JP2520971B2 - ボンディングツ―ル - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
- H01L24/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は半導体チップの製造過程で使用されるTAB
用ボンディングツールに関するものである。
用ボンディングツールに関するものである。
（従来の技術） 近年、半導体分野の技術進歩は著しく、軽薄短小の傾
向にのって、IC,LSIなどを用いた応用製品の生産は年々
増加している。これらの半導体素子の持つ電気的特性を
引き出すためには、金属めっきが施されたリードやボン
ディングワイヤーと呼ばれる金属細線と接続することが
必要である。
向にのって、IC,LSIなどを用いた応用製品の生産は年々
増加している。これらの半導体素子の持つ電気的特性を
引き出すためには、金属めっきが施されたリードやボン
ディングワイヤーと呼ばれる金属細線と接続することが
必要である。
接続金属には、通常化学的に安定であることや電気伝
導性が高いことからAu或はAu−Sn合金が用いられ、接続
法としては、加熱したボンディングツールで加圧し、熱
圧着する方式が広く採用されている。
導性が高いことからAu或はAu−Sn合金が用いられ、接続
法としては、加熱したボンディングツールで加圧し、熱
圧着する方式が広く採用されている。
上記の熱圧着方式の接続で用いられるボンディングツ
ールは大別して２種ある。
ールは大別して２種ある。
（課題） その１つの方式は、パルス加熱方式と呼ばれるもの
で、素材のニクロム、ステンレス、インコネル、Mo等を
瞬間的に通電発熱させて使用する。この方式では使用す
る素材の問題として、高温での酸化やリードの焼付き、
変形等が顕著に生じるため、定期的に先端をクリーニン
グする必要がある。
で、素材のニクロム、ステンレス、インコネル、Mo等を
瞬間的に通電発熱させて使用する。この方式では使用す
る素材の問題として、高温での酸化やリードの焼付き、
変形等が顕著に生じるため、定期的に先端をクリーニン
グする必要がある。
他の１つは定常加熱方式のツールで、カートリッジヒ
ーターを組み込んだシャンクの先端に研摩したダイヤモ
ンドやルビーの単結晶を埋め込んだものが使用されてお
り、パルス加熱方式のツールに比べて特にダイヤモンド
単結晶を用いたものは寿命が長い特徴がある。ここで、
ダイヤモンドが好んで用いられるのは、大気中で約900
℃まで顕著な熱劣化が生じないことや、Au−Snとの濡れ
性が悪く、反応も生じないことによるものである。
ーターを組み込んだシャンクの先端に研摩したダイヤモ
ンドやルビーの単結晶を埋め込んだものが使用されてお
り、パルス加熱方式のツールに比べて特にダイヤモンド
単結晶を用いたものは寿命が長い特徴がある。ここで、
ダイヤモンドが好んで用いられるのは、大気中で約900
℃まで顕著な熱劣化が生じないことや、Au−Snとの濡れ
性が悪く、反応も生じないことによるものである。
また、研摩したダイヤモンド単結晶はその表面状態が
Rmaxで0.1μｍ以下と良好で、かつ高硬度であるためそ
の表面状態が変化し難い。この特性により、圧着時に溶
融したAu−Snはダイヤモンド表面に付着残留することが
少ない。
Rmaxで0.1μｍ以下と良好で、かつ高硬度であるためそ
の表面状態が変化し難い。この特性により、圧着時に溶
融したAu−Snはダイヤモンド表面に付着残留することが
少ない。
さらに、ダイヤモンドは現存する物質中、最も高い熱
伝導部を有するため、定常加熱方式のツール素材に用い
ると、ヒーターを過度に発熱させることなくすなわちシ
ャンクを過度に熱することなくツール先端を所望の500
〜600℃に加熱させることができるという長所がある。
伝導部を有するため、定常加熱方式のツール素材に用い
ると、ヒーターを過度に発熱させることなくすなわちシ
ャンクを過度に熱することなくツール先端を所望の500
〜600℃に加熱させることができるという長所がある。
しかしながら、ダイヤモンド単結晶は高価であり、ま
た比較的安価な合成品でも未だ数mm以上の大きなものが
得られていないのが現実である。今後、多数の端子を一
度に熱圧着する工程が増加すると考えられるが、その場
合には10mm以上の素材形状が必要となる。
た比較的安価な合成品でも未だ数mm以上の大きなものが
得られていないのが現実である。今後、多数の端子を一
度に熱圧着する工程が増加すると考えられるが、その場
合には10mm以上の素材形状が必要となる。
それゆえに、本発明の目的は、上記の必要特性を備え
たボンディングツールを提供することにある。
たボンディングツールを提供することにある。
（課題を解決するための手段） すなわち、本発明のボンディングツールは、Si,Si3N4
を主成分とする焼結体、SiCを主成分とする焼結体、AlN
を主成分とする焼結体および／またはこれらの複合体か
らなる基体に気相合成法で析出させた多結晶ダイヤモン
ドを被覆したものを工具先端部とし、該工具先端部と、
少なくともその一部が室温から600℃までの線膨張率が
7.5×10-6／℃以下である金属および／または合金製シ
ャンクとが接合していることを特徴とするものである。
を主成分とする焼結体、SiCを主成分とする焼結体、AlN
を主成分とする焼結体および／またはこれらの複合体か
らなる基体に気相合成法で析出させた多結晶ダイヤモン
ドを被覆したものを工具先端部とし、該工具先端部と、
