DLC表面涂覆在模具中的应用

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DLC表面涂覆在模具中的应用
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李庆生， LI Qing-sheng 铜陵市三佳山田科技有限公司,安徽,铜陵,244000
模具工业 DIE & MOULD INDUSTRY 2010,36(4)
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ＣＤＬｃ
表１膜层种类及工艺参数
膜层厚度／ｖｒａ
Ｏ．５～２．５ １．０～４．０ １．０～５．０ １．０～３．Ｏ
硬度舟Ⅳ
５ ０００－９０００ ２０００～３０∞ １０００～２０００ ２２００～４０００
摩擦因数 Ｏ．１
最高工作温度／℃ 处理温度／℃
４∞
２【Ｈ
０．１
３５０
２０４
０．１ Ｏ．０６－０．１５
３５０
件下（１．３ｘ １０－２～１．３ｘ １０一＇）ａ），采用低电压、大电 流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使 被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作 用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。图１ 是ＤＬＣ涂覆原理简图。图２是ＤＬＣ处理设备。
２基本原理 ＤＬＣ涂层处理使用的是一种物理气相沉积工
一般最常见也是比较难解决的的问题是膜层和 工件基体之间的结合力不强。出现分层现象（见图 ３）。出现这种问题的原因有很多种，最主要的有工件 清洗得不干净、不彻底，工件的基体没有抛光到工艺 要求或者存在缺陷，成形工艺参数不合理等。出现
名称 Ｃｌｏ Ｃ１ｌ Ｃ１２ Ｃ１４
成分 ｎＣ（协Ｃ） ⅨＣ（ａＣ：Ｈ） Ｍｂ｜１Ｃ
—
３５Ｄ
１６０ １８０
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这种情况要一项项去排除，直至找到真正的原因。 为了解决基体与膜层分层的问题，有时还需要对工 件进行预处理，即在工件上预先涂覆一层金属来消 除基体本身的缺陷。
模具工业２０１０年第３６卷第４期
象。同时，生产效率也得到了极大的提高，以前生产 不到１００模就需要洗模，现在生产１ ０００模以上才需 要洗模。图４是经过ＤＩ．．Ｃ处理后的成形零件。
ｈａｒｄｎ麟．ｗｈｉｃｈ ｈｉｇｈ ｍｉｃｒｏ
ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｕｓｅｆｕｌ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ．１１七ｓｅ．ｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐａｒｔｓ
ｃｏａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ＤＬｃ ｆｉｌｍ ｉｓ １０ ｔＪＩＩｌｅＳ ｌｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ａｎ ｕｎｃｏａｔｅｄ ｐａｒｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ（ＤＬＣ）ｃｏａｔｉｎｇ；ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰｖＤ）ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌ－
ｏｇＹ；ｍｏｕｌｄ ｐａｒｔｓ
１引言 ＤＬＣ（类金刚石）涂层技术是一种应用于冲切工
具领域的专业技术。ＤＬＣ涂层的工业化生产开始于
在半导体封装模具领域中，由于绿色环保树脂 的广泛应用使得成形后产品的脱模越来越困难。在 传统工艺１Ｊｔｌ－Ｆ－的模具中，经常出现由于脱模困难而 造成产品的报废，相对应需要洗模的周期也越来越 短，产品的优良率和生产效率也越来越低，模压工 序中生产成本的居高不下成为半导体后道生产中 的瓶颈。而使用ＤＩ．．Ｅ涂覆工艺处理的模具可以很好 地解决这一问题，通过对模具中关键零件（型腔和 型芯）的表面涂覆一层ＤＬＣ涂层，可以大大降低产 品脱模力，杜绝因脱模力太大而造成产品报废的现
