一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料及其生产方法与流程

1.本发明属于集成电路工具材料领域，具体涉一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料及其生产方法。


背景技术：

2.微波多芯片组件（mcm）中，通常采用引线键合来实现单片微波集成电路 （mmic）、集总式电阻和电容等元器件与微带线、共面波导的互连，以及微波传输线之间或与普通模拟信号射频输入（rf）接地面的互连，而引线键合互连的有效性与可靠性对微波mcm的微波特性具有很大的影响。因此，进一步提升键合工具与键合引线以及键合工艺稳定性是改善微波器件互连可靠性的有效途径。
3.楔焊键合是引线键合的重要组成部分，按照引线尺寸分类，通常包括细丝键合（≤76μm）和粗丝键合（》76μm），细丝通常包括金丝、铜丝和铝丝等，粗丝通常包括铝丝、铜丝等。相关文献指出，碳化钨劈刀适用于铝丝、铝硅丝键合，而碳化钛、陶瓷等材质劈刀适用于金丝键合。


技术实现要素：

4.鉴于当前碳化钨劈刀中存在的引线适用限制性，本发明针对楔焊劈刀用碳化钨材料进行成分调控，通过引入tic这一金属陶瓷成分，改善不同材质引线键合时的耐磨损性能，适用于不同尺寸引线键合，进一步拓宽碳化钨材料的引线材质适用范围，进一步提高在细丝和粗丝楔焊劈刀中材料通用性，提高碳化钨材料的生产效率，降低不同规格碳化钨劈刀的生产成本。由此，本发明提出了一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料及其生产方法。
5.本发明的第一方面，是提供一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料，其特征在于，其成分以重量百分比计，由以下组分组成：wc 76-89.5%、tic 5-10%、co 2-8%、ni 2-8%、cr2c
3 0.2-1%、vc 0.2-1%、mo2c 0.5-2.5%、k 0.5-5.5%；所述vc和mo2c的重量百分比为vc：mo2c=1:2.5；所述k为碳化钽铌固溶体、碳化钨钛固溶体、钽的碳化物、铪的碳化物、铌的碳化物、铼的碳化物、锆的碳化物中的至少一种。
6.优选方案，本发明的碳化钨材料，其成分以重量百分比计，由以下组分组成：wc 80-85%、tic 5-10%、co 4-6%、ni 4-6%、cr2c
3 0.2-0.5%、vc 0.2-0.4%、mo2c 0.5-1%、k 0.5-1.5%；优选地，k选自nbc、tac、（ta，nb）c中的至少一种。
7.优选地，本发明的碳化钨材料，其硬度为85.0-97.5hra、抗弯强度》1360mpa、孔隙度为a02b00c00、碳化钨晶粒度为0.2-1.0μm。
8.本发明的第二方面，是提供本发明第一方面所述的用于楔焊劈刀的碳化钨材料的生产方法，包括如下步骤：1）按设计组分配取碳化钨粉、碳化钛粉、钴粉、镍粉、碳化铬粉、碳化钒粉、二碳化钼粉、k粉；所述k粉选自碳化钽铌固溶体、碳化钨钛固溶体、钽的碳化物、铪的碳化物、铌的碳化物、铼的碳化物、锆的碳化物中的至少一种；
2）依次将配取的上述粉末置于滚动球磨机内进行湿法混料球磨，球磨后，将混合料通过真空干燥箱或真空搅拌干燥机进行干燥处理，干燥后的混合粉末在200目的筛网下进行筛分后，备用；3）将备用粉末和成型剂按比例加入到真空搅拌干燥机中进行混炼，成型剂添加量为取用粉末的3.0-4.5%，混炼时间为60-90min，混炼温度为75-95℃，优选地，成型剂采用硬质合金石蜡或聚乙二醇；降温后，将混炼后的混合料在80目的筛网下进行筛分后，备用；4）将备用混合料在液压机上模压成形碳化钨楔焊劈刀压坯；5）采用真空脱脂烧结一体炉对模压成形的压坯进行脱脂烧结。
