JPH08181173A

JPH08181173A - フリップチップ実装ツール及びその製造方法並びにそれを用いた実装方法

Info

Publication number: JPH08181173A
Application number: JP33557694A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakamura; 中村　　勉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上にＬＳＩを直接実装するフリップチッ
プ実装方式の実装で用いられるツールにおいて、ツール
先端面の面粗度や平担度が熱損傷を受けずに良好な状態
を長時間にわたって維持できるフリップチップ実装ツー
ルを提供する。【構成】ツール先端の押圧面がＲmax表示で０．１μ
ｍ以下の表面粗さである気相合成法による多結晶ダイヤ
モンド３で構成され、かつ当該面内に開孔した少なくと
も１つの真空吸着孔４を有するものであり、当該押圧面
の最高温度が２３０〜４００℃の範囲における押圧面の
平担度が５μｍ以下、押圧面内の最大温度差が３０℃以
下という特性を有することを特徴とするフリップチップ
実装ツール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリント配線基板やガラ
ス基板上にＬＳＩを直接実装するフリップチップ方式の
実装ツールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子を用いた電子機器は種
々開発されており、この分野の技術進展には目覚ましい
ものがある。これらの電子機器を構成する電子部品の電
気的特性を引き出してその性能を充分に発揮させるため
には、その接合部材同士の接合が必要である。

【０００３】種々の実装方法のうち、最近では、ボンデ
ィングワイヤーを用いないワイヤレスボンディング技術
による実装法が、実装効率の高さやパッケージ設計の自
由度の大きさ等の優れた特徴により注目を集めている。

【０００４】ワイヤレスボンディングのうち、特にフリ
ップチップ方式の実装は、ＬＳＩに形成したバンプを利
用して基板上に直接接合するため、基板リードの狭ピッ
チ化に対応でき、かつ実装効率の向上が期待できる実装
法として技術開発が行われている。

【０００５】実際、ワークステーションやパソコン等の
ＭＰＵの実装や、液晶パネル製造におけるガラス基板へ
のドライバＬＳＩの実装に、この実装方法が採用されて
いる。

【０００６】ＭＰＵの実装ではハンダからなるバンプを
溶融させて接合するため、２００〜４００℃の温度範囲
に直接或は間接的に加熱したツールを用いて、ＬＳＩを
真空吸着して搬送した後に一定時間押圧し、その後２０
０℃以下に冷却してから押圧を解除する実装方法が採ら
れる。

【０００７】また、液晶パネル製造工程では、熱硬化性
のＡＣＦ（異方性導電シート）を介してガラス基板上に
ドライバＬＳＩが実装されるため、上記のような方法以
外に、２００〜４００℃の温度範囲に直接或は間接的に
常時加熱した状態で、ＬＳＩを真空吸着して搬送した後
に一定時間押圧する実装方法で行なわれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】いずれの実装方法にお
いても常時或は間欠的に高温状態とされることから、ツ
ールの特性として優れた耐熱性が要求される。すなわ
ち、ツールはＬＳＩを破損させることなく直接押圧する
必要があることから、ツール先端面の面粗度や平担度が
熱損傷を受けずに良好な状態を長時間保持される必要が
ある。しかし、従来から使用されているインバー合金や
Ｍｏ等の金属ツールでは、徐々にその特性が劣化すると
いう問題があった。

【０００９】さらに、ツール表面には加熱・昇華したハ
ンダや樹脂が固化して付着するため、定期的にクリーニ
ングする必要がある。クリーニングは、ツール表面から
付着物を直接機械的に除去する方法で行うが、従来のツ
ールではこの際に先端面が削り取られて形状が変化し、
良好な実装作業が継続できない状態になるということも
問題とされている。

【００１０】本発明者は上記の問題点を解決するために
特願平６−６２９０５号記載の先行技術を基礎にして鋭
意検討を重ねた結果、市場の要求に応えるツールを完成
したものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の（１）〜
（４）の特徴を有する実装ツール、実装ツールの製造方
法、実装方法を提供する。

