JP6659463B2 - Wedge bonding parts - Google Patents
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Description
本開示は、被接合部材にワイヤを接合するウエッジボンディング装置に用いられるウエッジボンディング用部品に関する。 The present disclosure relates to a wedge bonding component used in a wedge bonding apparatus for bonding a wire to a member to be bonded.
従来、被接合部材にワイヤを接続するにあたってウエッジボンディング装置が用いられている。例えば、特許文献１では、ウエッジボンディング装置に用いられる部品（ウェッジボンディング用部品）の例が開示されている。特許文献１に記載の例では、導電ワイヤを押圧するツール先端部が、窒化けい素、ジルコニア、サイアロン、炭化けい素およびアルミナから選択された少なくとも１種のセラミックス焼結体からなる。
Conventionally, a wedge bonding apparatus has been used for connecting a wire to a member to be joined. For example,
近年、銅ワイヤーを半導体素子に接続する要求が増えているが、銅ワイヤは従来のアルミニウムワイヤや金ワイヤに比べて融点や加工硬化指数が高いことから、ツール先端部が磨耗しやすく、交換回数が増えるという問題があった。特に、ウェッジボンディング装置では、高い出力の超音波振動がツール先端部に印加されるので、ツール先端部の破損や脱粒が発生し易い。半導体デバイスの微細化にともなって、問題となるパーティクル大きさが微小になっており（微小なパーティクルでも問題になっており）、ウエッジボンディング時に発生する脱粒が今まで以上に問題となっていた。 In recent years, there has been an increasing demand for connecting copper wires to semiconductor elements. However, copper wires have a higher melting point and work hardening index than conventional aluminum wires and gold wires. There was a problem that increased. In particular, in a wedge bonding apparatus, since high-output ultrasonic vibration is applied to the tool tip, breakage and shedding of the tool tip are likely to occur. With the miniaturization of semiconductor devices, the size of problematic particles has become very small (even fine particles have become a problem), and the shedding at the time of wedge bonding has become more problematic than ever.
本開示は、脱粒の発生が少なく、かつ耐久性が高いウエッジボンディング用部品を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a component for wedge bonding with less occurrence of shedding and high durability.
ウエッジボンディング用の部品であって、少なくともワイヤと接触する部分が、酸化アルミニウムを主成分とし、チタンの炭窒化物およびチタンの硼化物の少なくともいずれかから選ばれるチタン化合物を副成分として含み、前記チタン化合物の含有量が１５質量％以上４０質量％以下であり、前記チタン化合物における平均結晶粒径が０．１μｍ以下であり、体積固有抵抗が２．６×１０ −３ Ω・ｍ以下の導電性を有するセラミック焼結体からなることを特徴とするウエッジボンディング用部品を提供する。 The component for wedge bonding, the portion in contact with at least wires, see contains aluminum oxide as a main component, carbonitride titanium and a titanium compound selected from at least one of borides of titanium as a sub-component The content of the titanium compound is 15% by mass or more and 40% by mass or less, the average crystal grain size of the titanium compound is 0.1 μm or less, and the volume resistivity is 2.6 × 10 −3 Ω · m or less. A wedge bonding component characterized by comprising a ceramic sintered body having the above conductivity .
本開示のウエッジボンディング用部品は、脱粒の発生が少なく、耐久性が高い。 The wedge bonding component according to the present disclosure is less likely to shatter and has high durability.
以下、図面を参照して、本開示のウエッジボンディング用部品の実施形態（以下、本実
施形態と記載する。）について詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of a wedge bonding component of the present disclosure (hereinafter, referred to as the present embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、ウエッジボンディング用部品を備えたウエッジボンディング装置１０の概略構成の一例を示す模式的な側面図である。図２は、図１に示すウエッジボンディング装置１０の概略構成の要部を示す模式的な側面図である。図１および図２では部分的に断面を示しており、断面を示している部分には斜線をつけて示している。
FIG. 1 is a schematic side view showing an example of a schematic configuration of a
図１、２に示すウエッジボンディング装置１０は、ワイヤ１を押圧するボンディングツール２と、ワイヤ１をボンディングツール２に供給するワイヤフィード機構３と、ボンディングツール２に超音波振動を印加する振動伝達機構４と、ボンディングツール２に荷重を加え、ワイヤ１の接合部位１ａを加圧する加圧機構（不図示）と、を備えてなる。ワイヤフィード機構３は、ワイヤ１を供給するドラム３１と、ドラム３１とボンディングツール２の先端部との間に配置され、ワイヤ１の移動経路に沿って順次配置されてなる第１ワイヤガイド３２および第２ワイヤガイド３３とを備えてなる。ワイヤ１は、例えば、直径が３０μｍ以上３ｍｍ以下の銅またはアルミからなる。第１ワイヤガイド３２、第２ワイヤガイド３３とも、ワイヤ１が挿通された貫通孔を備えており、ワイヤ１は、貫通孔の入口、内部および出口の少なくともいずれかに接触する。
A
ウエッジボンディング装置１０にはウエッジボンディング用部品の実施形態として、ボンディングツール２と、第１ワイヤガイド３２および第２ワイヤガイド３３とを備えている。
The