少なくともその一部が室温から600℃までの線膨張率が
7.5×10-6／℃以下である金属および／または合金製シ
ャンクとが接合していることを特徴とするものである。
（作用） 以下本発明を発明の経緯と共に詳細に説明する。
本発明者らは、先ずダイヤモンド単結晶の代りにより
大きな形状が作製できる市販のCoを結合材として含有す
る焼結ダイヤモンドを定常加熱方式ツールの先端素材に
用いることを検討した。
大きな形状が作製できる市販のCoを結合材として含有す
る焼結ダイヤモンドを定常加熱方式ツールの先端素材に
用いることを検討した。
融点750℃の銀ロウを使用してステンレス鋼製のシャ
ンクにロウ付けした後、先端面の研摩とシャンクの加工
を行いツールを作製した。研摩された焼結ダイヤモンド
はRmax＝0.06μｍで表面状態は良好であった。
ンクにロウ付けした後、先端面の研摩とシャンクの加工
を行いツールを作製した。研摩された焼結ダイヤモンド
はRmax＝0.06μｍで表面状態は良好であった。
ツールの先端を常時570℃に一定加熱してICチップとA
u−Sn線との熱圧着をくり返し行ったところ、徐々に、
研摩した先端面に凹凸が生じ、融解したAu−Sn合金の付
着量が多くなっている状態が観察された。
u−Sn線との熱圧着をくり返し行ったところ、徐々に、
研摩した先端面に凹凸が生じ、融解したAu−Sn合金の付
着量が多くなっている状態が観察された。
先端面の変形は、ダイヤモンド焼結体を常時加熱して
いるため、結合材のCoとダイヤモンドの熱膨張差に基づ
き微小亀裂の発生や、ダイヤモンドの黒鉛化の進行によ
る耐摩耗性の低下によるものと考えられた。
いるため、結合材のCoとダイヤモンドの熱膨張差に基づ
き微小亀裂の発生や、ダイヤモンドの黒鉛化の進行によ
る耐摩耗性の低下によるものと考えられた。
以上のことから、Coを結合材とした市販の焼結ダイヤ
モンドでは、この種の工具の要求特性を満足できず、よ
り融点の高いロウ材が使用でき、かつ長時間の加熱使用
にも耐えられる高耐熱の素材が必要であることが判明し
た。
モンドでは、この種の工具の要求特性を満足できず、よ
り融点の高いロウ材が使用でき、かつ長時間の加熱使用
にも耐えられる高耐熱の素材が必要であることが判明し
た。
耐熱性の高いダイヤモンド焼結体は、例えば特開昭53
−114589号公報に開示されているが、この焼結体は鉄族
金属結合材を酸処理により抽出したものであるため、空
孔が存在し、研摩を行っても表面状態が良好とならない
ため、使用中にAu−Sn合金が付着し易い。
−114589号公報に開示されているが、この焼結体は鉄族
金属結合材を酸処理により抽出したものであるため、空
孔が存在し、研摩を行っても表面状態が良好とならない
ため、使用中にAu−Sn合金が付着し易い。
空孔の存在しない耐熱性ダイヤモンド焼結体は、特開
昭59−161268号公報や特開昭61−33865号公報に開示さ
れているが、これらの結合材は、SiやSiC或はSiの合金
等で構成されており、これらはダイヤモンドに比べて硬
度が低いため研摩後の表面状態はやはり十分満足された
ものではない。
昭59−161268号公報や特開昭61−33865号公報に開示さ
れているが、これらの結合材は、SiやSiC或はSiの合金
等で構成されており、これらはダイヤモンドに比べて硬
度が低いため研摩後の表面状態はやはり十分満足された
ものではない。
結合材を含有せず、ダイヤモンドのみからなる焼結体
は、耐熱性、硬度、熱伝導率、面粗度の全てに関して最
も望ましいと考えられる。その試みとして、ダイヤモン
ドの粉末のみを超高圧下で焼結することが行われている
が、ダイヤモンド粒子自身が変形し難いため、粒子の間
隙には圧力が伝達されず、したがって黒鉛化が生じ、ダ
イヤモンド−黒鉛の複合体しか得られていないのが現状
である。
は、耐熱性、硬度、熱伝導率、面粗度の全てに関して最
も望ましいと考えられる。その試みとして、ダイヤモン
ドの粉末のみを超高圧下で焼結することが行われている
が、ダイヤモンド粒子自身が変形し難いため、粒子の間
隙には圧力が伝達されず、したがって黒鉛化が生じ、ダ
イヤモンド−黒鉛の複合体しか得られていないのが現状
である。
一方、最近では気相合成法により、結合材を含有しな
いダイヤモンド多結晶体を製造する技術が飛躍的な進歩
を遂げており、この技術を応用することが有効であると
考えられた。気相合成法により、ダイヤモンド薄膜を超
硬合金やＷ等の基体に析出させ、切削工具として用いる
ことは知られているが、これを上記したボンディングツ
ールに適用しても、膜の密着強度が低いため、使用中に
被覆膜の剥離や亀裂の発生が生じて、良好な結果が得ら
れなかった。
いダイヤモンド多結晶体を製造する技術が飛躍的な進歩
を遂げており、この技術を応用することが有効であると
考えられた。気相合成法により、ダイヤモンド薄膜を超
硬合金やＷ等の基体に析出させ、切削工具として用いる
ことは知られているが、これを上記したボンディングツ
ールに適用しても、膜の密着強度が低いため、使用中に
被覆膜の剥離や亀裂の発生が生じて、良好な結果が得ら
れなかった。
本発明者らは、より一層優れたボンディングツール素
材を得るべく鋭意検討し、さらにこの優れた素材をボン
ディングツールの工具先端部として活かすためのツール
構成の検討を重ねた結果、以下の発明をなしたものであ
る。
材を得るべく鋭意検討し、さらにこの優れた素材をボン
ディングツールの工具先端部として活かすためのツール
