KR102006176B1 - 본딩 캐피러리 - Google Patents

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타케시 우치무라
줌페이 오니시
타츠야 고토
켄지 타바타
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토토 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 본 발명의 형태는 내마모성의 향상을 도모할 수 있는 본딩 캐피러리를 제공한다.
[해결 수단] 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 제 1 다결정 세라믹스로 이루어지고, 상기 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하인 본딩 캐피러리가 제공된다.

Description

본딩 캐피러리{BONDING CAPILLARY}
본 발명의 형태는 일반적으로 본딩 캐피러리에 관한 것이고 구체적으로는 구리 등으로 이루어진 단단한 금속 세선(본딩 와이어)을 이용할 경우에 적합한 본딩 캐피러리에 관한 것이다.
반도체 소자와 리드 프레임의 리드를 금속 세선으로 접속하는 와이어 본딩에 있어서는 본딩 캐피러리를 이용하여 금속 세선의 일단을 전극 패드에 접합하고(제 1 본딩), 이어서 금속 세선을 도입해서 리드에 접합한다(제 2 본딩). 금속 세선을 접합할 때에는 본딩 캐피러리로 금속 세선을 압박한 상태에서 초음파를 인가하도록 하고 있다.
최근에는 금속 세선의 재질로서 금보다도 저비용인 구리를 이용하는 시도가 많이 이루어지고 있다. 그러나, 금보다도 단단한 구리로 이루어지는 금속 세선을 이용할 경우에는 접합시에 인가되는 초음파의 진폭을 크게 할 필요가 있다. 그 때문에, 금속 세선을 접합할 때에 본딩 캐피러리에 큰 전단 응력이 걸려 선단 부분의 결정 입자가 탈락해서 마모가 진행되기 쉬워진다. 그 결과, 금으로 이루어진 금속 세선을 이용할 경우에 비해서 본딩 캐피러리의 수명이 짧아지는 문제가 있다.
그래서, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름을 0.1㎛(micrometer)~2.5㎛, 이산화 지르코늄의 결정 입자의 입자 지름을 0.1㎛~1.0㎛, 표면 보이드율을 0.1%로 한 본딩 캐피러리가 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조).
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술을 이용할 경우이여도 내마모성의 향상에 개선의 여지가 있다.
일본 특허 공개 제 2003-68784 호 공보
본 발명의 형태는 각각의 과제의 인식에 의거하여 이루어진 것이며 내마모성의 향상을 도모할 수 있는 본딩 캐피러리를 제공한다.
제 1 발명은 산화 알루미늄의 결정을 주상(住相)으로 하는 제 1 다결정 세라믹스로 이루어지고, 상기 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서 상기 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 0.19㎛ 미만인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 3 발명은 제 1 발명 또는 제 2 발명에 있어서 상기 제 1 다결정 세라믹스 중에 있어서의 포어의 점유율이 90ppm 이하, 또한 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 13개/mm2 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 제 1 다결정 세라믹스의 조직 내에 존재하는 포어의 비율을 저감시킬 수 있기 때문에 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 4 발명은 제 1 발명 내지 제 3 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 1 다결정 세라믹스의 비커스 경도가 2000HV 이상인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 5 발명은 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 1 다결정 세라믹스는 산화 크롬을 더 포함하고, 상기 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 6 발명은 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 제 2 다결정 세라믹스로 이루어지고, 상기 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름이 0.23㎛ 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
제 7 발명은 제 6 발명에 있어서 상기 이산화 지르코늄 클러스터의 클러스터 지름의 분포의 표준 편차가 0.11㎛ 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 8 발명은 제 6 발명 또는 제 7 발명에 있어서 상기 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 9 발명은 제 6 발명 내지 제 8 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 0.19㎛ 미만인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 10 발명은 제 6 발명 내지 제 9 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름을 D1, 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름을 D2로 했을 경우에 이하의 식을 만족하는 본딩 캐피러리이다.
D1/D2 ≥ 1.47
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 11 발명은 제 6 발명 내지 제 10 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 2 다결정 세라믹스 중에 있어서의 포어의 점유율이 90ppm 이하, 또한 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 13개/mm2 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 제 2 다결정 세라믹스의 조직 내에 존재하는 포어의 비율을 저감시킬 수 있기 때문에 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 12 발명은 제 6 발명 내지 제 11 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 2 다결정 세라믹스의 비커스 경도가 2000HV 이상인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 13 발명은 제 6 발명 내지 제 12 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 이산화 지르코늄의 비율이 0.5wt% 이상 25.0wt% 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
제 14 발명은 제 6 발명 내지 제 13 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서 상기 제 2 다결정 세라믹스는 산화 크롬을 더 포함하고, 상기 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하인 본딩 캐피러리이다.
이 본딩 캐피러리에 의하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 형태에 의하면 내마모성의 향상을 도모할 수 있는 본딩 캐피러리를 제공할 수 있다.
