CN113201675A - 金属粘接剂划片刀及其制备方法 - Google Patents

金属粘接剂划片刀及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属粘接剂划片刀及其制备方法。金属粘接剂划片刀按照体积份数包括：3份～30份的金刚石微粉和70份～97份的金属粘接剂；所述金属粘接剂按照质量份数包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末。这种金属粘接剂划片刀中添加了WS2粉末，WS2粉末具有极低的摩擦系数，切割过程中，摩擦生热小，并且金属粘接剂划片刀上的WS2粉末磨去后形成孔洞，可以起到容屑、排屑的作用。相对于传统的划片刀，这种金属粘接剂划片刀在高速高温的恶劣状况下，具有良好的抗冲击性和刚性，可以有效抑制刀片蛇形。

Description

金属粘接剂划片刀及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其是涉及一种金属粘接剂划片刀及其制备方法。
背景技术
着半导体技术的发展进步，集成电路广泛应用于消费电子产品、家用电器、LED照明、光伏发电、汽车、工农业自动化、医疗、军工、航空航天等领域。
目前，集成电路制造采用的主流技术路线为：拉制单晶(ingot)-截断(cropping)-磨外圆(grinding)-切片(ingot slicing)-双面研磨(lapping)-化学机械抛光(CMP)-光刻(etching)-背面减薄(back grinding)-划片(dicing)-焊线(wire bonding)-塑封(molding)-切割分离(cutting)-封装完成(package)。
塑封体的切割加工主要技术是采用砂轮刀片将封装体切割成封装单元。由于待切割材料是易切割的树脂和难切割的金属铜复合而成，划片刀切割封装体容易出现树脂和金属接合面分层，塑封体翘曲、卷边、毛刺、崩边过大等产品质量问题。传统的划片刀抗冲击性和刚性不足，在高速高温的恶劣状况下，容易出现刀片蛇形，从而影响封装单元切割质量。
发明内容
基于此，有必要提供一种抗冲击性和刚性更好的金属粘接剂划片刀。
此外，还有必要提供一种上述金属粘接剂划片刀的制备方法。
一种金属粘接剂划片刀，按照体积份数包括：3份～30份的金刚石微粉和70份～97份的金属粘接剂；
所述金属粘接剂按照质量份数包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末。
一种上述的金属粘接剂划片刀的制备方法，包括如下步骤：
按照质量份数，称取60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末，得到金属粘接剂，所述金属粘接剂包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末；
按照体积份数，将3份～30份的金刚石微粉、70份～97份的所述金属粘接剂以及适量的润湿剂混合均匀，得到混合料；以及
将所述混合料依次进行冷等静压成型和热等静压烧结，得到所需要的金属粘接剂划片刀。
这种金属粘接剂划片刀中添加了WS2粉末，WS2粉末具有极低的摩擦系数，切割过程中，摩擦生热小，并且金属粘接剂划片刀上的WS2粉末磨去后形成孔洞，可以起到容屑、排屑的作用。
相对于传统的划片刀，这种金属粘接剂划片刀在高速高温的恶劣状况下，具有良好的抗冲击性和刚性，可以有效抑制刀片蛇形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一实施方式的金属粘接剂划片刀的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一实施方式的金属粘接剂划片刀，按照体积份数包括：3份～30份的金刚石微粉和70份～97份的金属粘接剂。
金属粘接剂按照质量份数包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末。
这种金属粘接剂划片刀中添加了WS2粉末，WS2粉末具有极低的摩擦系数，切割过程中，摩擦生热小，并且金属粘接剂划片刀上的WS2粉末磨去后形成孔洞，可以起到容屑、排屑的作用。
相对于传统的划片刀，这种金属粘接剂划片刀在高速高温的恶劣状况下，具有良好的抗冲击性和刚性，可以有效抑制刀片蛇形。
此外，金属粘接剂划片刀中的金属粘接剂主要包括预合金粉和Co粉，通过机械包镶力和冶金结合力对金刚石微粉形成双重把持力。
优选的，金属粘接剂按照质量份数包括4份～8份的WS2粉末。
