楔形劈刀以及铝线键合方法

技术领域

本发明涉及铝线键合领域，尤其是涉及一种楔形劈刀以及铝线键合方法。

背景技术

楔形劈刀用于IC封装的主流工序——铝(引)线键合。铝线键合的原理是 通过热超声焊接的形式，用楔形劈刀将铝线固定在基板的焊盘上，并传导热量 与超声能量，从而实现铝线的紧密连接。随着我国芯片行业的发展，焊接的应 用愈发广泛，而楔形劈刀的性能要求也越来越高。在高速自动键合机上，往往 要求楔形劈刀有良好的焊接稳定性和优秀的使用寿命。

铝线键合的一般流程为如下：用楔形劈刀将铝线压在基板的焊盘上，通过 楔形劈刀传导热量与超声能量，将铝线热压形成需要的形状，将实现铝线和焊 盘固定，接着楔形劈刀斜压，从而使得楔形劈刀的楔形刀头的侧端在铝线上压 出刃口，楔形劈刀旁边的切刀沿着刃口将铝线切断，完成键合。

由于楔形劈刀的楔形刀头的侧端需要在铝线上压出刃口，这就使得楔形劈 刀的楔形刀头的侧端磨损较快，通常楔形劈刀的报废都是因为该区域的损坏导 致。这样就使得传统的楔形劈刀的使用寿命受到影响。

发明内容

基于此，有必要提供一种使用寿命更长的楔形劈刀。

此外，还有必要提供一种使用上述楔形劈刀的铝线键合方法。

一种楔形劈刀，包括本体以及设置在所述本体的一端的楔形刀头，所述楔 形刀头具有相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均为平 面；

所述楔形刀头远离所述本体的一端设有凹槽，所述凹槽的底部形成工作区， 所述工作区包括沿着所述工作区的长度方向依次连接的第一倒角部、连接部和 第二倒角部，所述第一倒角部连接所述第一侧面和所述连接部，所述第二倒角 部连接所述连接部和所述第二侧面，所述第一倒角部和所述第二倒角部均为弧 形，并且所述第一倒角部的弧长大于所述第二倒角部的弧长。

在一个实施例中，所述第一倒角部和所述第二倒角部均为圆弧形，所述第 一倒角部的弧度与所述第二倒角部的弧度的比例为0.9～1.1：1，所述第一倒角部 对应的圆的半径与所述第二倒角部对应的圆的半径之比为1.5～2.3：1；

或者，所述第一倒角部和所述第二倒角部均为椭圆弧形，所述第一倒角部 的弧度与所述第二倒角部的弧度的比例为0.9～1.1：1，所述第一倒角部对应的圆 或椭圆的半径与所述第二倒角部对应的圆或椭圆的半径之比为1.5～2.3：1。

在一个实施例中，所述第一倒角部的弧度对应的角度为92°～110°。

在一个实施例中，所述连接部为与所述铝线的侧面相匹配的长条状凹槽， 所述连接部的横截面呈弧形，且所述连接部的长度方向与所述本体的长度方向 垂直。

在一个实施例中，所述第一侧面远离所述本体的一端与所述第二侧面远离 所述本体的一端齐平，所述第一侧面的长度大于所述第二侧面的长度。

在一个实施例中，所述第一侧面与所述本体的长度的夹角为2°～20°，所 述第二侧面与所述本体的长度的夹角为2°～20°。

在一个实施例中，所述第一侧面的长度与所述第二侧面的长度之比为 1.15～1.3：1。

在一个实施例中，所述工作区整体覆盖有耐磨层，所述耐磨层的硬度比所 述楔形刀头高，并且所述耐磨层的粗糙度比所述楔形刀头低。

一种铝线键合方法，包括如下步骤：

采用上述的楔形劈刀将铝线的一端压在第一焊盘上，通过所述楔形劈刀传 导热量和/或超声能量，将所述铝线的一端热压形成预设的形状，从而将所述铝 线的一端与所述第一焊盘固定在一起，其中，所述第一倒角部比所述第二倒角 部更靠近所述铝线的一端的端部；

采用所述楔形劈刀将所述铝线的另一端压在第二焊盘上，通过所述楔形劈 刀再次传导热量和/或超声能量，将所述铝线的另一端热压形成预设的形状，从 而将所述铝线的另一端与所述第二焊盘固定在一起，其中，所述第一倒角部比 所述第二倒角部更远离所述铝线的一端的端部；以及

