CN110842339B - 一种陶瓷劈刀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷劈刀，所述劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面设有以焊嘴几何中心为圆心的多级同心圆环，所述多级同心圆环呈凹凸相间排列，且多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为6‑15μm。本发明通过将尖端表面设计为凹凸相间排列的多级同心圆环，可以增加尖端表面粗糙度，增大凸起部分可磨损区域，且在使用上不具有方向性的问题，可提高焊点的一致性和稳定性；本发明的凸出部分连成环形，形成稳定的结构，提高尖端的稳定性和耐磨性。本发明中凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点之间的高度差较高，耐磨损，有利于延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及劈刀技术领域，具体涉及一种陶瓷劈刀。
背景技术
引线键合是封装内部连接的主流方式，使用热、压力和超声波能量将键合引线与金属焊盘紧密焊合，实现芯片间、芯片与封装体间的信号传输。劈刀是引线键合过程中的重要工具，其性能决定了键合的可靠性，但传统劈刀的尖端部分一般具有磨光表面，易磨损，寿命短，表面粗糙度不足。
JPS62190343U公开了一种提高引线键合强度的劈刀，焊接劈刀的焊嘴中分布有孔，焊嘴的尖端表面由交替分布的凸出部分和凹陷部分组成，凸出部分的最高点到凹陷部分的最低点的高度为1.5-5μm，相邻凸出部分中间点的横向距离Y为3-10μm。在劈刀的顶端面形成凹凸，在顶端面的附着物变少，使寿命延长，但凸出部分的最高点到凹陷部分的最低点的高度差较浅，不耐磨损，且在使用铜线等比金线硬的焊丝的情况下，接合强度的降低或磨损容易导致劈刀的寿命缩短。
CN103658963B公开了一种焊接劈刀，具有进行丝焊的顶端面的本体部，顶端面具有微小的凹凸形状，所述凹凸形状中的凸部顶端的尖比凹部顶端的尖小，在垂直于所述顶端面的方向观察时，凸部面积比凹部面积大，所述顶端面的偏斜度为-0.3以下，且所述顶端面的平均高度为0.06μm以上0.3μm以下，存在表面粗糙度不足，易磨损的问题。
CN108389806A公开了一种提高引线键合强度的劈刀，所述劈刀为焊接陶瓷劈刀，所述劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿所述本体的纵轴和所述焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面由交替分布的凸出部分和凹陷部分组成，所述凸出部分的最高点和凹陷部分的最低点形成高度差，所述高度差为2-20μm，所述焊嘴的尖端表面的粗糙度Ra为0.5-3μm。该劈刀尖端表面的凸出部分排列形成正方形，在不同方向对超声波传递效果不同，容易使得CD结构出现不稳定和不规则的情况。
CN101443885B公开了一种具有改进的保护层的焊头，其包括主体部分，该主体部分终止于尖端部分。该尖端部分由一种材料形成，其中该材料的颗粒结构暴露于该尖端部分的至少一部分，有暴露颗粒结构的该尖端部分的该部分的表面具有若干微粒，该微粒的密度为至少15微米-2，及在具有若干微粒的该尖端部分的该部分处的表面粗糙度平均值为至少0.03微米，在使用铜线等比金线硬的焊丝的情况下，接合强度的降低或磨损容易导致劈刀的寿命降低。
CN109860067A公开了一种焊接陶瓷劈刀，其包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面由交替分布的凸出部分和凹陷部分组成，且所述凸出部分以焊嘴为几何中心呈正六边形阵列排布，劈刀的突出部分在使用过程中更好的稳定性，不易崩缺断裂，但凸出部分呈正六边形阵列排布在使用上存在方向性的问题。
由此可见，现有技术虽对劈刀的尖端结构进行改进提高其表面粗糙度，但仍存在着容易磨损，寿命短，表面粗糙度不足以提高引线键合强度，或使用上存在方向性等问题，因此，有必要开发一种具有较长使用寿命，且尖端在使用上不具有方向性的问题，能够提高焊点的一致性和稳定性的陶瓷劈刀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种陶瓷劈刀，该劈刀耐磨损，且尖端在使用上不具有方向性的问题，能够提高焊点的一致性和稳定性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种陶瓷劈刀，所述劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面设有以焊嘴几何中心为圆心的多级同心圆环，所述多级同心圆环呈凹凸相间排列，且多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为6-15μm。