도 1(a)는 본딩 캐피러리를 예시하기 위한 모식도, 도 1(b)는 도 1(a)에 있어서의 A부의 모식 확대도이다.
도 2는 본딩 캐피러리의 선단 부분을 예시하기 위한 모식도이다.
도 3은 다른 실시형태에 의한 본딩 캐피러리를 예시하기 위한 모식도이다.
도 4는 금속 세선을 접합할 때의 상태에 대해서 예시하기 위한 모식 단면도이다.
도 5(a)는 결정 입자의 입자 지름이 크고, 결정 입자의 입자 지름이 일정하지 않은 것이 내마모성에 미치는 영향을 예시하기 위한 모식도이다. 도 5(b)는 결정 입자의 입자 지름이 작고, 결정 입자의 입자 지름이 일정한 것이 내마모성에 미치는 영향을 예시하기 위한 모식도이다.
도 6은 산화 알루미늄 결정 입자의 탈락을 예시하기 위한 모식도이다.
도 7은 이산화 지르코늄 클러스터에 대해서 예시하기 위한 모식도이다.
도 8은 이산화 지르코늄 클러스터의 크기를 작게 하는 효과를 예시하기 위한 모식도이다.
도 9는 내마모성의 평가를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 11은 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 12는 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 13은 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 14는 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름의 비가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 15는 비커스 경도가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 16은 포어의 점유율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 17은 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 18은 이산화 지르코늄의 비율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 19는 산화 크롬의 비율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 20은 산화 크롬의 비율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해서 예시를 한다. 또한, 각 도면 중 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 적절히 생략한다.
(본딩 캐피러리의 형태)
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 본딩 캐피러리를 예시하기 위한 모식도이다. 또한, 도 1(a)는 본딩 캐피러리를 예시하기 위한 모식도, 도 1(b)는 도 1(a)에 있어서의 A부의 모식 확대도이다.
도 2는 본딩 캐피러리의 선단 부분을 예시하기 위한 모식도이다.
도 1(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 본딩 캐피러리(110)는 본체부(10)를 구비하고 있다. 본체부(10)의 내부에는 금속 세선이 통과하기 위한 구멍(11h)(도 2를 참조)이 축방향으로 관통하도록 해서 형성되어 있다.
본체부(10)는 원통부(11), 원뿔대부(12), 보틀넥부(13)를 갖는다.
원통부(11)는 외관이 원기둥 형상을 나타내고 와이어 본딩 장치에 기계적으로 고정된다. 원통부(11)의 단면 치수는 와이어 본딩 장치에 기계적으로 고정하는데에 적합한 것으로 되어 있다.
원뿔대부(12)는 외관이 원뿔대 형상을 나타내고 원통부(11)의 금속 세선을 접합하는 측의 단부에 설치되어 있다.
원뿔대부(12)의 단면 치수는 선단측을 향함에 따라 작아진다. 원뿔대부(12)의 원통부(11)측의 단면 치수는 원통부(11)의 단면 치수와 거의 동일하게 되어 있다.
보틀넥부(13)는 외관이 원뿔대 형상을 나타내고 원뿔대부(12)의 금속 세선을 접합하는 측의 단부에 설치되어 있다.
보틀넥부(13)의 금속 세선을 접합하는 측의 단면이 선단면(50)이 된다.
보틀넥부(13)는 이미 배선되어 있는 옆의 금속 세선을 피해서 소정의 위치에 금속 세선을 접합할 수 있는 단면 치수를 갖는다. 보틀넥부(13)의 단면 치수는 원뿔대부(12)측으로부터 선단면(50)측을 향해서 서서히 작아진다.
보틀넥부(13)를 설치하도록 하면 금속 세선의 배선 피치가 짧을 경우이여도, 금속 세선을 접합할 때에 본딩 캐피러리(110)와 배선 완료된 금속 세선이 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 보틀넥부(13)의 단면 치수를 작게 함으로써 금속 세선을 접합하는 위치(접합 위치)의 피치 치수가 예를 들면, 50㎛ 이하로 짧을 경우이여도 본딩 캐피러리(110)와 배선 완료된 금속 세선이 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본딩 캐피러리(110)의 선단면(50)측에는 금속 세선이 통과하기 위한 구멍(11h)이 개구하고 있다. 구멍(11h)의 개구 부분에는 모따기부(13c)(챔퍼부)가 형성되어 있다. 모따기부(13c)의 벽면은 예를 들면 곡면으로 할 수 있다. 또한, 선단면(50)은 경사면으로 되어 있고 모따기부(13c)측이 돌출되어 있다.
도 3은 다른 실시형태에 의한 본딩 캐피러리를 예시하기 위한 모식도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본딩 캐피러리(110a)는 본체부(10a)를 구비하고 있다. 본체부(10a)의 내부에는 금속 세선이 통과하기 위한 구멍(11h)이 축방향으로 관통하도록 해서 형성되어 있다.