ボンディングツール２の上方にはボンディングツール２と一体的に移動可能に構成されてなる支持台３４が配置されており、支持台３４の上部には、ワイヤ１を供給するドラム３１が取付けられている。また、支持台３４の側部には、ワイヤ１が挿通された第１ワイヤガイド３２がそれぞれ取付けられている。
Above the
振動伝達機構４は、超音波発振器４１、ボルト締めランジュバン型振動子（以下、ＢＬＴ振動子という。）４２、コーン４３およびホーン４４を備えており、ボンディングツール２はホーン４４に固定されている。超音波発振器４１から発振された電気信号は、ＢＬＴ振動子４２によって縦振動の超音波振動に変換され、この超音波振動は、コーン４３およびホーン４４を介して、ボンディングツール２の撓み振動に変換されて、ボンディングツール２の先端部を超音波振動させる。
The
第２ワイヤガイド３３は、ホーン４４の側方に保持されている。また、ワイヤ１を切断するときにワイヤ１を固定するワイヤクランプ３５がボンディングツール２の軸方向に沿ってホーン４４に取付けられている。
The
ボンディングツール２および第２ワイヤガイド３３は、図示しないアクチュエータ等によって所望の位置に移動することができる。
The
ドラム３１から供給されるワイヤ１は、第１ワイヤガイド３２および第２ワイヤガイド３３に挿通されて、ボンディングツール２の先端部近傍に導かれる。
The
ボンディングツール２は、ワイヤ１の接合部位１ａを押圧して、加圧機構（不図示）から受ける荷重および振動伝達機構４から受ける超音波振動を加えることで、ワイヤ１を回路基板（不図示）の主面に形成された電極等の被接合部材５に接合することができる。
The
なお、ボンディングツール２は、図１、図２に示すように、ワイヤ１を安定させて先端部に供給するための貫通孔２ａを備えていてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図３は、本実施形態のウエッジボンディング用部品の一例を示す斜視図である。図３に示すウエッジボンディング用部品は、ワイヤを押圧するためのボンディングツール２であり、先端側にワイヤ１を押圧する溝２ｂを有する。図４は、本実施形態のウエッジボンディング用部品の他の例である、第１ワイヤガイド３２および第２ワイヤガイド３３を示す斜視図である。第１ワイヤガイド３２および第２ワイヤガイド３３は同様の形状を有しており、各ワイヤガイドを同じ図面で示している。第１ワイヤガイド３２は貫通孔３２ａを備え、第２ワイヤガイド３３は貫通孔３３ａを備えている。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the wedge bonding component of the present embodiment. The wedge bonding component shown in FIG. 3 is a
本実施形態のウエッジボンディング用部品は、少なくともワイヤ１と接触する部分が、酸化アルミニウムを主成分とし、チタンの窒化物、チタンの炭窒化物およびチタンの硼化物の少なくともいずれかから選ばれるチタン化合物を副成分として含むセラミック焼結体からなる。ワイヤ１と接触する部分は、例えば、ボンディングツール２の溝２ｂの内面（図中下側の面）、第２ワイヤガイド３２の貫通孔３２ａの内面、第３ワイヤガイド３３の貫通孔３３ａの内面などである。
In the wedge bonding component of the present embodiment, at least a portion in contact with the
このようなセラミック焼結体は、セラミック焼結体の中でも、硬度、剛性および機械的強度がいずれも高い。本実施形態のウエッジボンディング用部品では、例えばワイヤ１と接触する部分において、ワイヤ１の摺動による摩耗や脱粒等が抑制されている。またウエッジボンディング時の振動による脱粒や破損等も抑制されている。本実施形態のウエッジボンディング用部品は、耐久性が高く、長期間にわたって繰り返し使用した場合の交換頻度も少ない。ウエッジボンディング用部品の交換にあたっては、部品の相対位置を調整する作業が必要となるが、交換頻度が少ないため相対位置の調整作業の発生の頻度も少なく、長期間にわたって使用した場合の交換作業に要する時間も削減することができる。
Such a ceramic sintered body has high hardness, rigidity and mechanical strength among ceramic sintered bodies. In the wedge bonding component according to the present embodiment, for example, in a portion that comes into contact with the
また、ウエッジボンディング用部品が上記セラミック焼結体である場合、非磁性であることから、磁気を帯びた塵埃を吸着しにくくなるため、この塵埃によるワイヤ１への損傷が発生し難い。また、このようなセラミック焼結体は硬度が高く、接合中に脱粒が発生しにくいため、脱粒によるボンディング作業の不良や、脱粒による被接合部への影響を抑制することができる。例えば脱粒した粒子が導電性を有する場合であり、ボンディングを行う対象が、半導体回路基板などの電流が流れるデバイスや配線が設けられた基板である場合も、脱粒した粒体による電流の短絡（いわゆるショート）等の不良を抑制することができる。
Further, when the wedge bonding component is the above-mentioned ceramic sintered body, since it is non-magnetic, it is difficult to adsorb magnetic dust, so that damage to the
また、上記セラミック焼結体は、例えば半導電性を示すことで知られる炭化珪素質焼結体よりも容易に導電性を高くすることができることから、放電加工によって容易に複雑な形状に加工することができる。近年、ボンディングサイズの微小化にともなって、ウエッジボンディング用部品の小型化と形状の複雑化が進んでいる。一般的にセラミック焼結体は小型で複雑な形状の加工が比較的困難であるが、本実施形態では、上記セラミック焼結体の導電性が高いことから、放電加工によって容易に複雑な形状に加工することができる。また、複雑な形状を有するボンディング用部品を低コストで製造することができる。 Further, since the ceramic sintered body can easily have higher conductivity than, for example, a silicon carbide sintered body known to exhibit semi-conductivity, it is easily processed into a complicated shape by electric discharge machining. be able to. In recent years, with the miniaturization of the bonding size, miniaturization and complicated shapes of wedge bonding components have been progressing. Generally, it is relatively difficult to process a small and complicated shape of a ceramic sintered body. However, in the present embodiment, since the ceramic sintered body has high conductivity, the ceramic sintered body can be easily formed into a complicated shape by electric discharge machining. Can be processed. Further, a bonding component having a complicated shape can be manufactured at low cost.
