JPH10340934A

JPH10340934A - ボンディングツール

Info

Publication number: JPH10340934A
Application number: JP9165018A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Takeuchi; 友幸竹内
Original assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-12-22
Anticipated expiration: 2017-06-06
Also published as: JP3862815B2

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に製作することができ、しかもツール作用
面の平坦性に優れ、ツール作用面材の摩耗が少なく、ツ
ール作用面の変形が少なく、ツール先端部とシャンクが
強固に接合されたＴＡＢ工程用のボンディングツールを
提供する。【解決手段】焼結体基板に多結晶ダイヤモンド膜を析出
させたツール先端部をシャンクにろう付けしてなるボン
ディングツールにおいて、シャンクの材質がオーステナ
イト系低熱膨張鋳鉄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
ルに関する。さらに詳しくは、本発明は、ツール作用面
の平坦性に優れ、ツール作用面材の摩耗が少なく、ツー
ル作用面の変形が少ないＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍ
ａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）工程用のボンディングツー
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＡＢ工程においては、ＬＳＩチップの
電極とフィルムキャリヤのリードが接続される。図１
は、ＴＡＢ工程の説明図である。加熱ステージ１上の熱
絶縁体２の上に、チップガイド３により位置決めされた
チップ４に対して、インナーリード５を有するフィルム
キャリヤ６が、テープガイド７を経由して、インナーリ
ードの位置と電極８の位置が一致するよう運ばれる。こ
の状態で、加熱されたボンディングツール９が加圧シリ
ンダ１０によって押し下げられてインナーリードを電極
に押し付け、インナーリードと電極の間にＡｕ−Ｓｎ共
晶合金を形成することにより、あるいは、Ａｕ−Ａｕの
熱圧着により、チップをインナーリードに接合する。電
極とリードの良好な接合を行うためには、電極の高さの
均一性を保つとともに、ボンディングツール作用面の平
坦性と、耐摩耗性と、均一な温度分布が重要である。ボ
ンディングツール作用面の材料として、耐摩耗性に優
れ、熱伝導率の大きい多結晶ダイヤモンドが開発されて
いる。多結晶ダイヤモンドは線膨張率が小さいので、多
結晶ダイヤモンド膜を形成する基板も低熱膨張性の材料
が選ばれる。さらに、ボンディングツールのシャンクに
も、熱膨張率の小さい多結晶ダイヤモンドと焼結体基板
からなるツール先端部とシャンクの接合部において、た
がいの熱膨張率の差による接合強度の低下や剥離の発生
を防ぐために、低熱膨張率を有する材料の使用が試みら
れている。例えば、特許第２５２０９７１号公報には、
室温から６００℃までの線膨張率が７.５×１０^-6／℃
以下である金属又は合金製シャンクが提案されている。
このような熱膨張率の小さい金属又は合金としては、例
えば、コバール、インバー合金、モリブデン、タングス
テン、Ｗ−Ｃｕ合金、超硬合金などが挙げられる。しか
し、このような金属及び合金は、ボンディングツール作
用面となる多結晶ダイヤモンドやＳｉＣ基板などとシャ
ンクの接合に用いるろう材に対する濡れ性が悪く、ボン
ディングツールを長期間にわたって使用すると、接合部
の境界面にクラックが発生しやすい。また、このような
金属及び合金は、加工性が悪く、複雑な形状への加工が
必要なボンディングツールのシャンクの加工には困難が
伴い、経済的に有利に製造できないという問題がある。
さらに、このような金属及び合金は、材料自体も高価で
あり、加工性の問題に加えて、コスト高の原因となる。
このために、ＳｉＣ基板などとの濡れ性が良好で、複雑
な形状への加工を容易に行うことができ、経済的に有利
に製造することができるボンディングツールが求められ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、容易に製作
することができ、しかもツール作用面の平坦性に優れ、
ツール作用面材の摩耗が少なく、ツール作用面の変形が
少なく、ツール先端部とシャンクが強固に接合されたＴ
ＡＢ工程用のボンディングツールを提供することを目的
としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、焼結体基板に多結
晶ダイヤモンド膜を析出させたツール先端部を、オース
テナイト系低熱膨張鋳鉄からなるシャンクにろう付けす
ることにより、シャンクを容易に加工することができ、
しかも、ツール作用面の平坦性、耐摩耗性に優れ、ツー
ル先端部とシャンクの接合強度の大きいボンディングツ
ールが得られることを見いだし、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、（１）
焼結体基板に多結晶ダイヤモンド膜を析出させたツール
先端部をシャンクにろう付けしてなるボンディングツー
ルにおいて、シャンクの材質がオーステナイト系低熱膨
張鋳鉄であることを特徴とするボンディングツール、
（２）オーステナイト系低熱膨張鋳鉄の線膨張率が、室
温〜６００℃において８〜１２×１０^-6Ｋ^-1である第
(１)項記載のボンディングツール、及び、（３）オース
テナイト系低熱膨張鋳鉄が、炭素０.８〜３.０重量％、
ケイ素１.０〜３.０重量％、ニッケル３０.０〜３４.０
重量％及びコバルト４.０〜６.０重量％を含有する第
(１)項又は第(２)項記載のボンディングツール、を提供
するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のボンディングツールは、
焼結体基板に多結晶ダイヤモンド膜を析出させたツール
先端部を、材質がオーステナイト系低熱膨張鋳鉄である
シャンクにろう付けしてなるものである。図２は、ボン
ディングツールの説明図であり、図２(ａ)は正面図、図
２(ｂ)は側面図、図２(ｃ)は底面図である。ボンディン
グツールのシャンクには、加圧シリンダへの取り付け部
１１、ヒーター取り付け穴１２、熱電対取り付け穴１３
などの複雑な加工が施され、先端にツール先端部１４が
ろう付けされている。本発明において、ツール先端部の
焼結体基板の材質には特に制限はなく、例えば、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮなどを挙げることができる。これ
らの中で、ＳｉＣは耐熱性、高温下での強度、低熱膨張
性、高熱伝導性を兼ね備えているので、特に好適に使用
することができる。本発明において、焼結体基板に多結
晶ダイヤモンド膜を析出させる方法には特に制限はな
く、例えば、熱フィラメント法、マイクロ波プラズマ
法、高周波プラズマ法、直流放電プラズマ法、アーク放
電プラズマジェット法、燃焼炎法などを挙げることがで
きる。