본체부(10a)는 원통부(11), 원뿔대부(12)를 갖는다.
즉, 본딩 캐피러리(110a)는 보틀넥부(13)가 설치되어 있지 않은 경우이다.
이 경우, 원뿔대부(12)의 금속 세선을 접합하는 측의 단면이 선단면(50)이 된다. 본딩 캐퍼러리(110a)의 선단면(50)측에는 금속 세선이 통과하기 위한 구멍(11h)이 개구하고 있다. 구멍(11h)의 개구 부분에는 모따기부(13c)가 형성되어 있다. 모따기부(13c)의 벽면은 예를 들면 곡면으로 할 수 있다.
또한, 본딩 캐피러리의 형태는 도 1~도 3에 예시를 한 것에 한정되지 않을 뿐만 아니라 적절하게 변경할 수 있다.
이어서, 금속 세선을 접합할 때의 상태에 대해서 설명한다.
또한, 여기서는 본딩 캐피러리(110)의 경우에 대해서 설명하지만, 본딩 캐퍼러리(110a)의 경우도 동일하다.
도 4는 금속 세선을 접합할 때의 상태에 대해서 예시하기 위한 모식 단면도이다.
또한, 도 4에 있어서는 리드에 접합할(제 2 본딩) 때의 상태를 예시한다.
본딩 캐피러리(110)의 구멍(11h)으로 통과된 금속 세선(BW)은 우선, 도시된 반도체 소자에 설치된 전극 패드에 접합된다(제 1 본딩). 그 후, 본딩 캐퍼러리(110)를 소정의 궤도에서 리드(200) 상까지 이동시켜 금속 세선(BW)을 루프 형상으로 한다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이 본딩 캐피러리(110)를 리드(200) 상에 압박해서 금속 세선(BW)을 선단면(50)과 리드(200) 사이에 끼워 넣는다. 선단면(50)은 경사면으로 되어 있기 때문에 선단면(50)과 리드(200)의 간격은 선단면(50)의 외측으로부터 내측으로 걸쳐서 좁아진다. 그 때문에, 선단면과 리드(200) 사이에 끼워된 금속 세선(BW)의 두께는 선단면(50)의 외측으로부터 내측으로 걸쳐서 얇아진다.
선단면(50)과 리드(200) 사이에서 금속 세선(BW)을 끼워 넣은 상태에서 본딩 캐퍼러리(110)에 예를 들면 초음파를 인가한다. 이에 따라, 금속 세선(BW)을 리드(200)에 접합한다(제 2 본딩). 그리고, 금속 세선(BW)은 모따기부(13c)의 가장자리의 위치에서 분단된다. 금속 세선(BW)을 분단한 후에 본딩 캐피러리(110)를 상승시킨다. 이에 따라, 전극 패드와 리드(200) 사이에 금속 세선(BW)이 접속된다.
이러한 와이어 본딩에 있어서 금보다도 단단한 구리로 이루어진 금속 세선(BW)을 이용할 경우에는 접합시에 인가되는 초음파의 진폭을 크게 할 필요가 있다. 그 때문에, 금속 세선(BW)을 접합할 때에 본딩 캐피러리(110)에 큰 전단 응력이 걸리고, 선단 부분의 결정 입자가 탈락해서 마모가 진행되기 쉬워진다. 그 결과, 금으로 이루어진 금속 세선(BW)를 이용할 경우에 비해서 본딩 캐피러리(110)의 수명이 짧아질 우려가 있다.
그래서, 이하에 설명하는 다결정 세라믹스로 이루어진 본딩 캐피러리로 함으로써 내마모성을 향상시키도록 하고 있다.
이 경우, 이하에 설명하는 다결정 세라믹스로 이루어진 본딩 캐피러리로 하면 본딩 캐피러리의 형태에 관계없이 내마모성의 향상을 도모할 수 있다.
[본딩 캐피러리의 재질 1]
이어서, 본딩 캐피러리의 재질이 산화 알루미늄(Al2O3)의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스(제 1 다결정 세라믹스의 일례에 상당함)일 경우를 설명한다.
본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 본딩 캐피러리의 마모는 선단 부분에 있는 산화 알루미늄 결정 입자의 탈락에 의해 진행되기 때문에 산화 알루미늄 결정 입자의 입자를 작게 하면 내마모성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본딩 캐피러리의 마모는 선단 부분에 있는 산화 알루미늄 결정 입자의 탈락에 의해 진행되는 것으로 생각되기 때문에 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름을 작게 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스로 이루어진 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.35㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름을 작게 하고 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름을 일정하게 하면 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 5는 결정 입자의 입자 지름의 크기와 결정 입자의 입자 지름이 일정한 것이 내마모성에 미치는 영향을 예시하기 위한 모식도이다.
