中國粉體網(wǎng)訊 今天我們來講一下劈刀,，它可不是下圖中的這種長長的大砍刀,，它的用途也不是用來砍柴的,，而是半導體封裝操作中至關(guān)重要的部件,。
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劈刀是什么,？
在IC封裝中,，芯片和引線框架（基板）的連接為電源和信號的分配提供了電路連接,，實現(xiàn)上述電路連接主要有倒裝焊、載帶自動焊和引線鍵合三種方式,。
引線鍵合是封裝內(nèi)部連接的主流方式（90%以上）,，其原理為：使用熱、壓力和超聲波能量將鍵合引線與金屬焊盤緊密焊合（原子量級鍵合）,，用于實現(xiàn)芯片間,、芯片與封裝體間的信號傳輸。常用的引線鍵合方法主要有熱壓焊,、超聲波焊和超聲熱壓焊等,。劈刀是引線鍵合過程中的重要工具，其價值高昂,，且屬于易耗品,。劈刀的選型與性能決定了鍵合的靈活性、可靠性與經(jīng)濟性,。
劈刀的分類及材料
1,、劈刀的分類
劈刀有球形鍵合過程中使用的毛細管劈刀，還有楔形鍵合中使用的楔形劈刀,。兩種陶瓷劈刀有原則性的區(qū)別。
毛細管劈刀和楔形劈刀的區(qū)別
2,、劈刀的材料
劈刀在工作過程中,，穿過劈刀的鍵合引線在劈刀刀頭與焊盤金屬間產(chǎn)生壓力與摩擦,，因此，通常使用具有高硬度與韌度的材料制作劈刀,。結(jié)合劈刀加工與鍵合方法需求,，要求劈刀材料具有較高的密度、較高的彎曲強度和可加工光滑的表面,。常見的劈刀材料有碳化鎢（硬質(zhì)合金）,、碳化鈦和陶瓷等。
碳化鎢抗破損能力強,，早期被廣泛應用于劈刀制作,，但碳化鎢的機加工比較困難，不易獲得致密,、無孔隙的加工面,。碳化鎢的熱導率高，為避免在鍵合過程中焊盤上的熱量被劈刀帶走,，碳化鎢劈刀在鍵合時劈刀本身必須被加熱,。碳化鈦的材料密度低于碳化鎢，且比碳化鎢更柔韌,，據(jù)報道,，在使用相同超聲換能器及相同劈刀結(jié)構(gòu)的情況下，超聲波傳遞到碳化鈦劈刀產(chǎn)生的刀頭振幅比碳化鎢劈刀大20%,。
近年來,，陶瓷因其光滑、致密,、無孔隙和化學性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)良特性,，也被廣泛應用于劈刀制作。陶瓷劈刀的刀頭端面及開孔加工情況優(yōu)于碳化鎢,。另外,，陶瓷劈刀的熱導率低，劈刀本身可以不被加熱,。據(jù)報道,，當使用自動鍵合設備時陶瓷劈刀的焊接次數(shù)可達100萬次。
哪些陶瓷材料適合做劈刀
陶瓷劈刀的主要制造材料是氧化鋁,，高密度細顆粒的氧化鋁陶瓷具有很強的耐磨損和抗氧化能力,，并且易于清潔，添加其它成分后在氣氛爐中燒至1600℃以上,，再經(jīng)過精加工后形成用于微電子領(lǐng)域中的高壽命耗材,。
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現(xiàn)有陶瓷劈刀在原來氧化鋁的基礎(chǔ)上添加了諸如氧化鋯、氧化鉻等,，使陶瓷劈刀的分子結(jié)構(gòu)更加緊湊,，硬度更高,，更耐磨損，壽命延長,。鋯摻雜陶瓷劈刀的主要成分是氧化鋯增強氧化鋁,，其微觀結(jié)構(gòu)均勻而致密，密度提高到4.3g/cm3,。四方相氧化鋯的含量和均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)促使鋯摻雜的陶瓷劈刀具有非常優(yōu)異的力學性能,，減少焊線過程中陶瓷劈刀尖端的磨損和更換的次數(shù)。
鉻摻雜的陶瓷劈刀顏色呈現(xiàn)出紅色,，紅色來源于鉻,，主要為Cr2O3，含量一般為0.5％～2.0％（質(zhì)量分數(shù)）,，屬于三方晶系,、復三方偏方面體晶類，密度提高到3.99-4.00g/cm3,，晶體形態(tài)多呈現(xiàn)出板狀,、短柱狀，集合體多呈現(xiàn)出粒狀或致密塊狀,，依據(jù)Cr2O3含量的不同具有透明或者半透明的性質(zhì),，具有亮玻璃光澤，Cr2O3的摻入會使陶瓷劈刀的密度增大,、晶粒尺寸變小,、脆性減小，從而賦予陶瓷劈刀出色的抗壓,、抗彎,、抗錘擊等性能，除此之外,，還會影響陶瓷劈刀的硬度,、彈性模量和斷裂韌性等性能參數(shù)。
陶瓷劈刀的市場現(xiàn)狀
作為芯片封裝領(lǐng)域的必要耗材,，受益于下游封裝測試行業(yè)的較快發(fā)展及國產(chǎn)替代趨勢,，陶瓷劈刀發(fā)展前景廣闊。
在IC封測方面,，國內(nèi)集成電路封測環(huán)節(jié)企業(yè)率先崛起,，隨著5G商用、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,，消費類電子產(chǎn)品的剛性需求以及更新?lián)Q代,，未來國內(nèi)集成電路封裝測試行業(yè)有望進一步發(fā)展。
在LED封裝方面，受益于成本優(yōu)勢和旺盛的產(chǎn)品市場需求,，我國已成為世界重要的LED封裝生產(chǎn)基地,，近年來市場規(guī)�,？焖僭鲩L,。隨著顯示技術(shù)不斷迭代，MiniLED,、MicroLED等新技術(shù)加速到來,，未來LED封裝行業(yè)有望迎來發(fā)展新機遇。
根據(jù)三環(huán)集團2020年6月12日公告,，公司預計陶瓷劈刀全球市場需求約為4200萬只/年,，其中國內(nèi)市場占比70%。目前陶瓷劈刀主要廠商有瑞士SPT,、美國K&S和GAISER,、韓國PECO和KOSMA，上述廠商全球市場占有率合計約90%,，國內(nèi)廠商尚未形成規(guī)模,。
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三環(huán)集團自2013年開始陶瓷劈刀的研發(fā)，在借鑒原有陶瓷插芯技術(shù)的基礎(chǔ)上,，打通了從設計,、粉體、成型,、燒結(jié)毛坯到加工,、檢驗的全流程，已經(jīng)完成了配方研制,，多個規(guī)格,、類型的劈刀結(jié)構(gòu)設計及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝開發(fā)。在產(chǎn)品性能方面,，公司陶瓷劈刀性能已達到行業(yè)平均水平,。
參考來源：
[1]文澤海等.引線鍵合楔形劈刀及劈刀老化現(xiàn)象研究
[2]宮在磊等.微電子領(lǐng)域中陶瓷劈刀研究與應用進展
[3]華創(chuàng)證券、開源證券研究所
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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