JPH09246328A

JPH09246328A - ダイヤモンド被覆ボンディングツール

Info

Publication number: JPH09246328A
Application number: JP8053090A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Osawa; 雄三大沢; Akio Nishiyama; 昭雄西山; Minoru Kojima; 實小島; Hiromi Umezawa; 弘美梅沢
Original assignee: OGURA HOUSEKI SEIKI KOGYO KK; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: OGURA HOUSEKI SEIKI KOGYO KK; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】多結晶ダイヤモンド被膜の基体に対する密着
強度がより一層高く、耐久性に優れたボンディングツー
ルを得る。【解決手段】本発明のボンディングツールはＳｉＣを
主成分とする焼結体からなる基体とこの基体の表面に主
として（１１０）面に配向して形成された多結晶ダイヤ
モンド被膜とからなるダイヤモンド被覆基材をツール先
端部にろう付けして構成され、焼結体が５〜３５％の気
孔率を有することを特徴とする。多結晶ダイヤモンド被
膜が基体に接する非晶質カーボンを含む０．５〜１０μ
ｍ厚の第１ダイヤモンド層とこのダイヤモンド層に（１
１０）面に配向して積層された１０〜２００μｍ厚の実
質的に１００％純粋な第２ダイヤモンド層とからなるこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップの製造
過程で使用されるＴＡＢ（Tape Automated Bonding）用
ボンディングツールに関する。更に詳しくは多結晶ダイ
ヤモンド被膜が先端に形成されたボンディングツールに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体分野の技術進歩は著しく、
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出す
ためには、テープに配線されたリードを半導体素子に接
続する必要がある。この接続には加熱したボンディング
ツールでリード接合部を加圧し、熱圧着する方式が広く
採用されている。このボンディングツールの先端には極
めて平滑で高硬度な単結晶ダイヤモンドが熱圧着時に付
着残留がなく耐久性の高いことから使用される。しかし
単結晶ダイヤモンドは高価で高々数ｍｍ角の面積のもの
しか得られないため、より大面積の接合部を一度に熱圧
着することができない。

【０００３】この点を解決するため、近年では先端に気
相合成法（ＣＶＤ法）により多結晶ダイヤモンドを析出
させたボンディングツールが提案されている（特開平２
−２２４３４９）。このボンディングツールはＳｉ又は
Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣ，ＡｌＮのいずれかを主成分とする焼
結体又はこれらの複合体からなる基体にＣＶＤ法で析出
させた多結晶ダイヤモンドが厚さ方向に（１００）面又
は（１１０）面に配向してなるツール先端部がツールの
金属母材にろう付けされて構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その基体表面にＣＶＤ
法で多結晶ダイヤモンド膜を析出させた上記焼結体又は
複合体からなるツール先端部をツールの金属母材にろう
付けして形成したボンディングツールで実際にボンディ
ングを行う場合、通常ツール先端部及びツールの金属母
材は接合に必要な高温に保持されているが、リード接合
時にはツール先端部は急に冷やされ熱衝撃を受ける。こ
のような場合、上記基体に用いるＳｉＣ焼結体が緻密で
あるとポーラスな焼結体に比較し熱伝導性がよいことか
ら、ろう付け部まで温度低下による熱衝撃を受ける。こ
れが電子液晶ディスプレイ用ＩＣの接合用に代表される
大面積型のボンディングツールになると、この熱的衝撃
の影響を一層大きく受け、ろう付け接合部の接合精度の
低下や激しい場合にはツールの金属母材から基体の脱落
が生じるなどの不具合が発生する。また上記基体に用い
るＳｉＣ焼結体が緻密であるとポーラスな焼結体に比較
し基体表面が平滑すぎて、多結晶ダイヤモンド被膜の基
体に対する密着強度が十分高くならず上記のような熱衝
撃を受けると比較的容易に被膜の損傷や剥離の問題が発
生する。

【０００５】本発明の目的は、多結晶ダイヤモンド被膜
の基体に対する密着強度がより一層高く、耐久性に優れ
たダイヤモンド被覆ボンディングツールを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
ＳｉＣを主成分とする焼結体からなる基体とこの基体の
表面に主として（１１０）面に配向して形成された多結
晶ダイヤモンド被膜とからなるダイヤモンド被覆基材を
ツール先端部にろう付けしてなるダイヤモンド被覆ボン
ディングツールにおいて、この焼結体が５〜３５％の気
孔率を有することを特徴とするダイヤモンド被覆ボンデ
ィングツールである。本明細書で、「気孔率」とは焼結
体に含まれる気孔容積の全容積に対する割合をいい、
「気孔」は閉じている閉気孔のみならず、外気に通じる
開気孔を含む。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、多結晶ダイヤモンド被膜が基体に接する非
晶質カーボンを含む０．５〜１０μｍ厚の第１ダイヤモ
ンド層とこのダイヤモンド層に（１１０）面に配向して
積層された１０〜２００μｍ厚の実質的に１００％純粋
な第２ダイヤモンド層とからなる請求項１記載のダイヤ
モンド被覆ボンディングツールである。