所述楔形劈刀斜压，从而使得所述第一倒角部在所述铝线的另一端压出刃 口，沿着所述刃口将所述铝线再次切断。

在一个实施例中，还包括在所述将所述铝线的一端与所述第一焊盘固定在 一起的操作之后，在所述采用所述楔形劈刀将所述铝线的另一端压在第二焊盘 上的操作之前的如下操作：

所述楔形劈刀斜压，从而使得所述第一倒角部在所述铝线的一端压出副刃 口，沿着所述副刃口将所述铝线切断。

这种楔形劈刀在使用时，当需要在铝线上压出刃口时，所述第一倒角部与 铝线接触并发生挤压，而由于所述第一倒角部为弧形且所述第一倒角部的弧长 大于所述第二倒角部的弧长，从而使得所述第一倒角部整体形状更为平滑，所 述第一倒角部与铝线挤压时，所述第一倒角部上的受力面积更大，从而降低了 所述第一倒角部的磨损速度。

传统的楔形劈刀在铝线上压出刃口时，第一倒角部和第二倒角部会在对铝 线的两端进行键合时分别使用，为了保证楔形劈刀将铝线热压后的形状，保证 铝线热压后与焊盘之间的连接强度，即，必须保证连接部的长度，在工作区总 长度不发生改变的情况下，就会导致第一倒角部和第二倒角部的弧长不能过长， 在这种传统的楔形劈刀通常会将第一倒角部和第二倒角部设置成相同弧长。

而本发明中的楔形劈刀，在保证了所述连接部的长度的前提下，通过将所 述第一倒角部的弧长增加，相应的减少所述第二倒角部的弧长，仅通过所述第 一倒角部在铝线上压出刃口，所述第二倒角部不参与，由于所述第一倒角部整 体形状更为平滑，所述第一倒角部与铝线挤压时，所述第一倒角部上的受力面 积更大，从而降低了所述第一倒角部的磨损速度。

相对于传统的楔形劈刀，这种楔形劈刀的使用寿命更长。

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为一实施方式的楔形劈刀的一方向的立体结构示意图。

图2为如图1所示的楔形劈刀的另一方向的立体结构示意图。

图3为如图1所示的楔形劈刀的立体结构示意图。

图4为如图2所示的楔形劈刀的部分区域的放大结构示意图。

图5为如图1所示的楔形劈刀的C-C向的放大的剖面结构示意图。

图6为一实施方式的铝线键合方法的流程图。

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。

如图1、图2和图3所示的一实施方式的楔形劈刀，包括本体10以及设置 在本体10的一端的楔形刀头20，楔形刀头20具有相对的第一侧面201和第二 侧面202，第一侧面201和第二侧面202均为平面。

结合图4和图5，楔形刀头20远离本体10的一端设有凹槽203，凹槽203 的底部形成工作区22，工作区22包括沿着工作区22的长度方向依次连接的第 一倒角部222、连接部224和第二倒角部226，第一倒角部222连接第一侧面201 和连接部224，第二倒角部226连接连接部224和第二侧面202，第一倒角部222 和第二倒角部226均为弧形，并且第一倒角部222的弧长大于第二倒角部226 的弧长。

这种楔形劈刀在使用时，当需要在铝线上压出刃口时，第一倒角部222与 铝线接触并发生挤压，而由于第一倒角部222为弧形且第一倒角部222的弧长 大于第二倒角部226的弧长，从而使得第一倒角部222整体形状更为平滑，第 一倒角部222与铝线挤压时，第一倒角部222上的受力面积更大，从而降低了 第一倒角部222的磨损速度。

传统的楔形劈刀在铝线上压出刃口时，第一倒角部和第二倒角部会在对铝 线的两端进行键合时分别使用，为了保证楔形劈刀将铝线热压后的形状，保证 铝线热压后与焊盘之间的连接强度，即，必须保证连接部的长度，在工作区总 长度不发生改变的情况下，就会导致第一倒角部和第二倒角部的弧长不能过长， 在这种传统的楔形劈刀通常会将第一倒角部和第二倒角部设置成相同弧长。

而本发明中的楔形劈刀，在保证了连接部224的长度的前提下，通过将第 一倒角部222的弧长增加，相应的减少第二倒角部226的弧长，仅通过第一倒 角部222在铝线上压出刃口，第二倒角部226不参与，由于第一倒角部222整 体形状更为平滑，第一倒角部222与铝线挤压时，第一倒角部222上的受力面 积更大，从而降低了第一倒角部222的磨损速度。