本发明的劈刀的尖端表面形成以焊嘴几何中心为圆心，且呈凹凸相间排列的多级同心圆环，有助于增加尖端表面的粗糙度，增大凸起部分可磨损区域，减少尖端留金，增长使用寿命，且尖端环形设计在使用上不具有方向性的问题，提高焊点的一致性和稳定性；本发明的尖端表面凸出部分连成环形，形成稳定的结构，提高尖端的稳定性，增加耐磨性。本发明中凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点之间的高度差设计为6-15μm，耐磨损，有利于延长劈刀的使用寿命。
优选地，每个凸同心圆环均为独立设置的圆环凸起，更优选地，每个圆环凸起的高度相同。
优选地，每个凸同心圆环均由间隔均匀分布排列的多个圆环段凸起组成，更优选地，每个圆环段凸起的高度相同。
优选地，每个凸同心圆环均由呈间隔均匀分布且排列形成环形的多个半球形凸起组成，更优选地，每个半球形凸起的高度相同。
优选地，每个凸同心圆环的宽度均相同，且凸同心圆环的宽度为3-7μm，优选为3-5μm。
优选地，每个凹同心圆环的宽度均相同，且凹同心圆环的宽度为1-3μm，优选为1-2μm。
本发明优选凸同心圆环和凹同心圆环的宽度，尽可能提高凸环的宽度占比，可以大接触面积，降低凸同心圆环的磨损速率，增强耐磨性，从而有助于提高劈刀的使用寿命。
优选地，相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的间隔相同，且相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的间隔为1-4μm，更优选为2μm，劈刀的耐磨损性能较好。
优选地，所述凸同心圆环和凹同心圆环的表面粗糙度Ra为0.5-3.0μm，通过热处理在凸同心圆环和凹同心圆环表面形成微观结构，使其具有一定的表面粗糙度，有利于增强焊接时焊点的稳定性，提高引线键合强度。
优选地，所述高度差为10-15μm，焊嘴的稳定性和耐磨性较好。
本发明还提供了上述的陶瓷劈刀的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用激光加工的方式在所述焊嘴的尖端表面形成以焊嘴几何中心为圆心，且呈凹凸相间排列的多级同心圆环；
(2)采用热处理的方式使所述焊嘴的尖端表面具有所需粗糙度。
与现有技术相比，本发明的焊嘴的尖端表面采用环形粗化的设计，具有以下优势：
(1)可以增大劈刀端面可磨损区域，在使用过程中不易崩缺断裂，有效减少尖端留金程度，增长使用寿命；
(2)可以增加劈刀尖端的粗糙度，加强了劈刀与引线的咬合力，增强引线与基板的摩擦力，提高了引线和基板的键合力，提高二焊稳定性；
(3)不具有方向性，使得劈刀在装配时无需考虑装配方向对超声波传递的影响；
(4)能够保证了CD的完整性，使得劈刀焊接所得的焊点一致性好；
(4)本发明中凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点之间的高度差较大，有利于提高劈刀尖端的耐磨性和引线键合强度。
附图说明
图1为实施例1的陶瓷劈刀的尖端表面的结构示意图，图中，1-孔，2-圆环凸起，3-凹同心圆环；
图2为实施例1的陶瓷劈刀的尖端表面的结构示意图，图中，1-孔，2-圆环凸起，3-凹同心圆环；
图3为实施例1所述的陶瓷劈刀的尖端表面的SEM图；
图4为实施例4的陶瓷劈刀的尖端表面的结构示意图，图中，1-孔，4-半球形凸起；
图5为实施例4的陶瓷劈刀的尖端表面的结构示意图，图中，1-孔，4-半球形凸起；
图6为实施例4的陶瓷劈刀的尖端表面的结构示意图，图中，5-圆环段凸起；
图7为实施例4的陶瓷劈刀的尖端表面的结构示意图，图中，5-圆环段凸起；
图8为对比例3所述的陶瓷劈刀的尖端表面的SEM图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
作为本发明陶瓷劈刀的一种实施例，本实施例的陶瓷劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面如图1-2所示，设有以焊嘴几何中心为圆心的多级同心圆环，所述多级同心圆环呈凹凸相间排列，且多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为6μm；每个凸同心圆环均由独立设置的圆环凸起组成，且每个圆环凸起的高度相同；每个凸同心圆环的宽度均相同，且凸同心圆环的宽度为3μm；每个凹同心圆环的宽度均相同，且凹同心圆环的宽度为1μm；相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的均间隔1μm，所述凸同心圆环和凹同心圆环的表面粗糙度为0.5μm。本实施例陶瓷劈刀的尖端表面的SEM图如图3所示。