【０００８】本発明の基体である気孔率が５〜３５％の
ＳｉＣ焼結体は、緻密なＳｉＣ焼結体と比較して熱伝導
率が低い特徴があるとともに、その表面が開気孔その他
により、微細な凹凸で覆われる。また基体に接する０．
５〜１０μｍ厚の第１ダイヤモンド層は非晶質カーボン
を含むためその熱伝導率は第２ダイヤモンド層に比較し
て低い。焼結体の表面に多結晶ダイヤモンド被膜を形成
すると、この被膜の一部が微細な凹凸に侵入し、これら
の凹凸に多結晶ダイヤモンド被膜が係留する。このため
多結晶ダイヤモンド被膜はより確実に基体である焼結体
により高い強度で密着する。多結晶ダイヤモンド被膜を
（１１０）面に配向して形成することにより、耐摩耗性
及び耐溶着性に優れ、加工性が良好となる。

【０００９】本発明のボンディングツールでは、高温で
保持されたツール先端がリード接合時に低温のリードに
より熱的衝撃を受けたときに、基体の熱伝導率が低いた
めに、ツールろう付け層及びツールの金属母材は温度の
変化を受けにくく熱衝撃が緩和される。第１ダイヤモン
ド層を有する場合には、より熱衝撃が緩和される。また
本発明のボンディングツールでは、熱圧着によりツール
先端が圧縮応力を受けたときには、多結晶ダイヤモンド
被膜の基体への高い密着強度により、多結晶ダイヤモン
ド被膜が基体から剥離しない。第１ダイヤモンド層を有
する場合には、圧縮応力が緩和され、剥離現象がより一
層抑制される。この結果、従来基体とろう付け層及びツ
ールの金属母材の熱膨張率の差或いは被膜と基体との密
着強度不足に起因して、基体や被膜に生じていたクラッ
ク現象や、基体がろう付け層又は被膜から剥離していた
現象はなくなる。

【００１０】基体の気孔率が５％未満の場合上記作用効
果が現れず、また気孔率が３５％を越えると焼結体の強
度が低下し、ボンディングツールの耐久性が劣るように
なる。この気孔率は１５〜３５％が好ましい。また第１
ダイヤモンド層の厚さが０．５μｍ未満ではその効果が
現れず、１０μｍを越えると被膜全体の強度や耐摩耗性
が低下する。更に第２ダイヤモンド層の厚さが１０μｍ
未満では被覆面の研摩中又はツールとして使用中に亀裂
が入り易い。また２００μｍを越えると、その形成に時
間がかかり過ぎ、また２００μｍ以上でもその効果は殆
ど不変である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のボンディングツールはツ
ール作製時及びツールとしての使用時に４００〜７００
℃程度の高温に曝されるため、本発明の焼結体は熱膨張
係数がダイヤモンドの熱膨張係数に近くかつ耐熱性を有
することが必要である。そのために本発明の焼結体に
は、ＳｉＣが選ばれる。この焼結体はＳｉＣ１００％の
ものに限らず、ＳｉＣを主成分とするもの、例えばＳｉ
Ｃが９５重量％以上であるものを含む。焼結体は必要形
状に成形加工されて基体となる。