本実施形態では、ボンディングツール２の全体と、第１ワイヤガイド３２の全体と、第２ワイヤガイド３３の全体が、いずれも、酸化アルミニウムを主成分とし、チタンの窒化物、チタンの炭窒化物およびチタンの硼化物の少なくともいずれかから選ばれるチタン化合物を副成分として含むセラミック焼結体からなる。このようにウエッジボンディング用部品の全体が、上記セラミック焼結体からなることに限定されない。
In the present embodiment, the
ここで、セラミック焼結体における主成分とは、セラミック焼結体を構成する成分のうち、含有量が５０質量％以上の成分をいう。本実施形態のウエッジボンディング用部品は、酸化アルミニウムの含有量の含有量が例えば５０質量％以上８６質量％以下、チタン化合物の含有量が１４質量％より大きく５０質量％未満となっている。 Here, the main component in the ceramic sintered body refers to a component having a content of 50% by mass or more among the components constituting the ceramic sintered body. In the wedge bonding component of this embodiment, the content of the aluminum oxide is, for example, 50% by mass or more and 86% by mass or less, and the content of the titanium compound is more than 14% by mass and less than 50% by mass.
チタンの窒化物は、例えば、組成式がＴｉＮとして示される窒化チタンである。チタンの炭窒化物は、例えば、組成式がＴｉＣＮとして示される炭窒化チタンである。チタンの硼化物は、例えば、組成式がＴｉＢ２として示される窒化チタンである。 The titanium nitride is, for example, titanium nitride whose composition formula is shown as TiN. The titanium carbonitride is, for example, titanium carbonitride whose composition formula is shown as TiCN. The boride of titanium is, for example, titanium nitride whose composition formula is shown as TiB 2 .
セラミック焼結体がチタンの窒化物を含む場合、さらに酸窒化アルミニウムチタンを含んでいてもよい。 When the ceramic sintered body contains a nitride of titanium, it may further contain aluminum titanium oxynitride.
また、本実施形態のウエッジボンディング用部品を構成するセラミック焼結体は、チタン化合物の含有量が１５質量％以上４０質量％以下であると、脱粒しにくく、耐欠損性の高いウエッジボンディング用部品を得ることができる。具体的には、上記構成を満たしているときには、焼結工程において、セラミック焼結体の内部に微少な気孔（例えば、直径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの気孔）の発生を抑制することができる。そのため、焼結後の加工、たとえば切断、研磨等で脱粒が発生しにくい。また、上記構成を満たしているときには、高い導電性を有するセラミック焼結体が得られ、ワイヤ放電加工、片彫り放電加工等の放電加工を容易にすることができるため、複雑な形状のウエッジボンディング用部品を少ない手間で製造することができる。 In addition, when the content of the titanium compound is 15% by mass or more and 40% by mass or less, the ceramic sintered body constituting the wedge bonding component of the present embodiment is less likely to shatter and has high chipping resistance. Can be obtained. Specifically, when the above configuration is satisfied, generation of minute pores (for example, pores having a diameter of 100 nm to 500 nm) in the ceramic sintered body can be suppressed in the sintering step. Therefore, degranulation hardly occurs in processing after sintering, for example, cutting or polishing. In addition, when the above configuration is satisfied, a ceramic sintered body having high conductivity is obtained, and electric discharge machining such as wire electric discharge machining and single-sinking electric discharge machining can be easily performed. Parts can be manufactured with less labor.
また、本実施形態のウエッジボンディング用部品を構成するセラミック焼結体は、さらにイッテルビウムを含んでいてもよい。イッテルビウムを酸化物換算で０．０１質量％以上１質量％以下含んでいるときには、焼結促進作用により密度が高くなるため、機械的強度が高まる。さらに、イッテルビウムの含有量が酸化物換算で０．０６質量％以上０．２質量％以下であることときには、機械的強度をより高くすることができる。また、イッテルビウムが偏析しにくく、この偏析に伴う脱粒のおそれが抑制されるため、耐欠損性が高まる。 Further, the ceramic sintered body constituting the wedge bonding component of the present embodiment may further contain ytterbium. When ytterbium is contained in an amount of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less in terms of oxide, the density is increased by the sintering promoting action, so that the mechanical strength is increased. Further, when the content of ytterbium is 0.06% by mass or more and 0.2% by mass or less in terms of oxide, the mechanical strength can be further increased. In addition, ytterbium is unlikely to segregate, and the risk of shedding due to this segregation is suppressed, so that fracture resistance is increased.