【００１２】（１）基板上にＬＳＩを直接実装するフリ
ップチップ実装方法の実装で用いられるツールであっ
て、ツール先端の押圧面がＲmax表示で０．１μｍ以下
の表面粗さである気相合成法による多結晶ダイヤモンド
で構成され、かつ当該面内に開孔した少なくとも１つの
真空吸着孔を有するものであり、当該押圧面の最高温度
が２３０〜４００℃の範囲における押圧面の平担度が５
μｍ以下、押圧面内の最大温度差が３０℃以下という特
性を有することを特徴とするフリップチップ実装ツー
ル。

【００１３】（２）実装時の押圧面となるツール先端面
に多結晶ダイヤモンドを被覆する工程と、押圧面の温度
を２００〜４００℃の範囲でのツール使用温度と同一と
なるように制御しながら、押圧面の最高温度が２３０〜
４００℃の範囲における押圧面の平担度が５μｍ以下
で、かつその表面がＲmax表示で０．１μｍ以下の鏡面
状態とする研磨工程とを少なくとも含むことを特徴とす
るフリップチップ実装ツールの製造方法。

【００１４】（３）押圧面が気相合成法による多結晶ダ
イヤモンドからなり、該表面がＲmax表示で０．１μｍ
以下の鏡面状態で、かつ押圧面の最高温度が２３０〜４
００℃の条件下における押圧面の平担度が５μｍ以下、
押圧面内の最大温度差が３０℃以下という特性を有する
ツールを、２００〜４００℃の温度範囲に直接或は間接
的に常時加熱した状態で、ＬＳＩを真空吸着して搬送し
た後に一定時間押圧することにより、基板上に接合部材
を介して実装することを特徴とするフリップチップ実装
方法。

【００１５】（４）押圧面が気相合成法による多結晶ダ
イヤモンドからなり、該表面がＲmax表示で０．１μｍ
以下の鏡面状態で、かつ押圧面の最高温度が２３０〜４
００℃の条件下における押圧面の平担度が５μｍ以下、
押圧面内の最大温度差が３０℃以下という特性を有する
ツールを、２００〜４００℃の温度範囲に直接或は間接
的に加熱した状態で、ＬＳＩを真空吸着して搬送した後
に一定時間押圧し、その後２００℃以下に冷却してから
押圧を解除することにより、基板上に接合部材を介して
実装することを特徴とするフリップチップ実装方法。

【００１６】

【作用】本発明の実施に際し、ツール先端部の実装押圧
面が、気相合成法による多結晶ダイヤモンドからなるこ
とを必須要件とする。すなわち、気相合成法による多結
晶ダイヤモンドは、耐熱性・耐摩耗性に優れると共に、
低コストで製造可能である点を活かすのである。

【００１７】さらに、市場の要求に応えるために、ツー
ル先端の押圧面がＲmax表示で０．１μｍ以下の表面粗
さである気相合成法による多結晶ダイヤモンドで構成さ
れ、かつ当該面内に開孔した少なくとも１つの真空吸着
孔を有するものであり、当該押圧面の最高温度が２３０
〜４００℃の範囲における押圧面の平担度が５μｍ以
下、押圧面内の最大温度差が３０℃以下という特性を有
することが必要である。

【００１８】上記のツールを製造するに際しては、特願
平６−６２９０５号記載のツール構造をとるのが好まし
い。すなわち、多結晶ダイヤモンドを特定の超硬合金製
シャンクに直接被覆した構造、或は特定の超硬合金製基
材に多結晶ダイヤモンドを被覆した後に、該多結晶ダイ
ヤモンド被覆超硬合金を金属または合金製のシャンクに
ロウ付け等の手段で接合した構造である。特に、後者の
構造は、シャンクの加工性やツール特性について自由度
が大きくできることからより好ましい構造である。

【００１９】多結晶ダイヤモンドを被覆する超硬合金と
しては、被覆面とする少なくともその一表面に硬質炭化
物および／または硬質炭窒化物の微視的な突起を有し、
室温から４００℃までの線膨張率が４．０×１０^-6〜
５．５×１０^-6／℃である超硬合金を用いる。

【００２０】このような基材に多結晶ダイヤモンドを後
述の如き仕様で被覆すれば、被覆多結晶ダイヤモンドと
基材の密着強度が高く、かつ強度・熱応答性にも優れた
ツール素材を実現することができる。

