CN109518259B - 镍铜复合电镀轮毂型划片刀及其应用 - Google Patents

镍铜复合电镀轮毂型划片刀及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了镍铜复合电镀轮毂型划片刀及其应用，镍铜复合电镀轮毂型划片刀的制备方法包括如下步骤，铝合金基体依次经过氢氧化钠溶液、硝酸溶液及沉锌溶液处理，得到表面处理的铝合金基体，将金刚石加入复合离子电镀液中，得到电镀体系，将表面处理的铝合金基体加入电镀体系中，在搅拌下进行电镀处理，得到镍铜复合电镀件，镍铜复合电镀件经过打磨、开刃、碱蚀、化学抛光，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀。本发明利用组成配比，使得在电镀的时候铜、镍离子同时沉积在铝基体表面而形成铜镍复合镀层，解决了现有技术结合剂硬度过大，划切过程中金刚石不能轻易脱落而造成表面金刚石钝化，切割品质迅速下降的缺陷。

Description

镍铜复合电镀轮毂型划片刀及其应用
技术领域
本发明属于砂轮技术领域，具体涉及镍铜复合电镀轮毂型划片刀及其应用。
背景技术
随着近几年半导体行业的高速发展，半导体材料及封装材料的种类逐年增多，PCB、QFN、硅晶圆及陶瓷材料除了向超薄超精的方向发展外也出现了一大批尺寸大，厚度厚的加工材料，这些材料对于切割刀片有着特殊的切割要求。传统划片刀结合剂通常为树脂结合剂、铜锡结合剂及镍基结合剂。对于尺寸大厚度厚的加工材料，树脂及铜锡结合剂的强度过低，消耗极大不能满足客户的普遍需求。切割超大超厚的材料通常采用大颗粒金刚石（金刚石粒径通常为50~120μm），镍基结合剂强度高硬度大，但在加工过程中，由于结合剂硬度过大，划切过程中金刚石不能轻易脱落而造成表面金刚石钝化，切割品质迅速下降。
发明内容
针对现有技术问题，本发明公开了镍铜复合电镀轮毂型划片刀，用于解决结合剂硬度过大而造成金刚石钝化问题。
本发明采用如下技术方案：
一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀，所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀的制备方法包括如下步骤：
（1）铝合金基体依次经过氢氧化钠溶液、硝酸溶液及沉锌溶液处理，得到表面处理的铝合金基体；
（2）将金刚石加入复合离子电镀液中，得到电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水；
（3）将表面处理的铝合金基体加入电镀体系中，在搅拌下进行电镀处理，得到镍铜复合电镀件；
（4）镍铜复合电镀件经过打磨、开刃、碱蚀、化学抛光，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀。
一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀的制备方法，包括如下步骤：
（1）铝合金基体依次经过氢氧化钠溶液、硝酸溶液及沉锌溶液处理，得到表面处理的铝合金基体；
（2）将金刚石加入复合离子电镀液中，得到电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水；
（3）将表面处理的铝合金基体加入电镀体系中，在搅拌下进行电镀处理，得到镍铜复合电镀件；
（4）镍铜复合电镀件经过打磨、开刃、碱蚀、化学抛光，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀。
一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件，所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件的制备方法包括如下步骤：
（1）铝合金基体依次经过氢氧化钠溶液、硝酸溶液及沉锌溶液处理，得到表面处理的铝合金基体；
（2）将金刚石加入复合离子电镀液中，得到电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水；
（3）将表面处理的铝合金基体加入电镀体系中，在搅拌下进行电镀处理，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件。
一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件的制备方法，包括如下步骤：
（1）铝合金基体依次经过氢氧化钠溶液、硝酸溶液及沉锌溶液处理，得到表面处理的铝合金基体；
（2）将金刚石加入复合离子电镀液中，得到电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水；
（3）将表面处理的铝合金基体加入电镀体系中，在搅拌下进行电镀处理，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件。
一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系，所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系的制备方法包括如下步骤，将金刚石加入复合离子电镀液中，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水。
一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系的制备方法，包括如下步骤，将金刚石加入复合离子电镀液中，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水。
优选的，复合离子电镀液还含有β-环糊精，可以略微改变水溶液微环境，对复合离子的沉积有一定好处，意想不到的提高了划片刀的强度。
本发明进一步公开了上述镍铜复合电镀轮毂型划片刀在加工半导体材料或者封装材料中的应用。
本发明中，采用800#碳化硅砂轮打磨镍铜复合电镀件以磨去外圆镍层，然后采用机加工数控车床加工刀片刃口并减薄刃口铝层实现开刃；接着在保护表面铝基后于90℃、250g/L的氢氧化钠溶液中反应数分钟进行碱蚀，刃口铝层将溶于氢氧化钠中而漏出金刚石镀层；再放入硫酸与磷酸的混合溶液中，以刀片为阳极，铅板为阴极进行化学抛光，减薄镀层使得金刚石充分裸露，提高刀片锋利度；将化学抛光的刀片进行清洗吹干及为成品镍铜复合电镀轮毂型划片刀。
本发明中，所述金刚石的粒径为50~120μm，可以用于尺寸大，厚度厚的材料加工。
本发明中，复合离子电镀液中，各组分浓度如下：