ここで、セラミック焼結体に含まれる成分は、Ｘ線回折装置を用いて組成を同定することができる。また、セラミック焼結体に含まれる各元素の量は、蛍光Ｘ線分析装置またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置によって求めることができる。Ｘ線回折装置によって同定された成分が酸化アルミニウムおよびチタン化合物である場合には、蛍光Ｘ線分析装置またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置によって求められるアルミニウムは酸化物（Ａｌ２Ｏ３）に、チタンはＸ線回折装置によって組成が同定された化合物にそれぞれ換算すればよい。 Here, the composition of the components contained in the ceramic sintered body can be identified using an X-ray diffractometer. The amount of each element contained in the ceramic sintered body can be determined by a fluorescent X-ray analyzer or an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer. When the components identified by the X-ray diffractometer are aluminum oxide and a titanium compound, the aluminum determined by a fluorescent X-ray analyzer or an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer is an oxide (Al 2 O 3 ). In addition, titanium may be converted into a compound whose composition is identified by an X-ray diffractometer.
また、本実施形態のウエッジボンディング用部品を構成するセラミック焼結体における平均結晶粒径が０．１μｍ以上０．９μｍ以下であるときには、機械加工を施しても大きな脱粒がほとんど生じず、粒界相が少なくなって熱伝導性が向上するため、効率よく被接合部材５にワイヤ１を接続することができる。
Further, when the average crystal grain size of the ceramic sintered body constituting the wedge bonding component of the present embodiment is 0.1 μm or more and 0.9 μm or less, large shedding hardly occurs even when machining is performed, and Since the number of phases is reduced and the thermal conductivity is improved, the
また、本実施形態のウエッジボンディング用部品を構成するセラミック焼結体におけるチタン化合物の平均結晶粒径が０．１μｍ以下であるときには、体積固有抵抗が低く、硬度の高いチタン化合物をセラミック焼結体内に分散性よく、配置することができるため、複雑形状かつ高精度な部品が容易に得られるとともに、耐磨耗性を向上させることができる。 Further, when the average crystal grain size of the titanium compound in the ceramic sintered body constituting the wedge bonding component of the present embodiment is 0.1 μm or less, a titanium compound having a low volume resistivity and a high hardness is mixed with the ceramic sintered body. Since components can be arranged with good dispersibility, components having a complicated shape and high accuracy can be easily obtained, and the wear resistance can be improved.
ここで、セラミック焼結体の平均結晶粒径を求めるには、まず、セラミック焼結体の任意の面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨加工して鏡面とした後、この面を燐酸により数１０秒程度エッチング処理する。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、エッチング処理した面のうちで任意の場所を選び、倍率を１００００〜１３０００倍程度として撮影した５μｍ×８μｍの範囲の画像（以下、この画像をＳＥＭ画像という。）を得る。ＳＥＭ画像に対し、Ｊｔｒｉｍというフリーソフトを用いて画像処理する。具体的には、ＳＥＭ画像をグレースケールに変換し、その後全面に「５×５ガウス」フィルター（ノイズフィルターの１種）を２回掛けることで細かいノイズを除去して、ＳＥＭ画像のコントラストを求める。次いで、このコントラストのヒストグラムをイコライザ処理（平均化処理の１種）して、コントラストを修正した後、ＳＥＭ画像を２値化処理し、この処理によって得られた画像を例えば「Image-Pro Plus」という画像解析ソフト（Media Cybernetics社（株）製）を用いて解析することによりセラミック焼結体の平均結晶粒径を求めることができる。 Here, in order to determine the average crystal grain size of the ceramic sintered body, first, an arbitrary surface of the ceramic sintered body is polished to a mirror surface using diamond abrasive grains, and then this surface is subjected to several tens of phosphoric acid. Etch for about a second. Next, using a scanning electron microscope (SEM), an arbitrary place was selected from the etched surface, and an image in a range of 5 μm × 8 μm photographed at a magnification of about 10,000 to 13000 times (hereinafter, this image is referred to as SEM image). Image processing is performed on the SEM image using free software called Jtrim. More specifically, the SEM image is converted to gray scale, and then a “5 × 5 Gaussian” filter (a type of noise filter) is applied twice on the entire surface to remove fine noise and obtain the contrast of the SEM image. . Next, the histogram of the contrast is equalized (a type of averaging process) to correct the contrast, and then the SEM image is binarized. The image obtained by this process is, for example, “Image-Pro Plus” By using image analysis software (manufactured by Media Cybernetics Inc.), the average crystal grain size of the ceramic sintered body can be obtained.