【００２１】この基材で密着強度が向上する理由は、微
視的な突起を有する超硬合金表面に多結晶ダイヤモンド
を被覆するため、いわゆるアンカー効果により耐剥離性
が高められるものと考えられる。また、超硬合金の室温
から４００℃までの線膨張率を４．０×１０^-6〜５．５
×１０^-6／℃と規定することにより、被覆多結晶ダイヤ
モンドと基材との熱膨張差に基づく熱応力を小さく抑え
ることが可能となり、ボンディングツールが使用される
高温下においてもこの優れた密着強度を維持することが
できる。

【００２２】基材とする超硬合金の素材は、より具体的
には、硬質炭化物として周期律表第IVａ・Ｖａ・VIａ族
元素の炭化物および／またはこれらの固溶体から構成さ
れ、ＷＣを７０〜９５重量％、ＷＣ以外の周期律表第IV
ａ・Ｖａ・VIａ族元素の炭化物を２〜２５重量％、鉄族
金属を残重量％含有するものと表現することができる。
この組成範囲であれば、後述する熱処理によって硬質炭
化物および／または硬質炭窒化物の微視的な突起を生成
することができ、アンカー効果を有効に発現させること
が可能である。また、線膨張率についても、室温から４
００℃までの範囲で４．０×１０^-6〜５．５×１０^-6／
℃の範囲に制御することができる。尚、含有する鉄族金
属としては、焼結性に影響を及ぼす硬質炭化物との濡れ
性等の点から、特にＣｏを用いることが望ましい。

【００２３】熱処理後の超硬合金表面の硬質炭化物およ
び／または硬質炭窒化物で構成される微視的な突起の長
さとしては、２〜１０μｍが好ましい。突起物の長さを
この範囲に規定するのは、２μｍよりも短いと顕著なア
ンカー効果がみられず、また１０μｍよりも長いと後工
程での多結晶ダイヤモンドの被覆時に、突起の間に多結
晶ダイヤモンドが生成し難くなり逆に高い密着強度が得
られないからである。

【００２４】表面にこのような硬質炭化物および／また
は硬質炭窒化物の微視的な突起を生成するには、室温か
ら４００℃までの線膨張率が４．０×１０^-6〜５．５×
１０^-6／℃であって、硬質炭化物として周期律表第IVａ
・Ｖａ・VIａ族元素の炭化物および／またはこれらの固
溶体から構成され、その組成がＷＣを７０〜９５重量
％、ＷＣ以外の周期律表第IVａ・Ｖａ・VIａ族元素の炭
化物を２〜２５重量％、鉄族金属を残重量％含有する超
硬合金を、１０〜７６０ＴｏｒｒのＮ₂またはＣＯ雰囲
気中で、９００〜１，５００℃の温度に０．５〜３時間
保持してから、Ｎ₂、ＣＯ、不活性ガス又は真空雰囲気
で室温まで冷却する加熱処理が必要である。この処理に
より超硬合金の構成成分である周期律表第IVａ・Ｖａ・
VIａ族元素の炭化物が超硬合金表面に移動し、さらに再
結晶化して微視的な突起状に成長する。尚、この微視的
な突起は加熱雰囲気によって、その一部が窒化し最終的
に炭窒化物或は炭化物と炭窒化物との混合相となる場合
もあるが、密着強度は炭化物のみの場合と同様良好であ
る。

【００２５】ここで、加熱条件のうち圧力・ガス雰囲気
を上記の規定範囲外とすると硬質炭化物および／または
硬質炭窒化物の微視的な突起が生成しなかったり、長さ
が上記の範囲内にならない等の状態となり好ましくな
い。また、加熱温度やその保持時間を規定しているの
は、９００℃よりも低い温度或は０．５時間よりも短い
保持時間では周期律表第IVａ・Ｖａ・VIａ族元素の炭化
物が超硬合金表面に移動し難いため、突起の生成が不充
分となるからである。一方、１，５００℃よりも高い温
度或は３時間よりも長い保持時間では、表面に成長する
硬質炭化物および／または硬質炭窒化物の粒成長が顕著
となり、強度が低下するため好ましくない。