9.优选地，所述的脱脂烧结处理为真空负压脱脂，炉内惰性气体流量为0.5-1.8m3/h；所述脱脂保温温度为340-370℃、脱脂时间为90-180min；烧结温度为1440-1550℃、保温时间为60-120min。
10.优选地，所述碳化钨粉的平均粒度为0.1-2.5μm，碳化钛粉和碳化钼粉的平均粒度为0.1-3.0μm，钴粉、镍粉、碳化铬粉、碳化钒粉的平均粒度为 0.1-1.0μm、k粉的平均粒度为0.1-2.0μm。
11.优选地，所述碳化钨楔焊劈刀压坯为实心棒坯；所述实心棒坯的外径φ为2-5mm，长度l为25-100mm。
12.优选地，碳化钨楔焊劈刀压坯在脱脂烧结过程中倾斜式放置于石墨舟皿上，所述石墨舟皿涂覆有氧化铝、氧化锆或石墨/氧化铝防粘涂层。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过引入tic这一金属陶瓷成分，在碳化钨复合材料中体现tic-ni金属陶瓷的高硬度高耐磨性能，同时改善wc基材料与金丝等键合引线的工况适配性；通过高熔点碳化物与固溶体调控tic颗粒形状与分布，进一步提升碳化钨楔焊劈刀的键合使用寿命。由此，本发明改善了不同材质引线键合时的耐磨损性能，适用于不同尺寸引线键合，进一步拓宽碳化钨材料的引线材质适用范围，提高了碳化钨材料在细丝和粗丝楔焊劈刀的适用性，提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
14.图1为实施例1的碳化钨材料的微观形貌图。
具体实施方式
15.本发明提供一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料及其生产方法，为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
16.在下述实施例中所用的物料均为工业产品及现有技术提供的装置。
实施例1
17.配料时选用重量百分比为85%的wc粉（fsss 0.8μm）、5%的tic粉（fsss 1μm）、4%的co粉（fsss 1μm）、4%的ni粉（fsss 1μm）、0.2%的cr2c3粉（fsss 1μm）、0.2%的vc粉（fsss 1μm）、0.5%moc粉（fsss 1μm）、1.1%的nbc粉（fsss 1μm），总计100%。配取成分后，置于滚动球磨机进行湿法混料球磨，将混合料通过真空搅拌干燥机进行干燥处理，干燥后的混合粉末在
200目的筛网下进行筛分，将粉末和成型剂按比例加入到真空搅拌干燥机中进行混炼，添加硬质合金石蜡（粉末的4.0%），混炼时间为60min，混炼温度为75℃，混炼后80目筛网下进行筛分；将制备的混合料在液压机上模压成形碳化钨楔焊劈刀压坯（φ为3.0mm，长度l为30mm）；将碳化钨压坯倾斜式置于涂覆有氧化铝的石墨舟皿上，采用真空脱脂烧结一体炉进行脱脂烧结：脱脂处理为真空负压脱脂，炉内惰性气体流量为1m3/h；所述脱脂保温温度为340℃、脱脂时间为180min；烧结温度为1500℃、保温时间为60min。制备得到的碳化钨楔焊劈刀的硬度为91.5hra、抗弯强度2560mpa、孔隙度为a02b00c00、碳化钨晶粒度为0.4μm。图1所示为碳化钨楔焊劈刀材料的微观形貌图。图1中白色物相为碳化钨颗粒，黑色大颗粒物相为以碳化钛含量为主的（ti、mo、nb）多元固溶体，填充在上述物相之间的为镍-钴粘结相，多元固溶体呈均有分布，与粘结相具有良好的润湿相，自身的高硬度、高耐磨损性能，不仅有效提高材料的耐磨损性能，而且其多元物相和双相粘结相可以改善与键合引线之间适配性，有利于拓宽材料的使用范围，提高材料的键合使用寿命，最终实现本发明的有益效果。