【０００６】本発明においては、材質がオーステナイト
系低熱膨張鋳鉄であるシャンクを使用する。オーステナ
イト系低熱膨張鋳鉄は、従来より用いられたきた低熱膨
張合金と比べて加工性が良好であるので、シャンクの加
工精度を上げて、ツール作用面の平坦性と、装置取付け
部分（図２−１１）に対する位置精度を向上させること
ができる。また、オーステナイト系低熱膨張鋳鉄からな
るシャンクを用いることにより、シャンクとツール先端
部をろう付けするとき、熱膨張率の差により発生する接
合部の歪みが緩和され、加熱と冷却を繰り返しても、ツ
ール先端部の平坦性が維持される。また、オーステナイ
ト系低熱膨張鋳鉄は、多くのろう材に対して良好な濡れ
性を有するので、大きい接合強度が得られる。さらに、
オーステナイト系低熱膨張鋳鉄は、マトリックス中に分
散する黒鉛の作用により、ろう付け時のシャンクとツー
ル先端部の間の歪みが緩和される。本発明において、シ
ャンクとツール先端部をろう付けするためのろう材には
特に制限はなく、例えば、金ろう、銀ろう、パラジウム
ろう、銅ろう、黄銅ろう、りん銅ろう、ニッケルろう、
アルミニウム合金ろうなどを挙げることができる。これ
らの中で、銀ベースのろう材にＴｉ、Ｔａ等を添加した
活性銀ろうを特に好適に使用することができる。

【０００７】本発明において、シャンクの材料として用
いるオーステナイト系低熱膨張鋳鉄の線膨張率は、常温
〜６００℃において、８〜１２×１０^-6Ｋ^-1であること
が好ましい。多結晶ダイヤモンドの線膨張率は非常に小
さいので、従来より、多結晶ダイヤモンド膜を析出させ
る焼結体基板に低熱膨張性の材料を選び、ツール先端部
を接合するシャンクも、可能な限り線膨張率の小さいも
のを使用することにより、接合部の破壊を防ぐととも
に、ツール作用面の平坦性を実現しようとする考え方が
支配的であった。しかし、ツール先端部の多結晶ダイヤ
モンドは低熱膨張の物質であるが、そこに使用される基
板はその多結晶ダイヤモンドより熱膨張率が大きい。ま
た、ボンディングツールを駆動する加圧シリンダなど、
ボンダの他の部分は通常の工作機械用鋼材で構成されて
いるので、ボンディングツールのシャンクを低熱膨張性
の材料とすることは、必ずしもボンダ全体としての精度
を向上する結果とはならない。本発明のボンディングツ
ールにおいては、ボンダ本体を構成する材料の線膨張率
から徐々にシャンク材、多結晶ダイヤモンドと線膨張率
を小さくすることにより、ツール先端部に接合された低
熱膨張性の多結晶ダイヤモンドとボンダ本体の線膨張率
の差による変形の差を緩和し、ボンダ全体としての精度
を向上し、ツール作用面の平坦性を維持することができ
る。本発明において、オーステナイト系低熱膨張鋳鉄の
線膨張率が、室温〜６００℃において８×１０^-6Ｋ^-1未
満であると、シャンクとボンダ本体の接合したときの精
度が低下するおそれがある。オーステナイト系低熱膨張
鋳鉄の線膨張率が１２×１０^-6Ｋ^-1を超えると、加熱と
冷却の繰り返しにより、シャンクとツール先端部の接合
部において、クラックが発生しやすくなるおそれがあ
る。

