JPH03191538A - ボンディングツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は半導体チップの製造過程で使用されるＴＡＢ
用ボンディングツールに関するものである。

〈従来の技術〉 近年、半導体分野の技術進歩は著しく、軽薄短小の傾向
によって、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き出すために
は、金属めっきが施されたリードやボンディングワイヤ
ーと呼ばれる金属細線と接続することが必要である。接
続金属には通常化学的に安定であることや、電気伝導性
が高いことがらＡｕあるいはＡｕ　−Ｓｎ合金が用いら
れ、接続法としては、加熱したボンディングツールで加
圧し、熱圧着する方式が広（採用されている。

上記の熱圧着方式の接続で用いられるボンディングツー
ルとしては大別して第２図に示すコンスタントヒート方
式と第３図に示すパルスヒート方式の２種が知られてい
る。これらの図において、２１は工具先端部、２２はカ
ートリッジヒーター収納部、２３はシャンク取付部、２
４は放熱用穴である。

〈発明が解決しようとする課題） 従来のこの種のボンディングツールではシャンクと工具
先端部とは銀ロウ付け、金ロウ付け、金による熱圧着、
焼結接合法などの方法で接合されていた。

一方、半導体であるＩＣ，ＬＳＩ等は製品の品種が非常
に多（、製品毎に接続するリードの数、半導体の形状が
異なっていた。このためＩＣ１ＬＳＩの製品毎に専用の
ボンディングツールを準備する必要があり、コスト的に
高くつくこと、ボンディングツールの取替えに時間を要
すること、ボンディングツールの管理が煩雑になること
、などの問題があった。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは半導体素子と金属細線との接続における従
来のボンディングツールの問題点を解消すべく検討の結
果、この発明に至ったものである。

即ち、この発明は工具先端部と工具シャンクが少なくと
も１本以上のねじまたはクランクビンにより接合されて
いるボンディングツールを提供するものであって、この
発明のボンディングツールは工具先端部とシャンクをね
じ止め、またはクランプ止めなど機械的な方法で取付け
ることにより、シャンクと工具先端の着脱を容易にし、
多種類にわたる工具形状の変化に対し、工具先端部の取
替えだけで対応できることを特徴とするものである。

〈作用〉 以下、この発明を図面を参照して説明する。

この発明のボンディングツールＡは第１図（ａ）、＜ｂ
＞に示すような構造であり、このボンディングツールＡ
はシャンク１２の５の部分でボンディング装置（図示せ
ず）に取付けられる。

同図において工具先端部１はシャンク１２に基体固定用
止めねじ穴７で止めねじ６にて取付けられている。そし
て工具先端部ｌの熱電対収納部２およびカートリッジヒ
ーター収納部３にそれぞれ熱電対およびカートリッジヒ
ーターが取付けられている。なお、４は工具先端部１と
シャンク１２に取付ける止めねじ６が係合する基体固定
用溝である。

このように工具先端部１にカートリッジヒーターと熱電
対を取付けた後、ボンディングツールを所定の温度に加
熱して半導体のリード線の圧着が行なわれる。

このため、半導体の形状やリード線の数が変われば工具
先端部の形状をそれに合った形に変える必要があるが、
その他の部分は変える必要のないことが多い。

この発明では工具先端部をねじ止め方式、クランプ方式
等の機械的接合によってシャンクに取付けることにより
、工具先端部とシャンクの着脱を容易にし、半導体の形
状、リード線の数の変化に対する工具形状の変化を工具
先端部の取り替えのみで対応できるようにしたものであ
る。

コレニヨって、従来の工具先端部とシャンクが熱圧着や
焼結接合法などの方法で接合された工具に比べ５この発
明のボンディングツールは工具製作費用を２０〜５０％
、工具取付は時間を３０〜６０％低減させることができ
るのである。

この発明では工具先端部の素材にはダイヤモンド単結晶
、ダイヤモンド焼結体、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤ
モンド多結晶体などの何れをも使用することができる。

特に、工具先端部にＳ１％５１ｓＮ４を主成分とする焼
結体、ＳｉＣを主成分とする焼結体、ＡｉＮを主成分と
する焼結体および／またはこれらの複合体からなる基体
に気相合成で析出させた多結晶ダイヤモンドを用いると
工具寿命の点で好ましく、ダイヤモンド焼結体、立方晶
窒化硼素焼結体を素材としたものに比べて２〜５倍も長
寿命とすることができる。

〈実施例〉 以下、この発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ マイクロ波プラズマＣＶＤ法により第４図（ａ）に示す
ようなＳｉＣ焼結体基体１１に 原料ガス（流量）　　：　Ｈｚ　　２００ｃｃ／ｍｉｎ
。

ＣＨ４４ｃｃ／ｍｔｎ＋ Ａｒ　　５０ｃｃ／ｍｉｎ。

圧カニ　１ｏＯＴｏｒｒ、　　マイクロ汲出カニ　　ｇ
ｏｏｗの条件で１０時間で０．１ｍｍ厚の多結晶ダイヤ
モンド被覆層１０を形成した。

かくして得た多結晶ダイヤモンド被覆層１０をメツシュ
サイズ＃８０００のダイヤモンド砥石で研磨を行なった
うえで、エツジ部の面取加工を施した後、ステンレス鋼
（ＳＵＳ３０４）からなるシャンク１２に基体固定用止
めねじ穴７から基体固定用溝４に止めねじ６にて取付け
ることにより第４図（ｂ）に示すボンディングツールを
得た。