实施例2
18.配料时选用重量百分比为76%的wc粉（fsss 2.5μm）、10%的tic粉（fsss 0.5μm）、4%的co粉（fsss 1μm）、8%的ni粉（fsss 1μm）、0.2%的cr2c3粉（fsss 1μm）、0.2%的vc粉（fsss 1μm）、0.8%moc粉（fsss 1μm）、0.8%的tac粉（fsss 1μm），总计100%。配取成分后，置于滚动球磨机进行湿法混料球磨，将混合料通过真空搅拌干燥机进行干燥处理，干燥后的混合粉末在200目的筛网下进行筛分，将粉末和成型剂按比例加入到真空搅拌干燥机中进行混炼，添加硬质合金石蜡（粉末的3.0%），混炼时间为90min，混炼温度为90℃，混炼后80目筛网下进行筛分；将制备的混合料在液压机上模压成形碳化钨楔焊劈刀压坯（φ为5.0mm，长度l为100mm）；将碳化钨压坯倾斜式置于涂覆有氧化锆的石墨舟皿上，采用真空脱脂烧结一体炉进行脱脂烧结：脱脂处理为真空负压脱脂，炉内惰性气体流量为1.8m3/h；所述脱脂保温温度为370℃、脱脂时间为90min；烧结温度为1440℃、保温时间为90min。制备得到的碳化钨楔焊劈刀的硬度为88.0hra、抗弯强度2860mpa、孔隙度为a02b00c00、碳化钨晶粒度为1.0μm。
实施例3
19.配料时选用重量百分比为89.5%的wc粉（fsss 0.5μm）、5%的tic粉（fsss 3μm）、2%的co粉（fsss 1μm）、2%的ni粉（fsss 1μm）、0.3%的cr2c3粉（fsss 0.5μm）、0.2%的vc粉（fsss 0.5μm）、0.5%moc粉（fsss 3μm）、0.5%的（ta、nb）c粉（fsss 2μm），总计100%。配取成分后，置于滚动球磨机进行湿法混料球磨，将混合料通过真空搅拌干燥机进行干燥处理，干燥后的混合粉末在200目的筛网下进行筛分，将粉末和成型剂按比例加入到真空搅拌干燥机中进行混炼，添加硬质合金石蜡（粉末的3.5%），混炼时间为75min，混炼温度为85℃，混炼后80目筛网下进行筛分；将制备的混合料在液压机上模压成形碳化钨楔焊劈刀压坯（φ为2mm，长度l为25mm）；将碳化钨压坯倾斜式置于涂覆有石墨/氧化铝的石墨舟皿上，采用真空脱脂烧结一体炉进行脱脂烧结：脱脂处理为真空负压脱脂，炉内惰性气体流量为0.5m3/h；所述脱脂保温温度为360℃、脱脂时间为120min；烧结温度为1460℃、保温时间为180min。制备得到的碳化钨楔焊劈刀的硬度为91.5hra、抗弯强度1835mpa、孔隙度为a02b00c00、碳化钨晶粒度为0.25μm。
20.由上述实施例的结果可以看到，本发明通过引入tic，在碳化钨复合材料中体现tic-ni金属陶瓷的高硬度高耐磨性能，同时改善wc基材料与金丝等键合引线的工况适配性，使所制备得到的碳化钨楔焊劈刀的硬度为88.0hra以上、抗弯强度可达到1835mpa以上、孔隙度为a02b00c00、碳化钨晶粒度可为0.25μm。
21.由此，本发明改善了不同材质引线键合时的耐磨损性能，适用于不同尺寸引线键合，进一步拓宽碳化钨材料的引线材质适用范围，提高了碳化钨材料在细丝和粗丝楔焊劈刀的适用性，提高了生产效率，降低了生产成本。
