CN115360110A - 一种焊接劈刀 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接工具技术领域，具体涉及一种焊接劈刀。该焊接劈刀包括劈刀本体，所述劈刀本体的一端具有焊嘴，所述劈刀本体内设置有过线通孔，所述过线通孔沿着所述劈刀本体的纵轴方向延伸至所述焊嘴的内倒角处，所述焊嘴的尖端表面设置有增强层，所述增强层由氧化铝颗粒制成。所述焊嘴的尖端与增强层之间存在晶粒间的结合力，使增强层与焊嘴的尖端能高强度结合，从而实现增强层与劈刀本体的一体化，焊接劈刀上的增强层不易脱落；本发明通过控制增强层的晶粒尺寸、表面粗糙度和厚度来提高焊接劈刀尖端的耐磨性，从而延长焊接劈刀的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于焊接工具技术领域，涉及一种焊接劈刀。
背景技术
在集成电路封装互连中，芯片和引线框架(基板)的连接为电源和信号的分配提供了电路连接。引线键合是实现内部连接的主要方式之一，使用热、压力和超声波能量将键合引线与金属焊盘紧密结合，实现芯片间、芯片与封装体间的信号传输。劈刀是一种具有垂直方向过线通孔的轴对称的工具。劈刀容纳焊接引线，将引线的一端与电极接合(第一焊点)，再引导引线与引线框架接合(第二焊点)，在此过程中，使用陶瓷劈刀按压引线，并施加超声波完成接合。
现有劈刀普遍存在着容易磨损，寿命短，表面粗糙度不足，不足以提高引线键合强度等问题，目前普遍采用的方法是通过机械加工或热处理的方式对劈刀的端面进行表面处理，改变劈刀端面的粗糙度，但是劈刀端面面积小，采用机械加工的方式，加工难度较大，采用热处理的方式，对劈刀的端面处理程度有限，难以提高劈刀的耐磨性。例如，公开号为CN110468387A的发明专利公开了一种双结构涂层刀具，刀具基体上沿基体表面向外依次有CVD、PVD或PCVD复合涂层，CVD涂层沿基体向外依次为：TiN+MT-TiCN+过渡层TiAlCNO+细颗粒α-Al2O3+CVD或PCVD表层，α-Al2O3作为隔热层保护基体，细颗粒α-Al2O3的硬度得到了提升，粗糙度降低，细颗粒α-Al2O3涂层厚度1～20μm，颗粒尺寸0.5～1.2μm。公开号为CN109161846A的发明专利公开了在铝制工件表面设置Al2O3基陶瓷硬质耐磨层，该耐磨层由硬质阳极氧化得到或由微弧氧化得到，厚度为10～50μm，其维氏显微硬度为300～500HV，其粗糙度Ra≤1.5μm。但是，上述两种现有技术存在以下问题：(1)无法在劈刀尖端0.2mm内的区域完成镀层；(2)镀层与劈刀之间的结合力较差，在劈刀焊接作业次数达到百万次后，劈刀上的镀层很容易脱落。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种焊接劈刀，本发明通过劈刀的尖端表面设置增强层，增强焊接劈刀的耐磨性，增强层与焊嘴尖端之间的结合力强，不易脱落。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种焊接劈刀，包括劈刀本体，所述劈刀本体的一端具有焊嘴，所述劈刀本体内设置有过线通孔，所述过线通孔沿着所述劈刀本体的纵轴方向延伸至所述焊嘴的内倒角处，所述焊嘴的尖端表面设置有增强层，所述增强层由氧化铝颗粒制成。
在本发明中，所述增强层与焊嘴之间形成晶粒间的结合力，使增强层与焊嘴尖端高强度结合，从而实现增强层与劈刀本体的一体化。此外，发明人发现通过控制增强层中氧化铝颗粒的尺寸、增强层的表面粗糙度及厚度，能有效提高焊嘴尖端的耐磨性，有利于延长焊接劈刀的使用寿命。
优选的，所述增强层的厚度为0.5～8μm。
进一步优选的，所述增强层的厚度为1.6～4.3μm。
发明人经研究发现，所述增强层的厚度对焊接劈刀的耐磨性能有重要影响；若增强层的厚度小于0.5μm，烧制而成的增强层不能明显提升焊接劈刀的耐磨性；若增强层的厚度大于8μm，所述增强层与焊嘴的尖端之间结合力较差，在焊接劈刀焊接作业次数达到百万次后，易出现增强层脱落的现象。
优选的，所述增强层的表面粗糙度为0.05～1μm。
进一步优选的，所述增强层的表面粗糙度为0.2～0.45μm。
发明人经研究发现，所述增强层的表面粗糙度对焊接劈刀的耐磨性能有重要影响；若增强层的表面粗糙度小于0.05μm，烧制而成的增强层不能明显提升焊接劈刀的耐磨性；若增强层的表面粗糙度大于1μm，焊接劈刀在使用过程中容易对产品造成损伤，给产品留下残留金属成分。
优选的，所述氧化铝颗粒的平均粒径为1～5μm。