構成の検討を重ねた結果、以下の発明をなしたものであ
る。
すなわち、Si,Si3N4を主成分とする焼結体、SiCを主
成分とする焼結体、AlNを主成分とする焼結体および／
またはこれらの複合体からなる基体に気相合成法で析出
させた多結晶ダイヤモンドを被覆したものを工具先端部
とし、該工具先端部と、少なくともその一部が室温から
600℃までの線膨張率が7.5×10-6／℃以下である金属お
よび／または合金製シャンクとが接合していることを特
徴とすることにより、優れたボンディングツールとなる
ことを見出したものである。
成分とする焼結体、AlNを主成分とする焼結体および／
またはこれらの複合体からなる基体に気相合成法で析出
させた多結晶ダイヤモンドを被覆したものを工具先端部
とし、該工具先端部と、少なくともその一部が室温から
600℃までの線膨張率が7.5×10-6／℃以下である金属お
よび／または合金製シャンクとが接合していることを特
徴とすることにより、優れたボンディングツールとなる
ことを見出したものである。
本発明の実施にあたり、優れたボンディングツール素
材を得るためには、基体にダイヤモンドとの熱膨張係数
が近く、被覆したダイヤモンド層との密着性が良好なも
のを選定することが必要である。
材を得るためには、基体にダイヤモンドとの熱膨張係数
が近く、被覆したダイヤモンド層との密着性が良好なも
のを選定することが必要である。
またツールの作製工程及びツールとして使用する際に
は、500〜1000℃程度の高温に曝されるため、高い耐熱
性を有するものであることも必要である。本発明者ら
は、これらの特性を有する物としてSi,Si3N4を主成分と
する焼結体、SiCを主成分とする焼結体、AlNを主成分と
する焼結体が有効であることを見出した。これらの基体
を必要形状に成形加工した後、気相合成法によりダイヤ
モンドの被覆を行なう。尚、基体の厚さは、上記の基体
材質の強度、シャンク材質の線膨張率の大きさ等により
0.5〜5mmの範囲で選択される。
は、500〜1000℃程度の高温に曝されるため、高い耐熱
性を有するものであることも必要である。本発明者ら
は、これらの特性を有する物としてSi,Si3N4を主成分と
する焼結体、SiCを主成分とする焼結体、AlNを主成分と
する焼結体が有効であることを見出した。これらの基体
を必要形状に成形加工した後、気相合成法によりダイヤ
モンドの被覆を行なう。尚、基体の厚さは、上記の基体
材質の強度、シャンク材質の線膨張率の大きさ等により
0.5〜5mmの範囲で選択される。
気相合成の手段としては公知のあらゆる方法が可能で
あり、熱電子放射やプラズマ放電を利用して原料ガスの
分解・励起を生じさせる方法や燃焼炎を用いた成膜方法
等が有効である。原料ガスとしては、例えばメタン、エ
タン、プロパン等の炭化水素類、メタノール、エタノー
ル等のアルコール類、エステル類等の有機炭素化合物と
水素とを主成分とする混合ガスを用いることが一般的で
あるが、これら以外にアルゴン等の不活性ガスや酸素、
一酸化炭素、水等も、炭素の合成反応やその特性を阻害
しない範囲であれば、原料中に含有されていても差し支
えない。
あり、熱電子放射やプラズマ放電を利用して原料ガスの
分解・励起を生じさせる方法や燃焼炎を用いた成膜方法
等が有効である。原料ガスとしては、例えばメタン、エ
タン、プロパン等の炭化水素類、メタノール、エタノー
ル等のアルコール類、エステル類等の有機炭素化合物と
水素とを主成分とする混合ガスを用いることが一般的で
あるが、これら以外にアルゴン等の不活性ガスや酸素、
一酸化炭素、水等も、炭素の合成反応やその特性を阻害
しない範囲であれば、原料中に含有されていても差し支
えない。
被覆する膜厚は５〜300μｍが好ましい。これは膜厚
が５μｍ未満であると被覆面の研摩中に或はツールとし
て使用中に亀裂が入りやすいためである。また現状の技
術では膜厚が300μｍを超す厚いものとするのは、析出
速度が小さいので時間すなわちコストがかかり好ましく
ない。
が５μｍ未満であると被覆面の研摩中に或はツールとし
て使用中に亀裂が入りやすいためである。また現状の技
術では膜厚が300μｍを超す厚いものとするのは、析出
速度が小さいので時間すなわちコストがかかり好ましく
ない。
また、被覆する多結晶ダイヤモンドは、ツール作製時
にその被覆上面を研摩仕上げする必要があることを考慮
し、その加工性を容易にするために、厚さ方向に（10
0）面および／または（110）面に配向するように合成す
ることが有効である。（111）面の場合は硬度が高く加
工性が悪い。さらに同じ理由から被覆する多結晶ダイヤ
モンドの被覆上面の粒子径が100μｍ以下となるように
合成することが望ましい。
にその被覆上面を研摩仕上げする必要があることを考慮
し、その加工性を容易にするために、厚さ方向に（10
0）面および／または（110）面に配向するように合成す
ることが有効である。（111）面の場合は硬度が高く加
工性が悪い。さらに同じ理由から被覆する多結晶ダイヤ
モンドの被覆上面の粒子径が100μｍ以下となるように
合成することが望ましい。
さらに、被覆する多結晶ダイヤモンドの純度は、ラマ
ン分光分析によるダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモ
ンド炭素（Ｙ）のピーク比（Y/X）が0.2以下であること
が重要である。純度がこれよりも悪いと、含有される非
ダイヤモンド炭素が多くなり、ツール使用時に大気中で
加熱される際に、この非ダイヤモンド炭素が選択的に酸
