CN106566968A - 一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为25~55%、粒径10~30μm，金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：铜粉45~59%，锡粉25~35%，镍粉5~15%，银粉5~10%，锌粉5~15%，石墨1~10%。划片刀刃口具备很好的切割形貌，在满足加工质量的前提下，具有把持力强、出刃度高及寿命长等特点，测试使用时速度达到12mm/s，批量使用品质稳定，无断刀、打火现象。本发明同时提供这种划片刀的制备方法，该方法更适合粒度较细原料的混合制备，利于刀片组织形成更加均匀，也利于刀片批次间质量的稳定控制。

Description

一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀及其制备方法。

背景技术

晶圆片级芯片规模封装(Wafer Level Chip Scale Packaging，简称WLCSP)，即晶圆级芯片封装方式，不同于传统的芯片封装方式( 先切割再封测，而封装后至少增加原芯片20％的体积)，此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成一个个的IC 颗粒，因此封装后的体积即等同IC 裸晶的原尺寸。WLCSP 的封装方式，不仅明显地缩小内存模块尺寸，而符合行动装置对于机体空间的高密度需求；另一方面在效能的表现上，更提升了数据传输的速度与稳定性。

封装出来的产品直径主要有3inch、6inch、8inch，直径为12inch 的晶圆产品也即将投入市场，厚度一般在350±30μm，若干个管芯纵横整齐地排列在一起，且机械上未划开。晶粒的分层：玻璃、金属、氧化矽、铝、复晶矽等。因其价格昂贵，且切割要求十分苛刻，基本不容许有崩边和崩角，所以国内企业一直无法开发出该类切割刀片。

尤其针对已知的晶圆级图像传感器封装结构，其构成中除了传感器芯片以外还包含封装玻璃、滤光玻璃片、光学镜头以及支架。其中，封装玻璃被支撑侧墙支撑在图像传感器芯片的感光面一侧，以保护其下的感光区域。滤光玻璃片和光学镜头被通过支架支撑在封装玻璃上方，以用于在光线成像前，预先对光线进行相应的光学处理。根据构成材料的不同，滤光玻璃片上的滤光膜能够滤除不同波长的光线，例如红外光，以提高图像传感器芯片的成像质量。但显而易见，附加的滤光玻璃片会增加图像传感器封装结构的厚度以及切割难度，尤其在满足加工质量的前提下，需要切割滤光片玻璃的划片刀具有强的把持力和高的出刃度，否则会大大降低刀片寿命。

目前，用于滤光片玻璃切割的金刚石划片刀中金属基胎体的原材料粉末的粒度通常为50μm左右，粒度较粗，烧结后结合剂对超细金刚石（M5/10及更细）的把持能力弱，金刚石易脱落，大大降低了刀片的切割能力及切割速度；刀片制备过程中的混料工序多采用三维混料机混料，该工艺仅适合粒度较粗的原材料（各结合剂粉末、金刚石等）混合，对于细粒度粉料，由于颗粒间极易团聚、粉料流动性差，采用以上混料工艺难以混合均匀，进而导致刀片组织不均匀、性能不稳定，刀片切割时易产生大切割崩口，此外刀片批次间质量也难以控制；金属基胎体金刚石刀片具有寿命长的优点，但刀片自锐性较差，加之滤光片切割过程中，磨屑对结合剂的“磨蚀”能力低，因此刀片更加不易自锐，刀片使用过程中必须频繁修刀，既降低了切割效率，同时也增加了工人工作强度。为提高刀片的自锐性，常用的方法为添加石墨等润滑性材料，如“金属基胎体金刚石超薄刀片切割钕铁硼的可行性研究”（张元松等，《矿冶工程》，2013年1月，第33卷，19 ~ 21页），其研究表明：添加石墨可以起到疏松胎体的作用，在切割过程中，易于金刚石的出刃，排屑。但由于石墨为片状，不易均匀分散、易团聚，导致刀片组织均匀性差、切割时存在块状脱落及断裂风险，此外石墨本身不具磨削能力，无法提高细粒度金刚石刀片磨削性能，因此，不适合应用到已有的滤光片玻璃金属基胎体切割刀片中。

发明内容

本发明目的是：针对背景技术中涉及的同类产品的不足而提供一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，这种划片刀的刃口具备很好的切割形貌，在满足加工质量的前提下，具有把持力强、出刃度更高及使用寿命更长的特点，更加满足滤光片玻璃的切割要求。

本发明的技术方案是：一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为25~55%、粒径10~30μm，所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉45~60%