这里需要指出，铝线热压后发生形状改变，只有符合要求的热压后的铝线 形状，才能保证铝线与焊盘之间的连接强度。而楔形劈刀在热压铝线时，铝线 的形状改变主要通过连接部224挤压铝线，第一倒角部222和第二倒角部226 也会参与，但是相对来说第一倒角部222和第二倒角部226导致的铝线形状改 变幅度要小于连接部224。

相对于传统的楔形劈刀，这种楔形劈刀的使用寿命更长。

此外，第一倒角部222和第二倒角部226均为弧形，即可以保证铝线热压 具有良好的形状，从而保证铝线与焊盘之间的结合强度，还可以避免在键合时 第一倒角部222和第二倒角部226与铝线黏连。

结合图5，需要指出的是，本发明中所称的第一倒角部222和第二倒角部 226的形状，实际上是指以穿过工作区22的平面为剖面时，暴露出来的第一倒 角部222和第二倒角部226的外表面的形状。

优选的，本实施方式中，第一倒角部222和第二倒角部226均为圆弧形， 第一倒角部222的弧度与第二倒角部226的弧度的比例为0.9～1.1：1，第一倒角 部222对应的圆的半径与第二倒角部226对应的圆的半径之比为1.5～2.3：1。

更优选的，本实施方式中，第一倒角部222的弧度与第二倒角部226的弧 度的比例为1：1，第一倒角部222对应的圆的半径与第二倒角部226对应的圆 的半径之比为1.9～2.1：1。

通过对第一倒角部222的弧度以及其对应的圆的半径进行优化，可以进一 步降低第一倒角部222的磨损，从而提高楔形劈刀的使用寿命。

在其他的实施方式中，第一倒角部222和第二倒角部226也可以均为椭圆 弧形，第一倒角部222的弧度与第二倒角部226的弧度的比例也可以为0.9～1.1： 1(更优选为1：1)，第一倒角部222对应的圆或椭圆的半径与第二倒角部226 对应的圆或椭圆的半径之比也可以为1.5～2.3：1(更优选为1.9～2.1：1)。