ここで、酸化アルミニウムが主成分であり、チタンの窒化物、チタンの炭窒化物およびチタンの硼化物の少なくともいずれかから選ばれるチタン化合物が副成分の合計が９９質量％を超えるものあるとき、セラミック焼結体の平均結晶粒径の測定対象となる結晶は、酸化アルミニウムおよびチタン化合物の結晶である。また、２値化処理とは画像の濃度を白か黒の２つの値に変換する処理をいい、この２値化処理では、酸化アルミニウムの結晶は黒色、チタン化合物の結晶は白色として処理され、この対応はＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いてＳＥＭ画像を元素分析することで裏付けをとることができる。そして、チタン化合物の結晶の平均結晶粒径を算出するときには、白色に観察される粒子を対象とすればよい。また、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均結晶粒径を算出するときには、黒色に観察される結晶粒子を対象とすればよい。 Here, when aluminum oxide is a main component, and a titanium compound selected from at least one of titanium nitride, titanium carbonitride and titanium boride has a total of subcomponents exceeding 99% by mass, The crystal on which the average crystal grain size of the ceramic sintered body is measured is a crystal of aluminum oxide and a titanium compound. In addition, the binarization processing refers to processing for converting the density of an image into two values of white or black. In this binarization processing, aluminum oxide crystals are treated as black and titanium compound crystals are treated as white, This correspondence can be supported by elemental analysis of the SEM image using an X-ray microanalyzer (EPMA). Then, when calculating the average crystal grain size of the titanium compound crystals, the particles observed as white may be targeted. When calculating the average crystal grain size of the aluminum oxide crystal grains, the crystal grains observed in black may be targeted.
また、本実施形態のウエッジボンディング用部品は、ワイヤを挿通する貫通孔を備え、貫通孔の内周面において、チタン化合物の結晶粒子よりも酸化アルミニウムの結晶粒子の平均結晶粒径が大きく、酸化アルミニウムの結晶粒子がチタン化合物の結晶粒子よりも突出していてもよい。貫通孔がこのような構成、すなわち内周面に結晶粒子が突出していると、内周面において突出している酸化アルミニウムの結晶粒子がワイヤの表面に存在する微小な凹部に引っ掛かりやすくなりってワイヤの振れが少なくなるため、ワイヤをスムーズに供給することができる。また、チタン化合物の結晶粒子よりも酸化アルミニウムの結晶粒子は硬度が低いため、ワイヤに損傷が生じ難い。酸化アルミニウムの結晶粒子の平均結晶粒径は、例えば、炭化チタンの結晶粒子の平均結晶粒径の１．１倍以上２倍以下である。 Further, the wedge bonding component of the present embodiment has a through hole through which a wire is inserted, and on the inner peripheral surface of the through hole, the average crystal grain size of aluminum oxide crystal grains is larger than that of titanium compound crystal grains, and The aluminum crystal grains may protrude more than the titanium compound crystal grains. When the through-holes have such a configuration, that is, when the crystal grains protrude on the inner peripheral surface, the crystal grains of aluminum oxide protruding on the inner peripheral surface are more likely to be caught in the minute concave portions present on the surface of the wire, and Since the runout is reduced, the wire can be supplied smoothly. In addition, since aluminum oxide crystal particles have lower hardness than titanium compound crystal particles, the wire is less likely to be damaged. The average crystal grain size of the aluminum oxide crystal grains is, for example, 1.1 times or more and 2 times or less the average crystal grain size of the titanium carbide crystal grains.
なお、チタン化合物の結晶粒子の平均結晶粒径と酸化アルミニウムの結晶粒子の平均結晶粒径の比較は上述した方法により行えばよい。また、酸化アルミニウムの結晶粒子がチタン化合物の結晶粒子よりも突出している状態については、ＳＥＭおよびエネルギー分散型分析装置（ＥＤＳ）を用いて確認すればよい。具体的には、貫通孔に沿ってウエッジボンディング用部品を切断して、切断面の内周に位置する結晶粒子を構成する元素をＥＤＳで同定し、結晶粒子の突出の状態はＳＥＭで、例えば、倍率を１０００〜２０００倍として観察すればよい。 The average crystal grain size of the titanium compound crystal grains and the average crystal grain size of the aluminum oxide crystal grains may be compared by the above-described method. The state in which the aluminum oxide crystal particles protrude from the titanium compound crystal particles may be confirmed by using an SEM and an energy dispersive analyzer (EDS). Specifically, the wedge bonding component is cut along the through-hole, the elements constituting the crystal grains located on the inner periphery of the cut surface are identified by EDS, and the state of projection of the crystal grains is SEM, for example. The observation may be performed with a magnification of 1000 to 2000 times.
次に、本実施形態のウエッジボンディング用部品の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the wedge bonding component of the present embodiment will be described.
まず、酸化アルミニウムの粉末と、チタンの窒化物、炭窒化物および硼化物の少なくともいずれかから選ばれるチタン化合物の粉末とを準備し、これらの粉末の合計１００質量％における各粉末の比率が酸化アルミニウムを５０質量％以上８６質量％以下、残部をチタン化合物とする。なお、チタンの炭窒化物の粉末に代えて、チタンの炭化物の粉末およびチタンの窒化物の粉末を用いてもよい。チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物および硼化物は、例えば、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、硼化チタンである。 First, an aluminum oxide powder and a titanium compound powder selected from at least one of a nitride, a carbonitride, and a boride of titanium are prepared, and the ratio of each powder in a total of 100% by mass of these powders is oxidized. Aluminum is 50% by mass or more and 86% by mass or less, and the remainder is a titanium compound. Instead of the titanium carbonitride powder, a titanium carbide powder and a titanium nitride powder may be used. The nitride, carbide, carbonitride and boride of titanium are, for example, titanium nitride, titanium carbide, titanium carbonitride and titanium boride.
