JPH0851129A - Pulse heating tool and manufacture thereof - Google Patents

Pulse heating tool and manufacture thereof

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Publication number
JPH0851129A
JPH0851129A JP18567994A JP18567994A JPH0851129A JP H0851129 A JPH0851129 A JP H0851129A JP 18567994 A JP18567994 A JP 18567994A JP 18567994 A JP18567994 A JP 18567994A JP H0851129 A JPH0851129 A JP H0851129A
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JP
Japan
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tool
brazing material
pulse heat
shank
pulse
Prior art date
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Pending
Application number
JP18567994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Nakamura
中村  勉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to GB9506351A priority patent/GB2287897B/en
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Priority to KR1019950007173A priority patent/KR950035567A/en
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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the drop-off of the tip end of a tool in a long time soldering operation for by covering the part of the tool side surface including a brazing material surface exposed except a machine mounting part with metal or ceramic having low reactivity with melted solder. CONSTITUTION:Cemented carbide alloy covered with polycrystalline diamond is used at the end of a tool. A shank is formed of Mo and W or their alloy. The end of the tool is connected to the shank by a brazing material. The brazing material has a melting point of 650-1200 deg.C and contains Au, Ag' and Cu or their alloy as main ingredients. The surface of the exposed brazing material and the end of the tool near it are covered on the surface except the side of the shank and the mechanical mount of the tool with a covering material in a range of thickness of 1-100mum. As the covering material, at least one type of metal selected from Cr, Mo, W, Ni having a low reactivity with the melted solder or ceramic is used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はIC、LSIなどの半導
体素子を基板上に実装するときに用いられる熱圧着工具
であるボンディングツールに関するものであり、特にこ
のうちでも、ハンダ接合に用いられるパルスヒートタイ
プのツールに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonding tool which is a thermocompression bonding tool used for mounting semiconductor elements such as ICs and LSIs on a substrate, and in particular, a pulse used for solder bonding. It concerns heat type tools.