化されて、ツール先端の面粗度が低下するため好ましく
ない。
ン分光分析によるダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモ
ンド炭素（Ｙ）のピーク比（Y/X）が0.2以下であること
が重要である。純度がこれよりも悪いと、含有される非
ダイヤモンド炭素が多くなり、ツール使用時に大気中で
加熱される際に、この非ダイヤモンド炭素が選択的に酸
化されて、ツール先端の面粗度が低下するため好ましく
ない。
以上の方法で得られたツール素材は、ダイヤモンドで
被覆した面をさらに研摩仕上げして、その表面状態を単
結晶ダイヤモンド並のRmax 0.05μｍ以下とすることが
できる。
被覆した面をさらに研摩仕上げして、その表面状態を単
結晶ダイヤモンド並のRmax 0.05μｍ以下とすることが
できる。
この表面研摩された工具素材は、ロウ付け等の手段に
より工具母材に接合することにより、ボンディングツー
ル素材として性能を発揮するものである。
より工具母材に接合することにより、ボンディングツー
ル素材として性能を発揮するものである。
接合法としては、600℃以上の融点を有するロウ材を
用いる方法ならびに、金を用いて熱圧着する方法が有効
である。
用いる方法ならびに、金を用いて熱圧着する方法が有効
である。
前者のロウ付け法では、ロウ材として周期律表第IV
a,Va,VIa,VIIa族元素の少なくとも１種以上を１〜40重
量％含有し、残部が周期律表第VIII族、Cu,Ag,Au,B,In,
Snの少なくとも１種以上からなる合金を用いる方法と、
工具先端の接合表面に周期律表第IVa,Va,VIa,VIIa族
元素の少なくとも１種以上からなる金属或は合金、また
はこれら元素の化合物からなる薄膜と、周期律表第VIII
族,Cu,Ag,Auの１種以上からなる薄膜がこの順番で被覆
されており、この工具先端部は該被覆層を介して600℃
以上の融点を有するロウ材でシャンクと接合する方法を
とることができる。
a,Va,VIa,VIIa族元素の少なくとも１種以上を１〜40重
量％含有し、残部が周期律表第VIII族、Cu,Ag,Au,B,In,
Snの少なくとも１種以上からなる合金を用いる方法と、
工具先端の接合表面に周期律表第IVa,Va,VIa,VIIa族
元素の少なくとも１種以上からなる金属或は合金、また
はこれら元素の化合物からなる薄膜と、周期律表第VIII
族,Cu,Ag,Auの１種以上からなる薄膜がこの順番で被覆
されており、この工具先端部は該被覆層を介して600℃
以上の融点を有するロウ材でシャンクと接合する方法を
とることができる。
方法で使用できる具体的なロウ材としては、Ag−Cu
−Ti合金,Ag−Cu−In−Ti合金,Cu−Ni−Zr合金,Cu−Ni
−Mn合金,Au−Ni−Cr合金などがある。
−Ti合金,Ag−Cu−In−Ti合金,Cu−Ni−Zr合金,Cu−Ni
−Mn合金,Au−Ni−Cr合金などがある。
また方法では、例えば工具先端部或はシャンクの接
合表面に厚さが数μｍ以下の薄膜状のTi・Niをこの順番
に被覆した後、Ag−Cu合金系のロウ材を用いて大気中で
或は真空中でロウ付けする方法等が有効である。
合表面に厚さが数μｍ以下の薄膜状のTi・Niをこの順番
に被覆した後、Ag−Cu合金系のロウ材を用いて大気中で
或は真空中でロウ付けする方法等が有効である。
これらの方法で、周期律表第IVa,Va,VIa,VIIa族元素か
らなる金属、合金或は化合物は多結晶ダイヤモンドと反
応することにより炭化物を生成し、ロウ付強度を向上さ
せる作用をもつものである。
らなる金属、合金或は化合物は多結晶ダイヤモンドと反
応することにより炭化物を生成し、ロウ付強度を向上さ
せる作用をもつものである。
後者の金圧着の方法では、工具先端部および／または
シャンクが接合表面に周期律表第IVa,Va,VIa,VIIa族元
素の少なくとも１種以上からなる金属或は合金、または
これら元素の化合物からなる薄膜を接着強化層として、
またPt,Pd,W,Mo,Ta,Niの少なくとも１種以上からなる金
属或合金の薄膜を拡散防止層として、拡散防止層が外側
になるように被覆されていることが高い接合強度を得る
ために重要である。
シャンクが接合表面に周期律表第IVa,Va,VIa,VIIa族元
素の少なくとも１種以上からなる金属或は合金、または
これら元素の化合物からなる薄膜を接着強化層として、
またPt,Pd,W,Mo,Ta,Niの少なくとも１種以上からなる金
属或合金の薄膜を拡散防止層として、拡散防止層が外側
になるように被覆されていることが高い接合強度を得る
ために重要である。
シャンク材質としては、熱膨張率の値が工具先端部の
それに近いもの、すなわち、室温から600℃までの線膨
張率が7.5×10-6／℃以下である金属および／または合
金を少なくともその一部に使用することが接合強度の点
から重要である。このような特徴をもった材質として
は、コバール，インバー合金,Mo,W,W−Cu合金，超硬合
金などが該当する。さらに必要に応じて熱応力緩和層と
してCuやNi等の軟質金属をシャンク接合側の一部に介在
させる方法も有効である。
それに近いもの、すなわち、室温から600℃までの線膨
張率が7.5×10-6／℃以下である金属および／または合
金を少なくともその一部に使用することが接合強度の点
から重要である。このような特徴をもった材質として
は、コバール，インバー合金,Mo,W,W−Cu合金，超硬合
