JPH0982765A - ボンディングツール - Google Patents

ボンディングツール

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JPH0982765A
JPH0982765A JP23418995A JP23418995A JPH0982765A JP H0982765 A JPH0982765 A JP H0982765A JP 23418995 A JP23418995 A JP 23418995A JP 23418995 A JP23418995 A JP 23418995A JP H0982765 A JPH0982765 A JP H0982765A
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JP
Japan
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tool
pressing surface
tool tip
bonding
bonding tool
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP23418995A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Ozaki
勝彦 尾崎
Masatoshi Nishikawa
正寿 西川
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SHINKO KOBELCO TOOL KK
Original Assignee
SHINKO KOBELCO TOOL KK
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子とワイヤ(Au-Sn合金)との圧着の
際のツール先端部の押圧面へのSnの付着(溶着)が極め
て起こり難く、ツール先端部の押圧面のクリーニングが
殆ど不要となるボンディングツールを提供する。 【解決手段】 シャンク1に硬質材料よりなるツール先
端部3が接合され、該ツール先端部3の押圧面4が研磨
されてなるボンディングツールにおいて、前記押圧面4
の表面粗さが最大表面粗さで0.05μm 以下であり、
スキューネスが負であることを特徴とするボンディング
ツール。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディングツー
ルに関し、詳細には、ICやLSI等の半導体素子の実
装に際し、圧着工具として用いられるボンディングツー
ルに関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】ICやLSI等の半導体素子の実装に際
し、半導体素子とリードやボンディングワイヤと呼ばれ
る金属細線(以降、ワイヤという)との接続(圧着)が
行われる。このワイヤとしては、化学的に安定であるこ
とや電気伝導性が高いことが必要であり、かかる点から
通常はAu-Sn 合金よりなるものが用いられる。
【0003】ボンディングツールは、かかる半導体素子
とワイヤとの接続(圧着)に用いられる工具である。
【0004】かかるボンディングツールとしては、カー
トリッジヒータを組み込んだシャンクにツール先端部が
接合された構造のものが使用されている。このツール先
端部には、ダイヤモンドやルビーが構成材料として用い
られているが、最近では、超硬合金やタングステン等を
基材とし、その表面にダイヤモンド薄膜を被覆したもの
が開発されている(特開平4-25138 号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
ボンディングツールにおいては、半導体素子とワイヤと
の圧着(ボンディング)中にツール先端部の押圧面にワ
イヤ(Au-Sn 合金)の成分であるSnが付着(溶着)し、
次第にSnの付着層の厚みが増大して支障を来すので、そ
うなる前に度々圧着を中断してツール先端部の押圧面を
クリーニングする必要があり、その頻度が高いという問
題点がある。このことは、度々圧着工程を止めなければ
ならなく、又、クリーニングに長時間を要するという問
題点にとどまらず、クリーニングする毎にツール先端部
の押圧面が摩耗し、ツール先端部の押圧面の摩耗が大き
くなるという問題点に繋がるので、解決すべき重大な問
題点である。
【0006】本発明は、このような事情に着目してなさ
れたものであって、その目的は、半導体素子とワイヤと