또한, 도 5(a)는 결정 입자의 입자 지름이 크고 결정 입자의 입자 지름이 일정하지 않은 것이 내마모성에 미치는 영향을 예시하기 위한 모식도이다. 도 5(b)는 결정 입자의 입자 지름이 작고 결정 입자의 입자 지름이 일정한 것이 내마모성에 미치는 영향을 예시하기 위한 모식도이다.
도 5(a), (b) 중 F는 초음파를 인가함으로써 본딩 캐피러리의 선단면(50)에 발생하는 전단력을 나타내고 있다.
도 5(a), (b) 중 F1, F2는 결정 입자의 입계면에 발생하는 전단력을 나타내고 있다 .
도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 결정 입자의 입자 지름이 크고 결정 입자의 입자 지름이 일정하지 않은 경우에는 입계의 비표면적이 작아지고 결정 입자 1개당 입계면에 발생하는 전단력(F1)이 커진다.
이것에 대하여, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 결정 입자의 입자 지름이 작고 결정 입자의 입자 지름이 일정한 경우에는 입계의 비표면적이 커지고, 결정 입자 1개당 입계면에 발생하는 전단력(F2)을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 본딩 캐피러리의 선단 부분에 있는 결정 입자의 탈락을 보다 억제시키기 때문에 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 0.19㎛ 미만이 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 0.17㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본딩 캐피러리의 선단면(50)의 근방에 포어(pore: void, 구멍 등으로도 칭함)가 있으면 응력 집중이 발생하기 때문에 결정 입자의 탈락이 발생하기 쉬워진다.
본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 결정 입자의 탈락의 기점이 되는 포어의 점유율을 작게 하고 포어의 개수를 적게 하도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 포어의 점유율는 본딩 캐피러리의 임의의 단면에 있어서 단면의 면적에 대한 포어의 면적의 비율(면적비)이다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스로 이루어진 포어의 점유율이 90ppm 이하가 되도록 하면 본딩 캐퍼러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 포어의 점유율이 60ppm 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 포어의 점유율이 30ppm 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 13개 이하(13개/mm2 이하)가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 8개 이하(8개/mm2 이하)가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 4개 이하(4개/mm2 이하)로 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스의 경도를 높게 하면 본딩 캐피러리의 선단 부분이 마모되기 어려워진다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스로 이루어지고 다결정 세라믹스의 비커스 경도를 2000HV 이상으로 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 비커스 경도가 2050HV 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 산화 크롬을 첨가하면 산화 알루미늄의 소결성이 개선될 수 있기 때문에 경도를 높게 할 수 있다. 그리고, 경도를 높게 할 수 있으면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 산화 크롬의 첨가량이 과잉으로 되면 산화 크롬의 상이 생성되게 된다. 산화 크롬의 상이 생성되면 기계적인 특성이 나빠지고 내마모성이 저하된다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 산화 크롬이 더 첨가된 다결정 세라믹스로 이루어지며 산화 크롬의 비율을 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하로 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 크롬의 비율이 0.6wt% 이상 2.0wt% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 전술한 결정 입자의 입자 지름, 평균 입자 지름, 입자 지름의 분포의 표준 편차, 및 포어의 점유율에 관한 상세한 것은 후술한다.
[본딩 캐피러리의 재질 2]
이어서, 본딩 캐피러리의 재질이 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄(ZrO2)의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스(제 2 다결정 세라믹의 일례에 상당함)일 경우를 설명한다.
산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 하면 금속 세선을 접합할 때에 발생된 전단 응력에 의해 발생하는 입계 크랙의 진전을 억제할 수 있다. 그 때문에, 본딩 캐피러리의 선단 부분에 있어서의 산화 알루미늄 결정 입자가 탈락하는 것을 억제할 수 있으므로 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 이산화 지르코늄은 산화 알루미늄보다 경도가 낮고 파괴가 일어나기 쉽다. 그 때문에, 단지 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 하면 내마모성의 향상을 도모할 수 없을 우려가 있다.
도 6은 산화 알루미늄 결정 입자의 탈락을 예시하기 위한 모식도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 산화 알루미늄 결정 입자(200) 끼리의 사이에 파괴가 일어나기 쉬운 이산화 지르코늄의 결정 입자(210)가 있으면 이산화 지르코늄의 결정 입자(210)의 파괴에 의해 산화 알루미늄 결정 입자(200)가 탈락하기 쉬워진다.
본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 이산화 지르코늄 클러스터의 크기를 작게 하면 이산화 지르코늄이 파괴됨으로써 산화 알루미늄 결정 입자(200)가 탈락하는 현상을 억제할 수 있다.
그리고, 이산화 지르코늄 클러스터의 크기를 작게 하면 이산화 지르코늄 클러스터의 분산성이 향상하기 때문에 입계 크랙의 진전을 보다 억제할 수 있다.
여기서, 이산화 지르코늄 클러스터에 대해서 설명한다.
도 7은 이산화 지르코늄 클러스터에 대해서 예시하기 위한 모식도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 복수의 이산화 지르코늄의 결정 입자(210)가 연속해서 연이어진 집합체를 이산화 지르코늄 클러스터(220)로 하고 있다.