方案① 硫酸镍200g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、硫酸铜100g/L、草酸钠134g/L、其余为水；
方案② 硫酸镍200g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、硫酸铜100g/L、160g/L水杨酸钠、其余为水。
本发明创造性的公开了复合离子电镀液，利用组成配比，使得在电镀的时候铜、镍离子同时沉积在铝基体表面而形成铜镍复合镀层，避免了Cu2+会先大量沉积而得到含有大量铜的镀层，再得到含大量镍的镀层的问题，解决了现有技术结合剂硬度过大，划切过程中金刚石不能轻易脱落而造成表面金刚石钝化，切割品质迅速下降的缺陷。
附图说明
图1为本发明镍铜复合电镀轮毂型划片刀实物图；
图2为镍镀轮毂型划片刀切割的QFN材料结果图；
图3为镍铜复合电镀轮毂型划片刀切割的QFN材料结果图。
具体实施方式
实施例一
将以下组分按配比混合配制复合离子电镀液
方案① 硫酸镍200g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、硫酸铜100g/L、草酸钠134g/L、其余为水；
方案② 硫酸镍200g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、硫酸铜100g/L、160g/L水杨酸钠、其余为水。
将粒径为50~120μm的金刚石加入复合离子电镀液中，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系①或者镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系②。
实施例二 镍铜复合电镀轮毂型划片刀的制备
1、将机加工完成的铝合金基体装入电镀夹具，依次通过氢氧化钠250g/L的氢氧化钠溶液2min后清洗、通过75%的硝酸1min后清洗、通过沉锌液1min后清洗，得到表面处理的铝合金基体。
2、将表面处理的铝合金基体加入镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系①或者镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀体系②中，搅拌下进行4.5A电流电镀处理8小时，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件；搅拌为210rad/min搅拌15s、30rad/min搅拌1min循环进行。
3、将镍铜复合电镀轮毂型划片刀用电镀件采用800#碳化硅砂轮磨去外圆镍层后，采用机加工数控车床加工刀片刃口，减薄刃口铝层，然后装入夹具保护表面铝基，漏出刃口，再放入90℃、250g/L的氢氧化钠溶液中反应数分钟，刃口铝层将溶于氢氧化钠中而漏出金刚石镀层；再装入导电的夹具中，然后放入硫酸与磷酸的混合溶液中，以刀片为阳极，铅板为阴极进行常规化学抛光，减薄镀层使得金刚石充分裸露，提高刀片锋利度，制备的镍铜复合电镀轮毂型划片刀实物图见附图1，左边为方案①、右边为方案②。
在实施例一的复合离子电镀液中加入β-环糊精进行优化，β-环糊精在本领域没有使用报道，在其他领域比如光电领域有应用，用在溶液体系可以对光性能产生一些影响；本发明中，实施例一的方案①加入1g/Lβ-环糊精，方案②加入1.2 g/Lβ-环糊精；然后采用实施例二的工艺，得到优化的镍铜复合电镀轮毂型划片刀，以30mm/s切割10寸QFN材料，50米后无拉丝现象，切割寿命达到400m，最快切割速度达到65mm/s；划片刀的冲击强度较不加入β-环糊精提高大约6%，方案①与方案②加入β-环糊精后效果提升差不多；估计由于β-环糊精的加入对水的形态产生影响，因为β-环糊精外壁亲水内腔疏水，因而它能够象酶一样提供一个疏水的结合部位，作为主体包络各种适当的客体，应该会对水的微环境（应该是各种离子）产生影响，而铜镍的沉积受到其周围环境的影响，恰好β-环糊精的加入利于铜镍的复合沉积，所以对性能有提高；不过根据β-环糊精的性质，不可多加，否则会打乱铜镍电镀体系的离子平衡，少量加入其他环糊精，比如α-环糊精没什么效果，具体原因需要进一步分析论证。
对比例
在实施例二的基础上，采用电镀体系①并去除硫酸铜、草酸钠，其他如实施例二，得到镍镀轮毂型划片刀。
通过对镍铜复合电镀轮毂型划片刀及镍镀轮毂型划片刀进行显微硬度及磨耗测试，见表1，测试结果均反映镍铜复合电镀轮毂型划片刀较镍镀轮毂型划片刀硬度小、磨耗大，更容易消耗而逐步暴漏新金刚石从而实现良好的自润性。
表1 划片刀测试结果
结合剂 显微硬度(HB) 百米磨耗
镍 500 2mm
镍铜合金（方案①） 280 7mm
镍铜合金（方案②） 282 6.9mm
对镍镀轮毂型划片刀及镍铜复合电镀轮毂型划片刀进行切割QFN材料（10寸正方材料，切割参数为：主轴转速30000rad/min，切割深度为3mm，进刀速度为30mm/s）测试（切割50m），切割后的产品分别见图2、图3，可以看出切割50m后，镍镀轮毂型划片刀切割的QFN材料出现不同程度的拉丝现象，这是切屑力不足的表现，这样切割的产品不合格，需要换刀或者磨刀；而镍铜复合电镀轮毂型划片刀一直良好，无拉丝现象，方案①与方案②性能基本一样。
在实施例二的基础上，采用电镀体系①并去除草酸钠，其他如实施例二，得到电镀轮毂型划片刀。切割2mm以上QFB最快进刀速度为20mm/s，切割50m后产品表面拉丝严重，单次使用寿命28米，超过后需要换刀或者磨刀。
在实施例二的基础上，采用电镀体系①并用乙酸钠替换草酸钠，其他如实施例二，得到电镀轮毂型划片刀；切割2mm以上QFB最快进刀速度为40mm/s，切割110m后产品表面拉丝严重，单次使用寿命90米，超过后需要换刀或者磨刀；或者用EDTA二钠替换草酸钠，结果与乙酸钠差不多。
在实施例二的基础上，采用电镀体系①并增加草酸钠的浓度至250g/L，其他如实施例二，得到电镀轮毂型划片刀。切割2mm以上QFB最快进刀速度为35mm/s，切割70m后产品表面拉丝严重，单次使用寿命55米，超过后需要换刀或者磨刀。
现有镍基刀片切割2mm以上QFB、PCB及陶瓷材料切割速度一般为10~30mm/s（再快会导致崩口与毛刺加重），并且切割50m以上时，由于刀片金刚石钝化，拉丝毛刺现在会迅速增加，产品良率也会迅速降低，由开始98%降低之75%，一般厂家会采用更换刀片或采用磨刀板磨刀的方式改善刀片金刚石钝化问题，但是更换刀片成本过高，采用磨刀板磨刀工序复杂且产品良率无法有效保证，本发明镍铜复合电镀轮毂型划片刀产品寿命约为400m以上，切割速度可以达到60mm/s，直至刀片外径消耗结束，无需换刀或者磨刀，切割品质无明显不良，产品良率一直稳定在99%以上。