の圧着の際のツール先端部の押圧面へのSnの付着(溶
着)が極めて起こり難く、ツール先端部の押圧面のクリ
ーニングが殆ど不要となるボンディングツールを提供し
ようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るボンディングツールは、次のような構
成としている。即ち、請求項1記載のボンディングツー
ルは、シャンクに硬質材料よりなるツール先端部が接合
され、該ツール先端部の押圧面が研磨されてなるボンデ
ィングツールにおいて、前記押圧面の表面粗さが最大表
面粗さで0.05μm 以下であり、スキューネスが負で
あることを特徴とするボンディングツールである。
【0008】請求項2記載のボンディングツールは、前
記ツール先端部が、硬質材料よりなる基材の表面の少な
くともツール先端部の押圧面側に、ダイヤモンド膜、C
BN膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、TiN 膜、(A
l,Ti)N 膜の一種又は二種以上からなる硬質皮膜を被覆
してなる請求項1記載のボンディングツールである。請
求項3記載のボンディングツールは、前記硬質材料が、
超硬合金、セラミックス、サーメット、タングステンの
一種である請求項2記載のボンディングツールである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明に係るボンディングツール
は、例えば、シャンクに硬質材料よりなるツール先端部
を接合し、該ツール先端部の押圧面側を研磨して、その
表面粗さを最大表面粗さで0.05μm 以下にすると共
に、スキューネスを負となるようにすることにより、得
られる。そして、ボンディングツールとして使用され
る。
【0010】本発明に係るボンディングツールは、前記
の如く、硬質材料よりなるツール先端部の押圧面が研磨
され、その押圧面の表面粗さが最大表面粗さで0.05
μm以下であり、スキューネスが負である。従って、ツ
ール先端部の押圧面が滑らかであり、しかも、その押圧
面には凸に突き出した部分がなくて平坦な部分が多く、
そのため、半導体素子とワイヤとの圧着の際、ツール先
端部の押圧面へのSnの付着(溶着)が極めて起こり難
く、ツール先端部の押圧面のクリーニングが殆ど不要と
なる。
【0011】この詳細を以下説明する。
【0012】ツール先端部の押圧面の表面粗さが最大表
面粗さ(Rmax)で0.05μm 以下であり、小さいの
で、その押圧面は滑らかであり、そのため、半導体素子
とワイヤとの圧着の際のツール先端部の押圧面へのSnの
付着(以降、Snの付着という)が起こり難くなる。
【0013】しかし、ツール先端部の押圧面をRmax(最
大表面粗さ)で0.05μm 以下にすることだけでは、
凸に突き出した部分があって平坦な部分が少なく、Snの
付着を防止する(極めて起こり難くする)には未だ不充
分であり、その改善が必要である。
【0014】そこで、上記の如くツール先端部の押圧面
をRmaxで0.05μm 以下にすることに加えて、更にそ
のツール先端部の押圧面のスキューネス(Rsk)を負
にするようにしている。そうすると、凸に突き出した部
分もなくて平坦な部分も多くなり、そのためSnの付着が
極めて起こり難くなり、ツール先端部の押圧面のクリー
ニングが殆ど不要となる。
【0015】ここで、ツール先端部の押圧面の表面粗さ
を最大表面粗さで0.05μm 以下としているのは、
0.05μm 超にするとSnの付着が起こり、Snの付着を
充分に防止することができなくなるからである。
【0016】スキューネス(Rsk)は、表面粗さプロ
ファイルの平均線に対しての振幅分布曲線の相対性を示
すものであり、図1(A) 及び (a)に示す如く、振幅分布
が表面粗さプロファイルの平均線より下にある場合は、
スキューネスは正であり、その逆に、図1(B) 及び (b)
に示す如く、振幅分布が表面粗さプロファイルの平均線
より上にある場合は、スキューネスは負であるという。
スキューネスが正である場合、図1(A) に示す如く、凸
に突き出した部分があって平坦な部分が少なく、これに
対し、スキューネスが負である場合、図1(B) に示す如
く、凸に突き出した部分がなくて平坦な部分が多く存在
する。尚、図1(A) 、(B) は表面粗さプロファイル、図
1(a) 、(b) は振幅分布曲線を示すものである。
【0017】前記の如き本発明に係るツール先端部の押
圧面の表面状態(表面粗さが最大表面粗さで0.05μ
m 以下、且つスキューネスが負である表面状態)は、ツ