도 8은 이산화 지르코늄 클러스터의 크기를 작게 하는 효과를 예시하기 위한 모식도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 크기를 작게 하면 이산화 지르코늄이 파괴됨으로써 산화 알루미늄 결정 입자(200)가 탈락되는 현상을 억제할 수 있다.
또한, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 크기를 작게 하면 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 분산성이 향상되므로 입계 크랙의 진전을 보다 억제할 수 있다.
그 때문에, 본딩 캐피러리의 선단 부분에 있어서의 산화 알루미늄 결정 입자(200)의 탈락을 보다 억제할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름이 0.23㎛ 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름이 0.21㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 평균 클러스터 지름이 0.17㎛ 이하가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름을 작게 함과 아울러 클러스터 지름을 일정하게 하면 이산화 지르코늄이 파괴됨으로써 산화 알루미늄 결정 입자(200)가 탈락하는 현상을 억제할 수 있다.
또한, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름을 작게 함과 아울러 클러스터 지름을 일정하게 하면 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 분산성이 더욱 향상되기 때문에 입계 크랙의 진전을 더욱 억제할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 0.11㎛ 이하가 되도록 하면 입계 크랙의 진전을 보다 억제할 수 있기 때문에 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 0.09㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 0.07㎛ 이하가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름을 작게 하면 본딩 캐퍼러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 다결정 세라믹스 중의 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름이 일정하도록 하면 본딩 캐퍼러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 0.19㎛ 미만이 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 본딩 캐피러리의 선단면(50)의 근방에 포어가 있으면 응력 집중이 발생하기 때문에 결정 입자의 탈락이 발생하기 쉬워진다.
본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름의 비(산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름/이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름)를 소정의 값 이상으로 하면 다결정 세라믹스의 조직 내에 존재하는 포어의 비율을 저감시킬 수 있다.
후술하는 바와 같이, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름을 D1, 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름을 D2로 했을 경우에 D1/D2≥1.47이 되도록 하면 다결정 세라믹스의 조직 내에 존재하는 포어의 비율을 저감시킬 수 있기 때문에 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 D1/D2≥2.0 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, D1/D2≥2.3 이상이 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스의 경도를 높게 하면 본딩 캐피러리의 선단 부분이 마모되기 어려워진다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 다결정 세라믹스의 비커스 경도를 2000HV 이상으로 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 본딩 캐피러리의 선단면(50)의 근방에 포어가 있으면 응력 집중이 발생하기 때문에 결정 입자의 탈락이 발생하기 쉬워진다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 포어의 점유율이 90ppm 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스에 있어서의 이산화 지르코늄의 비율이 소정의 범위 내가 되도록 하면 입계 크랙의 진전을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 이산화 지르코늄의 비율을 0.5wt% 이상 25.0wt% 이하로 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 이산화 지르코늄의 비율이 8.0wt% 이상 21.0wt% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 산화 크롬을 첨가하면 산화 알루미늄의 소결성을 개선할 수 있기 때문에 경도를 높게 할 수 있다. 그리고, 경도를 높게 할 수 있으면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 산화 크롬의 첨가량이 과잉으로 되면 산화 크롬의 상이 생성되게 된다. 산화 크롬의 상이 생성되면 기계적인 특성이 나빠지고 내마모성이 저하된다.
후술하는 바와 같이, 본딩 캐피러리가 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스로 이루어지며 산화 크롬의 비율을 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하로 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 크롬의 비율이 0.6wt% 이상 2.0wt% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 전술한 클러스터 지름, 평균 클러스터 지름, 클러스터 지름의 분포의 표준 편차, 결정 입자의 입자 지름, 평균 입자 지름, 입자 지름의 분포의 표준 편차, 및 포어의 점유율에 관한 상세한 것은 후술한다.
[실시예]
이어서, 본딩 캐피러리의 실시예에 대해서 설명한다.
(본딩 캐피러리의 제조 방법)
우선, 원료와 용매를 혼합함과 아울러 분쇄해서 슬러리를 생성한다.
원료는 전술한 다결정 세라믹스의 주성분으로 할 수 있다.
예를 들면, 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스의 경우에는 원료는 산화 알루미늄이다.
산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스의 경우에는 원료는 산화 알루미늄 및 이산화 지르코늄이다. 이산화 지르코늄의 비율은 예를 들면, 0.5wt% 이상 25.0wt% 이하로 할 수 있다.
또한, 산화 크롬을 더 첨가할 수도 있다. 산화 크롬의 비율은 예를 들면, 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하로 할 수 있다.
용매는 예를 들면, 물 등으로 할 수 있다.
그 외에 필요에 따라 분산제 등을 첨가해도 좋다.
또한, 슬러리의 생성에는 볼밀을 이용할 수 있다.