【0002】[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。半導体素子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、素子に形成された電
極とパッケージのリードとの接合(インナーリードボン
ディング)、ならびにこのリードとプリント配線基板等
の外部端子との接合(アウターリードボンディング)が
必要である。従来から半導体素子の電極とパッケージの
リードとの接合は、金或いは銅等からなる金属細線(ボ
ンディングワイヤー)をキャピラリーと呼ばれる工具で
一本ずつ接合する方法、すなわちワイヤーボンディング
により行われてきた。最近では、このワイヤーボンディ
ングに代わって、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・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。このうちフィルムキャリア(C
u箔と樹脂の積層テープに配線パターンを形成しSnや
Auのメッキを施したもの)に半導体素子の全電極を一
括して熱圧着接合するTAB(Tape Automated Bondin
g) 方式は、液晶駆動ドライバー等の実装に実用化され
ている。また、TAB方式の実装はこのようなインナー
リードボンディングのみならず、アウターリードボンデ
ィングの工程においても多用されている。TAB方式で
のアウターリードボンディングでは、フィルムキャリア
のアウターリードと外部端子であるプリント配線基板或
いはリードフレームとの接合が行われる。プリント配線
基板との接合の場合は、Sn等のメッキが施されたCu
のリードとAu等の基板電極がハンダで接合される。ま
た、リードフレームとの接合の場合は、フィルムキャリ
アテープ上のAuとリードフレーム上のAgが熱圧着に
より接合される。これらのTAB方式の実装での熱圧着
にはボンディングツールと呼ばれる工具が用いられる
が、最近ではダイヤモンドをツール先端素材とすること
で飛躍的に性能向上したツールが開発されるようになっ
た。特に、気相合成法による多結晶ダイヤモンドを特定
基材上に被覆したものをツール先端素材としたツール
(特開平2−224349号公報、特願平6−6290
5号明細書)は、ツールの耐熱性・耐摩耗性等の性能が
優れるため広く用いられるようになってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, various electronic devices using semiconductor elements have been developed, and the technological progress in this field is remarkable. In order to bring out the electrical characteristics of a semiconductor element and to fully exert its performance, the electrodes formed on the element and the leads of the package are joined (inner lead bonding), and the leads and external terminals such as a printed wiring board. It is necessary to join with (outer lead bonding). Conventionally, the electrodes of the semiconductor element and the leads of the package have been joined by a method of joining metal thin wires (bonding wires) made of gold, copper or the like one by one with a tool called a capillary, that is, wire bonding. Recently, instead of this wire bonding, a mounting method using a wireless bonding technique that does not use a bonding wire has been attracting attention due to its excellent features such as high mounting efficiency and flexibility in package design. Of these, the film carrier (C
TAB (Tape Automated Bondin), in which a wiring pattern is formed on a laminated tape of u foil and resin and Sn or Au plating is applied)
The g) method has been put to practical use for mounting LCD driver etc. Further, the TAB method mounting is used not only in such inner lead bonding but also in the outer lead bonding process. In outer lead bonding by the TAB method, outer leads of a film carrier are joined to a printed wiring board or a lead frame which is an external terminal. In the case of joining with a printed wiring board, Cu plated with Sn or the like
Of the lead and the substrate electrode of Au or the like are joined by soldering. Further, in the case of joining with the lead frame, Au on the film carrier tape and Ag on the lead frame are joined by thermocompression bonding. A tool called a bonding tool is used for thermocompression bonding in mounting of these TAB methods, but recently, a tool with dramatically improved performance has been developed by using diamond as a tool tip material. In particular, a tool in which a specific base material is coated with polycrystalline diamond by a vapor phase synthesis method is used as a tool tip material (Japanese Patent Laid-Open No. 2-224349, Japanese Patent Application No. 6-6290).
No. 5) has been widely used due to its excellent heat resistance and wear resistance of the tool.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、特開平
2−224349号公報、特願平6−62905号明細
書のツールは種々の優れた特徴により、現在最も多く使
用されているが、特にアウターリードボンディング工程
でのバンダ接合の用途では、さらに改善すべき問題点が
ある。すなわち、特願平6−62905号明細書のツー
ルは、図1に示す構造を呈するものであるが、このツー
ルをハンダ接合に長時間使用した場合、ツール先端部の
多結晶ダイヤモンド自体には大きな損傷が見られないに
も拘らず、ツール先端部がロウ付部分からはずれてしま
いツール寿命となることである。このような問題が生じ
る原因としては、接合中に溶融、蒸発したハンダがツー
ルのロウ付部分に付着しロウ材中に拡散することによっ
て、ロウ材組成の変化や脆い金属間化合物の生成をもた
らし、ロウ付接合の強度が低下することにある。本発明
は上記の問題点を解決するために、特願平6−6290
5号明細書の発明に更に改良を施すことにより、ハンダ
接合の用途で長時間使用してもツール先端部の脱落が発
生しないパルスヒートツールを提供せんとするものであ
る。
As described above, the tools disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-224349 and Japanese Patent Application No. 6-62905 are most widely used at present due to various excellent features. In particular, there is a problem to be further improved in the application of bander bonding in the outer lead bonding process. That is, the tool of Japanese Patent Application No. 6-62905 has the structure shown in FIG. 1, but when this tool is used for soldering for a long time, the polycrystalline diamond itself at the tip of the tool is large. Despite the fact that no damage is seen, the tool tip end comes off the brazed portion and the tool life is reached. The cause of such problems is that the solder melted and evaporated during welding adheres to the brazed part of the tool and diffuses into the brazing material, resulting in a change in the brazing material composition and the formation of brittle intermetallic compounds. The strength of the brazed joint is reduced. In order to solve the above problems, the present invention is directed to Japanese Patent Application No. 6-6290.