ール先端部の押圧面側の表面を研磨することにより得る
ことができる。この研磨に際し、仕上げ段階での研磨砥
石としてはダイヤモンド砥石を用いるのがよい。
【0018】前記ツール先端部を構成する硬質材料とし
ては、特には限定されず、種々の硬質材料を使用するこ
とができる。例えば、ダイヤモンドやルビー等の硬質材
料を使用することができ、又、超硬合金、セラミック
ス、サーメット、タングステン等の硬質材料を基材と
し、その表面(特に押圧面側の表面)にダイヤモンド
膜、CBN膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、TiN
膜、(Al,Ti)N 膜等の硬質皮膜を被覆したものを使用す
ることができる(請求項2又は3記載のボンディングツ
ール)。これらは硬度が高くて耐摩耗性に優れているの
で、ボンディングツールとしての使用中における耐摩耗
性の向上に有用である。
【0019】前記シャンクを構成する材料としては、特
には限定されず、種々の材料を使用することができる
が、強度や靱性に優れ、又、ヒータを組み込み易い材料
が好ましく、その点から金属材料を用いるのがよい。更
に、シャンクはヒータが組み込まれて加熱され、同時に
シャンクからの熱伝導によりツール先端部も加熱される
ことから、シャンク構成材料としては熱伝導性に優れて
いることが好ましく、又、ツール先端部を構成する硬質
材料と同様の低熱膨張係数の金属材料を用いることが好
ましい。
【0020】
【実施例】先ず、本発明の実施例1に係るボンディング
ツールを製作した。このボンディングツールの側面図を
図2に示す。このボンディングツールは、図2に示すよ
うに、基本的には、シャンク1にツール先端部3が接合
された構造を有する。そして、詳細には、シャンクの下
部1Aにヒータを挿着する穴2を有しており、該穴2にヒ
ータ(図示していない)が挿着される。ツール先端部3
は、基材部3Aと該基材部3Aの下面に蒸着により被覆され
た硬質材料(膜)3Bとからなる。この硬質材料3Bの下面
(ツール先端部3の押圧面4)は、研磨されて表面粗さ
が最大表面粗さで0.01μm 、スキューネスが負にな
っている。
【0021】ここで、シャンク1は低熱膨張係数の鋼か
らなる。ツール先端部3の基材部3Aは超硬合金からな
り、硬質材料3Bはダイヤモンド膜からなる。硬質材料3B
の下面の研磨は、図3に示す如く、定盤6の上に取り付
けられたダイヤモンド砥石5にツール先端部3を硬質材
料3Bの下面を下にして小さな加圧力により押しつけた状
態で定盤6と共にダイヤモンド砥石5を回転させ、潤滑
剤を塗布しながら研磨する方法により行った。
【0022】次に、上記硬質材料3Bの下面(ツール先端
部3の押圧面4)を、研磨により表面粗さをRmaxで0.
02〜0.05μm にし、且つスキューネスを負に調整
してなる実施例2〜3に係るボンディングツールを製作
した。
【0023】更に、比較のため、上記硬質材料3Bの下面
(ツール先端部3の押圧面4)を、研磨により表面粗さ
をRmaxで0.01μm にし且つスキューネスを正に調整
してなる比較例1に係るボンディングツール(1種
類)、表面粗さをRmaxで0.06、0.08又は0.1
μm にし、且つスキューネスを各々正又は負に調整して
なる比較例2〜7に係るボンディングツール(3×2=
6種類)を製作した。
【0024】上記本発明の実施例1〜3に係るボンディ
ングツール及び比較例1〜7に係るボンディングツール
を用い、ツール先端部3の押圧面4での温度:500℃
とし、加圧力:20gfとした状態で、ツール先端部3
の押圧面4をAu-Sn 合金よりなるボンディングワイヤに
押しつけた後、該ワイヤから離す操作を100,000 回繰り
返して行った。そして、10,000回(ショット)毎に、ツ
ール先端部3の押圧面4へのSnの溶着量(溶着したSnの
厚み)を測定した。尚、上記操作は、半導体素子とワイ
ヤとの圧着の際の操作を模擬したものである。
【0025】上記測定の結果を図4に示す。図4からわ
かる如く、ツール先端部3の押圧面4のスキューネスが
正の場合も負の場合も、その押圧面4のRmaxが小さいほ
どSnの溶着量が少なくなっているが、ツール先端部3の
押圧面4のスキューネスが負である場合は、正である場
合に比べてSnの溶着量が極めて少なく、特に、ツール先
端部3の押圧面4のスキューネスが負であると共にRmax
が0.05μm 以下である場合にSnの溶着量が著しく少
なくなっている。尚、図4に示す縦軸のSnの溶着量/1