【００２６】尚、上記の加熱処理による微視的突起生成
に伴って、超硬合金の結合材であった鉄族金属も表面に
溶出する。この鉄族金属はもはや超硬合金の結合材とし
ての作用はせず、後述する多結晶ダイヤモンドの被覆工
程においては、析出するダイヤモンドを黒鉛に変換する
作用を示すため、被覆工程前に除去することが必要であ
る。表面の鉄族金属の除去には、この加熱処理後の超硬
合金を酸に浸漬して溶解する方法が好ましい。この場合
に使用できる酸としては、炭化物或は炭窒化物を溶解せ
ず鉄族金属のみを溶解する塩酸・硝酸等或はこれらの混
酸が有効である。溶解処理は室温でも行なえるが、加圧
加熱状態にすることにより一層効率的に処理を行なうこ
とが可能である。尚、本発明での超硬合金の加熱処理で
生成する微視的突起は、超硬合金の表面を完全に覆うよ
うに層状に形成されるため、表面の鉄族金属を溶解した
酸はそれ以上内部にまで浸透して超硬合金の結合材であ
る鉄族金属を溶解することはない。

【００２７】尚、これらの熱処理を行う前に、予め多結
晶ダイヤモンドを被覆すべき面と反対側の面を貫通する
穴をあけておく必要がある。これは、実装の際にＬＳＩ
を真空吸着するための穴であり、熱処理後の加工では熱
処理により創製された表面の性状が影響を受ける可能性
がため好ましくない。また、多結晶ダイヤモンドの被覆
処理後についても、多結晶ダイヤモンドが加工損傷を受
けることがあるため好ましくない。

【００２８】上記の方法により表面改質された超硬合金
を基材とし、微視的突起を有する表面に気相合成法によ
り多結晶ダイヤモンドを被覆する。ここで多結晶ダイヤ
モンドの被覆をするために行う気相合成法としては公知
の方法が適用可能である。すなわち、プラズマ放電や熱
電子放射を利用して原料ガスの分解・励起を生じさせる
各種のＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法や熱焼炎
法が利用できる。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、またはエステル等の有機炭化化合
物などの炭素を構成元素として含有する物質と水素との
混合ガスを用いるのが一般的である。尚、水素以外にア
ルゴン等の不活性ガスや酸素・一酸化炭素・水等につい
てもダイヤモンドの生成反応を阻害しない範囲内で含有
させることもできる。

【００２９】多結晶ダイヤモンドの被覆厚さは、１５〜
１００μｍであることが重要である。最小値の１５μｍ
は、上記した超硬合金表面の微視的な突起の長さの好ま
しい範囲が２〜１０μｍであるため、この突起が最も長
い場合にこれを完全に覆い尽くし、かつ鏡面状態とする
ためのその後の研磨工程での取り代分を見込んだ値であ
る。最大値を１００μｍに規定しているのは、これより
も厚くなると基材と被覆多結晶ダイヤモンドとの熱膨張
差による熱応力が顕著となり、アンカー効果による密着
強度向上の効果が薄れるからである。

【００３０】また、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。このような純度の高い膜質でない
と、使用中の先端表面の熱劣化が著しくなり満足した寿
命が得られない。

【００３１】尚、ここで超硬合金表面と被覆多結晶ダイ
ヤモンドの界面についてより詳細には、「超硬合金表面
の微視的な突起は被覆する多結晶ダイヤモンド層内に侵
入している」と表現できる。本発明の基材仕様であれ
ば、このような断面構造を呈する被覆が可能であり、ア
ンカー効果を有効に発現させることができる。

【００３２】多結晶ダイヤモンドの被覆処理後は、その
被覆表面を鏡面状態としてツール押圧面とする。ここで
鏡面状態とは、表面粗さＲmax表示で０．１μｍ以下の
状態を意味する。この表面の加工方法については、焼結
ダイヤモンドや気相合成法による多結晶ダイヤモンドの
加工方法として一般的に採用されている研削砥石での研
磨加工によって行うことができる。但し、一般的なツー
ル使用条件である押圧面の最高温度が２３０〜４００℃
の条件下において、平担度が５μｍ以下となるように研
磨する必要がある。その手段としては、例えば押圧面中
央部の温度を２００〜４００℃の範囲でのツール使用温
度と同一になるように制御しながら、研磨加工を行う等
がある。