By further improving the invention of No. 5 specification, it is intended to provide a pulse heating tool in which the tip of the tool does not fall off even if it is used for a long time in the application of soldering.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、次の(1)及
び(2)に示すパルスヒートツールおよびその製造方法
である。 (1)ツール先端部とシャンクがロウ材により接合され
たものであって、機械取り付け部以外で、露出した該ロ
ウ材表面を含むツール側面の部分が溶融ハンダとの反応
性が低い金属またはセラミックで被覆されていることを
特徴とするパルスヒートツール。 (2)ツール先端部とシャンクをロウ付した後、機械取
り付け部以外で、露出した該ロウ材表面を含むツール側
面の部分を、溶融ハンダとの反応性が低い金属またはセ
ラミックで被覆することを特徴とするパルスヒートツー
ルの製造方法。また、本発明は次の(3)〜(18)の
態様を含むものである。 (3)被覆する金属が、Cr、MO、W、Ni、Pd及
びPtの中から選ばれた少なくとも1種であることを特
徴とする前記(1)のパルスヒートツール。 (4)被覆するセラミックが、Al2 3 、SiO2
ZrO2 及びTiO2 の中から選ばれた少なくとも1種
であることを特徴とする前記(1)のパルスヒートツー
ル。 (5)被覆する厚さが、1〜100μmであることを特
徴とする前記(1)、(3)または(4)のパルスヒー
トツール。 (6)ツール先端部が、多結晶ダイヤモンドで被覆され
た超硬合金であることを特徴とする前記(1)、
(3)、(4)または(5)のパルスヒートツール。 (7)シャンクが、Mo及びWの中から選ばれた少なく
とも1種であることを特徴とする前記(1)、(3)、
(4)、(5)または(6)のパルスヒートツール。 (8)ロウ材が、Cu、Ag及びAuのいずれかを主成
分とし、その融点が650〜1,200℃であることを
特徴とする前記(1)、(3)、(4)、(5)、
(6)または(7)のパルスヒートツール。 (9)被覆する金属が、Cr、Mo、W、Ni、Pd及
びPtの中から選ばれた少なくとも1種であることを特
徴とする前記(2)のパルスヒートツールの製造方法。 (10)被覆するセラミックが、Al2 3 、Si
2 、ZrO2 及びTiO2の中から選ばれた少なくと
も1種であることを特徴とする前記(2)または(9)
のパルスヒートツールの製造方法。 (11)被覆する厚さが、1〜100μmであることを
特徴とする前記(2)、(9)または(10)パルスヒ
ートツールの製造方法。 (12)ツール先端部が、多結晶ダイヤモンドで被覆さ
れた超硬合金であることを特徴とする前記(2)、
(9)、(10)または(11)のパルスヒートツール
製造方法。 (13)シャンクが、Mo及びWの中から選ばれた少な
くとも1種であることを特徴とする前記(2)、
(9)、(10)、(11)または(12)のパルスヒ
ートツールの製造方法。 (14)ロウ材が、Cu、Ag、Auのいずれかを主成
分とし、その融点が650〜1,200℃であることを
特徴とする前記(2)、(9)、(10)、(11)、
(12)または(13)のパルスヒートツールの製造方
法。 (15)金属を被覆する方法が、メッキ法、PVD法又
はCVD法の何れかである前記(2)、(9)、(1
1)、(12)、(13)または(14)のパルスヒー
トツールの製造方法。 (16)セラミックスを被覆する方法が、PVD法、C
VD法又は金属アルコキシドの加水分解法の何れかであ
る前記(2)、(10)、(11)、(12)、(1
3)または(14)のパルスヒートツールの製造方法。 (17)ロウ材が主成分のほかにTi、Sn、In、若
しくはNiを含有している前記(8)のパルスヒートツ
ール。 (18)ロウ材が主成分のほかにTi、Sn、In、若
しくはNiを含有している前記(14)のパルスヒート
ツール。
The present invention is a pulse heat tool and a method for manufacturing the same as shown in the following (1) and (2). (1) A metal or ceramic in which a tool tip and a shank are joined by a brazing material, and a portion of a side surface of the tool including the exposed surface of the brazing material is low in reactivity with molten solder except for a machine mounting portion. A pulse heat tool characterized by being coated with. (2) After brazing the tool tip and the shank, covering the side surface of the tool including the exposed surface of the brazing material with a metal or a ceramic having low reactivity with molten solder, except for the machine mounting portion. A method for manufacturing a characteristic pulse heat tool. Further, the present invention includes the following aspects (3) to (18). (3) The pulse heat tool according to (1) above, wherein the metal to be coated is at least one selected from Cr, MO, W, Ni, Pd, and Pt. (4) The ceramic to be coated is Al 2 O 3 , SiO 2 ,
The pulse heat tool according to (1) above, which is at least one selected from ZrO 2 and TiO 2 . (5) The pulse heat tool according to the above (1), (3) or (4), which has a coating thickness of 1 to 100 μm. (6) The above-mentioned (1), wherein the tip of the tool is a cemented carbide coated with polycrystalline diamond.
The pulse heat tool according to (3), (4) or (5). (7) The shank is at least one selected from Mo and W, (1), (3),
The pulse heat tool according to (4), (5) or (6). (8) The brazing material contains any one of Cu, Ag and Au as a main component and has a melting point of 650 to 1,200 ° C. (1), (3), (4), ( 5),
The pulse heat tool according to (6) or (7). (9) The method for producing a pulse heat tool according to the above (2), wherein the metal to be coated is at least one selected from Cr, Mo, W, Ni, Pd and Pt. (10) The coating ceramic is Al 2 O 3 , Si
(2) or (9) above, which is at least one selected from O 2 , ZrO 2 and TiO 2.
Manufacturing method of pulse heat tool. (11) The method for manufacturing a pulse heat tool as described in (2), (9) or (10), wherein the coating thickness is 1 to 100 μm. (12) The above-mentioned (2), wherein the tip of the tool is a cemented carbide coated with polycrystalline diamond.
The method for manufacturing a pulse heat tool according to (9), (10) or (11). (13) The shank is at least one selected from Mo and W, (2),
The method for manufacturing a pulse heat tool according to (9), (10), (11) or (12). (14) The brazing material contains Cu, Ag, or Au as a main component and has a melting point of 650 to 1,200 ° C. (2), (9), (10), ( 11),
(12) or the manufacturing method of the pulse heat tool of (13). (15) The method of coating a metal is any one of a plating method, a PVD method and a CVD method (2), (9), (1)
The method for manufacturing a pulse heat tool according to 1), (12), (13) or (14). (16) PVD method, C
The above (2), (10), (11), (12), (1) which is either the VD method or the hydrolysis method of a metal alkoxide.
3) or the manufacturing method of the pulse heat tool of (14). (17) The pulse heat tool according to (8), wherein the brazing material contains Ti, Sn, In, or Ni in addition to the main component. (18) The pulse heat tool according to (14) above, wherein the brazing material contains Ti, Sn, In, or Ni in addition to the main component.

