粒度为38μm，组成 金属胎体的无机填料包括2重量份的SiC和3重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为7μm。
按上述组成设计配制Cu基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得规格为OD58×T0.30×ID40mm的Cu基金刚石锯刀。使用该锯刀在专用设备上切割QFN封装基板，切得芯片尺寸为6×6×0.95m m的在主轴转速、进给速度和冷却水流量分别35KRPM、45mm/s和2.0L/min的工况条件下，芯片在其厚度方向上的毛刺小于20μm，在其侧面的延展量不大于26μm，有效切割长度为2200m。
实施例5
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为75％，粒度为63μm，金属胎体由97重量份的金属粉末和3重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括65重量份的Co、7重量份的Sn 和25重量份的Cu，上述金属单质粉末的粒度均为45μm，组成金属胎体的无机填料包括1重量份的SiC和2重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为8μm。
按上述组成设计配制Co基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得规格为OD58×T0.30×ID40mm的Co基金刚石锯刀。使用该锯刀在划片机上切割QFN封装基板，切得芯片尺寸为6×6×0.95mm。在主轴转速、进给速度和冷却水流量分别30KRPM、45mm/s和2.0L/min的条件下，芯片在其厚度方向 的毛刺平均尺寸为15μm，在其侧向延展量平均尺寸为25μm，有效切割长度为2200m。
实施例6
基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为75％，粒度为75μm，金属胎体由95重量份的金属粉末和5重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括55重量份的Co、8重量份的Sn和32重量份的Cu，上述金属单质粉末的粒度均为45μm，组成金属胎体的无机填料包括2.5重量份的SiC和2.5重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为10μm。
按上述组成设计配制Co基金刚石锯刀的胎体组成，然后将组成胎体材料的各金属粉末与无机填料混合均匀后再与金刚石磨粒混合，冷压预成形后通过热压烧结制备金属基金刚石锯刀毛坯，经内外圆切割、厚度减薄等精密加工后制得规格为OD58×T0.30×ID40mm的Co基金刚石锯刀。使用该锯刀在专用切割设备上切割QFN封装基板，切得芯片尺寸为6×6×0.95mm。在主轴转速、进给速度和冷却水流量分别30KRPM、50mm/s和2.0L/min的条件下，芯片在其厚度方向上的毛刺小于20μm，在其侧边的延展量不超过30μm，有效切割长度为2300m。
Claims (7)
1.基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为50-80％，粒度为25-75μm，金属胎体包括金属粉末和无机填料，金属粉末由Cu粉或CuSn20预合金粉末、Sn粉和Co粉组成，无机填料由SiC和Al2O3组成，金属胎体按高含量元素形成了以Cu和Co为基体的两种系列，具体化学成份与重量比如下：
(1)Cu基胎体组成
Cu基胎体按比例由95-98重量份的金属粉末和2-5重量份的无机填料组成，按组成Cu基胎体的金属粉末各组元加入形式的不同，Cu基胎体具有两种组成形式：一种组成Cu基胎体的金属粉末按比例包括70-85重量份的Cu、10-20重量份的Sn、5-10重量份的Co，上述金属单质粉末粒度为38-45μm，组成Cu基胎体的无机填料包括1-4重量份的SiC和1-4重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5-10μm；另一种组成Cu基胎体的金属粉末按比例包括32-50重量份的CuSn20预合金粉末、30-48重量份的Cu、4-10重量份的Sn、5-10重量份的Co，上述金属单质粉末的粒度为38-45μm，CuSn20预合金粉末的粒度为45-53μm，组成Cu基胎体的无机填料包括1-4重量份的SiC和1-4重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5-10μm；
(2)Co基胎体组成
Co基胎体由95-98重量份的金属粉末和2-5重量份的无机填料组成，组成Co基胎体的金属粉末包括50-68重量份的Co、3-10重量份的Sn和25-40重量份的Cu，上述金属粉末粒度为38-45μm，组成Co基胎体的无机填料是1-4重量份的SiC和1-4重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5-10μm。
2.根据权利要求1所述的基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为55％，粒度为38μm，金属胎体由98重量份的金属粉末和2重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括74重量份的Cu、17重量份的Sn和7重量份的Co，上述金属单质粉末粒度均为45μm，组成金属胎体的无机填料包括1重量份的SiC和1重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为5μm。
3.根据权利要求1所述的基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为60％，粒度为45μm，金属胎体由97重量份的金属粉末和3重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括80重量份的Cu、10重量份的Sn和7重量份的Co，上述金属单质粉末粒度均为38μm，组成金属胎体的无机填料包括1重量份的SiC和2重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为6μm。
4.根据权利要求1所述的基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为65％，粒度为45μm，金属胎体由96重量份的金属粉末和4重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括45重量份的CuSn20预合金粉末、37重量份的Cu、6重量份的Sn和8重量份的Co，上述金属单质粉末的粒度均为38μm，CuSn20预合金粉末的粒度为45μm，组成金属胎体的无机填料包括2重量份的SiC和2重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为7μm。
5.根据权利要求1所述的基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为70％，粒度为53μm，金属胎体由95重量份的金属粉末和5重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括38重量份的CuSn20预合金粉末、40重量份的Cu、10重量份的Sn和7重量份的Co，上述金属单质粉末的粒度均为45μm，CuSn20预合金粉末的粒度为38μm，组成金属胎体的无机填料包括2重量份的SiC和3重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为7μm。
6.根据权利要求1所述的基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为75％，粒度为63μm，金属胎体由97重量份的金属粉末和3重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括65重量份的Co、7重量份的Sn和25重量份的Cu，上述金属单质粉末的粒度均为45μm，组成金属胎体的无机填料包括1重量份的SiC和2重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为8μm。
7.根据权利要求1所述的基于锯式切割QFN封装基板的烧结金属基金刚石锯刀，其特征在于：包括金刚石磨粒和金属胎体，金刚石磨粒的体积百分浓度为75％，粒度为75μm，金属胎体由95重量份的金属粉末和5重量份的无机填料组成，组成金属胎体的金属粉末包括55重量份的Co、8重量份的Sn和32重量份的Cu，上述金属单质粉末的粒度均为45μm，组成金属胎体的无机填料包括2.5重量份的SiC和2.5重量份的Al2O3，SiC和Al2O3粒度均为10μm。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20120111 |
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