【００３３】特にこの工程において、多結晶ダイヤモン
ドが厚さ方向に（１００）面および／または（１１０）
面に配向している場合には、この鏡面加工の加工効率を
高めることができるため好ましい。

【００３４】このような方法で得られた多結晶ダイヤモ
ンド被覆超硬合金は、このままの状態で、或は超硬合金
部分について必要な形状に加工することでフリップチッ
プ実装用ツールとして使用することができる。

【００３５】さらに、前記したようにより好ましい構造
として、多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金を工具素材と
して用い、特定のシャンクに接合したものを製造する場
合は、以下の工程による必要がある。

【００３６】すなわち、シャンク材料としては室温から
４００℃までの線膨張率が４．０×１０^-6〜５．５×１
０^-6／℃である金属、合金および／または超硬合金の少
なくとも１種以上からなるものを用いることが必要であ
る。これは、工具素材との熱膨張差に基づく熱応力発生
を極力抑制することから規定されるものである。具体的
には、超硬合金、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ
合金、Ｗ−Ｎｉ合金、コバール合金、インバー合金の材
料から選択される。

【００３７】工具素材とシャンクとの接合は、公知のあ
らゆる方法で行うことができるが、特に６５０〜１，２
００℃の融点の接合用金属を介して接合する方法は有効
である。具体的には、このような温度範囲の融点を有す
るロウ材にによるロウ付けやＡｕによる熱圧着等の手段
が利用できる。ここで、ロウ材としてはＡｕ・Ａｇ・Ｃ
ｕ・Ｐｔ・Ｐｄ・Ｎｉ等の中から選ばれた一種以上を主
成分とし、これら以外の元素もロウ材の特性を損なわな
い程度に含有しているものを用いる。また、Ａｕによる
熱圧着の場合には、工具素材とシャンクの接合面に予
め、Ｔｉ・Ｐｔ・Ａｕ・Ｎｉ・Ｍｏ等の金属薄膜を一層
以上被覆しておくことが好ましい。これらの被覆処理は
Ａｕの熱圧着強度を高める効果がある。

【００３８】尚、接合用接合の融点の下限を６５０℃と
する理由は、ツールの加熱使用時にロウ層のの熱変形や
熱劣化が生じ難いものでなければならないからである。
また上限の１，２００℃は、これ以上の温度で接合した
場合には多結晶ダイヤモンドが熱劣化する可能性が高い
ことによっている。

【００３９】ツール表面の研磨加工は接合後に行う方
が、精度確保の観点から好ましく、前記した研磨方法が
適用される。

【００４０】上記の方法により製造されたツールは、押
圧面が多結晶ダイヤモンドで構成されているため、２３
０〜４００℃の温度範囲における押圧面内の最大温度差
が３０℃以下と良好な特性を発揮することが可能であ
る。特にシャンク設計を図１のようにしたものは温度分
布・平担度の点でより優れたものとなる。

【００４１】

【実施例】以下、この発明を実施例により具体的に説明
する。

【００４２】［実施例１］ＷＣを８７重量％、ＴｉＣを
７．２重量％、Ｃｏを５．８重量％含有する超硬合金を
２０ｍｍ×３ｍｍ×２ｍｍの形状に研削加工を行った。
次に、放電加工により２０ｍｍ×３ｍｍの面の中央部に
垂直に直径が１ｍｍの貫通穴をあけた。

【００４３】その後、この超硬合金を１６０Ｔｏｒｒの
ＣＯ雰囲気中で１，３９０℃の温度に１時間保持してか
ら、真空雰囲気で室温まで冷却する加熱処理を行った。
この加熱処理により、表面にはＷとＴｉの固溶体炭化物
からなる微視的な突起が生成し、これらの突起の間隙は
超硬合金の内部から溶出したＣｏにより埋められた状態
となっていることが明らかとなった。

【００４４】この超硬合金を６０℃に保温された硝酸に
浸漬して、溶出したＣｏのみを溶解除去することによ
り、長さ３μｍの（Ｗ，Ｔｉ）Ｃからなる微視的な突起
で表面を覆われた超硬合金が作製できた。尚、この表面
改質された超硬合金の線膨張率は、室温から４００℃ま
での範囲で４．４×１０^-6／℃と、加熱処理を行う前の
超硬合金のそれと同様であることが確認できた。