さらに、セラミック焼結体をより緻密にするために、酸化イッテルビウム、酸化イット
リウムおよび酸化マグネシウムの少なくともいずれかの粉末を０．０６質量％以上０．２質量％以下加えたものを用いてもよい。これらの粉末は、バレルミル、回転ミル、振動ミル、コロイドミル、ビーズミル、アトライターまたは高速ミキサー等を用いて湿式混合し、粉砕してスラリーとする。イッテルビウムを含み、その含有量が酸化物換算で０．０６質量％以上０．２質量％以下であるセラミック焼結体を得るには、酸化イッテルビウムの粉末を０．０６質量％以上０．２質量％以下にする。粉末の湿式混合および粉砕は、例えば、直径が２ｍｍ以下の粉砕用ビーズをビーズミルに投入して行うのが好適である。
Further, in order to make the ceramic sintered body more dense, a powder obtained by adding at least one powder of ytterbium oxide, yttrium oxide, and magnesium oxide in an amount of 0.06% by mass or more and 0.2% by mass or less may be used. These powders are wet-mixed using a barrel mill, a rotary mill, a vibration mill, a colloid mill, a bead mill, an attritor, a high-speed mixer, or the like, and pulverized into a slurry. In order to obtain a ceramic sintered body containing ytterbium and having a content of 0.06% by mass or more and 0.2% by mass or less in terms of oxide, powder of ytterbium oxide is used at 0.06% by mass or more and 0.2% by mass or less. % Or less. The wet mixing and pulverization of the powder are preferably performed, for example, by charging pulverizing beads having a diameter of 2 mm or less into a bead mill.
ここで、酸化アルミニウムおよびチタン化合物の平均結晶粒径が０．１μｍ以上０．９μｍ以下であるウエッジボンディング用部品を得るには、比較的小さな（例えば、粉砕後の粉末の平均粒径が０．０８μｍ以上０．５９μｍ以下）の原料粉末を用いればよく、このように比較的小さな原料粉末を得るには、直径が０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の粉砕用ビーズを用いればよい。また、貫通孔の内周面において、チタン化合物の結晶粒子よりも酸化アルミニウムの結晶粒子は、平均結晶粒径が大きく、酸化アルミニウムの結晶粒子はチタン化合物の結晶粒子よりも突出しているウエッジボンディング用部品を得るには、直径が０．５ｍｍ以下の粉砕用ビーズを用いればよい。 Here, in order to obtain a wedge bonding component in which the average crystal grain size of the aluminum oxide and the titanium compound is 0.1 μm or more and 0.9 μm or less, for example, the average particle size of the powder after pulverization is 0. Raw material powder having a diameter of not less than 08 μm and not more than 0.59 μm) may be used. To obtain such a relatively small raw material powder, grinding beads having a diameter of not less than 0.4 mm and not more than 1.5 mm may be used. Also, on the inner peripheral surface of the through-hole, the crystal grains of aluminum oxide are larger in average crystal grain size than the crystal grains of titanium compound, and the crystal grains of aluminum oxide are more protruding than the crystal grains of titanium compound for wedge bonding. In order to obtain a part, grinding beads having a diameter of 0.5 mm or less may be used.
また、チタン化合物の平均結晶粒径が０．１μｍ以下であるウエッジボンディング用部品を得るには、粉砕前の平均粒径が０．０８μｍ以下であるチタン化合物の粉末を用いる。 In order to obtain a wedge bonding component having an average crystal grain size of the titanium compound of 0.1 μm or less, a powder of a titanium compound having an average particle size of 0.08 μm or less before pulverization is used.
粉砕後の粉末の平均粒径は、液相沈降法、遠心沈降光透過法、レーザー回折散乱法あるいはレーザードップラー法等により求めることができる。 The average particle size of the pulverized powder can be determined by a liquid phase sedimentation method, a centrifugal sedimentation light transmission method, a laser diffraction scattering method, a laser Doppler method, or the like.
そして、粉砕した粉末に、結合剤、分散剤等の成形助剤を添加して混合した後に、例えば、転動造粒機、噴霧乾燥機または圧縮造粒機を用いて造粒して、顆粒を得る。 Then, after adding and mixing a molding aid such as a binder and a dispersant to the pulverized powder, for example, granulating using a tumbling granulator, a spray drier or a compression granulator, Get.
特に、チタン化合物の平均結晶粒径が０．１μｍ以下であるウエッジボンディング用部品を得る場合、チタン化合物の凝集を抑制するために、分散剤を用いることが好適である。 In particular, when obtaining a wedge bonding component having an average crystal grain size of the titanium compound of 0.1 μm or less, it is preferable to use a dispersant to suppress aggregation of the titanium compound.