볼밀을 이용한 분쇄로 있어서는 조대(粗大) 입자를 포함하지 않는 상태까지 분쇄한다. 이 때, 볼의 크기, 볼의 수, 회전수, 시간 등을 적절하게 조정함으로써 소망의 입자의 크기가 되도록 분쇄할 수 있다.
이어서, 생성된 슬러리를 이용하여 조립을 행한다.
조립에는 예를 들면, 스프레이 드라이어법을 이용할 수 있다.
이어서, 조립된 분말에 바인더를 섞어서 혼련하고 컴파운드를 생성한다.
이어서, 생성된 컴파운드를 사출 형성해서 가느다란 기둥 형상의 성형체를 형성한다.
이어서, 성형체를 탈지하고 그 후 소성한다.
소성 온도는 예를 들면, 1350℃ 이상으로 할 수 있다.
이어서, 열간 정수압 프레스(HIP;Hot Isostatic Pressing)를 행한다.
열간 정수압 프레스의 조건은 예를 들면, 분위기를 아르곤 가스, 온도를 1350℃ 이상, 압력을 100MPa 이상으로 할 수 있다.
이어서, 연마 가공 등의 기계 가공을 실시함으로써 본딩 캐피러리를 형성한다.
여기서, 전술한 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름의 비 등은 예를 들면, 전술한 원료를 적절하게 선택하고 분쇄의 조건이나 소성의 조건을 적절하게 조정함으로써 얻을 수 있다.
또한, 전술한 포어의 점유율, 포어의 개수, 다결정 세라믹스의 경도 등은 예를 들면, 전술한 소성의 조건이나 열간 정수압 프레스의 조건을 적절하게 조정함으로써 얻을 수 있다.
이어서, 이와 같이 제조된 본딩 캐피러리의 평가에 대해서 설명한다.
(다결정 세라믹스의 조직 평가의 방법)
우선, 다결정 세라믹스의 조직 평가의 방법에 대해서 설명한다.
본딩 캐피러리(110, 110a)의 선단면(50)을 손상이 없는 경면으로 완성한다. 경면 처리는 예를 들면, 다이아몬드 랩법을 이용하여 행할 수 있다. 그리고, 경면 처리된 선단면(50)을 열식각(Themal Etching)한다. 열식각은 예를 들면, 1300℃ 이상의 온도에서 행할 수 있다.
이어서, 열식각한 선단면(50)을 주사형 전자현미경(SEM;Scanning Electron Microscope)을 이용하여 촬영하고, 다결정 세라믹스의 조직 평가를 행한다.
예를 들면, 이하의 순서에 의해 다결정 세라믹스의 조직 평가를 행할 수 있다.
우선, 주사형 전자현미경(예를 들면, 히타치 제작소 S-800)을 이용하여 가속 전압을 15kV, 워킹 디스턴스를 15mm, 배율을 15000배로 해서 열식각한 선단면(50)을 촬영한다.
이어서, 촬상된 화상을 인쇄하고 입계에 선을 긋는다.
입계에 선을 그을 때는 예를 들면, 검정 볼펜(예를 들면, 펜끝 굵기 0.5mm)을 이용할 수 있다.
천이 원소를 주로 포함하는 상은 휘도가 높고, 전형 원소를 주로 포함하는 상은 휘도가 낮다. 그 때문에, 입계에 선을 그음으로써 각각의 상을 분리할 수 있다.
또한, 보다 정확하게 상을 구별하기 위해서 에너지 분산형 X선 분석법(EDX;Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 이용하여 원소를 분석하고, 천이 원소를 주로 포함하는 상과 전형 원소를 주로 포함하는 상을 구별하면서 입계에 선을 그을 수도 있다.
이어서, 화상 해석 소프트웨어를 이용하여 입계에 선을 그은 화상을 해석한다.
예를 들면, 입계에 선을 그은 화상을 그레이 스케일 설정에 의해 스캐너로 판독하고, 화상 해석 소프트웨어를 이용하여 화상을 해석할 수 있다.
화상 해석 소프트웨어는 예를 들면, Win-ROOF Ver 6.5(미타니 상사)로 할 수 있다.
Win-ROOF Ver 6.5를 이용한 화상 해석은 이하와 같이 할 수 있다.
평가 범위는 예를 들면, 6㎛×6㎛의 영역을 6개소로 할 수 있다.
스캐너로 판독된 화상을 모노크롬화하고, 단색 역치 30~120의 범위 내에서 2치화해서 천이 원소를 주로 포함하는 상과 전형 원소를 주로 포함하는 상을 분리한다.
그리고, Win-ROOF Ver 6.5의 커맨드에 있는「삭제(절대 최대 길이 0.1㎛ 이하를 삭제)」, 「팽창」, 「세선화」를 순서대로 실시하고, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름을 산출한다.
이 경우, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름은 Win-ROOF Ver 6.5의 「원상당경(圓相當徑)」에 의해 산출할 수 있다.
그리고, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름은 산출된 복수의 원상당경의 상가 평균을 산출함으로써 구할 수 있다.