【００１２】この基体である焼結体の表面にはＣＶＤ法
により多結晶ダイヤモンド被膜が形成される。ツール作
製時に被膜面を研摩仕上げし、またその加工性を容易に
するために、多結晶ダイヤモンドは厚さ方向に主として
（１１０）面に配向するように合成される。この配向割
合は被覆面の５０％以上である。被覆面の（１１０）面
配向割合が５０％以下の場合、適正な加工面が得られず
被加工性が悪くなる。前述したように焼結体との密着性
を向上するために合成初期には非晶質カーボンを含む第
１ダイヤモンド層を合成し、外層となる表面層には１０
０％純粋な第２ダイヤモンド層を形成することもでき
る。焼結体からなる基体と多結晶ダイヤモンド被膜によ
り構成されたダイヤモンド被覆基材はろう付けにより母
材であるツールの先端に接合される。ＣＶＤ法で多結晶
ダイヤモンド被膜を合成後、又はダイヤモンド被覆基材
をろう付けした後、被膜表面を研摩して表面粗さ（Ｒma
x）が単結晶ダイヤモンド並の０．１μｍ以下にする。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。本発明は以下に述べる実施例に限定されるものでは
ない。＜実施例１〜１１＞ＳｉＣ粉末を焼結することによりＳ
ｉＣを主成分とする焼結体を作製した。即ち、ＳｉＣ粉
末に焼結助剤としてＢ（ボロン）粉末を１重量％加えて
均一に混合した。この混合粉を所定の型により密度が理
論密度の５０〜６０％になるようにプレス成形した。同
一条件で１１個の成形体を得た。次の表１に示す６つの
条件で焼結し、たて１０ｍｍ、よこ５ｍｍ、厚さ２ｍｍ
の基体となる焼結体を得た。

【００１４】

【表１】

【００１５】上記焼結体の表面を＃２７０のダイヤモン
ド砥石で研摩して、表面粗さをＲmaxで約３μｍ程度に
平坦化した。これら１１枚の焼結体のうち、６枚を熱フ
ィラメントＣＶＤ法で、５枚をマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法でそれぞれ焼結体表面にダイヤモンドを被覆した。
ダイヤモンド被覆に際し、基体となる焼結体を石英ガラ
スからなる支持台上に固定した。熱フィラメントＣＶＤ
法によるダイヤモンド被覆は、フィラメントとして直径
０．４ｍｍのＴａ線を用い、フィラメント温度２１５０
℃、圧力３０Ｔｏｒｒ、及び基板温度９００℃で行っ
た。マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド被
覆は、原料ガスであるＨ₂の流量を２００ｃｃ／分、Ｃ
Ｈ₄の流量を４ｃｃ／分及びＡｒの流量を５０ｃｃ／分
にして、圧力１００Ｔｏｒｒでマイクロ波発振機出力を
８００Ｗで行った。熱フィラメントＣＶＤ法とマイクロ
波プラズマＣＶＤ法において、即ち実施例２、実施例
５、実施例８及び実施例１１において、各焼結体の表面
に本願請求項２に係る発明の非晶質カーボンを含む第１
ダイヤモンド層を形成し、このダイヤモンド層上に１０
０％純粋な第２ダイヤモンド層を積層した。

【００１６】＜比較例１＞実施例１と同様にＳｉＣ粉末
を主成分とする混合粉を調製し、この混合粉を所定の型
により密度が理論密度の９０％以上になるようにホット
プレス成形した。この高密度の成形体を次の表２に示す
条件Ｇで焼結し、実施例１と同じたて１０ｍｍ、よこ５
ｍｍ、厚さ２ｍｍの焼結体を得た。この焼結体の表面を
実施例１と同様に研摩して、表面粗さをＲmaxで約３μ
ｍ程度に平坦化した。この焼結体表面にマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法により実施例７と同じ条件で多結晶ダイヤ
モンド被膜を形成した。

【００１７】

【表２】

【００１８】＜比較例２＞ＳｉＣ粉末の代わりにＴａ粉
末を用いて実施例１と同様にして混合粉を調製した。こ
の混合粉を比較例１と同じ条件で成形し、焼結して比較
例１と同形同大の焼結体を得た。この焼結体の表面を実
施例１と同様に研摩して、表面粗さをＲmaxで約３μｍ
程度に平坦化した。この焼結体表面にマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法により実施例７と同じ条件で多結晶ダイヤモ
ンド被膜を形成した。

【００１９】＜比較例３＞ＳｉＣ粉末の代わりにＭｏ粉
末を用いて実施例１と同様にして混合粉を調製した。こ
の混合粉を比較例１と同じ条件で成形し、焼結して比較
例１と同形同大の焼結体を得た。この焼結体の表面を実
施例１と同様に研摩して、表面粗さをＲmaxで約３μｍ
程度に平坦化した。この焼結体表面にマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法により実施例７と同じ条件で多結晶ダイヤモ
ンド被膜を形成した。

【００２０】＜比較例４＞ＳｉＣ粉末の代わりにＷ粉末
を用いて実施例１と同様にして混合粉を調製した。この
混合粉を比較例１と同じ条件で成形し、焼結して比較例
１と同形同大の焼結体を得た。この焼結体の表面を実施
例１と同様に研摩して、表面粗さをＲmaxで約３μｍ程
度に平坦化した。この焼結体表面に熱フィラメントＣＶ
Ｄ法により実施例１と同じ条件で多結晶ダイヤモンド被
膜を形成した。