次に、得られた顆粒を、成形型に充填した後、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素あるいは真空等の雰囲気中で、温度を１４００〜１７００℃、加圧力を３０ＭＰａ以上で加圧焼結することによって、柱状体または板状体のセラミック焼結体を得ることができる。ここで、副成分がチタンの窒化物および硼化物の少なくともいずれかである場合には、温度を１４００〜１６００℃に、チタンの硼化物である場合には、温度を１５５０〜１６５０℃とすれば、焼結が不十分となることもなく、チタン化合物の結晶粒子を適切に分散させつつチタン化合物の結晶粒子の異常な粒成長を抑制することができる。また、加圧焼結における加圧力を３０ＭＰａ以上とすれば、セラミック焼結体の緻密化を促進し、ウエッジボンディング用部品として求められる機械的強度を得ることができる。 Next, after filling the obtained granules into a molding die, pressure sintering is performed at a temperature of 1400 to 1700 ° C. and a pressure of 30 MPa or more in an atmosphere such as argon, helium, neon, nitrogen, or vacuum. Thus, a columnar or plate-shaped ceramic sintered body can be obtained. Here, when the subcomponent is at least one of a nitride and a boride of titanium, the temperature is set to 1400 to 1600 ° C, and when the subcomponent is a boride of titanium, the temperature is set to 1550 to 1650 ° C. In addition, it is possible to suppress abnormal grain growth of the titanium compound crystal particles while appropriately dispersing the titanium compound crystal particles without insufficient sintering. Further, when the pressing force in the pressure sintering is set to 30 MPa or more, the densification of the ceramic sintered body is promoted, and the mechanical strength required as a wedge bonding component can be obtained.
また、炭素質材料を含む遮蔽材を成形体の周囲に配置して加圧焼結すれば、チタン化合物の酸化を防ぎ、機械的特性の優れたセラミック焼結体とすることができる。 In addition, if a shielding material containing a carbonaceous material is placed around the molded body and sintered under pressure, oxidation of the titanium compound can be prevented and a ceramic sintered body having excellent mechanical properties can be obtained.
加圧焼結後には、必要に応じて熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）を行ってもよい。熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）を行うことで、セラミック焼結体の３点曲げ強度を８００ＭＰａ以上にすることができる。熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）には、必要に応じてアニールを施してもよい。 After the pressure sintering, hot isostatic pressing (HIP) may be performed as necessary. By performing hot isostatic pressing (HIP), the three-point bending strength of the ceramic sintered body can be made 800 MPa or more. The hot isostatic pressing sintering (HIP) may be subjected to annealing as needed.
そして、ワイヤー放電加工、片彫り放電加工等の放電加工を用いて、セラミック焼結体
を所望の形状に加工し、表面をダイヤモンドパウダー等でバフ研磨してウエッジボンディング用部品とすることができる。
Then, the ceramic sintered body is processed into a desired shape by using electric discharge machining such as wire electric discharge machining or single-sinking electric discharge machining, and the surface is buff-polished with diamond powder or the like to obtain a wedge bonding component.
以下、本発明のウエッジボンディング用部品に用いるセラミック焼結体の例を具体的に説明するが、本発明のウエッジボンディング用部品に用いるセラミックこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the ceramic sintered body used for the wedge bonding component of the present invention will be specifically described, but the ceramic used for the wedge bonding component of the present invention is not limited to these examples.
まず、酸化アルミニウム、窒化チタン、炭窒化チタン、硼化チタンおよび酸化イッテルビウムの各粉末を準備し、セラミック焼結体における各成分の含有量が表１に示す値になるように各粉末を調合し、これらの粉末を、直径が１．５ｍｍの粉砕用ビーズを用いて、ビーズミルで湿式混合し、粉砕してスラリーとした。 First, powders of aluminum oxide, titanium nitride, titanium carbonitride, titanium boride, and ytterbium oxide are prepared, and the powders are blended so that the content of each component in the ceramic sintered body becomes a value shown in Table 1. These powders were wet-mixed using a bead mill having a diameter of 1.5 mm with a bead mill and pulverized to obtain a slurry.
そして、粉砕した粉末に、結合剤、分散剤等の成形助剤を添加して混合した後に、噴霧乾燥機を用いて造粒して顆粒を得た。 Then, molding aids such as a binder and a dispersant were added to the ground powder, mixed, and then granulated using a spray dryer to obtain granules.
次に、得られた顆粒を、成形型に充填した後、真空雰囲気中で、温度を表１に示す温度、加圧力を４０ＭＰａ、昇温速度を１０℃／分、保持時間を１時間として加圧焼結することによって、幅が４ｍｍ、厚みが３ｍｍ、高さが４０ｍｍの角柱状のセラミック焼結体と、直径が１５２．４ｍｍ、厚みが３ｍｍの円板状のセラミック焼結体とを得た。 Next, after filling the obtained granules into a molding die, in a vacuum atmosphere, the temperature is as shown in Table 1, the pressure is 40 MPa, the heating rate is 10 ° C./min, and the holding time is 1 hour. By pressure sintering, a prism-shaped ceramic sintered body having a width of 4 mm, a thickness of 3 mm, and a height of 40 mm, and a disk-shaped ceramic sintered body having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 3 mm are obtained. Was.