【００４５】次に、この超硬合金を基材として工具先端
とすべき２０ｍｍ×３ｍｍの面が被覆面となるように熱
フィラメントＣＶＤ装置の内部に配置し、多結晶ダイヤ
モンドの被覆を５０時間行った。合成条件を表１に示
す。

【００４６】

【表１】

【００４７】回収した超硬合金の表面には厚さが７０μ
ｍの多結晶ダイヤモンドが被覆されていることが明らか
となった。また、この多結晶ダイヤモンドは、ラマン分
光分析でダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモンド炭素
（Ｙ）のピーク比（Ｙ／Ｘ）が０．０７を示し、極めて
純度が高いものであることが確認できた。さらに、Ｘ線
回折によりダイヤモンド結晶の配向性を確認したとこ
ろ、膜厚方向に（１００）配向していることが明らかと
なった。

【００４８】このツール素材と（Ｆｅ−２９重量％Ｎｉ
−１７重量％Ｃｏ）系の合金からなるシャンクとを、融
点が８２０℃の銀ロウにより接合した後、ツール押圧面
の中央部が２５０℃の温度になるように加熱しながら、
多結晶ダイヤモンド被覆面をダイヤモンド砥石により研
磨加工した。その結果、表面がＲmax表示で０．０７μ
ｍの鏡面状態とすることができ、図１形状のツールが作
製できた。ここで１はシャンク、２は超硬合金基材、３
は多結晶ダイヤモンド、４は真空吸着孔、５はロウ材で
ある。尚、鏡面加工後の多結晶ダイヤモンド３の厚さは
４０μｍであった。

【００４９】上記の方法で作製されたツール（Ａ）の特
性を評価するために、ツール押圧面の中央付近の温度を
２５０℃とした場合の押圧面長手方向の平担度と押圧面
内の温度分布測定を行った。比較として、同形状のスー
パーインバー単体からなるツール（Ｂ）の作製と評価も
行った。

【００５０】ここで、平担度の測定については、特開平
５−３２６６４２号公報に記載の方法を適用した。すな
わち、先ず表面が平担な超硬合金製の基体上にφ０．１
のＡｕ線を２０本平行に並べた測定用治具を準備した。
次に、押圧面の中央温度を２５０℃とした各ツールを、
この２０本のＡｕ線の長さ方向とツール長手方向が直交
するように配置した後、ツールをＡｕ線に押しつけてＡ
ｕ線を変形させ、その変形量を測定した。また、押圧面
内の温度分布は、赤外線放射温度計により測定した。

【００５１】結果を表２に示す。この表から明らかなよ
うに、従来のスーパーインバー製ツールではいずれの特
性も不充分であるとの結果が得られた。これに対して、
本発明によるものを工具素材とすれば、このような高精
度の要求を十分満足するものであることが確認できた。

【００５２】

【表２】

【００５３】さらに、これらのツールを用いて液晶パネ
ル駆動ドライバＬＳＩをガラス基板に実装した。尚、実
装は熱硬化性樹脂からなるＡＣＦを介して、定常加熱方
式で行った。また、ツールのクリーニングは、１千回の
実装毎に＃４００のサンドペーパーにツール表面をこす
りつける方法で、付着物を除去して行った。

【００５４】その結果、本発明によるツールＡでは均一
で良好な接合が５万回可能であり、さらに継続して実装
することができたが、比較のツールＢでは、１万回の実
装後からツール押圧面の両端近傍に位置する接合が不十
分となり、接合不良が生じるようになった。

【００５５】［実施例２］ＷＣを９０重量％、ＴａＣを
５重量％、Ｃｏを５重量％含有する超硬合金を研削加工
と放電加工により図２に示す形状の超硬合金シャンク６
とした。尚、ここで多結晶ダイヤモンドを被覆してツー
ル先端面とする面７の大きさは、２５ｍｍ×１５ｍｍで
ある。