이산화 지르코늄 클러스터(220)를 구성하는 결정 입자(210)의 입자 지름은 Win-ROOF Ver 6.5의 「원상당경」에 의해 산출할 수 있다.
또한, 클러스터(220)의 클러스터 지름은 이하의 식으로 산출할 수 있다.
[수 1]
Figure 112018123524381-pat00001
그리고, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름은 산출된 복수의 클러스터 지름의 상가 평균을 산출함으로써 구할 수 있다.
또한, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름의 비는 전술한 산출 결과를 이용하여 구할 수 있다.
또한, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차는 이하의 식에 의해 산출할 수 있다.
[수 2]
Figure 112018123524381-pat00002
또한, σ는 표준 편차, n는 샘플수, Xi(㎛)는 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 또는 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름, X(㎛)는 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름 또는 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름이다.
(포어의 평가 방법)
이어서, 포어의 평가 방법에 대해서 설명한다.
본딩 캐피러리(110, 110a)의 원통부(11)를 손상이 없는 경면으로 완성한다. 경면 처리는 예를 들면, 다이아몬드 랩법을 이용하여 행할 수 있다.
이어서, 경면으로 완성된 원통부(11)를 레이저 현미경(예를 들면, 올림푸스 OLS4000)을 이용하여 관찰하고 포어의 평가를 행한다.
레이저 현미경을 이용한 관찰에서는 예를 들면, 대물 렌즈의 배율을 20배, 줌 배율을 1배, 1시야를 0.65mm×0.65mm으로 해서 8시야를 평가 범위로 할 수 있다.
그리고, 포어가 있었을 경우에는 대물 렌즈의 배율을 100배, 줌 배율을 4배로 해서 포어를 관찰함과 아울러 포어의 길이를 측정할 수 있다.
포어의 길이의 측정에 있어서는 최대 길이를 그 포어의 지름으로 했다.
여기서, 본 발명자들이 취득한 지견에 의하면 지름이 3㎛ 이상인 포어와 내마모성 사이에는 상관 관계가 보여졌다.
그 때문에, 지름이 3㎛ 이상인 포어는 모두 지름이 3㎛인 포어로 간주하고, 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수를 계산해서 이하의 식에서 의해 포어의 점유율을 구하기로 했다.
[수 3]
Figure 112018123524381-pat00003
또한, 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수를 계산하고 이하의 식에 의해 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수를 구한다.
[수 4]
Figure 112018123524381-pat00004
(비커스 경도의 평가 방법)
이어서, 비커스 경도의 평가 방법에 대해서 설명한다.
본딩 캐피러리(110, 110a)의 선단면(50)을 손상이 없는 경면으로 완성한다. 경면 처리는 예를 들면, 다이아몬드 랩법을 이용하여 행할 수 있다.
비커스 경도는 JIS R1610에 의거하여 측정한다.
이때 측정점의 수는 10개소로 했다. 비커스 경도의 측정에는 예를 들면, 아카시제의 MVK-E를 이용했다.
(내마모성의 평가 방법)
본딩 캐피러리(110, 110a)를 와이어 본딩 장치(예를 들면, 신카와 UTC-3000)에 설치하고 초음파를 인가한 상태에서 리드 프레임에 문질러서 가속 마모 시험을 행했다.
이때, 초음파 출력을 250, 초음파 인가 시간을 21msec로 했다.
도 9는 내마모성의 평가를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9 중의 파선의 위치는 가속 마모 시험 후의 선단면(50)의 위치를 나타내고 있다.
초기 상태에 있어서의 모따기부(13c)의 개구 치수(L)와, 가속 마모 시험 후에 있어서의 모따기부(13c)의 개구 치수(L`)를 측정하고, 내마모성을 이하의 식을 이용하여 구함으로써 내마모성의 평가를 행했다.
또한, 개구 치수(L)와 개구 치수(L`)의 측정에는 디지털 마이크로스코프(예를 들면, KEYENCE, VW-6000)를 이용했다.
[수 5]
Figure 112018123524381-pat00005
(내마모성의 평가 결과)
전술한 다결정 세라믹스의 조직 평가의 방법을 이용하여 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차를 구함과 아울러 전술한 내마모성의 평가 방법을 이용하여 내마모성의 평가를 행했다.
내마모성의 평가 결과를 표 1, 도 10~도 13에 나타낸다.
또한, 도 10은 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 11은 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 12는 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 13은 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
[표 1]
Figure 112018123524381-pat00006
표 1 및 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.35㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
표 1 및 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름의 분포의 표준 편차가 0.19㎛ 미만이 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름 분포의 표준 편차가 0.17㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
표 1 및 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 입자 지름이 0.23㎛ 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 평균 클러스터 지름이 0.21㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 평균 클러스터 지름이 0.17㎛ 이하가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
표 1 및 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 0.11㎛ 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 이산화 지르코늄 클러스터(220)의 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 0.09㎛ 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 클러스터 지름 분포의 표준 편차가 0.07㎛ 이하가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 전술한 다결정 세라믹스의 조직 평가의 방법을 이용하여 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과, 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름의 비를 구함과 아울러 전술한 내마모성의 평가 방법을 이용하여 내마모성의 평가를 행했다.