金などが該当する。さらに必要に応じて熱応力緩和層と
してCuやNi等の軟質金属をシャンク接合側の一部に介在
させる方法も有効である。
これらのシャンク素材を用いたツール構成は大別して
３種あり、第１図〜第３図にその概念図をまとめた。す
なわち、第１図はシャンクの全部に、上記の材質を用い
た場合であり、第２図は工具先端部に近い一部（シャン
ク（Ａ））にのみ用いた場合を表わす。第２図の構成
は、素材費が高い或は加工が難しい材質、すなわちMo,
W,超硬合金等を使用する場合に特に有効である。この場
合、シャンクの残部、すなわち図中シャンク（Ｂ）と示
されている部分にはステンレス鋼等の熱膨張率が大きい
材質を用いてもさしつかえない。
３種あり、第１図〜第３図にその概念図をまとめた。す
なわち、第１図はシャンクの全部に、上記の材質を用い
た場合であり、第２図は工具先端部に近い一部（シャン
ク（Ａ））にのみ用いた場合を表わす。第２図の構成
は、素材費が高い或は加工が難しい材質、すなわちMo,
W,超硬合金等を使用する場合に特に有効である。この場
合、シャンクの残部、すなわち図中シャンク（Ｂ）と示
されている部分にはステンレス鋼等の熱膨張率が大きい
材質を用いてもさしつかえない。
また、第３図はシャンク本体と工具先端部の間に、熱
応力緩和層として、上記の金属を介在させたもので、こ
の軟質金属が塑性変形することにより、熱応力を緩和し
て接合強度の低下を防ぐことができる。
応力緩和層として、上記の金属を介在させたもので、こ
の軟質金属が塑性変形することにより、熱応力を緩和し
て接合強度の低下を防ぐことができる。
以上のいずれの構成においてもその接合強度は10kg/m
m2以上の安定した値を示し、ボンディングツールとして
使用することができる。
m2以上の安定した値を示し、ボンディングツールとして
使用することができる。
以下、実施例により具体的に説明する。
（実施例） 実施例１ マイクロ波プラズマCVD法により一辺15mm,厚さ2mmのS
iC焼結体製の基体を石英ガラスからなる支持台上に固定
して、ダイヤモンドの被覆を行なった。条件は以下の通
りで、10時間で50μｍの厚さの多結晶ダイヤモンドが被
覆できた。
iC焼結体製の基体を石英ガラスからなる支持台上に固定
して、ダイヤモンドの被覆を行なった。条件は以下の通
りで、10時間で50μｍの厚さの多結晶ダイヤモンドが被
覆できた。
原料ガス（流量）：H2 200cc/min、 CH4 4cc/min、Ar 50cc/min 圧力:100Torr マイクロ波発振機出力:800W 被覆層である多結晶ダイヤモンドの粒径は15μｍ程度
で、表面粗さはRmaxで8.5μｍであった。また、Moを基
体として同様の条件で処理したところ、膜厚が45μｍ、
粒径20μｍで表面粗さがRmaxで10.5μｍの多結晶ダイヤ
モンドが被覆できた。これらの多結晶ダイヤモンドはい
ずれも厚さ方向に（110）面配向しているものであっ
た。また、これらの多結晶ダイヤモンドはラマン分光分
析により、ダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモンド炭
素（Ｙ）のピーク比（Y/X）が0.05であった。
で、表面粗さはRmaxで8.5μｍであった。また、Moを基
体として同様の条件で処理したところ、膜厚が45μｍ、
粒径20μｍで表面粗さがRmaxで10.5μｍの多結晶ダイヤ
モンドが被覆できた。これらの多結晶ダイヤモンドはい
ずれも厚さ方向に（110）面配向しているものであっ
た。また、これらの多結晶ダイヤモンドはラマン分光分
析により、ダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモンド炭
素（Ｙ）のピーク比（Y/X）が0.05であった。
これらの被覆焼結体をメッシュサイズ♯200のダイヤモ
ンド電着砥石により、その被覆面を研摩した。その結
果、Moを基体としたものは、研摩中に膜に亀裂が入り、
一部剥離してしまったが、SiC焼結体を基体としたもの
は、剥離せずにRmaxが0.03μｍと単結晶ダイヤモンドに
匹敵する程の良好な研摩面状態が得られた。この研摩で
きたものを研摩面と反対側の面をロウ付け面としてコバ
ール製のシャンクにAg−Cu合金ロウ材により、真空中85
0℃でロウ付け接合した。尚、ロウ付けの前処理とし
て、ロウ付け面となるSiC焼結体の表面にはPVD法でTi及
びNiを夫々２μｍづつ予め積層被覆した。
ンド電着砥石により、その被覆面を研摩した。その結
果、Moを基体としたものは、研摩中に膜に亀裂が入り、
一部剥離してしまったが、SiC焼結体を基体としたもの
は、剥離せずにRmaxが0.03μｍと単結晶ダイヤモンドに
匹敵する程の良好な研摩面状態が得られた。この研摩で
きたものを研摩面と反対側の面をロウ付け面としてコバ
ール製のシャンクにAg−Cu合金ロウ材により、真空中85
0℃でロウ付け接合した。尚、ロウ付けの前処理とし
て、ロウ付け面となるSiC焼結体の表面にはPVD法でTi及
びNiを夫々２μｍづつ予め積層被覆した。
この接合体をさらに研摩仕上げ加工してボンディング
ツールを作製した。このツールの耐久テストをボンディ
ング装置に実装して行ったところ、3mm角の単結晶ダイ
ヤモンドを用いて作製したツールと同様に100万回の使
用に耐えた。
ツールを作製した。このツールの耐久テストをボンディ
ング装置に実装して行ったところ、3mm角の単結晶ダイ
ヤモンドを用いて作製したツールと同様に100万回の使