在靶材（用于沉淀的固体金属）上加载高电流、 低电压电弧，金属被蒸发并且瞬间离子化，这些金属 离子在高能量的作用下通过惰性气体或活性气体进 入腔体并沉淀在工件上。在金属沉淀过程中蒸发了 的金属（靶材）保持不变。在激活的沉淀过程中，改 变气体的体积或种类将会改变膜层的性质，形成像 碳化物、氮化物或氧化物的陶瓷。同样，通过改变靶 材的材质也可以产生不同的膜层。表１是不同的膜 层所用的工艺参数。
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Ｄ岖表面涂覆在模具中的应用
李庆生 （铜陵市三佳山田科技有限公司，安徽铜陵２４４０００）
摘要：简要介绍了ＤＬＣ（类金刚石）涂层技术的发展、基本原理及工艺流程。重点介绍ＤＬＣ涂层在半导体 封装模具特别是引脚成形模具中的应用，以了解ＤｋＣ涂层卓越的性能和其在模具领域中的使用价值。 在模具成形零件上涂覆一层ⅨＣ涂层，可以有效提高产品的品质、减少维护时间、降低产品的生产成 本。 关键词：ＤＬｃ涂层；ＰＶＤ工艺技术；模具零件 中图分类号：ＴＧｌ７４．４４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—２１６８（２０１０）０４—００７４－０３
艺技术ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）。是在真空条
收稿日期：２００９一１０—２２０ 作者简介：李庆生（１９７４一），男。安徽安庆人，工程师。从事半导 体工业的自动化设备设计工作，地址：安徽省铜陵市三佳山田科 技有限公司技术部，（电话）１８９５６２０４５１６，（电子信箱）ｌ啦＠ｃｈｉｍ－
（ＤＬＣ）ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＂，ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ，ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｕｌｄ ｆｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐａｃｋ－
ａｇｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｕｌｄ ｆｏｒ ｐｉｎｓ．ｍ论ｃｏａｔｉｎｇ ｈａｓ ａ ｄｅｓｉｒａｂｌｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｌＯＷ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ
图３膜层与基体出现分层现象
图４经过ＤＬＣ处理后的零件
４典型应用 ＤＩＥ涂层以其特有的优势应用于对摩擦和磨
损有特殊要求的场合，典型应用以下几个领域。 （１）切削领域：钻头、铣刀、硬质合金刀片等。 （２）金属材料成形领域：凸模、凹模、精密冲裁、
压印成形零件等。 （３）模压成形领域：模腔和型芯、顶杆及各类镶
２０世纪。与应用于模具上的硬质涂层（如俐，
ＴａＸ．ＩＮ，ＣａＮ，＂Ｉ＿ｉＣＩＮ等）相比是一种崭新的涂层技术。 在半导体封装、管脚切割和成形制造过程中，高精 度的模具是确保产品品质的关键。模具表面质量又 决定了产品优良率、生产效率和产品电学性能等。 所以，应用于半导体封装行业的模具不但要求高精 度，同时也要求模具刃口件向表面低摩擦因数和高 硬度的方向发展，而运用等离子体ＤＬＣ涂层技术的 涂层是这一问题的主要解决方案。
在半导体产品的引脚成形模具中，ＤＬＣ涂层同 样得到了广泛的应用。由于对产品质量要求的不断 提高和ＰＰＦ框架的逐步推广使用．引脚成形时的表 面损伤越来越成为关注的焦点，引脚表面在成形时 的损伤不但会影响产品的电性能参数，降低产品的 使用寿命，而且容易引起产品管脚的虚焊，造成整块 电路板的报废。在传统模具中。人们不得不花费大 量的时间和精力从数量众多的产品中剔除那些因为 引脚损伤而不合格的产品，同时。成形模具的维护、 清洗也极为频繁，一般几个小时就要清洗一次，对生 产效率造成了极大影响。ＤＬＣ涂层由于其极低的摩 擦因数和自润滑性能而能极大改善这一现象。通过 在模具成形零件上涂覆一层ＤＬＣ涂层。可以有效提 高产品的品质、减少维护时间、降低产品的生产成 本。