本实施例的陶瓷劈刀的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)采用激光加工的方式在所述焊嘴的尖端表面形成以焊嘴几何中心为圆心，且呈凹凸相间排列的多级同心圆环；
(2)采用热处理的方式使所述焊嘴的尖端表面具有所需粗糙度。
实施例2
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本实施例的陶瓷劈刀的多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为10μm。
实施例3
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本实施例的陶瓷劈刀的多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为15μm。
实施例4
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于，本实施例的陶瓷劈刀的焊嘴的尖端表面如图4-5所示，每个凸同心圆环均由呈间隔均匀分布且排列形成环形的多个半球形凸起组成，且每个半球形凸起的高度相同。
实施例5
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于，本实施例的陶瓷劈刀的焊嘴的尖端表面如图6-7所示，每个凸同心圆环均由间隔均匀分布排列的多个圆环段凸起组成，且每个圆环段凸起的高度相同。
实施例6
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本实施例的陶瓷劈刀中每个凸同心圆环的宽度均相同，且凸同心圆环的宽度为5μm；每个凹同心圆环的宽度均相同，且凹同心圆环的宽度为2μm，凸同心圆环和凹同心圆环的表面具有表面粗糙度Ra为2.0μm。
实施例7
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本实施例的陶瓷劈刀中每个凸同心圆环的宽度均相同，且凸同心圆环的宽度为7μm；每个凹同心圆环的宽度均相同，且凹同心圆环的宽度为3μm，凸同心圆环和凹同心圆环的表面具有表面粗糙度Ra为3.0μm。
实施例8
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本实施例的陶瓷劈刀中相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的均间隔2μm。
实施例9
本实施例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本实施例的陶瓷劈刀中相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的均间隔4μm。
对比例1
本对比例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本对比例的陶瓷劈刀的多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为5μm。
对比例2
本对比例的陶瓷劈刀与实施例1基本相同，区别在于本对比例的陶瓷劈刀的多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为18μm。
对比例3
本对比例的陶瓷劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿所述本体的纵轴和所述焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面由交替分布的凸出部分和凹陷部分组成，且凸出部分呈正方形排列形成华夫饼结构。本对比例陶瓷劈刀的尖端表面的SEM图如图8所示。
对比例4
本对比例的陶瓷劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面为机械抛光后的表面，不设突出部分和凹陷部分。
对实施例1、对比例3和对比例4的劈刀进行使用寿命测试，焊接条件为：功率设定为：80mAps，压力设定为：50g，时间设定为7ms，本测试使用的焊线的线径为0.7mil，在不同焊接次数的条件下进行第二焊点拉力测试，具体测试方法为：在临近第二焊点的位置向正上方施加拉力，焊线从框架撕裂的力为第二焊点的拉力，若拉力<3g,则寿命就不合格，具体测试结果如表1所示。
表1