用に耐えた。
そのボンディング面の寸法が拡大できたことにより、
生産性が約５倍に増大できることが明らかとなった。
生産性が約５倍に増大できることが明らかとなった。
実施例２ 実施例１と同様の製造方法により、第１表に示したボ
ンディングツール素材を作製した。第１表には、比較と
して本発明以外の素材についても示した。
ンディングツール素材を作製した。第１表には、比較と
して本発明以外の素材についても示した。
これらの素材の被覆面及び比較として市販のCoを10容
量％含有する焼結ダイヤモンドを研摩加工した。
量％含有する焼結ダイヤモンドを研摩加工した。
その結果、被覆膜の厚さが５μｍよりも薄かったＣは
研摩中に亀裂が入った。また、Mo,Taを用いたNo,B,No.I
は夫々研摩中に被覆膜が剥離してしまった。さらに（11
1）面に配向したＡ及び被覆多結晶ダイヤモンドの上面
粒子径が150μｍと粗大であるNo.Hは加工性が悪く、全
面研摩することができなかった。
研摩中に亀裂が入った。また、Mo,Taを用いたNo,B,No.I
は夫々研摩中に被覆膜が剥離してしまった。さらに（11
1）面に配向したＡ及び被覆多結晶ダイヤモンドの上面
粒子径が150μｍと粗大であるNo.Hは加工性が悪く、全
面研摩することができなかった。
これら以外のものの研摩後の表面粗さを第２表に示
す。
す。
これらの素材を加工し、Cu,Ni,Mnが夫々重量比で7:1:
2の割合からなるロウ材を用いて、インバー合金製のシ
ャンクに真空中900℃の条件でロウ付けを行った。接合
後加工を施して先端角10mmのボンディングツールを作製
した。これらのツールの耐久テストを行った結果もあわ
せて第２表に示す。使用条件は、先端温度520℃で圧着
時間２秒とし、ピン数1000本のICをくり返しボンディン
グした。この表から明らかなように、ラマン分光分析に
より非ダイヤモンド炭素の含有量が本発明の規格以上で
あったNo.Fは面粗度の劣化がみられたが、本発明の素材
を用いたツールでは顕著な劣化はみられなかった。
2の割合からなるロウ材を用いて、インバー合金製のシ
ャンクに真空中900℃の条件でロウ付けを行った。接合
後加工を施して先端角10mmのボンディングツールを作製
した。これらのツールの耐久テストを行った結果もあわ
せて第２表に示す。使用条件は、先端温度520℃で圧着
時間２秒とし、ピン数1000本のICをくり返しボンディン
グした。この表から明らかなように、ラマン分光分析に
より非ダイヤモンド炭素の含有量が本発明の規格以上で
あったNo.Fは面粗度の劣化がみられたが、本発明の素材
を用いたツールでは顕著な劣化はみられなかった。
実施例３ 熱電子放射材として直径0.5mm及び長さ20mmの直線状
タングステンフィラメントを用い、水素、炭素源及び水
蒸気からなる原料ガスを20時間分解励起して、厚さ3mm
のSiC基体上に第３表に示す条件で多結晶ダイヤモンド
を合成した。
タングステンフィラメントを用い、水素、炭素源及び水
蒸気からなる原料ガスを20時間分解励起して、厚さ3mm
のSiC基体上に第３表に示す条件で多結晶ダイヤモンド
を合成した。
得られた多結晶ダイヤモンドの特性を第３表にあわせ
て示す。これらの工具先端部を第４表に示した構成でツ
ールを作製した。これらはいずれもボンディングツール
として100万回の使用に耐えた。使用後のツールを用い
て接合強度（剪断強度）を測定した結果を第４表に示
す。比較として、本発明外であるSUS304に直接ロウ付け
した場合は2Kg/mm2と低い値を示したが、本発明のＬ〜
Ｑはいずれも安定した高い接合強度を示すことが明らか
となった。
て示す。これらの工具先端部を第４表に示した構成でツ
ールを作製した。これらはいずれもボンディングツール
として100万回の使用に耐えた。使用後のツールを用い
て接合強度（剪断強度）を測定した結果を第４表に示
す。比較として、本発明外であるSUS304に直接ロウ付け
した場合は2Kg/mm2と低い値を示したが、本発明のＬ〜
Ｑはいずれも安定した高い接合強度を示すことが明らか
となった。
（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、耐熱性、強度および
耐摩耗性がより一層向上されたボンディングツールを得
ることが可能となる。
耐摩耗性がより一層向上されたボンディングツールを得
ることが可能となる。
第１図，第２図および第３図は本発明のボンディングツ
ールの構成を示す。 （番号） 1:多結晶ダイヤモンド 2:基体 3:ロウ材或は金 4:シャンク（Ａ） 5:シャンク（Ｂ） 6:熱応力緩和層 7:シャンク（Ａ）
ールの構成を示す。 （番号） 1:多結晶ダイヤモンド 2:基体 3:ロウ材或は金 4:シャンク（Ａ） 5:シャンク（Ｂ） 6:熱応力緩和層 7:シャンク（Ａ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−224349（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−126647（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−90542（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−5026（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−67750（ＪＰ，Ｕ)
