JP2592223B2 - ボンディングキャピラリー用アルミナセラミックスおよびその製造方法 - Google Patents

ボンディングキャピラリー用アルミナセラミックスおよびその製造方法

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JP2592223B2 JP5333078A JP33307893A JP2592223B2 JP 2592223 B2 JP2592223 B2 JP 2592223B2 JP 5333078 A JP5333078 A JP 5333078A JP 33307893 A JP33307893 A JP 33307893A JP 2592223 B2 JP2592223 B2 JP 2592223B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミナセラミックスに
関し、とくに大きな強度が要求されるボンディングキャ
ピラリー、ノズルおよびそれらの製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】アルミナセラミックスは、各種の分野に
おいて用いられているが、とくに硬度や強度が必要な分
野において広く用いられている。たとえば、LSI、I
C等のような半導体装置の製造では、半導体素子の電極
部とリードフレームの接続部とを金、アルミニウム等の
10〜100μmの細い導線を用いてワイヤボンディン
グ装置によって接続しているが、ワイヤボンディング装
置では、導線の直径と同等の細孔を有するボンディング
キャピラリーの先端から導線を送り出し、電極と圧着を
行っている。ワイヤボンディングでは電極との接続は、
1秒間に十数回に及ぶために、キャピラリーの先端部は
高温となり、大きな熱ショックを受けるとともに、電
極、導線から金属が付着し、また磨耗が激しいので、硬
度が大きく熱ショックにも強いアルミナセラミックス製
品が主に用いられている。
【0003】そこで、強度が大きな単結晶アルミナをキ
ャピラリーに加工したり、アルミナをインジェクション
成形した成形体を脱脂、焼成、加工することによって製
造しているが、単結晶アルミナは加工が困難であるとと
もに高価であるので、アルミナにバインダーを加え、イ
ンジェクション成形によって成形し、焼成したものが一
般的に使用されている。また、ノズルにおいても寸法的
には、ボンディングキャピラリーより大きいものの、形
状や求められる強度、硬度、耐磨耗性等の機械的特性
は、ほとんど同様であり、金属の細線の製造などに用い
られている。
【0004】インジェクション成形は原料が微粒で比表
面積が10m2/g 以上と大きくなると、バインダーを
添加した場合、流動性が低下し、インジェクション成形
が困難となる。これを防ぐためにバインダー量を増やす
と焼成中に亀裂が発生したり、気孔が多くなるなどの問
題が起こる。そのため現在では、一般的に比表面積2〜
7m2/g のアルミナ原料を用いてインジェクション成
形が行われているが、このような比表面積が小さいアル
ミナ原料を用いると、焼成体とした場合に結晶粒径が大
きくなり、強度の低下を引き起こす。一方、比表面積が
大きな微粒状のアルミナ原料を用いたアルミナセラミッ
クスが特開昭63−236757号公報に記載されてい
るが、インジェクション成形においてはこのような原料
の成形は困難であり、また焼成段階においても亀裂が発
生し易いという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ボンディン
グキャピラリー等に使用可能な強度が大きく、大きな気
孔がない緻密なアルミナセラミックスを製造することを
課題とするするものであり、またインジェクション成形
によって強度の大きなアルミナセラミックスを製造する
ことを課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、比表面積が大
きなアルミナと比表面積が小さなアルミナを混合すると
ともに、さらにマグネシアを添加し焼成することによっ
て製造したアルミナセラミックスである。また、比表面
積が8〜20m2/g のアルミナに、比表面積が2〜7
2/gのアルミナを5〜30重量%混合し、さらにマ
グネシアを0.1重量%以下添加焼成したアルミナセラ
ミックスである。さらに、比表面積が大きなアルミナと
比表面積が小さなアルミナにマグネシアを混合して、有
機バインダーを加えて混練して成形の後に、1250〜
1500℃において焼成するか、もしくはさらに125