结合图5，优选的，本实施方式中，第一倒角部222在工作区22的长度方 向上的投影的长度与连接部224的长度的比为1：1.3～2。

这样的长度比例，可以保证连接部224具有足够的长度，从而确保铝线在 热压后的形状改变符合要求，保证了键合后铝线与焊盘之间的连接强度。

更优选的，第一倒角部222在工作区22的长度方向上的投影的长度与连接 部224的长度的比为1：1.5～1.7。

本实施方式中，第一倒角部222的弧度对应的角度为92°～110°。

需要指出的是，第二倒角部222的弧度与第一倒角部222的弧度通常相等。

结合附图，一般来说，第一倒角部222的弧度对应的角度大于90°即可， 其具体的弧度大小，由第一侧面201的实际倾斜角度决定。

本实施方式中，第一侧面201与本体10的长度的夹角为2°～20°，第二侧面 202与本体10的长度的夹角为2°～20°。

在这样的情况下，相应的也导致第一倒角部222的弧度对应的角度为 92°～110°，第二倒角部226的弧度对应的角度为92°～110°。

优选的，连接部224为与铝线的侧面相匹配的长条状凹槽，连接部224的 横截面呈弧形，且连接部224的长度方向与本体10的长度方向垂直。

这样的形状设置，是为了更好的实现对铝线的热压，以及确保铝线热压后 的形状符合要求。

结合图3，优选的，本实施方式中，第一侧面201远离本体10的一端与第 二侧面202远离本体10的一端齐平，第一侧面201的长度大于第二侧面202的 长度。

这样的设置，使得楔形刀头20的中轴线与本体10的中轴线不重合，楔形 刀头20的中轴线向着远离第一倒角部222的方向略微偏移，从而便于切刀对铝 线进行切割。

更优选的，第一侧面201的长度与第二侧面202的长度之比为1.15～1.3：1。

结合图1和图3，本实施方式中，本体10的侧面设有沿着本体的长度方向 延伸的滑动平面101，并且滑动平面101与第一侧面201连接。

实际键合时，切刀沿着滑动平面101上下滑动，从而保证了切刀下切时准 确切割。

优选的，本实施方式中，工作区22整体覆盖有耐磨层(未显示)，耐磨层 的硬度比楔形刀头20高，并且耐磨层的粗糙度比楔形刀头20低。

耐磨层的硬度比楔形刀头20高，通过耐磨层的设置提高了楔形刀头20的 整体硬度和耐磨度。

耐磨层的粗糙度比楔形刀头20低，耐磨层的设置还可以解决楔形刀头20 表面易与铝线黏连，导致焊接强度低失效的问题。

此外，耐磨层降低了楔形刀头20的粗糙度，还避免了楔形劈刀在工作一段 时间后焊接质量下降。

优选的，耐磨层为金刚石层、氮化钛层、碳化钛层或碳氮化钛层。

一般来说，耐磨层可以通过物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD) 法等方法形成。

更优选的，耐磨层为碳氮化钛层。碳氮化钛层兼具有氮化钛与碳化钛的特 性和优点，具有良好的塑性、耐磨性，更好的抗粘着磨损和抗磨粒磨损性能， 更低的摩擦因素等优点，是涂层材料的优选。

优选的，本实施方式中，楔形刀头20的材料为碳化钨。

由于第一倒角部222的主要作用为压合铝线形成刃口，连接部224在焊接 过程中主要影响焊点与焊盘的贴合度和形貌。因此，第一倒角部222是主要磨 损区，连接部224易与铝线粘黏，影响焊接质量。

本发明中，第一倒角部222处的耐磨层的厚度大于连接部224处的耐磨层 的厚度，这样的设置可以保证整个工作区22同步磨损，避免工作区22的形状 发生较大的改变，从而影响到楔形劈刀的使用。

进一步的，第二倒角部226处的耐磨层的厚度与连接部224处的耐磨层的 厚度一致。

具体来说，第一倒角部222处的耐磨层的厚度为3μm～4μm，连接部224处 的耐磨层的厚度为2μm～3μm，第二倒角部226处的耐磨层的厚度为2μm～3μm。

这样的厚度设置，可以基本确保工作区22内的耐磨层基本在同一时间内磨 损完，避免工作区22的形状发生较大的改变，从而影响到楔形劈刀的使用。

结合图6，本发明还公开了一实施方式的铝线键合方法，包括如下步骤：

S10、采用上述的楔形劈刀将铝线的一端压在第一焊盘上，通过楔形劈刀传 导热量和/或超声能量，将铝线的一端热压形成预设的形状，从而将铝线的一端 与第一焊盘固定在一起。

本实施方式中，第一倒角部222比第二倒角部226更靠近铝线的一端的端 部。

一般来说，铝线的一端为自由端，即，铝线的一端已经被切断了，因此在 连续加工的过程中，S10中不需要对铝线的一端进行切断操作。

在一些特别的实施例中，例如，新铝线使用，抑或是上一次切断操作出现 故障时，铝线的一端也需要进行切断。

此时，S10还包括如下操作：楔形劈刀斜压，从而使得第一倒角部222在铝 线的一端压出副刃口，沿着副刃口将铝线切断。

本实施方式中，沿着副刃口将铝线切断的操作为：采用劈刀沿着副刃口将 铝线切断。

结合上文，第一倒角部222比第二倒角部226更靠近铝线的一端的端部， 从而保证了楔形劈刀斜压后，第一倒角部222在铝线的一端压出的副刃口更靠 近铝线的一端的端部。

S20、采用楔形劈刀将铝线的另一端压在第二焊盘上，通过楔形劈刀再次传 导热量和/或超声能量，将铝线的另一端热压形成预设的形状，从而将铝线的另 一端与第二焊盘固定在一起。

本实施方式中，第一倒角部222比第二倒角部226更远离铝线的一端的端 部。

S30、楔形劈刀斜压，从而使得第一倒角部222在铝线的另一端压出刃口， 沿着刃口将铝线再次切断。

结合上文，第一倒角部222比第二倒角部226更远离铝线的一端的端部， 从而保证了楔形劈刀斜压后，第一倒角部222在铝线的一端压出的刃口更靠近 铝线的另一端的端部。

本实施方式中，沿着刃口将铝线再次切断的操作为：采用劈刀沿着刃口将 铝线再次切断。

结合图1和图3，本体10的侧面设有沿着本体的长度方向延伸的滑动平面 101，并且滑动平面101与第一侧面201连接。

实际键合时，切刀沿着滑动平面101上下滑动，从而保证了切刀下切时准 确切割。

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。