Claims (12)
- 【請求項１】Si,Si3N4を主成分とする焼結体、SiCを主
成分とする焼結体、AlNを主成分とする焼結体および／
またはこれらの複合体からなる基体に気相合成法で析出
させた多結晶ダイヤモンドを被覆したものを工具先端部
とし、該工具先端部と、少なくともその一部が室温から
600℃までの線膨張率が7.5×10-6／℃以下である金属お
よび／または合金製シャンクとが接合していることを特
徴とするボンディングツール。 - 【請求項２】基体の厚さが0.5〜5mmであることを特徴と
する請求項１記載のボンディングツール。 - 【請求項３】被覆する多結晶ダイヤモンドの厚さが５〜
300μｍであることを特徴とする請求項１または２記載
のボンディングツール。 - 【請求項４】被覆する多結晶ダイヤモンドの純度がラマ
ン分光分析によるダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモ
ンド炭素（Ｙ）のピーク比（Y/X）が0.2以下であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のボンデ
ィングツール。 - 【請求項５】被覆する多結晶ダイヤモンドが厚さ方向に
（100）面および／または（110）面に配向していること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のボンデ
ィングツール。 - 【請求項６】工具先端部とシャンクとの接合が600℃以
上の融点を有するロウ材により行なわれていることを特
徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のボンディン
グツール。 - 【請求項７】ロウ材が周期律表IVa,Va,VIa,VIIa族元素
の少なくとも１種以上を１〜40重量％含有し、残部が周
期律表第VIII族、Cu,Ag,Au,B,In,Snの少なくとも１種以
上からなる合金であることを特徴とする請求項６記載の
ボンディングツール。 - 【請求項８】工具先端部の接合表面に周期律表第IVa,V
a,VIa,VIIa族元素の少なくとも１種以上からなる金属或
いは合金、またはこれらの元素の化合物からなる薄膜と
周期律表第VIII族、Cu,Ag,Auの１種以上からなる薄膜が
この順番で被覆されており、この工具先端部は該被覆層
を介して600℃以上の融点を有するロウ材でシャンクと
接合していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
かに記載のボンディングツール。 - 【請求項９】工具先端部とシャンクとの接合が、熱圧着
により形成された金により行われていることを特徴とす
る請求項１乃至５のいずれかに記載のボンディングツー
ル。 - 【請求項１０】工具先端部および／またはシャンクが接
合表面に周期律表IVa,Va,VIa,VIIa族元素の少なくとも
１種以上からなる金属或いは合金、またはこれら元素の
化合物からなる薄膜を接着強化層として、またPt,Pd,W,
Mo,Ta,Niの少なくとも１種以上からなる金属或いは合金
の薄膜を拡散防止層として、拡散防止層が外側になるよ
うに被覆されていることを特徴とする請求項９記載のボ
ンディングツール。 - 【請求項１１】シャンクの材質として、シャンク全部或
いは接合側の一部がコバール、インバー合金、Mo,W,W−
Cu合金、超硬合金からなることを特徴とする請求項１乃
至10のいずれかに記載のボンディングツール。 - 【請求項１２】シャンク材質として、接合側の一部にC
u,Niを熱応力緩和層として介在することを特徴とする請
求項１乃至11のいずれかに記載のボンディングツール。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2129924A JP2520971B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | ボンディングツ―ル |
| EP90309271A EP0435423B1 (en) | 1989-12-20 | 1990-08-23 | A bonding tool |
| DE69018220T DE69018220T2 (de) | 1989-12-20 | 1990-08-23 | Verbindungswerkzeug. |
| US07/573,062 US5197651A (en) | 1989-12-20 | 1990-08-24 | Bonding tool |
| KR1019900013094A KR100210900B1 (ko) | 1989-12-20 | 1990-08-24 | 본딩 공구 |
| CA002023933A CA2023933C (en) | 1989-12-20 | 1990-08-24 | Bonding tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2129924A JP2520971B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | ボンディングツ―ル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0425138A JPH0425138A (ja) | 1992-01-28 |
