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構的情況下，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上添加了諸如氧化鋯、氧化鉻等，使陶瓷劈刀的分子結構更加緊湊，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，其微觀結構均勻而致密，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構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。隨著顯示技術不斷迭代，MiniLED、MicroLED等新技術加速到來，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的基礎上，打通了從設計、粉體、成型、燒結毛坯到加工、檢驗的全流程，已經(jīng)完成了配方研制，多個規(guī)格、類型的劈刀結構設計及產(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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