22.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构想的前提下，还可以做出若干变形和改性，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料，其特征在于，其成分以重量百分比计，由以下组分组成：wc 76-89.5%、tic 5-10%、co 2-8%、ni 2-8%、cr2c3 0.2-1%、vc 0.2-1%、mo2c 0.5-2.5%、k 0.5-5.5%；所述k为碳化钽铌固溶体、碳化钨钛固溶体、钽的碳化物、铪的碳化物、铌的碳化物、铼的碳化物或锆的碳化物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的碳化钨材料，其特征在于，其成分以重量百分比计，由以下组分组成：wc 80-85%、tic 5-10%、co 4-6%、ni 4-6%、cr2c3 0.2-0.5%、vc 0.2-0.4%、mo2c 0.5-1%、k 0.5-1.5%，k选自nbc、tac、（ta，nb）c中的至少一种。3.根据权利要求1所述的碳化钨材料，其特征在于，其硬度为85.0-97.5hra、抗弯强度>1360mpa、孔隙度为a02b00c00、碳化钨晶粒度为0.2-1.0μm。4.一种如权利要求1-3任何一项所述的碳化钨材料的生产方法，包括如下步骤：1）按设计组分配取碳化钨粉、碳化钛粉、钴粉、镍粉、碳化铬粉、碳化钒粉、二碳化钼粉、k粉；所述k粉选自碳化钽铌固溶体、碳化钨钛固溶体、钽的碳化物、铪的碳化物、铌的碳化物、铼的碳化物、锆的碳化物中的至少一种；2）依次将配取的上述粉置于滚动球磨机内进行湿法混料球磨，球磨后，将混合料通过真空干燥箱或真空搅拌干燥机进行干燥处理，干燥后的混合粉末在200目的筛网下进行筛分后，备用；3）将备用粉末和成型剂按比例加入到真空搅拌干燥机中进行混炼，成型剂添加量为取用粉末的3.0-4.5%，混炼时间为60-90min，混炼温度为75-95℃，成型剂采用硬质合金石蜡或聚乙二醇；降温后，将混炼后的混合料在80目的筛网下进行筛分后，备用；4）将备用混合料在液压机上模压成形碳化钨楔焊劈刀压坯；5）采用真空脱脂烧结一体炉对模压成形的压坯进行脱脂烧结。5.据权利要求4所述的生产方法，在步骤1），所述碳化钨粉的平均粒度为0.1-2.5μm，碳化钛粉和碳化钼粉的平均粒度为0.1-3.0μm，钴粉、镍粉、碳化铬粉、碳化钒粉的平均粒度为 0.1-1.0μm、k粉的平均粒度为0.1-2.0μm。6.根据权利要求4所述的生产方法，在步骤4），所述碳化钨楔焊劈刀压坯为实心棒坯；所述实心棒坯的外径φ为2-5mm，长度l为25-100mm。7.根据权利要求4所述的生产方法，在步骤5），碳化钨楔焊劈刀压坯在脱脂烧结过程中倾斜式放置于石墨舟皿上，所述石墨舟皿涂覆有氧化铝、氧化锆或石墨/氧化铝防粘涂层。8.根据权利要求4所述的生产方法，在步骤5），所述的脱脂烧结处理为真空负压脱脂，炉内惰性气体流量为0.5-1.8m3/h；所述脱脂保温温度为300-380℃、脱脂时间为90-180min；烧结温度为1440-1550℃、保温时间为60-120min。

技术总结
一种用于楔焊劈刀的碳化钨材料，其重量百分比组成：WC 76-89.5%、TiC 5-10%、Co 2-8%、Ni 2-8%、Cr2C


技术研发人员：林中坤 谢兴铖 王继新 杨剑 曹瑞军 史植广 刘皓 杨志民
受保护的技术使用者：有研工程技术研究院有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/8/13