또한, 전술한 비커스 경도의 평가 방법을 이용하여 비커스 경도를 구함과 아울러 전술한 내마모성의 평가 방법을 이용하여 내마모성의 평가를 행했다.
내마모성의 평가 결과를 표 2, 도 14~도 15에 나타낸다.
또한, 도 14는 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과, 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름의 비가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 15는 비커스 경도가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
[표 2]
Figure 112018123524381-pat00007
표 2 및 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과, 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름의 비가 1.47 이상이 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름과 이산화 지르코늄의 클러스터의 평균 클러스터 지름의 비가 2.0 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 2.3 이상이 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
표 2 및 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 비커스 경도가 2000HV 이상이 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 비커스 경도가 2050HV 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 전술한 포어의 평가 방법을 이용하여 포어의 점유율 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수를 구함과 아울러 전술한 내마모성의 평가 방법을 이용하여 내마모성의 평가를 행했다.
내마모성의 평가 결과를 표 3, 도 16, 도 17에 나타낸다.
또한, 도 16은 포어의 점유율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 17은 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
[표 3]
Figure 112018123524381-pat00008
표 3 및 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 포어의 점유율이 90ppm 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 포어의 점유율이 60ppm 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고 포어의 점유율이 30ppm 이하가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
표 3 및 도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 13개 이하(13개/mm2 이하)가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 8개 이하(8개/mm2 이하)가 되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 1mm2 당에 있어서의 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 4개 이하(4개/mm2 이하)가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 다결정 세라믹스에 있어서 이산화 지르코늄의 비율, 산화 크롬의 비율을 변화시켜 내마모성의 평가를 행했다.
내마모성의 평가 결과를 표 4, 도 18, 도 19에 나타낸다.
또한, 도 18은 이산화 지르코늄의 비율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 19는 산화 크롬의 비율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
[표 4]
Figure 112018123524381-pat00009
표 4 및 도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 이산화 지르코늄의 비율이 0.5wt% 이상 25.0wt% 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 이산화 지르코늄의 비율이 8.0wt% 이상 21.0wt% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
표 4 및 도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 크롬의 비율이 0.6wt% 이상 2.0wt% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하는 다결정 세라믹스에 있어서 산화 크롬의 비율을 변화시켜서 내마모성의 평가를 행했다.
내마모성의 평가 결과를 표 5, 도 20에 나타낸다.
또한, 도 20은 산화 크롬의 비율이 내마모성에 미치는 영향을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
[표 5]
Figure 112018123524381-pat00010
표 5 및 도 20으로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하가 되도록 하면 본딩 캐피러리의 내마모성을 향상시킬 수 있다.이 경우, 내마모성을 보다 향상시키기 위해서 산화 크롬의 비율이 0.6wt% 이상 2.0wt% 이하가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이것들의 기술에 한정된 것이 아니다. 전술의 실시형태에 관해서 당업자가 적절하게 설계 변경을 가한 것도 본 발명의 특징을 갖고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
예를 들면, 본딩 캐피러리의 형태, 제조 순서 등은 예시한 것에 한정될 일 없이 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 전술한 각 실시형태가 구비하는 각 요소는 가능한 한도에서 조합시킬 수 있고, 이들을 조합시킨 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
10 : 본체부 11 : 원통부
11h : 구멍 12 : 원뿔대부
13 : 보틀넥부 13c : 모따기부
50 : 선단면 110 : 본딩 캐피러리
110a : 본딩 캐피러리

Claims (7)

  1. 산화 알루미늄의 결정을 주상으로 하고 이산화 지르코늄의 결정을 부상으로 해서 포함하는 제 2 다결정 세라믹스로 이루어지고, 상기 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름이 0.38㎛ 이하이고, 산화 알루미늄 결정 입자의 평균 입자 지름을 D1, 이산화 지르코늄 클러스터의 평균 클러스터 지름을 D2로 했을 경우에 식 D1/D2 ≥ 1.47을 만족하는 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 알루미늄 결정 입자의 입자 지름의 분포의 표준 편차가 0.19㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 다결정 세라믹스 중에 있어서의 포어의 점유율이 90ppm 이하, 또한 지름이 3㎛ 이상인 포어의 수가 13개/mm2 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 다결정 세라믹스의 비커스 경도가 2000HV 이상인 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 다결정 세라믹스는 산화 크롬을 더 포함하고,
    상기 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 다결정 세라믹스는 산화 크롬을 더 포함하고,
    상기 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 다결정 세라믹스는 산화 크롬을 더 포함하고,
    상기 산화 크롬의 비율이 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐피러리.
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