【0005】[0005]

【作用】本発明のパルスヒートツールは、ツール先端部
とシャンクがロウ材により接合された構造を有するもの
の改良である。すなわち、このような構造のツールの機
械取り付け部以外で、露出した該ロウ材表面を含むツー
ル側面の部分を溶融ハンダとの反応性が低い金属または
セラミックで被覆するものである。ツール先端部には、
特に特願平6−62905号明細書で開示したように、
多結晶ダイヤモンドで被覆された超硬合金を用いること
が好ましい。この部材は、熱応答性・温度分布・耐久性
等のパルスヒートツールに要求される特性に優れるため
である。また、シャンクはツール先端部の構成部材との
熱膨張差に基づく熱応力発生を極力抑制するとの観点か
ら、Mo及びW又はそれらの合金の中から選択されるこ
とが好ましい。これらのツール先端部とシャンクとの接
合は、公知のあらゆる方法で行うことができるが、特に
650〜1,200℃の融点のロウ材を用いる方法は有
効である。ここで、ロウ材としてはAu、Ag及びCu
もしくはそれらの合金のいずれかを主成分とし、これら
以外の元素(例えば、Ti、Sn、In、Ni等)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。このようなロウ材によれば、剪断強度で20〜30
kg/mm2 の高い接合強度を実現することができる。
本発明においては、ツール先端部とシャンクをロウ材し
た後に、機械取り付け部以外で、露出した該ロウ材表面
を含むツール側面の部分を溶融ハンダとの反応性が低い
金属またはセラミックで被覆することが必要である。具
体的には、図2に示すように、露出したロウ材表面並び
にその近傍のツール先端側面とシャンク側面を覆うよう
に被覆する。被覆する範囲はツール性能を損なわなけれ
ば図2に示した範囲を越えて行われてもよいが、ツール
先端の多結晶ダイヤモンド被覆面やシャンクの機械取り
付け部には被覆してはならない。ツール先端面に被覆す
ることは、多結晶ダイヤモンドの特性が損なわれるだけ
であり、ツール先端部の脱落防止に対しては何ら良好な
作用を生じるものではないからである。また、シャンク
の機械取り付け部に関しても、その被覆材料が導電性を
有しないセラミックの場合には機械からの給電ができな
くなるため、被覆を行うことは逆に新たな問題を発生さ
せるだけである。被覆する材料としては具体的には、C
r、Mo、W、Ni、Pd及びPtの中から選ばれた少
なくとも1種の金属もしくはそれらの合金、或いはAl
2 3 、SiO2 、ZrO2 及びTiO2 もしくはそれ
ら複合酸化物の中から選ばれた少なくとも1種のセラミ
ックが用いられる。これらの材料は溶融ハンダに対して
反応性が低い、或いは拡散係数が小さいためロウ材の組
成変化を阻止することが可能なものである。被覆する方
法は公知のあらゆる方法が適用できる。例えば被覆する
材料が金属の場合は、メッキ、スパッタリングやイオン
プレーティング等のPVD(Physical Vaper Depositio
n )、CVD(Chemical Vaper Deposition )等が利用
できる。またセラミックの場合はPVDやCVDの他、
金属アルコキシドを加水分解させて被覆させる方が有効
である。尚、被覆効果を顕著に発現させるためには、被
覆する厚さを1〜100μmとすることが必要である。
1μmよりも薄いと遮断層としての効果が低減する場合
があるからである。また、100μmを越えて厚く被覆
した場合は、被覆されたロウ材との密着強度が低減し
て、使用中に剥離しやすくなるため好ましくない。この
ような工程により製造されたパルスヒートツールは、被
覆処理を施さないツールに比べてハンダ接合の用途で、
高いロウ付接合強度を長時間にわたって維持することが
可能である。以下に、実施例により具体的に説明する。
The pulse heat tool of the present invention is an improvement of the one having a structure in which the tool tip and the shank are joined by a brazing material. That is, except for the machine mounting portion of the tool having such a structure, the portion of the side surface of the tool including the exposed surface of the brazing material is covered with a metal or ceramic having low reactivity with molten solder. On the tool tip,
In particular, as disclosed in Japanese Patent Application No. 6-62905,
It is preferable to use a cemented carbide coated with polycrystalline diamond. This is because this member has excellent characteristics required for the pulse heat tool, such as thermal response, temperature distribution, and durability. In addition, the shank is preferably selected from Mo and W or their alloys from the viewpoint of suppressing the generation of thermal stress due to the difference in thermal expansion between the shank and the constituent member of the tool tip as much as possible. The tip of the tool and the shank can be joined by any known method, but the method of using a brazing material having a melting point of 650 to 1,200 ° C. is particularly effective. Here, as the brazing material, Au, Ag and Cu
Alternatively, an alloy containing any of these alloys as a main component and other elements (for example, Ti, Sn, In, Ni, etc.) to the extent that the characteristics of the brazing material are not impaired is used. Such a brazing material has a shear strength of 20 to 30.
A high joint strength of kg / mm 2 can be realized.
In the present invention, after brazing the tool tip and the shank, the part of the side surface of the tool including the exposed surface of the brazing material is coated with a metal or ceramic having a low reactivity with the molten solder, except for the machine mounting portion. is necessary. Specifically, as shown in FIG. 2, coating is performed so as to cover the exposed brazing material surface and the tool tip side surface and the shank side surface in the vicinity thereof. The area to be coated may extend beyond the range shown in FIG. 2 without impairing the tool performance, but the polycrystalline diamond coating surface of the tool tip and the machine attachment portion of the shank should not be coated. This is because coating the tool tip surface only impairs the properties of the polycrystalline diamond and does not have any good effect on preventing the tool tip from falling off. Also, with respect to the machine mounting portion of the shank, when the coating material is a ceramic having no conductivity, power cannot be supplied from the machine, and therefore coating is only a new problem. As a material for coating, specifically, C
At least one metal selected from r, Mo, W, Ni, Pd, and Pt, or an alloy thereof, or Al
At least one ceramic selected from 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and TiO 2 or their composite oxides is used. Since these materials have low reactivity to molten solder or have a small diffusion coefficient, it is possible to prevent the composition change of the brazing material. As a coating method, any known method can be applied. For example, when the material to be coated is a metal, PVD (Physical Vaper Depositio) such as plating, sputtering or ion plating is used.
n), CVD (Chemical Vapor Deposition), etc. can be used. In the case of ceramics, PVD, CVD,
It is more effective to hydrolyze and coat the metal alkoxide. In addition, in order to remarkably exhibit the coating effect, it is necessary to set the coating thickness to 1 to 100 μm.
This is because if it is thinner than 1 μm, the effect as the blocking layer may be reduced. Further, when the coating is thicker than 100 μm, the adhesion strength with the coated brazing material is reduced, and peeling easily occurs during use, which is not preferable. The pulse heat tool manufactured by such a process is used for solder joining compared to a tool without coating treatment,
It is possible to maintain high brazing strength for a long time. Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