| 100k | 300k | 500k | 1000k | 1300k | 1600k | |
| 实施例1 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 否 |
| 对比例3 | 是 | 是 | 是 | 是 | 否 | 否 |
| 对比例4 | 是 | 是 | 否 | 否 | 否 | 否 |
由表1可知，与对比例3和对比例4相比，实施例1的劈刀在使用过程中更不易崩缺断裂，具有更长的使用寿命。
采用实施例1～9、对比例1～3的劈刀进行超声波焊接测试，焊接条件为：功率设定为：80mAps，压力设定为：50g，时间设定为7ms，本测试使用的焊线的线径为0.7mil，在不同焊接次数的条件下进行第二焊点拉力测试，具体测试方法为：在临近第二焊点的位置向正上方施加拉力，焊线从框架撕裂的力为第二焊点的拉力，拉力越大，说明焊线和框架的结合力越大，第二焊点的焊接效果越好，焊接出来的产品可靠性越高，焊嘴的稳定性越好，具体测试结果如表2所示。
表2
由表2结果可知，第二焊点拉力值随着使用次数的增多而降低，在相同使用次数的条件下，实施例1-9的劈刀的第二焊点拉力值明显大于对比例3，表面明本发明的劈刀尖端采用端面环形粗化的设计，可以显著增加劈刀尖端的粗糙度，加强了劈刀与线的咬合力，增强焊线与基板的摩擦力，提高了焊线和基板的键合力，提高二焊稳定性。由实施例1-3和对比例1-2结果可知，本发明中凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点之间的高度差设计为6-15μm，尤其是10-15μm，耐磨损，更有利于延长劈刀的使用寿命。由实施例1、实施例4和实施例5结果可知，本发明将凸同心圆环设计为圆环凸起、多个圆环段凸起或半球形凸起，将凸出部分连成环形，形成稳定的结构，均有利于提高劈刀尖端的稳定性，增加耐磨性。由实施例1、实施例6和实施例7结果可知，本发明凸同心圆环的宽度设计为3-7μm，凹同心圆环的宽度设计为1-3μm，表面粗糙度Ra为0.5-3.0μm，尤其是凸同心圆环的宽度为3-5μm，凹同心圆环的宽度为1-2μm，更有利于降低凸同心圆环的磨损速率，增强耐磨性，从而有助于提高劈刀的使用寿命。由实施例1、实施例8和实施例9结果可知，相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的间隔设计为1-4μm，尤其是2μm，劈刀的耐磨损性能较好。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种陶瓷劈刀，其特征在于，所述劈刀包括本体、位于本体一端的焊嘴和孔，所述孔沿本体的纵轴和焊嘴延伸，所述焊嘴的尖端表面设有以焊嘴几何中心为圆心的多级同心圆环，所述多级同心圆环呈凹凸相间排列，且多级同心圆环中的凸同心圆环的最高点和凹同心圆环的最低点形成高度差，所述高度差为6-15μm，每个凸同心圆环的宽度均相同，且凸同心圆环的宽度为3-5μm；每个凹同心圆环的宽度均相同，且凹同心圆环的宽度为1-2μm；相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的间隔相同，且相邻的凸同心圆环与凹同心圆环的间隔为1-4μm。
2.根据权利要求1所述的陶瓷劈刀，其特征在于，每个凸同心圆环均为独立设置的圆环凸起。
3.根据权利要求1所述的陶瓷劈刀，其特征在于，每个凸同心圆环均由间隔均匀分布排列的多个圆环段凸起组成。
4.根据权利要求1所述的陶瓷劈刀，其特征在于，每个凸同心圆环均由呈间隔均匀分布且排列形成环形的多个半球形凸起组成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷劈刀，其特征在于，所述凸同心圆环和凹同心圆环的表面粗糙度Ra为0.5-3.0μm。
6.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷劈刀，其特征在于，所述高度差为10-15μm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的陶瓷劈刀的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用激光加工的方式在所述焊嘴的尖端表面形成以焊嘴几何中心为圆心，且呈凹凸相间排列的多级同心圆环；
(2)采用热处理的方式使所述焊嘴的尖端表面具有所需粗糙度。
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| CN110842339A (zh) | 2020-02-28 |
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