Claims (7)

1.一种镍铜复合电镀轮毂型划片刀，其特征在于，所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀的制备方法包括如下步骤：
（1）铝合金基体依次经过氢氧化钠溶液、硝酸溶液及沉锌溶液处理，得到表面处理的铝合金基体；
（2）将金刚石加入复合离子电镀液中，得到电镀体系；所述复合离子电镀液的组成为以下方案①或者方案②：
方案① 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、草酸钠、水；
方案② 硫酸镍、氯化镍、硼酸、硫酸铜、水杨酸钠、其余为水；
方案①的复合离子电镀液中，各组分浓度如下：硫酸镍200g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、硫酸铜100g/L、草酸钠134g/L、其余为水；方案②的复合离子电镀液中，各组分浓度如下：硫酸镍200g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、硫酸铜100g/L、160g/L水杨酸钠、其余为水；所述金刚石的粒径为50~120μm；
（3）将表面处理的铝合金基体加入电镀体系中，在搅拌下进行电镀处理，得到镍铜复合电镀件；
（4）镍铜复合电镀件经过打磨、开刃、碱蚀、化学抛光，得到镍铜复合电镀轮毂型划片刀。
2.根据权利要求1所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀，其特征在于，采用800#碳化硅砂轮打磨镍铜复合电镀件。
3.根据权利要求1所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀，其特征在于，采用机加工数控车床开刃。
4.根据权利要求1所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀，其特征在于，在90℃、250g/L的氢氧化钠溶液中碱蚀。
5.根据权利要求1所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀，其特征在于，在硫酸与磷酸的混合溶液中，以刀片为阳极，铅板为阴极进行化学抛光。
6.根据权利要求1所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀，其特征在于，所述复合离子电镀液还含有β-环糊精。
7.权利要求1所述镍铜复合电镀轮毂型划片刀在加工半导体材料或者封装材料中的应用。
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