【００５６】その後、この超硬合金を１１０Ｔｏｒｒの
Ｎ₂雰囲気中で１，３９０℃の温度に２時間保持してか
ら、真空雰囲気で室温まで冷却する加熱処理を行った。
この加熱処理により、表面にはＷとＴａの固溶体炭化物
からなる微視的な突起が生成し、これらの突起の間隙は
超硬合金の内部から溶出したＣｏにより埋められた状態
となっていることが明らかとなった。

【００５７】この超硬合金を５０℃の塩酸に浸漬して、
溶出したＣｏのみを溶解除去することにより、長さ４μ
ｍの（Ｗ，Ｔａ）Ｃからなる微視的な突起で表面を覆わ
れた超硬合金が作製できた。尚、この表面改質された超
硬合金の線膨張率は、室温から４００℃までの範囲で
４．５×１０^-6／℃と、加熱処理を行う前の超硬合金の
それと同様であることが確認できた。

【００５８】次に、この超硬合金を基材として工具先端
とすべき２５ｍｍ×１５ｍｍの面７が被覆面となるよう
にマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の内部に配置し、多結
晶ダイヤモンドの被覆を３２時間行った。合成条件を表
３に示す。

【００５９】

【表３】

【００６０】回収した超硬合金の表面には厚さ６０μｍ
の多結晶ダイヤモンドが被覆されていることが明らかと
なった。また、この多結晶ダイヤモンドは、ラマン分光
分析でダイヤモンド炭素（Ｘ）と非ダイヤモンド（Ｙ）
のピーク比（Ｙ／Ｘ）が０．０６を示し、極めて純度が
高いものであることが確認できた。さらに、Ｘ線回折に
よりダイヤモンド結晶の配向性を確認したところ、膜厚
方向に（１１０）配向していることが明らかとなった。

【００６１】次に、この多結晶ダイヤモンド被覆超硬合
金を、ツール押圧面とする多結晶ダイヤモンド被覆面の
中央付近が３８０℃の温度になるように加熱しながら、
ダイヤモンド砥石により研磨加工した。その結果、表面
がＲmax表示で０．０７μｍの鏡面状態とすることがで
き、鏡面加工後の多結晶ダイヤモンドの厚さは２０μｍ
となった。

【００６２】このツールについて、熱応答性、ツー
ル押圧面の温度分布、ならびにツール押圧面の平担度
に関する評価を行った。

【００６３】については、室温のツールに通電してか
ら３８０℃に至るまでの昇温時間とその後通電と停止し
て３８０℃から２００℃に至るまでの冷却時間を計測し
て評価した。また、については、ツール先端表面の中
央部を３８０℃としたときのツール押圧面各部の温度を
実施例１と同様の方法で測定し、最大の温度差を評価し
た。については、室温及びツール先端表面の中央部を
３８０℃としたときのツール表面の最大のそりの大きさ
を実施例１と同様の方法で計測して評価した。比較とし
てＭｏツール（Ｄ）及びスーパーインバーツール（Ｅ）
の評価も行った。

【００６４】結果を表４に示す。これにより、本発明に
よるツールは、熱応答性・温度分布の均一性・平担度の
いずれの点においても、従来のツールの性能を上回るも
のであることが明らかとなった。

【００６５】

【表４】

【００６６】さらに、これらのツールを用いてパソコン
用のＭＰＵをプリント配線基板に実装することを試み
た。尚、実装はＭＰＵ表面に形成されたＰｂ−Ｓｎハン
ダのバンプを溶融・凝固させて行うため、ツール最高温
度を３８０℃にするパルス加熱方式で行った。また、ツ
ールのクリーニングについては、実施例１と同様に行っ
た。

【００６７】その結果、本発明によるツールＣでは均一
で良好な接合が１０万回可能であり、さらに継続して実
装することができたが、比較のツールＤ・Ｅでは、１万
回の実装後からツール押圧面の両端近傍に位置する接合
が不十分となり、接合不良が生じるようになった。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成を採
用したフリップチップ実装ツールは、ツール先端面の面
粗度や平担度が熱損傷を受けずに良好な状態を長期にわ
たって維持できるので、従来のツールを用いた場合に比
較して良好なフリップチップ実装が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における本発明のツールの斜視図であ
る。