进一步优选的，所述氧化铝颗粒的平均粒径为2.5～4μm。
发明人经研究发现，所述氧化铝颗粒的平均粒径不仅会影响增强层的表面粗糙程度，还会对焊接劈刀的耐磨性产生影响。若氧化铝颗粒的平均粒径小于1μm，使增强层的表面粗糙度达不到要求，无法有效提升焊接劈刀的耐磨性；若氧化铝颗粒的平均粒径大于5μm，使增强层不稳定，脆性大，在焊接劈刀焊接作业次数达到百万次后，增强层会出现脱落或崩缺现象。
优选的，所述增强层由下述方法制得：将氧化铝颗粒涂覆在焊嘴的尖端表面形成镀层毛坯，经共烧结制成增强层。
本发明通过涂覆工艺将氧化铝颗粒粘附于焊嘴尖端表面，共烧结后，在焊嘴的表面形成增强层，焊嘴与增强层之间存在晶粒间的结合力，使增强层与焊嘴能高强度结合，从而实现增强层与劈刀本体的一体化。
进一步优选的，所述涂覆的方法包括溅射、喷镀、印刷、喷涂中的任意一种。
进一步优选的，所述镀层毛坯的厚度为0.25～6μm。
发明人经研究发现，若镀层毛坯的厚度大于6μm，共烧结的效果较差，增强层与焊嘴尖端的结合力较弱，使得增强层容易脱落；若镀层毛坯的厚度小于0.25μm，制成的增强层厚度过小，对焊接劈刀耐磨性能的提升不明显；因此，所述镀层毛坯的厚度优选为0.25～6μm。
更进一步优选的，所述镀层毛坯的厚度为1～4μm。
进一步优选的，所述共烧结的温度为1100～1400℃，时间为1～4h。
发明人经研究发现，当共烧结的温度超过1400℃时，增强层的表面粗糙度大于0.6μm，使增强层粗糙度过高；当共烧结的温度低于1100℃时，增强层的表面粗糙度不足。
优选的，所述劈刀本体为陶瓷材质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明在焊嘴的尖端处设置增强层，所述增强层与焊嘴的尖端之间存在晶粒间的结合力，使增强层与焊嘴的尖端能高强度结合，从而实现增强层与劈刀本体的一体化，焊接劈刀上的增强层不易脱落；
(2)本发明通过控制增强层的晶粒尺寸、表面粗糙度和厚度来提高焊接劈刀尖端的耐磨性，从而延长焊接劈刀的使用寿命。
附图说明
图1为焊接劈刀的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为焊接劈刀的尖端处的扫描电镜图。
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。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例和对比例的劈刀本体为陶瓷材质。
实施例1～8
一种焊接劈刀，其结构如图1～2所示，所述焊接劈刀包括劈刀本体1，所述劈刀本体1的一端具有焊嘴2，所述劈刀本体1内设置有过线通孔3，所述过线通孔3沿着所述劈刀本体1的纵轴方向延伸至所述焊嘴2的内倒角处，所述焊嘴2的尖端表面设置有增强层，所述增强层由下述方法制得：
准备平均粒径为3μm的氧化铝颗粒，将氧化铝颗粒通过溅射喷涂的方法涂覆在机械加工后的尖端表面，溅射功率250w，溅射气压0.8Pa，气体总流量60sccm，温度200℃，时间80min，形成厚度为2.0μm的镀层毛坯，经共烧结制成增强层，共烧结的温度和时间如表1所示。
效果例1
对实施例1～8所得焊接劈刀的性能进行测试，测试方法如下：
(1)尖端边缘磨损量(磨损范围可测量)：超声波焊接150万次后，对劈刀进行边缘磨损量的测量，并观察增强层的脱落情况，使用金相显微镜测量尺寸，计算磨损面积；
(2)第二焊点拉力值：在不同焊接次数的条件下进行第二焊点拉力测试，在临近第二焊点的位置向正上方施加拉力，焊线从焊垫撕裂的力为第二焊点的拉力，拉力越大，说明焊线和焊垫的结合力越大，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；
(3)利用扫描电子显微镜拍摄实施例3焊接劈刀的尖端处的扫描电镜图。
测试结果如表1及图3所示。
表1
由表1可知，当共烧结的温度超过1400℃时，增强层的表面粗糙度大于1μm，这说明增强层的表面粗糙度过高，导致焊接劈刀在使用过程中容易对产品造成损伤，容易残留金属；当共烧结的温度低于1100℃时，增强层的表面粗糙度不足，尖端边缘磨损量超过300μm2，这说明表面粗糙度过小的增强层对焊接劈刀的耐磨性的提升有限。
由图3可知，本发明通过涂覆工艺将氧化铝颗粒粘附于焊嘴尖端表面，共烧结后，在焊嘴尖端上形成2.32μm厚度的形成增强层。
实施例9～15