| JP2520971B2 true JP2520971B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=15021778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2129924A Expired - Fee Related JP2520971B2 (ja) | 1989-12-20 | 1990-05-18 | ボンディングツ―ル |
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| DE4224867A1 (de) * | 1992-07-28 | 1994-02-03 | Abb Patent Gmbh | Hochwarmfester Werkstoff |
| GB2287897B (en) * | 1994-03-31 | 1996-10-09 | Sumitomo Electric Industries | A high strength bonding tool and a process for the production of the same |
| US5553767A (en) * | 1994-08-17 | 1996-09-10 | Donald Fegley | Soldering iron tip made from a copper/iron alloy composite |
| JP2006210534A (ja) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 実装工具 |
| JP4927965B2 (ja) * | 2010-03-12 | 2012-05-09 | 株式会社コナミデジタルエンタテインメント | 走行体の走行制御装置 |
| JP5526993B2 (ja) * | 2010-05-06 | 2014-06-18 | 株式会社デンソー | はんだ供給装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6059086B2 (ja) * | 1980-12-12 | 1985-12-23 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツク工具 |
| JPS60200868A (ja) * | 1984-03-22 | 1985-10-11 | 東京工業大学長 | 炭化ケイ素又は窒化ケイ素焼結体の接合方法 |
| JPS6182995A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-26 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ろう付け用材料 |
| JPS61163164A (ja) * | 1985-01-08 | 1986-07-23 | 昭和電工株式会社 | ダイヤモンド焼結体の製造法 |
| JPH0627301B2 (ja) * | 1985-04-04 | 1994-04-13 | 東北特殊鋼株式会社 | セラミック接合用の高強度低熱膨張合金 |
| JPS6270284A (ja) * | 1985-09-19 | 1987-03-31 | 株式会社日立製作所 | メタライズド炭化珪素系セラミツクス体とその製造方法 |
| JPH0713298B2 (ja) * | 1985-10-31 | 1995-02-15 | 京セラ株式会社 | ダイヤモンド被覆切削工具 |
| JPS62182171A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-10 | 日立化成工業株式会社 | セラミツクスと金属部材との接合法 |
| JPS6345193A (ja) * | 1986-08-13 | 1988-02-26 | 株式会社日立製作所 | 金属化表面を有する炭化けい素系セラミツクス焼結体およびその製造法 |
| JPH0744203B2 (ja) * | 1987-06-26 | 1995-05-15 | 松下電器産業株式会社 | ボンデイングツ−ル |
| JP2590113B2 (ja) * | 1987-07-15 | 1997-03-12 | 住友電気工業株式会社 | ボンディングツール素材及びその製造方法 |
| JPH0167750U (ja) * | 1987-10-23 | 1989-05-01 | ||
| JPH025541A (ja) * | 1988-06-24 | 1990-01-10 | Asahi Daiyamondo Kogyo Kk | ボンディングツールの製造方法 |
| JP2631309B2 (ja) * | 1988-09-28 | 1997-07-16 | セイコー電子工業株式会社 | 金属−セラミックスの接合方法 |
| JPH02126647A (ja) * | 1988-11-07 | 1990-05-15 | Toshiba Corp | ボンディング装置 |
-
1990
- 1990-05-18 JP JP2129924A patent/JP2520971B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0425138A (ja) | 1992-01-28 |
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