锡粉25~35%

镍粉5~15%

银粉5~10%

锌粉5~15%

石墨1~10%。

进一步的，本发明中所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉50~55%

锡粉25~30%

镍粉6~10%

银粉6~10%

锌粉8~12%

石墨5~8%。

进一步的，本发明中所述铜粉的粒径为10~15μm，其中铜含量大于等于99.6%，采用电解法制得。

进一步的，本发明中所述锡粉的粒径为10~15μm，其中锡含量大于等于99.9%。

本发明同时提供上述金刚石划片刀的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1~2小时，然后再加入金刚石磨料，混合2~3小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用；

（2）压制成型：将备料过120目筛网，筛分2~3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在25~35℃之间，并施加压力3.0~5.5吨/cm²，保压1~2分钟，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率50~70℃/min，升温至最终烧结温度500~700℃，保温0.5~1.5小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；

（4）机械加工：将烧结成型的坯体制成所需形状的划片刀。

优选的，所述步骤1）中将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1~1.5小时，然后再加入金刚石磨料，混合2~2.5小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用。

优选的，所述步骤2）中将备料过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在28~30℃之间，并施加压力3.8~4.5吨/cm²，保压2分钟，从而制得冷压坯体。

优选的，所述步骤3）中将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率50~55℃/min，升温至最终烧结温度550~600℃，保温0.5~1.0小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用。

优选的，所述步骤4）的机械加工将烧结成型的坯体制成圆环形的划片刀，包括如下两个步骤：

1）内孔和外圆加工：将烧结成型的坯体置于特制夹具内，夹具装夹至内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的刀片、进刀速度和转速，将划片刀内孔、外圆加工至所需的尺寸精度；

2）双端面减薄加工：将内孔、外圆加工好的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用刀片盘，加工至所需的尺寸精度。

本发明的优点是：

1．本发明提供的配方制备得到的金刚石划片刀具有把持力强、出刃度高及使用寿命长等特点，可以满足滤光片玻璃切割要求，同时速度可以由常规的8mm/s提升至12mm/s，工作效率提高了50%，批量使用品质稳定，无断刀、打火现象出现。

2. 本发明公开的制备方法简单，原料来源广泛，适用于现代化工业生产。

3. 本发明的制备方法更适合于粒度较细的原材料（金属基胎体粉末和金刚石磨料）的混合，确保颗粒间不易团聚、粉料流动性更好，混合更加均匀，其制备获得的刀片组织均匀、性能稳定，刀片切割时不易产生崩口，此外刀片批次间质量也更容易通过这种制备方法加以控制。

具体实施方式

实施例1：本实施例公开的这种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为25%、粒径10μm，所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉50%

锡粉25%

镍粉6%

银粉6%

锌粉8%

石墨5%。

所述铜粉的粒径为10μm，其中铜含量大于等于99.6%，采用电解法制得。

所述锡粉的粒径为10μm，其中锡含量大于等于99.9%。

上述滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1小时，然后再精确称重加入金刚石磨料，混合2小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用；

（2）压制成型：将备料过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在28℃之间，并施加压力3.9吨/cm²，保压2分钟，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率55℃/min，升温至最终烧结温度550℃，保温0.5小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的坯体置于特制夹具内，夹具装夹至内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的刀片、进刀速度和转速，将划片刀内孔、外圆加工至所需的尺寸精度；

（5）双端面减薄加工：将内孔、外圆加工好的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用刀片盘，加工至所需的尺寸精度。

实施例2：本实施例公开的这种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为30%、粒径15μm，所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉54%

锡粉30%

镍粉5%

银粉5%

锌粉5%

石墨1%。

所述铜粉的粒径为15μm，其中铜含量大于等于99.6%，采用电解法制得。

所述锡粉的粒径为15μm，其中锡含量大于等于99.9%。

上述滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1.5小时，然后再精确称重加入金刚石磨料，混合2.5小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用；

（2）压制成型：将备料过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在30℃之间，并施加压力4.2吨/cm²，保压2分钟，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率60℃/min，升温至最终烧结温度600℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的坯体置于特制夹具内，夹具装夹至内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的刀片、进刀速度和转速，将划片刀内孔、外圆加工至所需的尺寸精度；

（5）双端面减薄加工：将内孔、外圆加工好的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用刀片盘，加工至所需的尺寸精度。

实施例3：本实施例公开的这种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为:35%、粒径20μm，所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉45%