更优选的，WS2粉末的粒径为20μm～40μm，WS2粉末为分解四硫代钨酸铵制得。
本实施方式中，预合金粉为CuSn预合金粉。
优选的，CuSn预合金粉中，Sn的质量百分比为10％～20％；
更优选的，CuSn预合金粉的粒径为5μm～15μm，CuSn预合金粉为化学法制得。
优选的，Co粉的粒径为1μm～10μm，Co粉为草酸钴还原制得。
本实施方式中，金刚石微粉为表面经过蚀刻形成多个切削刃的含硼金刚石微粉，金刚石微粉的粒度为140目～600目。
经过蚀刻的含硼金刚石微粉相比普通金刚石微粉具有更多的切削刃口，即使对于难切割的金属铜切割依然锋利，不易产生毛刺。
结合图1，本发明还公开了一种上述的金属粘接剂划片刀的制备方法，包括如下步骤：
S10、按照质量份数，称取60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末，得到金属粘接剂。
具体来说，金属粘接剂包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末。
S20、按照体积份数，将3份～30份的金刚石微粉、70份～97份的金属粘接剂以及适量的润湿剂混合均匀，得到混合料。
润湿剂为液体石蜡或酒精。
润湿剂的添加量只需要保证粉料都润湿即可。
一般来说，润湿剂与混合料的比例为0.2mL～1mL：500g。
优选的，润湿剂与混合料的比例为0.5mL：500g。
润湿剂在后续的烧结过程中会被去除，因此最终得到的金属粘接剂划片刀中不含有润湿剂。
具体来说，混合均匀的操作为：用双运动搅拌混料机均匀混合2h～8h后过80目筛网。
使用双运动搅拌混料机湿混粉末，混好的粉末无色差偏析，均匀一致，稳定性好。
S30、将混合料依次进行冷等静压成型和热等静压烧结，得到所需要的金属粘接剂划片刀。
优选的，冷等静压成型的操作中，成型压力为300MPa～400MPa，保温时间为5min～10min。
具体来说，冷等静压成型的操作可以为：混合料装入聚氨酯包套，冷等静压机中等静压成型，得到压制生胚。
优选的，热等静压烧结的操作中，烧结温度为500℃～800℃，烧结压力为100MPa～200Mpa，保温时间为1h～3h。
具体来说，热等静压烧结的操作可以为：用镍箔把压制生坯包裹密封，放入热等静压炉中烧结。
采用等静压成型技术，刀片烧结后具有极高的致密度，合金化充分，组织均匀性一流。
优选的，S30还包括在将混合料依次进行冷等静压成型和热等静压烧结的曹组之后，把热等静压烧结后的空心棒状半成品用金刚石多线切割机切片，用电火花成型机对切片进行双面减薄加工，以及用精密电火花线切割加工减薄后的切片的内外圆，最终得到金属粘接剂划片刀成品。
金刚石多线切割机切片，精密电火花加工表面和内外圆，可操作性强，使得产品生产效率和良率大幅提升，外观出色，划片刀形状、尺寸精度高。
以下为具体实施例。
实施例1
按照质量份数准确称取一定质量的原料：80份的超细CuSn 12粉末、10份的超细Co粉以及4份的WS2，得到金属粘接剂粉末。
按照体积份数，将94份的金属粘接剂粉末和6份蚀刻处理的含硼金刚石微粉(270/325目)装入料斗滴入一定量液体石蜡，于双运动搅拌混料机中混合5h。混好的料装入设计好的聚氨酯包套，冷等静压机中等静压成型。成型压力350MPa，保压时间10min。将冷压生坯用镍箔包裹密封，放入热等静压炉中烧结。烧结温度720℃，压力150Ma，保温2h。用金刚石多线切割机将空心棒状半成品切片。在电火花成型机上对切片减薄，随后于精密电火花线切割加工内外圆，获得划片刀成品。成品尺寸外径58mm，厚度0.3mm，内孔40mm。划片刀理论密度7.90g/cm3，用排水法测得划片刀密度7.88g/cm3。
使用制得的划片刀在划片机上切割QFN封装单元(尺寸10*10，厚度2mm)，主轴转速30000r/min，冷却水流量2L/min，进给速度150mm/s，封装单元未出现分层现象，背面崩边小于20μm，铜毛刺不明显，切割质量符合产品要求，能够持续切割7200米。
实施例2
按照质量份数准确称取一定质量的原料：75份的超细CuSn 12粉末、15份的超细Co粉以及6份的WS2，得到金属粘接剂粉末。
按照体积份数，将96份的金属粘接剂粉末和4份蚀刻处理的含硼金刚石微粉(325/400目)，将称好的原料装入料斗滴入一定量液体石蜡，于双运动搅拌混料机中混合5h。混好的料装入设计好的聚氨酯包套，冷等静压机中等静压成型。成型压力350MPa，保压时间10min。将冷压生坯用镍箔包裹密封，放入热等静压炉中烧结。烧结温度750℃，压力150Ma，保温2h。用金刚石多线切割机将空心棒状半成品切片。在电火花成型机上对切片减薄，随后于精密电火花线切割加工内外圆，获得划片刀成品。成品尺寸外径58mm，厚度0.25mm，内孔40mm。划片刀理论密度8.15g/cm3，用排水法测得划片刀密度8.12g/cm3。