(実施例1)WCを88重量%、TiCを7重量%、C
oを5重量%含有する超硬合金を20mm×2mm×2
mmの形状に加工した。その後、この超硬合金を180
TorrのN2 雰囲気中で1,420℃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。この超
硬合金を25℃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5μm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。次に、この超硬合金を基材とし
て工具先端とすべき20mm×2mm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30時間行った。合成条件を
表1に示す。
(Example 1) 88% by weight of WC, 7% by weight of TiC, C
20 mm x 2 mm x 2 cemented carbide containing 5% by weight of o
It was processed into a shape of mm. After that, this cemented carbide is
A heat treatment of holding the temperature at 1,420 ° C. for 1 hour in a N 2 atmosphere of Torr and then cooling to room temperature in a vacuum atmosphere was performed. By this heat treatment, microscopic protrusions made of a solid solution carbide of W and Ti are generated on the surface, and the gap between these protrusions is filled with Co eluted from the inside of the cemented carbide. Became clear. This cemented carbide is immersed in nitric acid kept at 25 ° C to dissolve and remove only Co that is eluted, so that the surface is covered with microscopic projections of (W, Ti) C having a length of 5 µm. A cemented carbide was produced. Next, using this cemented carbide as a base material, it was placed inside a hot filament CVD apparatus so that a surface of 20 mm × 2 mm to be a tool tip became a coated surface, and polycrystalline diamond was coated for 30 hours. Table 1 shows the synthesis conditions.

【0007】[0007]

【表1】 [Table 1]

【0008】回収した超硬合金の表面には厚さが40μ
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。この多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金をMo
製のシャンクに、融点が800℃で重量組成が68Ag
−27Cu−5Tiのロウ材を用いて接合した。尚、剪
断強度の評価により、このロウ材による接合強度は22
Kg/mm2 であることが確認できた。その後、ツール
先端の多結晶ダイヤモンドをダイヤモンド砥石により表
面がRmax 表示で0.08μmの鏡面状態に加工した。
尚、鏡面加工後の多結晶ダイヤモンドの厚さは20μm
であった。上記の方法により得られたツールについて、
さらに表2に示した方法と金属材料によりロウ材表面を
被覆する処理を行った。尚、被覆は図2に示したロウ材
露出側面の周辺について行った。また、比較として、こ
の被覆処理を行わないツールの準備も行った。
The surface of the recovered cemented carbide has a thickness of 40 μm.
It was revealed that m of polycrystalline diamond was coated. This polycrystalline diamond coated cemented carbide is Mo
Made of shank, melting point 800 ℃, weight composition 68Ag
Bonding was performed using a -27Cu-5Ti brazing material. As a result of the evaluation of the shear strength, the joint strength of this brazing material was 22.
It was confirmed to be Kg / mm 2 . Then, the polycrystalline diamond at the tip of the tool was processed into a mirror-finished state of 0.08 μm in terms of Rmax by a diamond grindstone.
The thickness of polycrystalline diamond after mirror finishing is 20 μm.
Met. Regarding the tool obtained by the above method,
Further, a treatment for coating the surface of the brazing material with the method shown in Table 2 and the metal material was performed. The coating was performed around the exposed side surface of the brazing material shown in FIG. In addition, as a comparison, a tool without this coating treatment was also prepared.

【0009】[0009]

【表2】 [Table 2]

【0010】これらのツールによるハンダ接合用途での
耐久性を評価するため、厚さ5mmのハンダからなる板
に先端温度を400℃としたツールを80万回繰り返し
押し当てた。結果を表3に示す。尚、同表での剪断強度
は、ツール先端部がはずれなかったものについての上記
繰り返し評価後の値について示している。
In order to evaluate the durability of these tools in soldering applications, a tool having a tip temperature of 400 ° C. was repeatedly pressed 800,000 times onto a plate made of solder having a thickness of 5 mm. The results are shown in Table 3. The shear strength in the table is the value after the above repeated evaluation of the tool in which the tip of the tool did not come off.

【0011】[0011]

【表3】 [Table 3]

【0012】この表から、被覆処理を行った本発明のツ
ールNo.A〜Dが80万回もの長時間使用において
も、使用前と同等の高い接合強度を維持するのに対し
て、被覆処理を施していない従来のツールNo.Eで
は、比較的短い使用回数でツール先端部の脱落が生ずる
ことが明らかになった。この原因は、脱落したツール先
端部のロウ付面の分析により、溶融ハンダとロウ材が合
金化し強度の低い合金組成に変化したためであることが
わかった。尚、上記のNo.Fではツール先端部の脱落
が生じなかったものの、接合強度が著しく低下したの
は、被覆したMoの厚さが0.2μmと薄すぎて効果が
でなかったためと推定される。また、No.Gについて
比較的短時間の使用でツール先端部が脱落したのは、被
覆したNiの厚さが300μmと厚すぎたため、使用中
に部分的に剥離が生じてその部分から溶融ハンダのロウ
材との合金化が生じたことによると考えられる。
From this table, the tool No. of the present invention subjected to the coating treatment is shown. Even if the A to D are used for a long time of 800,000 times, the same high bonding strength as that before the use is maintained, while the conventional tool No. which is not subjected to the coating treatment. In E, it became clear that the tip of the tool dropped off after a relatively short number of times of use. It was found that the cause was that the molten solder and the brazing material were alloyed and changed into an alloy composition with low strength by analysis of the brazed surface of the tool tip that fell off. In addition, the above No. In F, although the tip of the tool did not fall off, the bonding strength was significantly reduced. It is presumed that the thickness of the coated Mo was 0.2 μm, which was too thin to be effective. In addition, No. Regarding G, the tip of the tool fell off after a relatively short time of use, because the coated Ni was too thick (300 μm), so partial peeling occurred during use and the brazing material of molten solder was formed from that part. It is considered that this is due to the alloying of.