实施例9～15分别提供了一种焊接劈刀，其与实施例3的不同之处在于，实施例9～15采用的氧化铝颗粒的平均粒径如表2所示。
效果例2
按照效果例1的测试方法对实施例9～15所得焊接劈刀的耐磨性能及焊接点拉力值进行测试，测试结果如表2所示。
表2
由表2可知，当氧化铝颗粒的平均粒径为0.5μm时，增强层的表面粗糙度达不到要求，无法有效提升焊接劈刀的耐磨性；若氧化铝颗粒的平均粒径为6μm时，增强层不稳定，脆性大，容易造成增强层脱落或崩缺。
实施例16～23
实施例16～23分别提供了一种焊接劈刀，其与实施例3的不同之处在于，实施例16～23将氧化铝颗粒通过溅射喷涂的方法涂覆在焊嘴的尖端表面形成厚度如表3所示的镀层毛坯。
效果例3
按照效果例1的测试方法对实施例16～23所得焊接劈刀的耐磨性能进行测试；对于实施例16～23中镀层毛坯的厚度和增强层的厚度进行测量，测量步骤如下：将具有镀层毛坯的劈刀横截面或具有增强层的劈刀横截面放置在电子扫描显微镜下，通过成像图片测量镀层毛坯的厚度和增强层的厚度；测试结果如表3所示。
表3
由表3可知，当镀层毛坯的厚度为7μm时，共烧结的效果较差，增强层与焊嘴的结合力较弱，使得增强层容易脱落；当镀层毛坯的厚度为0.2μm时，共烧结后形成的增强层厚度过小，对焊接劈刀耐磨性能的提升不明显。当镀层毛坯的厚度为0.25～6μm时，在焊接劈刀焊接作业次数达到150万次后，增强层无脱落现象，而且尖端边缘的磨损量较小，这说明将镀层毛坯的厚度控制在0.25～6μm，共烧结后形成的增强层稳定性高，其与焊嘴尖端之间的结合力强，耐磨性能好。表3中增强层的厚度大于对应镀层毛坯的厚度，这说明在共烧结过程中，镀层毛坯中的氧化铝与焊嘴尖端中的陶瓷发生反应而结合在一起，两者通过晶粒间的结合力高强度结合形成增强层，从而使增强层的厚度大于对应镀层毛坯的厚度。
对比例1
本对比例提供一种焊接劈刀，其与实施例3不同之处在于，本对比例采用的焊嘴尖端为未经机械加工的尖端，本对比例在焊嘴尖端处未设置增强层。
对比例2
本对比例提供一种焊接劈刀，其与实施例3的不同之处在于，本对比例采用的焊嘴尖端为经过机械加工的焊嘴尖端，但本对比例在焊嘴尖端处未设置增强层。
对比例3
本对比例提供一种焊接劈刀，其与实施例3的不同之处在于，本对比例将劈刀在1500℃下保温3h进行表面热处理，但本对比例在焊嘴尖端处未设置增强层。
效果例4
按照效果例1的测试方法对对比例1～4所得焊接劈刀的耐磨性能及第二焊点拉力值进行测试，测试结果如表4所示。
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 (10)
1.一种焊接劈刀，其特征在于，包括劈刀本体，所述劈刀本体的一端具有焊嘴，所述劈刀本体内设置有过线通孔，所述过线通孔沿着所述劈刀本体的纵轴方向延伸至所述焊嘴的内倒角处，所述焊嘴的尖端表面设置有增强层，所述增强层由氧化铝颗粒制成。
2.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述增强层的厚度为0.5～8μm。
3.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述增强层的表面粗糙度为0.05～1μm。
4.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述氧化铝颗粒的平均粒径为1～5μm。
5.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述增强层由下述方法制得：将氧化铝颗粒涂覆在焊嘴的尖端表面形成镀层毛坯，经共烧结制成增强层。
6.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述涂覆的方法包括溅射、喷镀、印刷、喷涂中的任意一种。
7.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述镀层毛坯的厚度为0.25～6μm。
8.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述共烧结的温度为1100～1400℃。
9.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述共烧结的时间为1～4h。
10.如权利要求1所述的焊接劈刀，其特征在于，所述劈刀本体为陶瓷材质。
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