0〜1350℃において1000〜2000kgf/c
2 で熱間静水圧圧縮することによるアルミナセラミッ
クスの製造方法である。
【0007】すなわち、本発明は、粒径、比表面積が異
なり、その粒度分布幅が狭い2種類の原料を併用し、バ
イモーダルな粒度分布とすることにより、靱性、インジ
ェクションによる成形性を向上させたものである。ま
た、一般に原料の粒度分布が狭いほど、インジェクショ
ン成形には不向きであるといわれており、今回粒度分布
をバイモーダルとすることで成形性を向上できた。
【0008】本発明のアルミナセラミックスは、比表面
積が大きなアルミナと比表面積が小さなアルミナを混合
するとともに、さらにマグネシアを添加し焼成すること
によって製造したアルミナセラミックスであり、比表面
積が大きなアルミナとしては、比表面積が8〜20m2
/g のアルミナを使用することが好ましく、比表面積
が大きなアルミナとして、8m2/g 未満のアルミナを
使用した場合には焼結性が低いため、1550〜160
0℃と比較的高温でないと緻密化せず、粒成長を起こ
し、機械的特性の低下を引き起こし、また20m2/g
を超えるアルミナを使用した場合には流動性が悪く、イ
ンジェクション成形が非常に困難となる。また、脱脂あ
るいは焼成時において亀裂が発生しやいので好ましくな
い。
【0009】さらに、比表面積が大きなアルミナと混合
使用する比表面積が小さなアルミナとしては、2〜7m
2/g のアルミナが好ましく、比表面積が小さなアルミ
ナとして、2m2/g 未満のアルミナを使用した場合に
は焼結性の点で好ましくなく、また7m2/g を超える
アルミナを使用した場合には、バインダーの添加量を減
少させることができないので好ましくない。なお、本発
明において比表面積はBET法によって測定した平均値
を示す。比表面積が小さなアルミナとしては、粒径が
0.4〜0.6μmのアルミナを用いることが好まし
く、アルミナの粒径が0.4μm未満であると、流動性
が悪くなり好ましくなく、0.6μmを超えると焼結性
の点であまり好ましくない。
【0010】また、本発明のアルミナセラミックスに
は、マグネシアを混合することが好ましく、マグネシア
の添加量は0.02〜0.1重量%であることが好まし
く、0.02重量%未満であると、焼結に寄与すること
はなく、0.1重量%を超えると強度が低下するので好
ましくない。
【0011】本発明のアルミナセラミックスの成形に
は、これらの焼成材料に有機バインダーを混合するが、
有機バインダーとしてはポリエチレン、ポリスチレン、
ステアリン酸、ワックス等を用いることができる。有機
バインダーは、成形原料の35〜45容量%の量を用い
ることが好ましく、有機バインダーが35容量%未満で
あると流動性が悪く、成形が困難であるので好ましくな
く、45容量%を超えると成型時の金型への付着や、焼
結時の亀裂発生などの点で好ましくない。
【0012】本発明のアルミナセラミックスは、所定の
原料を配合して成形した後に、脱脂後、1250〜15
00℃で焼成して原料の焼結を行う。そして、さらに焼
成後に1250〜1300℃において1000〜200
0kgf/cm2 の条件で熱間静水圧圧縮をすることに
よって緻密で、大きな気孔がない強度の大きなアルミナ
セラミックスが得られる。
【0013】焼成条件としては、熱間静水圧圧縮処理な
しでは、1350〜1400℃が好ましく、1350℃
以下では緻密化が充分ではなく、1400℃を超えると
粒成長が激しくなり、特性的に好ましくない。また、熱
間静水圧圧縮処理を行う場合は、1250〜1300℃
で焼成し、その後1250〜1300℃、1000kg
f/cm2 で熱間静水圧圧縮処理を行うのが最も良い。
また、本発明のアルミナセラミックスは強度および硬度
が大きいので、ボンディング装置用のキャピラリーに限
らず強度と硬度が要求されるノズル、ワイヤーガイド等
の用途において使用することができる。
【0014】
【作用】本発明は、比表面積が8〜20m2/gのアル
ミナと比表面積が2〜7m2/gのアルミナからなる比
表面積が大きなアルミナと比表面積が小さなアルミナと
の混合物を使用したので、インジェクション成形によっ
て精密な成形体を製造することができ、また、得られた
成形体を焼成して焼結の後にさらに熱間静水圧処理を行
ったので強度および硬度が大きく、0.1μm以上の気
孔や亀裂のない焼結体を得ることができる。
【0015】
【実施例】以下に本発明を実施例と比較例により詳細に
説明する。 実施例1 比表面積が14m2/g 、粒径0.2μm、純度99.