使用制得的划片刀在划片机上切割BGA封装单元(尺寸8*8，厚度1.2mm)，主轴转速35000r/min，冷却水流量2L/min，进给速度180mm/s，封装单元未出现分层现象，背面崩边小于15μm，铜毛刺不明显，切割质量符合产品要求，能够持续切割6500米。
实施例3
按照质量份数准确称取一定质量的原料：70份的超细CuSn 12粉末、19份的超细Co粉以及8份的WS2，得到金属粘接剂粉末。
按照体积份数，将97份的金属粘接剂粉末和3份的蚀刻处理的含硼金刚石微粉(500目)，将称好的原料装入料斗滴入一定量液体石蜡，于双运动搅拌混料机中混合5h。混好的料装入设计好的聚氨酯包套，冷等静压机中等静压成型。成型压力350MPa，保压时间10min。将冷压生坯用镍箔包裹密封，放入热等静压炉中烧结。烧结温度780℃，压力150Ma，保温2h。用金刚石多线切割机将空心棒状半成品切片。在电火花成型机上对切片减薄，随后于精密电火花线切割加工内外圆，获得划片刀成品。成品尺寸外径58mm，厚度0.20mm，内孔40mm。划片刀理论密度8.38g/cm3，用排水法测得划片刀密度8.35g/cm3。
使用制得的划片刀在划片机上切割BGA封装单元(尺寸5*5，厚度0.8mm)，主轴转速40000r/min，冷却水流量2L/min，进给速度200mm/s，封装单元未出现分层现象，背面崩边小于10μm，铜毛刺不明显，切割质量符合产品要求，能够持续切割5900米。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属粘接剂划片刀，其特征在于，按照体积份数包括：3份～30份的金刚石微粉和70份～97份的金属粘接剂；
所述金属粘接剂按照质量份数包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末。
2.根据权利要求1所述的金属粘接剂划片刀，其特征在于，所述金属粘接剂按照质量份数包括4份～8份的所述WS2粉末。
3.根据权利要求2所述的金属粘接剂划片刀，其特征在于，所述WS2粉末的粒径为20μm～40μm，所述WS2粉末为分解四硫代钨酸铵制得。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的金属粘接剂划片刀，其特征在于，所述预合金粉为CuSn预合金粉。
5.根据权利要求4所述的金属粘接剂划片刀，其特征在于，所述CuSn预合金粉中，Sn的质量百分比为10％～20％；
所述CuSn预合金粉的粒径为5μm～15μm，所述CuSn预合金粉为化学法制得。
6.根据权利要求4所述的金属粘接剂划片刀，其特征在于，所述Co粉的粒径为1μm～10μm，所述Co粉为草酸钴还原制得。
7.根据权利要求4所述的金属粘接剂划片刀，其特征在于，所述金刚石微粉为表面经过蚀刻形成多个切削刃的含硼金刚石微粉，金刚石微粉的粒度为140目～600目。
8.一种根据权利要求1～7中任意一项所述的金属粘接剂划片刀的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照质量份数，称取60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末，得到金属粘接剂，所述金属粘接剂包括60份～80份的预合金粉、5份～20份的Co粉以及2份～20份的WS2粉末；
按照体积份数，将3份～30份的金刚石微粉、70份～97份的所述金属粘接剂以及适量的润湿剂混合均匀，得到混合料；以及
将所述混合料依次进行冷等静压成型和热等静压烧结，得到所需要的金属粘接剂划片刀。
9.根据权利要求8所述的金属粘接剂划片刀的制备方法，其特征在于，所述润湿剂为液体石蜡或酒精，所述润湿剂与所述混合料的比例为0.2mL～1mL：500g。
10.根据权利要求8所述的金属粘接剂划片刀的制备方法，其特征在于，所述冷等静压成型的操作中，成型压力为300MPa～400MPa，保温时间为5min～10min；
所述热等静压烧结的操作中，烧结温度为500℃～800℃，烧结压力为100MPa～200Mpa，保温时间为1h～3h。
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