【図２】実施例２で作製した多結晶ダイヤモンド被覆基
材の斜視図である。

【符号の説明】

１シャンク２超硬合金基材３多結晶ダイヤモンド４真空吸着孔５ロウ材６超硬合金シャンク７多結晶ダイヤモンドを被覆すべき面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にＬＳＩを直接実装するフリップ
チップ実装方式の実装で用いられるツールであって、ツ
ール先端の押圧面がＲmax表示で０．１μｍ以下の表面
粗さである気相合成法による多結晶ダイヤモンドで構成
され、かつ当該面内に開孔した少なくとも１つの真空吸
着孔を有するものであり、当該押圧面の最高温度が２３
０〜４００℃の範囲における押圧面の平担度が５μｍ以
下、押圧面内の最大温度差が３０℃以下という特性を有
することを特徴とするフリップチップ実装ツール。
【請求項２】ツールが多結晶ダイヤモンド被覆超硬合
金からなる先端部と金属または合金からなるシャンクで
構成され、これらの構成部材が６５０〜１，２００℃の
融点の接合用金属を介して接合していることを特徴とす
る請求項１に記載のフリップチップ実装ツール。
【請求項３】多結晶ダイヤモンドが超硬合金からなる
シャンクの先端押圧面に直接被覆されていることを特徴
とする請求項１に記載のフリップチップ実装ツール。
【請求項４】多結晶ダイヤモンドの厚さが、１５〜１
００μｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか
に記載のフリップチップ実装ツール。
【請求項５】シャンクの一部または全部が、超硬合
金、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｗ−Ｎ
ｉ合金、コバール合金又はインバー合金からなることを
特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のフリップチッ
プ実装ツール。
【請求項６】実装時の押圧面となるツール先端面に多
結晶ダイヤモンドを被覆する工程と、押圧面の温度を２
００〜４００℃の範囲でのツール使用温度と同一となる
ように制御しながら、押圧面の最高温度が２３０〜４０
０℃の範囲における押圧面の平担度が５μｍ以下で、か
つその表面がＲmax表示で０．１μｍ以下の鏡面状態と
する研磨工程とを少なくとも含むことを特徴とするフリ
ップチップ実装ツールの製造方法。
【請求項７】多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金からな
る先端部と金属または合金からなるシャンクを、６５０
〜１，２００℃の融点の接合用金属を介して接合する工
程を含むことを特徴とする請求項６に記載のフリップチ
ップ実装ツールの製造方法。
【請求項８】多結晶ダイヤモンドを超硬合金からなる
シャンクに直接被覆することを特徴とする請求項６に記
載のフリップチップ実装ツールの製造方法。
【請求項９】多結晶ダイヤモンドの厚さが、１５〜１
００μｍであることを特徴とする請求項６〜８の何れか
に記載のフリップチップ実装ツールの製造方法。
【請求項１０】シャンクの一部または全部が、超硬合
金、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｗ−Ｎ
ｉ合金、コバール合金、インバー合金からなることを特
徴とする請求項６〜９の何れかに記載のフリップチップ
実装ツールの製造方法。
【請求項１１】押圧面が気相合成法による多結晶ダイ
ヤモンドからなり、該表面がＲmax表示で０．１μｍ以
下の鏡面状態で、かつ押圧面の最高温度が２３０〜４０
０℃の条件下における押圧面の平担度が５μｍ以下、押
圧面内の最大温度差が３０℃以下という特性を有するツ
ールを、２００〜４００℃の温度範囲に直接或は間接的
に常時加熱した状態で、ＬＳＩを真空吸着して搬送した
後に一定時間押圧することにより、基板上の接合部材を
介して実装することを特徴とするフリップチップ実装方
法。
【請求項１２】押圧面が気相合成法による多結晶ダイ
ヤモンドからなり、該表面がＲmax表示で０．１μｍ以
下の鏡面状態で、かつ押圧面の最高温度が２３０〜４０
０℃の条件下における押圧面の平担度が５μｍ以下、押
圧面内の最大温度差が３０℃以下という特性を有するツ
ールを、２００〜４００℃の温度範囲に直接或は間接的
に加熱した状態で、ＬＳＩを真空吸着して搬送した後に
一定時間押圧し、その後２００℃以下に冷却してから押
圧を解除することにより、基板上の接合部材を介して実
装することを特徴とするフリップチップ実装方法。