このようにして得られたボンディングツールＡはカート
リッジヒーター収納部３、熱電対収納部２、ダイヤモン
ド被覆した基体１１が一体であるため、工具表面の伝播
効果が良好で、８ｍｍ’の工具表面上の５５０℃での温
度分布差が３．５℃、また同温度での平坦度が０．３μ
ｍとなり、ダイヤモンド焼結体よりなる従来方式のボン
デインクツールの同温度における温度分布差７℃、平坦
度５　ＩＩｍに比べて良好な結果が得られた。

また、このボンディングツールをボンディング装置に実
装して耐久テストを行なったところ、１００万回の使用
に耐えることができた。これはダイヤモンド焼結体より
なるボンディングツールを実装した装置で同様のテスト
を行なった場合のｌＯ万回に比べて１０倍もの長寿命で
あることが確認された。

又、ボンディングツールの交換時間を測定したところ、
従来のツールでは１時間かかつていたものがこの発明の
ボンディングツールでは３０分で交換可能であった。

実施例２ １０容量％のコバルトをバインダーに用いた厚さ１．５
ｍｍのダイヤモンド焼結体１３に厚さ３ｍｍの超硬合金
１４がバックメタルとして接合されたものを工具先端部
（第５図（ａ））に用いて実施例１と同様の加工を行な
ったうえでインコネルからなるシャンク１２にねじ止め
方式により取付けて第５図（ｂ）に示すボンディングツ
ールを得た。

一方、比較のため、同一の工具先端部（第５図（ａ））
を同一のシャンクに従来方式である銀ロウ付けでシャン
クに取付けた。

これらのボンディングツールをボンディング装置に実装
して耐久テストを試みたところ、双方とも１５万回の使
用に耐えたが、この発明のねじ止め式ボンディングツー
ルでは使用後も接合部は全（緩みは認められず、またコ
スト面でも従来方式のボンディングツールに比べて４０
％以上安価に作成できるうえ、装置への取付は時間も工
具先端の取替えだけでよいので従来方式のボンディング
装置に比べて取替え時間も５０％以上短縮することがで
きた。

実施例３ 第６図（ａ）に示すようにバインダーを用いない厚さ１
．５ｍｍの立方晶窒化硼素１５に厚さ７ｍｍのタングス
テン合金１６をバックメタルとして接合されたものを工
具先端部に用いて実施例１と同様の加工を行なったうえ
で、鉄−ニッケルーコバルト合金からなるシャンク１２
にねじ止め方式により取付けた。か（して第６図（ｂ）
に示すボンディングツールを得た。

一方、比較のため鉄−ニッケルーコバルト合金からなる
シャンクに立方晶窒化硼素を直接会ロウ付けで取付はボ
ンディングツールを得た。

これらのボンディングツールで５５０℃における温度分
布差および平坦度を測定したところ、本実施例のボンデ
ィングツールでは温度分布差２．５℃、平坦度０．２０
ｐｍであり、金ロウ付はボンディングツールのそれぞれ
２．７℃、０．１ｈｍとほぼ同等の結果が得られた。

又、これらのボンディングツールをボンディング装置に
実装して耐久テストを行なったところ何れも２０万回の
使用に耐えたが、本実施例のボンディングツールは使用
後も接合部に全く緩みは認められなかった。

また、コスト面でも実施例２におけると同様に、本実施
例のボンディングツールは従来方式のボンディングツー
ルに比べて４０％安価に作製できたうえに装置への取付
は時間も５０％短縮することができた。

〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明により得られるボンディ
ングツールは、ボンディングツールの多様な工具先端部
形状に対して先端部の基体部分を取替えるだけで対応で
きるという大きな特徴を有するのである。

従って、多品種少量のＩＣ，ＬＳＩの生産のように特に
ボンディングツールの品種を多く必要とする分野におい
て大きな効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のボンディングツールを示し、第１図
（ａ）は側面図、同（ｂ）は正面図、第２図及び第３図
は熱圧着方式（Ａｕ−３ｎ共品合金方式）で用いられる
従来のボンディングツールの概略図、第４図（ａ）、（
ｂ）、第５図（ａ）、（ｂ）および第６図（ａ）、（ｂ
）は何れもこの発明のボンディングツールの実施例を示
す斜視図である。 Ａ・・・ボンディングツール ト・・工具先端部　　　　　　　２・・・熱電対収納部
３・・・カートリッジヒーター収納部 ４・・・基体固定用溝　　　　　　５・・・シャンク６
・・・基体固定用止めねじ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具先端部と工具シャンクが少なくとも１本以上
   のねじまたはクランプピンにより接合されていることを
   特徴とするボンディングツール。
2. （２）工具先端部がＳｉ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＣ、Ａ
   ｌＮなどの何れか１種を主成分とする焼結体および／ま
   たはこれらの複合体からなる基体に気相合成法で析出さ
   せた多結晶ダイヤモンドを被覆したものであることを特
   徴とする請求項（１）記載のボンディングツール。
3. （３）工具先端部がダイヤモンド焼結体、ダイヤモンド
   単結晶、または立方晶型窒化硼素焼結体であることを特
   徴とする請求項（１）記載のボンディングツール。