【０００８】本発明において、オーステナイト系低熱膨
張鋳鉄は、炭素０.８〜３.０重量％、ケイ素１.０〜３.
０重量％、ニッケル３０.０〜３４.０重量％及びコバル
ト４.０〜６.０重量％を含有することが好ましい。炭素
０.８〜３.０重量％及びケイ素１.０〜３.０重量％を含
有することにより、鋳鉄中に炭素が適量の片状黒鉛又は
球状黒鉛として析出し、良好な鋳造性及び加工性が維持
される。炭素の含有量が０.８重量％未満であると、炭
素は炭化物となり黒鉛として析出しないので、鋳造性が
損なわれるおそれがある。炭素の含有量が３.０重量％
を超えると、黒鉛の析出量が過剰となって、鋳造性が損
なわれるおそれがある。ニッケルの含有量が、３０.０
重量％未満であっても、３４.０重量％を超えても、線
膨張率が高くなりすぎるおそれがある。コバルトの含有
量が４.０重量％未満であっても、６.０重量％を超えて
も、線膨張率が高くなりすぎるおそれがある。本発明の
ボンディングツールは、耐摩耗性に優れた多結晶ダイヤ
モンド膜を有するツール先端部を、加工性が良好で適度
な線膨張率を有するオーステナイト系低熱膨張鋳鉄から
なるシャンクにろう付けしているので、ツール作用面の
平坦性に優れた高精度のボンダを得ることができる。