また、比較例として、主成分がそれぞれ窒化珪素、ジルコニア、サイアロンおよび酸化アルミニウムである上記形状および寸法のセラミック焼結体を作製した。 Further, as a comparative example, a ceramic sintered body having the above-mentioned shape and dimensions whose main components were silicon nitride, zirconia, sialon and aluminum oxide, respectively, was produced.
各試料を構成する成分の組成は、Ｘ線回折装置を用いて同定した。また、各試料の元素の量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置によって求め、Ｘ線回折装置によって同定された成分については、その化合物に、また、元素の量が少なくＸ線回折装置によって同定されなかった成分については、酸化物にそれぞれ換算した。各成分の組成およびその量を表１に示した。 The composition of the components constituting each sample was identified using an X-ray diffractometer. In addition, the amounts of the elements in each sample were determined by an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer, and the components identified by the X-ray diffractometer were used in the compound and in the X-ray diffractometer where the amounts of the elements were small. Components not identified by were converted to oxides, respectively. Table 1 shows the composition and amount of each component.
各試料のビッカース硬度および体積固有抵抗をそれぞれＪＩＳ Ｒ １６１０：２００３（ＩＳＯ１４７０５：２０００（ＭＯＤ））、ＪＩＳ Ｃ ２１４１：１９９２に準拠して測定した。これらの測定値を表１に示した。 The Vickers hardness and the volume resistivity of each sample were measured in accordance with JIS R 1610: 2003 (ISO14705: 2000 (MOD)) and JIS C 2141: 1992, respectively. Table 1 shows these measured values.
また、試料のＮｏ．１〜３３の耐欠損性については、円板状のセラミック焼結体の中心部から長さが７０ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚みが２ｍｍの短冊状の試料１０本をダイヤモンドブレードを備えたスライシングマシーンで切り出し、光学顕微鏡を用いて倍率400倍で切
断面に発生するチッピングの長さを測定し、その最大値を表１に示した。なお、このときのダイヤモンドブレードにはＳＤ１２００を用い、このダイヤモンドブレードの回転数を１００００ｒｐｍ、送り速度を１００ｍｍ／分とし、１回の切り込み量を２ｍｍとして切り出した。
In addition, the sample No. Regarding the fracture resistance of 1 to 33, ten strip-shaped samples 70 mm long, 3 mm wide and 2 mm thick from the center of the disc-shaped ceramic sintered body were sliced with a slicing machine equipped with a diamond blade. The cutout was cut out, and the length of chipping generated on the cut surface was measured at 400 times magnification using an optical microscope, and the maximum value was shown in Table 1. In this case, SD1200 was used as the diamond blade, and the diamond blade was cut at a rotation speed of 10,000 rpm, a feed speed of 100 mm / min, and a single cut amount of 2 mm.
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜３３は、酸化アルミニウムを主成分とし、副成分としてチタンの窒化物、炭窒化物および硼化物の少なくともいずれかから選ばれるチタン化合物を含むセラミック焼結体からなることから、これ以外のセラミック焼結体からなる試料に比べて、硬度がいずれも高いことから、耐久性が高く、交換頻度の少ないウエッジボンディング用部品とすることができる。また、試料Ｎｏ．１〜３３は、導電性がいずれも高いことから、複雑な形状のウエッジボンディング用部品とすることができる。
As shown in Table 1, the sample No. Since
また、チタンの窒化物の含有量が同じである試料Ｎｏ．１〜１１を比べると、試料Ｎｏ．２〜１０は、セラミック焼結体におけるチタンの窒化物の含有量が１５質量％以上４０質量％以下であることから、チタンの窒化物の含有量が１５質量％未満である試料Ｎｏ．１よりも導電性が高く、また、チタンの窒化物の含有量が４０質量％を超える試料Ｎｏ．１１よりも耐欠損性が高い。このことから、試料Ｎｏ．２〜１０は、高い導電性および高い耐欠損性を兼ね備えていると言える。 In addition, in Sample No. 2 having the same titanium nitride content. Sample Nos. 1 to 11 were compared. Sample Nos. 2 to 10 in which the content of the titanium nitride in the ceramic sintered body is 15% by mass or more and 40% by mass or less, the sample No. 2 in which the content of the titanium nitride is less than 15% by mass. Sample No. 1 having higher conductivity than that of Sample No. 1 and having a titanium nitride content of more than 40% by mass. 11 has higher fracture resistance. From this, it can be seen that Sample No. 2 to 10 can be said to have both high conductivity and high fracture resistance.
１：ワイヤ
２：ボンディングツール
３：ワイヤフィード機構
４：振動伝達機構
５：被接合部材
３１：ドラム
３２：第１ワイヤガイド
３３：第２ワイヤガイド
３４：支持台
３５：ワイヤクランプ
４１：超音波発振器
４２：ボルト締めランジュバン型振動子
４３：コーン
４４：ホーン
1: Wire 2: Bonding tool 3: Wire feed mechanism 4: Vibration transmission mechanism 5: Member 31: Drum 32: First wire guide 33: Second wire guide 34: Support 35: Wire clamp 41: Ultrasonic oscillator 42: bolted Langevin type vibrator 43: cone 44: horn
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