【0013】(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30mm
×2mm×1mmの形状に加工した。その後、この超硬
合金を150TorrのCO雰囲気中で1,380℃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。この超硬合金を50℃に保持された弗酸に浸漬
して、溶出したCoのみを溶解除去することにより、長
さ7μm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。次に、この超硬合金
を基材として工具先端とすべき30mm×2mmの面が
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25時間行っ
た。合成条件を表4に示す。
(Example 2) A cemented carbide containing 90% by weight of WC, 5% by weight of TaC and 5% by weight of Co was 30 mm.
It was processed into a shape of × 2 mm × 1 mm. Then, this cemented carbide was held at a temperature of 1,380 ° C. for 2 hours in a CO atmosphere of 150 Torr, and then heat-treated for cooling to room temperature in a vacuum atmosphere. By this heat treatment, microscopic projections made of solid solution carbides of W and Ta are generated on the surface, and the gaps between these projections are filled with Co eluted from the inside of the cemented carbide. Became clear. This cemented carbide is dipped in hydrofluoric acid maintained at 50 ° C to dissolve and remove only the eluted Co, thereby covering the surface with microscopic projections of (W, Ta) C having a length of 7 μm. A broken cemented carbide could be produced. Next, using this cemented carbide as a base material, it was placed inside the microwave plasma CVD apparatus so that the surface of 30 mm × 2 mm to be the tool tip became the coating surface, and the polycrystalline diamond was coated for 25 hours. Table 4 shows the synthesis conditions.

【0014】[0014]

【表4】 回収した超硬合金の表面には厚さが50μm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。こ
の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金をW製のシャンク
に、融点が860℃で重量組成が60Au−37Cu−
3Inのロウ材を用いて接合した。尚、剪断強度の評価
により、このロウ材による接合強度は25Kg/mm2
であることが確認できた。その後、ツール先端の多結晶
ダイヤモンドをダイヤモンド砥石により表面がRmax 表
示で0.07μmの鏡面状態に加工した。尚、鏡面加工
後の多結晶ダイヤモンドの厚さは25μmであった。さ
らに、このツールのロウ層近傍の側面に金属アルコキシ
ドの加水分解を利用したセラミック薄膜の被覆を以下の
工程に従い行った。すなわち、図2に示したツールの被
覆部以外の部分をマスキングテープでカバーしたツール
を、シリコンエトキシドをイソプロピルアルコールで希
釈した溶液に浸漬し引き上げた後、マスキングテープを
はずして大気中で180℃に1時間加熱し乾燥、硬化を
行った。この処理により、図2に示した被覆部分のみに
厚さ5μmのSiO2 薄膜を被覆することができた。こ
のようにして得られたツールNo.Hについて、実施例
1と同様の方法で溶融ハンダに対する耐食性の評価を行
った。比較として、この被覆処理を行わないツールN
o.Iも評価を行った。その結果、ロウ材表面に被覆処
理を行っていない従来のツールNo.1では2万回の繰
り返し評価を行った時点でツール先端部の脱落が生じた
のに対して、本発明のツールであるNo.Hは80万回
の繰り返し評価後もロウ付接合強度に変化が見られなか
った。No.Iではロウ材の成分であるAuとハンダの
成分であるSnが反応して、脆い金属間化合物(AuS
n、AuSn2 、AuSn4 )を生成したが、No.H
では被覆したSiO2 薄膜がこれを阻止したことが確認
できた。
[Table 4] It was revealed that the surface of the recovered cemented carbide was coated with polycrystalline diamond having a thickness of 50 μm. This polycrystalline diamond-coated cemented carbide was applied to a W shank with a melting point of 860 ° C and a weight composition of 60Au-37Cu-.
Bonding was performed using a brazing material of 3In. In addition, according to the evaluation of the shear strength, the bonding strength of this brazing material is 25 kg / mm 2
It was confirmed that After that, the polycrystalline diamond at the tip of the tool was processed into a mirror-finished surface of 0.07 μm in Rmax display with a diamond grindstone. The thickness of the polycrystalline diamond after mirror finishing was 25 μm. Further, the side surface of the tool near the brazing layer was coated with a ceramic thin film utilizing hydrolysis of metal alkoxide according to the following steps. That is, the tool shown in FIG. 2 except for the covering portion of the tool is covered with a masking tape, immersed in a solution prepared by diluting silicon ethoxide with isopropyl alcohol, and then pulled up. It was heated for 1 hour, dried and cured. By this treatment, the SiO 2 thin film having a thickness of 5 μm could be coated only on the coating portion shown in FIG. Tool No. obtained in this way With respect to H, the corrosion resistance to molten solder was evaluated in the same manner as in Example 1. For comparison, the tool N without this coating process
o. I was also evaluated. As a result, the conventional tool no. In No. 1, which is the tool of the present invention, the tip of the tool dropped off when the evaluation was repeated 20,000 times. For H, no change was seen in the brazed joint strength even after repeated evaluation of 800,000 times. No. In I, Au, which is a component of the brazing material, and Sn, which is a component of the solder, react with each other to form a brittle intermetallic compound (AuS
n, AuSn 2 , AuSn 4 ), but No. H
It was confirmed that the covered SiO 2 thin film prevented this.