【０００９】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。実施例１厚み４mm、寸法１０mm×１０mmのＳｉＣ基板に、マイク
ロ波プラズマ法により厚さ４０μｍのＳｉＣ中間層を形
成した。次いで、ＳｉＣ基板を９００℃に加熱し、５０
Torrの減圧下にメタン０.８容量％。水素９９.２容量％
の混合気体を導入し、熱フィラメント法により２０時間
ダイヤモンドの気相合成を行い、ＳｉＣ中間層の上に厚
み８０μｍの多結晶ダイヤモンド膜を形成し、鏡面にラ
ップ加工することによりツール先端部を得た。室温〜６
００℃の線膨張率が８.７×１０^-6Ｋ^-1であるオーステ
ナイト系低熱膨張鋳鉄［(株)榎本鋳工所、ＣＮ−５］を
用いて、図２に示す形状を有するシャンクを作製した。
シャンクの加工は、容易であった。このシャンクに、ツ
ール先端部を活性銀ろうを用いてろう付けし、ボンディ
ングツールを得た。このツール作用面の平坦度は、５０
０℃に加熱した状態で、０.８μｍ凹であった。このボ
ンディングツールをボンダに取り付け、ツール作用面の
温度を５００℃に保ち、加熱ステージに対して、ツール
荷重５kg、加圧サイクル３０回／分で、２８日間ショッ
トテストを継続した。テスト終了後のツール作用面の平
坦度は、５００℃に加熱した状態で、１.３μｍ凹であ
り、テスト前後の平坦度の変化は０.５μｍであった。
テスト終了後のツール先端部とシャンクの接合部の境界
面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、変化
は認められなかった。実施例２シャンクの材質を、室温〜６００℃の線膨張率が１１.
１×１０^-6Ｋ^-1であるオーステナイト系低熱膨張鋳鉄
［(株)榎本鋳工所、ＣＳ−５］とした以外は、実施例１
と同じ操作を繰り返した。ショットテスト前のツール作
用面の平坦度は、５００℃に加熱した状態で、１.２μ
ｍ凸、ショットテスト後のツール作用面の平坦度は、５
００℃に加熱した状態で、０.５μｍ凹であり、テスト
前後の平坦度の変化は１.７μｍであった。テスト終了後
のツール先端部とシャンクの接合部の境界面を、走査型
電子顕微鏡を用いて観察したところ、変化は認められな
かった。比較例１シャンクの材質を、室温〜６００℃の線膨張率が７.０
×１０^-6Ｋ^-1である５４wt％Ｆｅ−２８Ｎｉ−Ｃｏ合金
とした以外は、実施例１と同じ操作を繰り返した。ショ
ットテスト前のツール作用面の平坦度は、５００℃に加
熱した状態で、２.０μｍ凹であり、ショットテスト後
のツール作用面の平坦度は、５００℃に加熱した状態
で、１.０μｍ凹であり、テスト前後の平坦度の変化は
１.０μｍであった。テスト終了後のツール先端部とシ
ャンクの接合部の境界面を、走査型電子顕微鏡を用いて
観察したところ、変化は認められなかった。比較例２シャンクの材質を、室温〜６００℃の線膨張率が７.６
×１０^-6Ｋ^-1であるＪＩＳ規格Ｋ１０種の超硬合金とし
た以外は、実施例１と同じ操作を繰り返した。ショット
テスト前のツール作用面の平坦度は、５００℃に加熱し
た状態で、１.５μｍ凹であり、ショットテスト後のツ
ール作用面の平坦度は、５００℃に加熱した状態で、
１.５μｍ凸であり、テスト前後の平坦度の変化は３.０
μｍであった。テスト終了後のツール先端部とシャンク
の接合部の境界面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し
たところ、クラックの発生が認められた。また、シャン
クの表面はＣｏが抜けて、緑色に変色し、脆くなってい
た。比較例３シャンクの材質を、室温〜６００℃の線膨張率が５.１
×１０^-6Ｋ^-1であるモリブデンとした以外は、実施例１
と同じ操作を繰り返した。ショットテスト前のツール作
用面の平坦度は、５００℃に加熱した状態で、０.５μ
ｍ凹であり、ショットテスト後のツール作用面の平坦度
は、５００℃に加熱した状態で、２.７μｍ凸であり、
テスト前後の平坦度の変化は３.２μｍであった。テス
ト終了後のツール先端部とシャンクの接合部の境界面
を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、クラッ
クの発生が認められた。また、シャンク表面は、黄色に
変色し、脆くなっていた。実施例１〜２及び比較例１〜
３の結果を、第１表に示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】第１表の結果から、実施例１〜２の、シャ
ンクの材質がオーステナイト系低熱膨張鋳鉄である本発
明のボンディングツールは、２８日間のショットテスト
後もツール作用面の平坦度の変化が少なく、ツール先端
部とシャンクの接合部の境界面にも異常を生じていな
い。また、実施例１〜２に用いたシャンクは、加工が容
易であった。これに対して、シャンクの材質がＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金である比較例１においては、ツール作用面
の平坦度の変化量と、ツール先端部とシャンクの接合部
の境界面に異常を生じていない点は、実施例と同様であ
るが、このシャンクの加工は、実施例のシャンクの加工
に比べて、著しく困難であった。超硬合金をシャンクの
材料に用いた比較例２においては、ツール作用面の平坦
度の変化量は大きく、ツール先端部とシャンクの接合部
の境界面にはクラックが発生した。また、線膨張率がＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金よりもさらに小さいモリブデンをシ
ャンクの材料に用いた比較例３においては、ツール作用
面の平坦度の変化量は比較例１よりも多く、また、ツー
ル先端部とシャンクの接合部の境界面にクラックが発生
したことから、シャンクの材料の線膨張率が小さいほど
良好な結果が得られるわけではないことが分かる。

【００１２】

【発明の効果】本発明のボンディングツールは、シャン
クの加工性が良好で容易に製作することができ、しかも
ツール作用面の平坦性に優れ、ツール作用面材の摩耗が
少なく、ツール作用面の変形が少なく、ツール先端部と
シャンクの結合が強固であり、ＴＡＢ工程に好適に使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＴＡＢ工程の説明図である。

【図２】図２は、ボンディングツールの説明図である。

【符号の説明】

１加熱ステージ２熱絶縁体３チップガイド４チップ５インナーリード６フィルムキャリヤ７テープガイド８電極９ボンディングツール１０加圧シリンダ１１加圧シリンダへの取り付け部１２ヒーター取り付け穴１３熱電対取り付け穴１４ツール先端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結体基板に多結晶ダイヤモンド膜を析出
させたツール先端部をシャンクにろう付けしてなるボン
ディングツールにおいて、シャンクの材質がオーステナ
イト系低熱膨張鋳鉄であることを特徴とするボンディン
グツール。
【請求項２】オーステナイト系低熱膨張鋳鉄の線膨張率
が、室温〜６００℃において８〜１２×１０^-6Ｋ^-1であ
る請求項１記載のボンディングツール。
【請求項３】オーステナイト系低熱膨張鋳鉄が、炭素
０.８〜３.０重量％、ケイ素１.０〜３.０重量％、ニッ
ケル３０.０〜３４.０重量％及びコバルト４.０〜６.０
重量％を含有する請求項１又は請求項２記載のボンディ
ングツール。