锡粉30%

镍粉5%

银粉5%

锌粉10%

石墨5%。

所述铜粉的粒径为10μm，其中铜含量大于等于99.6%，采用电解法制得。

所述锡粉的粒径为10μm，其中锡含量大于等于99.9%。

上述滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合2小时，然后再精确称重加入金刚石磨料，混合3小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用；

（2）压制成型：将备料过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在35℃之间，并施加压力4.8吨/cm²，保压2分钟，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率65℃/min，升温至最终烧结温度650℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的坯体置于特制夹具内，夹具装夹至内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的刀片、进刀速度和转速，将划片刀内孔、外圆加工至所需的尺寸精度；

（5）双端面减薄加工：将内孔、外圆加工好的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用刀片盘，加工至所需的尺寸精度。

实施例4：本实施例公开的这种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为:55%、粒径30μm，所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉59%

锡粉25%

镍粉5%

银粉5%

锌粉5%

石墨1%。

所述铜粉的粒径为10μm，其中铜含量大于等于99.6%，采用电解法制得。

所述锡粉的粒径为10μm，其中锡含量大于等于99.9%。

上述滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1小时，然后再精确称重加入金刚石磨料，混合2小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用；

（2）压制成型：将备料过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在30℃之间，并施加压力4.0吨/cm²，保压2分钟，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率55℃/min，升温至最终烧结温度550℃，保温0.5小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；

（4）内孔和外圆加工：将烧结成型的坯体置于特制夹具内，夹具装夹至内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的刀片、进刀速度和转速，将划片刀内孔、外圆加工至所需的尺寸精度；

（5）双端面减薄加工：将内孔、外圆加工好的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用刀片盘，加工至所需的尺寸精度。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，由金属基胎体和金刚石磨料组成，其特征在于该划片刀中的金刚石体积百分含量为25~55%、粒径10~30μm，所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉45~59%

锡粉25~35%

镍粉5~15%

银粉5~10%

锌粉5~15%

石墨1~10%。

2.根据权利要求1所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，其特征在于所述金属基胎体的组成和各组分占金属基胎体总量的质量百分含量如下：

铜粉50~55%

锡粉25~30%

镍粉6~10%

银粉6~10%

锌粉8~12%

石墨5~8%。

3.根据权利要求1所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，其特征在于所述铜粉的粒径为10~15μm，其中铜含量大于等于99.6%，采用电解法制得。

4.根据权利要求1所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀，其特征在于所述锡粉的粒径为10~15μm，其中锡含量大于等于99.9%。

5.如权利要求1~4任意一项所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）物料混合：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1~2小时，然后再精确称重加入金刚石磨料，混合2~3小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用；

（2）压制成型：将备料过120目筛网，筛分2~3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在25~35℃之间，并施加压力3.0~5.5吨/cm²，保压1~2分钟，从而制得冷压坯体；

（3）烧结成型：将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率50~70℃/min，升温至最终烧结温度500~700℃，保温0.5~1.5小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；

（4）机械加工：将烧结成型的坯体制成所需形状的划片刀。

6.如权利要求5所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，其特征在于所述步骤1）中将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、银粉、锌粉、石墨粉放入三维混料机内，预混合1~1.5小时，然后再加入金刚石磨料，混合2~2.5小时，过60目筛网后置入干燥器皿内备用。

7.如权利要求5所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，其特征在于所述步骤2）中将备料过120目筛网，筛分3次，确保物料不结团，然后缓慢投入模具，转动模具并用刮刀刮平，放上上压环，连同模具放置于刀片液压机的压制平台上，温度控制在28~30℃之间，并施加压力3.8~4.5吨/cm²，保压2分钟，从而制得冷压坯体。

8.如权利要求5所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，其特征在于所述步骤3）中将冷压好的坯体连同模具一同放置入烧结炉内，升温速率50~55℃/min，升温至最终烧结温度550~600℃，保温0.5~1.0小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用。

9.如权利要求5所述的一种滤光片玻璃切割用金刚石划片刀的制备方法，其特征在于所述步骤4）的机械加工将烧结成型的坯体制成圆环形的划片刀，包括如下两个步骤：

1）内孔和外圆加工：将烧结成型的坯体置于特制夹具内，夹具装夹至内外圆磨床，用千分表调整好精度，选择合适的刀片、进刀速度和转速，将划片刀内孔、外圆加工至所需的尺寸精度；

2）双端面减薄加工：将内孔、外圆加工好的坯体置于双端面减薄机内，固定好工装夹具，选择合适的压力、转速和减薄用刀片盘，加工至所需的尺寸精度。