【0015】(実施例3)WCを85重量%、(Ti、
Ta)Cを7重量%、Coを8重量%含有する超硬合金
を40mm×1mm×1mmの形状に加工した。その
後、この超硬合金を80TorrのN2 雰囲気中で1,
350℃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、Tiおよび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。この超硬合金を80℃に
保温された弗硝酸に浸漬して、溶出したCoのみを溶解
除去することにより、長さ6μmの(W,Ti,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。次に、この超硬合金を基材として工具先端と
すべき40mm×1mm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5に示す。
Example 3 85% by weight of WC, (Ti,
A cemented carbide containing 7% by weight of Ta and C and 8% by weight of Co was processed into a shape of 40 mm × 1 mm × 1 mm. After that, the cemented carbide is treated in an N 2 atmosphere of 80 Torr for 1,
After the temperature was kept at 350 ° C. for 2 hours, a heat treatment of cooling to room temperature in a vacuum atmosphere was performed. By this heat treatment, microscopic projections made of solid solution carbides of W, Ti and Ta are formed on the surface, and the gaps between these projections are filled with Co eluted from the inside of the cemented carbide. It became clear. This cemented carbide is dipped in hydrofluoric nitric acid kept at 80 ° C to dissolve and remove only Co that has been dissolved out to obtain (W, Ti, Ta) having a length of 6 µm.
A cemented carbide whose surface was covered with microscopic projections of C could be produced. Next, using this cemented carbide as a base material, it was placed inside a hot filament CVD apparatus so that the surface of 40 mm × 1 mm to be the tool tip became the coated surface, and the polycrystalline diamond was coated for 50 hours. Table 5 shows the synthesis conditions.

【0016】[0016]

【表5】 [Table 5]

【0017】回収した超硬合金の表面には厚さが80μ
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。この多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金をMo
製のシャンクに、融点が900℃で重量組成が60Cu
−30Au−10Niのロウ材を用いて接合した。尚、
剪断強度の評価により、このロウ材による接合強度は2
6Kg/mm2 であることが確認できた。その後、ツー
ル先端の多結晶ダイヤモンドをダイヤモンド砥石により
表面がRmax 表示で0.07μmの鏡面状態に加工し
た。尚、鏡面加工後の多結晶ダイヤモンドの厚さは40
μmであった。このツールについて、さらに表6に示す
種々の方法により被覆してパルスヒートツールを完成し
た。被覆の方法は実施例1或いは実施例2と同様であ
る。尚、比較として被覆処理を行わないツールも準備し
た。
The surface of the recovered cemented carbide has a thickness of 80 μm.
It was revealed that m of polycrystalline diamond was coated. This polycrystalline diamond coated cemented carbide is Mo
Made of shank, melting point 900 ℃, weight composition 60Cu
Bonding was performed using a brazing material of -30Au-10Ni. still,
According to the evaluation of shear strength, the joint strength of this brazing material is 2
It was confirmed to be 6 Kg / mm 2 . After that, the polycrystalline diamond at the tip of the tool was processed into a mirror-finished surface of 0.07 μm in Rmax display with a diamond grindstone. The thickness of the polycrystalline diamond after mirror-finishing is 40
μm. This tool was further coated by various methods shown in Table 6 to complete a pulse heat tool. The coating method is the same as in Example 1 or 2. For comparison, a tool without coating was also prepared.

【0018】[0018]

【表6】 これらのツールの性能を評価するために、ツール先端温
度が400℃となるように15秒サイクルでパルス加熱
を行い、プリント配線基板のアウターリードボンティン
グを行った。結果を表7に示すが、ロウ材表面に被覆処
理を行っていない従来のツールNo.Uでは3万回のボ
ンディングでツール先端部の脱落が生じたのに対して、
本発明のツールはいずれも80万回のボンディングに耐
え、接合強度に変化は見られなかった。
[Table 6] In order to evaluate the performance of these tools, pulse heating was performed in a cycle of 15 seconds so that the tool tip temperature was 400 ° C., and outer lead bonding of the printed wiring board was performed. The results are shown in Table 7, and the conventional tool No. in which the surface of the brazing material is not coated. In U, the tip of the tool fell off after bonding 30,000 times,
All the tools of the present invention endured 800,000 times of bonding, and no change was observed in the bonding strength.

【0019】[0019]

【表7】 [Table 7]

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明の構成をとることにより、従来の
ツールに比較して特に溶融ハンダに対する耐食性につい
て優れたボンディングツールが実現できる。すなわち、
従来のロウ付構造をとるパルスヒートツールで問題であ
った、ツール先端部の接合強度の信頼性が大幅に向上
し、ダイヤモンドツール本来の良好な特性が得られるも
のである。
By adopting the structure of the present invention, a bonding tool which is superior in corrosion resistance to molten solder in comparison with conventional tools can be realized. That is,
The reliability of the bonding strength at the tip of the tool, which was a problem with the conventional pulse heat tool having a brazed structure, is significantly improved, and the good characteristics inherent to the diamond tool can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、多結晶ダイヤモンドをツール先端面と
するパルスヒートツールの典型的な構造を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view showing a typical structure of a pulse heating tool using polycrystalline diamond as a tool tip surface.