0,000ショットの値(μm )は、最初の10,000ショット
でのSnの溶着量、次の10,000ショット(10,001〜20,000
ショット)でのSnの溶着量、20,001〜30,000ショットで
のSnの溶着量、------- 、90,001〜100,000 ショットで
のSnの溶着量の平均値である。
【0026】以上の結果は、ツール先端部の押圧面の表
面粗さを最大表面粗さで0.05μm 以下にすると共に
スキューネスを負にすると、半導体素子とワイヤとの圧
着の際のツール先端部の押圧面へのSnの付着(溶着)が
極めて起こり難く、ツール先端部の押圧面のクリーニン
グが殆ど不要となることを裏付けている。
【0027】
【発明の効果】本発明に係るボンディングツールによれ
ば、半導体素子とワイヤとの圧着に際し、ツール先端部
の押圧面へのSnの付着(溶着)が極めて起こり難く、ツ
ール先端部の押圧面のクリーニングが殆ど不要となる。
従って、ツール先端部の押圧面のクリーニングの所要頻
度が著しく少なくなり、そのため、クリーニングのため
の圧着工程の停止が殆ど不要となり、長期間にわたって
圧着を連続して行うことができ、又、クリーニングの所
要合計時間が減少し、更に、クリーニングによるツール
先端部の押圧面の摩耗が顕著に低減し、それにより工具
(ツール)寿命が極めて向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 表面粗さプロファイル及び振幅分布曲線を示
す図であり、図1の(A) は材料Aの表面粗さプロファイ
ル、(a) はその振幅分布曲線、図1の(B) は材料Bの表
面粗さプロファイル、(b) はその振幅分布曲線を示すも
のである。
【図2】 実施例に係るボンディングツールの概要を示
す一部断面側面図である。
【図3】 実施例に係るツール先端部の硬質材料の研磨
方法を説明する一部断面側面図である。
【図4】 ツール先端部の押圧面の表面粗さとSnの溶着
量/10,000ショットとの関係を、ツール先端部の押圧面
のスキューネスが正の場合と負の場合とについて示す図
である。
【符号の説明】
1--シャンク、1A--シャンクの下部、2--ヒータを挿着
する穴、3--ツール先端部、3A--ツール先端部の基材
部、3B--ツール先端部の硬質材料部、4--ツール先端部
の押圧面、5--ダイヤモンド砥石、6--定盤。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シャンクに硬質材料よりなるツール先端
    部が接合され、該ツール先端部の押圧面が研磨されてな
    るボンディングツールにおいて、前記押圧面の表面粗さ
    が最大表面粗さで0.05μm 以下であり、スキューネ
    スが負であることを特徴とするボンディングツール。
  2. 【請求項2】 前記ツール先端部が、硬質材料よりなる
    基材の表面の少なくともツール先端部の押圧面側に、ダ
    イヤモンド膜、CBN膜、ダイヤモンドライクカーボン
    膜、TiN 膜、(Al,Ti)N 膜の一種又は二種以上からなる
    硬質皮膜を被覆してなる請求項1記載のボンディングツ
    ール。
  3. 【請求項3】 前記硬質材料が、超硬合金、セラミック
    ス、サーメット、タングステンの一種である請求項2記
    載のボンディングツール。
JP23418995A 1995-09-12 1995-09-12 ボンディングツール Withdrawn JPH0982765A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7476064B2 (en) 2006-04-27 2009-01-13 Kyocera Corporation Cutting tool and method of cutting workpiece
US20120131980A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd) Mold for plastic forming and a method for producing the same, and method for forging aluminum material

Cited By (3)

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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20021203