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＬＣ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｍｏｕｌｄ
ＬＩ Ｑｉｎｇ—ｓｈｅｎｇ
（Ｔｏｎｇｌｉｎｇ Ｓａｎｊｉａ Ｙａｍａｄａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ，Ｌｉｄ，Ｔｏｎｇｌｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ ２４４０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｔｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ
ｕｌｎｉｌｙ．ｏｃｍｏ
图１ ＤＬＣ涂覆原理图
ＤＬＣ涂层是一种在微观结构上含有金刚石成分 的涂层。构成ＤＬＣ的主要元素为碳，碳原子之间的
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模具．ｒ－：ｌｋ ２０１０年第３６卷第４期
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不同结合方式，最终产生不同的物质：金刚石
（ｄｍｍｉ）一碳碳以ｓｐ３键的形式结合；石墨
（ｇｒａｐｈｉｔｅ）一碳碳以ｓｐ２键的形式结合。类金刚石 （ＤＬＣ）一碳碳以ｓｐ３和ｓｐ２健的形式结合；其涂层结 构是由碳的ｓｐ３和ｓｐ２形态混合而成的无定型组织 （没有显性的晶格结构），涂层性能的好坏取决于形 成的膜层结构中ｓｐ３和ｓｐ２各自所占的百分比，ｓｐ３ 所占的比率越高，膜层性能越接近天然金刚石，显 微硬度越高；ｓｐ２所占的比率越高，膜层的自润滑性 能越好，摩擦因数越小，但显微硬度会降低（它和金 属之间的摩擦因数的范围一般是０．０５～Ｏ．２）。通过 设定生产流程中的工艺参数和选择不同的靶材，可 以控制最终成形膜层的属性来满足不同场合的需 求。
基体表面处理不能留有死角，这关系到膜层是否能 与基体牢固地结合。
将要涂覆的工件还要充分清洗。清洗工艺取决 于涂覆的质量水平、母材和几何形状。工件装在设 定的夹具上，夹具是在使腔体装载尺寸最优化和保 证涂覆均匀的基础上设计的。真空室抽真空至１０－６ 托（高真空）来排除系统中的任何污染物。真空室中 通入惰性气体并使其离子化。导致产生辉光放电（等 离子体）。这是气体清洗阶段并使零件做好最初的 金属沉淀准备。
图２ ＤＬＥ处理设备
３工艺流程及参数 ＤＬＣ处理的工艺流程包括所需处理工件基体
的处理（抛光、清洗）、靶材的选择、成形工艺条件的 设定、成形及成形后的检测等。
要想得到高品质的ＤＬＣ涂层，工件基体处理的 好坏至关重要。将工件要抛光到小于Ｒａ ０．２／．ｔｒｎ，涂 覆处理后的工件才可得到满意的表面质量，这对成 形一些具有光学性能要求的零件是非常重要的（如 成形光学镜头和成形ＬＥＤ零件）。这里要注意的是
５结束语 ＤＩ Ｅ涂层技术是新兴发展起来的一种表面涂覆
处理技术，以其优异的高硬度、低摩擦因数和自润滑 性能而被用于对摩擦和磨损有特殊要求的场合。其 在模具刃口件和成形零件中的应用，可以有效提高 模具本身的使用性能，提升产品的品质，明显地增加 模具的使用寿命、减少维护时间，从而提高了生产效 率，降低了单位生产成本。随着产品品质要求的不 断提高和对产品单位成本的严格控制，ＤＬＣ表面涂 覆技术会在模具工业中得到越来越广泛的应用。
在涂覆完成后，还需要对成形后工件的膜层质 量进行检测，包括工件的光泽、膜层的厚度是否均匀 而且尺寸在控制范围之内，以及膜层是否出现分层 现象等。
如果成形后的膜层出现光泽不均匀、有花纹现 象，则有可能是靶材的材质的纯净度不够，含有较多 的杂质所致。另外还有一种可能性是涂覆设备出现 了问题，没有稳定的工艺环境。出现这种情况，首先 要排查是否设备出现了问题，如果不是则必须更换 靶材。在设备稳定的情况下，膜层的厚度取决于成 形的工艺时间．出现膜层厚度超差一般都是处理时 间过长或过短所致．只要调整处理时间就可以解决 问题。
件等。 （４）：Ｊｌ擎领域：阀类、活塞销、顶杆、活塞等。 （５）半导体领域：引脚成形模具的刀口件、封装
模具的成形镶件和镶块等。 （６）其他零部件：轴类、齿轮、轴承、凸轮和从动
滚轮等。 现介绍ＤＬＣ涂层在半导体封装模具特别是引
脚成形模具领域中的应用，以其了解ＤＬＣ涂层卓越 的性能和其在模具领域中的使用价值。