【図2】図2は、図1に示すパルスヒートツールに本発
明による被覆処理を施した場合の例を示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing an example in which the pulse heat tool shown in FIG. 1 is subjected to a coating treatment according to the present invention.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ツール先端部とシャンクがロウ材により
接合されたものであって、機械取り付け部以外で、露出
した該ロウ材表面を含むツール側面の部分が溶融ハンダ
との反応性が低い金属またはセラミックで被覆されてい
ることを特徴とするパルスヒートツール。
1. A metal in which a tool tip and a shank are joined by a brazing material, and a portion of a side surface of the tool including the exposed surface of the brazing material is low in reactivity with molten solder except for a machine mounting portion. Or a pulse heat tool characterized by being coated with ceramic.
【請求項2】 被覆する金属が、Cr、Mo、W、N
i、Pd及びPtの中から選ばれた少なくとも1種ある
ことを特徴とする請求項1に記載のパルスヒートツー
ル。
2. The coating metal is Cr, Mo, W, N
The pulse heat tool according to claim 1, wherein there is at least one selected from i, Pd, and Pt.
【請求項3】 被覆するセラミックが、Al2 3 、S
iO2 、ZrO2 及びTiO2 の中から選ばれた少なく
とも1種であることを特徴とする請求項1記載のパルス
ヒートツール。
3. The coating ceramic is Al 2 O 3 , S
The pulse heat tool according to claim 1, wherein the pulse heat tool is at least one selected from iO 2 , ZrO 2 and TiO 2 .
【請求項4】 被覆する厚さが、1〜100μmである
ことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のパルス
ヒートツール。
4. The pulse heat tool according to claim 1, wherein the coating thickness is 1 to 100 μm.
【請求項5】 ツール先端部が、多結晶ダイヤモンドで
被覆された超硬合金であることを特徴とする請求項1〜
4の何れかに記載のパルスヒートツール。
5. The tool tip portion is made of a cemented carbide coated with polycrystalline diamond.
The pulse heat tool according to any one of 4 above.
【請求項6】 シャンクが、Mo及びWの中から選ばれ
た少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜5
の何れかに記載のパルスヒートツール。
6. The shank is at least one selected from Mo and W. 1.
The pulse heat tool according to any one of 1.
【請求項7】 ロウ材が、Cu、Ag、Auのいずれか
を主成分とし、その融点が650〜1,200℃である
ことを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のパルス
ヒートツール。
7. The pulse according to claim 1, wherein the brazing material contains Cu, Ag or Au as a main component and has a melting point of 650 to 1,200 ° C. Heat tool.
【請求項8】 ツール先端部とシャンクをロウ付した
後、機械取り付け部以外で、露出した該ロウ材表面を含
むツール側面の部分を、溶融ハンダとの反応性が低い金
属またはセラミックで被覆することを特徴とするパルス
ヒートツールの製造方法。
8. After brazing the tool tip and the shank, a part of the side surface of the tool including the exposed surface of the brazing material is covered with a metal or a ceramic having a low reactivity with the molten solder except for the machine mounting portion. A method for manufacturing a pulse heat tool, which is characterized by the above.
【請求項9】 被覆する金属が、Cr、Mo、W、N
i、Pd及びPtの中から選ばれた少なくとも1種であ
ることを特徴とする請求項8記載のパルスヒートツール
の製造方法。
9. The coating metal is Cr, Mo, W, N.
9. The method for manufacturing a pulse heat tool according to claim 8, wherein the method is at least one selected from i, Pd and Pt.
【請求項10】 被覆するセラミックが、Al2 3
SiO2 、ZrO2及びTiO2 の中から選ばれた少な
くとも1種であることを特徴とする請求項8記載のパル
スヒートツールの製造方法。
10. The ceramic to be coated is Al 2 O 3 ,
9. The method for manufacturing a pulse heat tool according to claim 8, wherein the pulse heat tool is at least one selected from SiO 2 , ZrO 2 and TiO 2 .
【請求項11】 被覆する厚さが、1〜100μmであ
ることを特徴とする請求項8〜10の何れかに記載のパ
ルスヒートツールの製造方法。
11. The method for manufacturing a pulse heat tool according to claim 8, wherein the coating thickness is 1 to 100 μm.
【請求項12】 ツール先端部が、多結晶ダイヤモンド
で被覆された超硬合金であることを特徴とする請求項8
〜11の何れかに記載のパルスヒートツール製造方法。
12. The tool tip portion is made of a cemented carbide coated with polycrystalline diamond.
11. The method for manufacturing a pulse heat tool according to any one of 1 to 11.
【請求項13】 シャンクが、Mo及びWの中から選ば
れた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8〜
12の何れかに記載のパルスヒートツールの製造方法。
13. The shank is at least one selected from Mo and W.
13. The method for manufacturing a pulse heat tool according to any one of 12.
【請求項14】 ロウ材が、Cu、Ag、Auのいずれ
かを主成分とし、その融点が650〜1,200℃であ
ることを特徴とする請求項8〜13の何れかに記載のパ
ルスヒートツールの製造方法。
14. The pulse according to claim 8, wherein the brazing material contains Cu, Ag, or Au as a main component and has a melting point of 650 to 1,200 ° C. Method of manufacturing heat tool.
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