【００２１】＜比較例５＞ＳｉＣ粉末の代わりにＳｉ₃
Ｎ₄粉末を用いて実施例１と同様にして混合粉を調製し
た。この混合粉を比較例１と同じ条件で成形し、焼結し
て比較例１と同形同大の焼結体を得た。この焼結体表面
に熱フィラメントＣＶＤ法により実施例１と同じ条件で
多結晶ダイヤモンド被膜を形成した。

【００２２】＜気孔率及びダイヤモンド被膜表面の結晶
配向性の測定結果＞実施例１〜１１及び比較例１〜５に
おいて、多結晶ダイヤモンド被膜を形成する前の焼結体
の実際の気孔率をポロシメータ法、密度測定及び表面の
顕微鏡写真観察により求めた。また各ＣＶＤ法で合成し
た多結晶ダイヤモンドをＸ線回折によりその（２２０）
面と（１１１）面のピークの強度比（２２０）／（１１
１）を求め、この値から（１１０）面の配向性を調べ
た。その結果を表３に示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】＜熱サイクル試験＞実施例１〜１１及び比
較例１〜５で得られたダイヤモンド被覆基材をそれぞれ
空気中で２００℃で１５秒間保持した後、４０℃／秒の
速度で６００℃まで昇温し、６００℃で１０秒間保持し
た。その後５℃／秒の速度で２００℃まで降温した。こ
の２００℃と６００℃との間の加熱と冷却を繰返し、１
００回行った。１００回までの間にダイヤモンド被膜に
異常が見られたものはそこまでの回数を数えた。その結
果を表４に示す。

【００２５】＜耐久試験＞実施例１〜１１及び比較例１
〜５で得られたダイヤモンド被覆基材の基体裏面にＴｉ
を３μｍ蒸着してメタライズ層を形成した後、ステンレ
ス製シャンク材の先端に市販のろう材を介してこのメタ
ライズ層を当接し、真空ろう付けを行った。シャンク材
にろう付けしたダイヤモンド被覆基材のダイヤモンド表
面をメッシュサイズ＃２００のダイヤモンド電着砥石に
より研摩した。すべての基材のダイヤモンド表面の粗さ
Ｒmaxは０．１μｍ以下であった。このようにして得ら
れたボンディングツールの耐久試験を行った。耐久試験
は、ツール先端温度を６００℃、圧着時間を３秒とし、
リードが配線されたテープを１００万回繰返しボンディ
ングすることにより行い、ダイヤモンド被膜及びろう付
け部の損傷程度を目視により観察した。その結果を表４
に示す。

【００２６】

【表４】

【００２７】表４から明らかなように、熱サイクル試験
で比較例１〜５が１５回〜８０回でダイヤモンド被膜が
剥離するのに対して、実施例１〜１１ではすべて全く損
傷がなかった。また耐久試験で比較例１〜５がろう付け
部の脱落やダイヤモンド膜の剥離損傷が見られたのに対
して、実施例１〜１１では１００万回試験してもすべて
全く損傷も損耗もなかった。特に表３から明らかなよう
に、比較例１及び比較例５は、多結晶ダイヤモンド被膜
の（１１０）面の配向性が実施例と同程度に優れていて
も、気孔率が１％以下であるため、上述したように実施
例１〜１１に比べて熱的、機械的耐久性に劣っていた。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、多
結晶ダイヤモンド被膜の基体に対する密着強度がより一
層高く、耐久性に優れたボンディングツールが得られ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島實東京都大田区大森北５丁目７番12号オグラ宝石精機工業株式会社内 (72)発明者梅沢弘美東京都大田区大森北５丁目７番12号オグラ宝石精機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｉＣを主成分とする焼結体からなる基
体と前記基体の表面に主として（１１０）面に配向して
形成された多結晶ダイヤモンド被膜とからなるダイヤモ
ンド被覆基材をツール先端部にろう付けしてなるダイヤ
モンド被覆ボンディングツールにおいて、前記焼結体が５〜３５％の気孔率を有することを特徴と
するダイヤモンド被覆ボンディングツール。
【請求項２】多結晶ダイヤモンド被膜が基体に接する
非晶質カーボンを含む０．５〜１０μｍ厚の第１ダイヤ
モンド層とこのダイヤモンド層に（１１０）面に配向し
て積層された１０〜２００μｍ厚の実質的に１００％純
粋な第２ダイヤモンド層とからなる請求項１記載のダイ
ヤモンド被覆ボンディングツール。