99%以上のアルミナ(大明化学製 TM−DA)を比
表面積が大きなアルミナとし、比表面積5m2/g 、粒
径0.4〜0.6μm、純度99.99%以上のアルミ
ナ(住友化学製 AKP−20)を比表面積が小さなア
ルミナとして所定の混合比で秤量し、さらにアルミナ全
量に対して0.1重量%のマグネシアを添加し、エタノ
ール中で24時間ボールミルで混練を行った。混練後乾
燥を行った後に、有機バインダーとしてポリエチレンを
アルミナ全量に対して40容量%を加えて混練を行った
後に、キャピラリー状にインジェクション成形を行っ
た。得られた成形体は脱脂後、1300℃で2時間焼成
を行った後に、1350℃、圧力1000kgf/cm
2 、アルゴン雰囲気中において1時間熱間静水圧処理を
行った後に、得られた焼結体を研削加工して試料番号1
〜5のキャピラリーを得た。
【0016】各試料について、成形性は成型時の金型へ
の成形体の付着程度により判断し、100回以上付着な
しで成形できたものを◎、50〜100回のものを○、
それ以下のものは×とした。また焼結体の評価には、浸
透探傷試験によって亀裂の有無を、0.1μm以上の気
孔の有無を実体顕微鏡(オリンパス光学工業製 SZH
−PT)で確認し、以下の評価方法によって曲げ強度、
硬度、比重の測定を行った。得られた結果を表1に示
す。 曲げ強度:キャピラリーの先端部を除き、管状部分の3
点曲げ強度を測定。スパンを10mm、クロスヘッド速
度を0.5mm/分とした。 硬度:キャピラリーを切断した断面をガラス研磨後、押
し込み荷重500g、負荷時間15秒としてその対角線
長さより算出した。 比重:耐火れんがの見かけ気孔率・吸水率及び比重の測
定方法(JIS R2205−74)に準じて測定し
た。
【0017】
【表1】
【0018】比較例1 アルミナとして、比表面積が14m2/g 、粒径0.2
μm、純度99.99%以上のもの(大明化学製 TM
−DA)のみを用いた以外は、実施例1と同様にして試
料番号6の試料を製造し、実施例1と同様に評価をし、
その結果を表1に示す。
【0019】成形性、焼結体特性のいずれもが劣り、製
品歩留まりの点で問題となる。
【0020】比較例2 比表面積が小さなアルミナの添加量を増加させた点を除
き実施例1と同様に試料番号7〜8の試料を製造し、実
施例1と同様に評価をした。
【0021】比表面積が小さなアルミナの添加量が増加
するにしたがって、成形性は良好となるものの焼結体の
特性は低下した。
【0022】
【発明の効果】本発明のアルミナセラミックスおよびそ
の製造方法によれば、比表面積の大きいものと小さいも
のとを使用することによりインジェクション成形におい
て、従来より成形性に優れ、かつ焼結体特性の優れたア
ルミナセラミックスを安定して製造することができる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボンディングキャピラリー用アルミナセ
    ラミックスにおいて、比表面積8〜20m/gのアル
    ミナを95〜70重量%、比表面積2〜7m/gのア
    ルミナを5〜30重量%、マグネシアを0.1重量%以
    下を含有する混合物の成形体を焼成したことを特徴とす
    るボンディングキャピラリー用アルミナセラミックス。
  2. 【請求項2】 ボンディングキャピラリー用アルミナセ
    ラミックスの製造方法において、比表面積8〜20m
    /gのアルミナを95〜70重量%と、比表面積2〜7
    /gのアルミナを5〜30重量%、0.1重量%以
    下のマグネシアを添加し、さらに有機バインダーを成形
    材料の35〜45容量%を加えて成形し、得られた成形
    体を1250〜1500℃で焼結、あるいはさらに12
    50〜1350℃、1000〜2000kgf/cm
    条件下で熱間静水圧圧縮をすることを特徴とするボンデ
    ィングキャピラリー用アルミナセラミックスの製造方
    法。
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