KR102464697B1 - Diamond coated bonding tools - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일체형의 초경합금 및 세라믹으로 이루어진 기재에 화학적 기상증착법에 의해 다이아몬드 박막을 증착하여 제조되는 다이아몬드 피복 본딩 공구에 관한 것으로, 다이아몬드 피복층의 밀착력을 향상시켜 공구 수명을 연장시킬 수 있도록 한 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 본딩 공구는, 초경합금 또는 Si, SiC, Si3N4, AlN 중에서 선택된 1종 이상을 주성분으로 하는 소결체로 샹크와 공구 선단부가 일체로 형성된 기재와, 상기 공구 선단부에 화학적 기상증착법에 의해 형성된 다이아몬드 피막을 포함하고, 상기 공구 선단부에 있어서, 금속 세선의 접합 시에 접촉면인 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 두께는 5 ~ 50㎛ 이고, 상기 상면에 연결되는 상기 공구 선단부의 측면에는 다이아몬드 피막이 형성되어 있지 않거나, 다이아몬드 피막이 형성되어 있는 경우 상기 상면과 측면과의 경계로부터 측면을 향해 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 평균 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a diamond-coated bonding tool manufactured by depositing a diamond thin film by chemical vapor deposition on a substrate made of an integral cemented carbide and ceramic, and to extend the tool life by improving the adhesion of the diamond-coated layer. .
The bonding tool according to the present invention includes a substrate in which a shank and a tool tip are integrally formed with a cemented carbide or a sintered body containing at least one selected from among Si, SiC, Si 3 N 4 and AlN as a main component, and a chemical vapor deposition method at the tip of the tool. and a diamond film formed by If not, or a diamond film is formed, the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary between the upper surface and the side surface toward the side is 50% or less of the average thickness of the diamond film formed on the upper surface.
Description
본 발명은 초경합금 및 세라믹으로 샹크(shank)와 공구 선단부를 일체형으로 성형하여 제작한 기재에 화학적 기상증착법에 의해 다이아몬드 박막을 증착하여 제조한 다이아몬드 피복 본딩 공구에 관한 것으로, 특히 다이아몬드 피복층의 밀착력을 향상시켜 공구 수명을 연장시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a diamond-coated bonding tool manufactured by depositing a diamond thin film by chemical vapor deposition on a substrate manufactured by integrally molding a shank and a tool tip with cemented carbide and ceramic, and in particular, improving the adhesion of the diamond coating layer This is to prolong the tool life.
반도체 소자의 제조 공정에는 반도체 소자들을 리드 선이라 불리는 금속 세선과 접착시키는 공정이 필요하다. 그리고 금속 세선의 접착에는 통상 본딩 공구라고 불리는 공구를 통한 열압착법이 사용되고 있다.In a semiconductor device manufacturing process, a process of bonding the semiconductor devices to a thin metal wire called a lead wire is required. In addition, a thermocompression bonding method through a tool called a bonding tool is generally used for bonding the fine metal wire.
상기 본딩 공구는 일반적으로 금속으로 이루어진 샹크(shank)에 다이아몬드로 피복한 Si 또는 Si3N4계 소결체, SiC계 소결체, AlN계 소결체 등으로 제작된 공구 선단부를 브레이징과 같은 방법을 통해 접합하는 방식으로 제조된다.The bonding tool is a method of bonding the tip of a tool made of Si or Si 3 N 4 based sintered body, SiC based sintered body, AlN based sintered body, etc. coated with diamond to a shank generally made of metal through a method such as brazing. is manufactured with
그런데 본딩 공구는 세선 접착을 위해 반복적인 승온/냉각이 이루어지고, 이때 다이아몬드 피복층과 공구 선단부를 이루는 소결체 사이에 존재하는 열팽창 계수 차이로 인해 공구 선단부에는 미세한 굽힘(bending)이 발생하게 된다. 이에 더해 반복적인 승온/냉각은 금속으로 이루어진 샹크부와 공구 선단부 사이의 접합부에서도 점진적인 변형을 유발한다.However, the bonding tool is repeatedly heated/cooled for fine wire bonding. At this time, due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the diamond coating layer and the sintered body forming the tip of the tool, minute bending occurs at the tip of the tool. In addition, repeated heating/cooling causes gradual deformation at the joint between the metal shank and the tool tip.
상기 공구 선단부의 미세한 굽힘 현상과 샹크부와 공구 선단부 사이의 접합부의 점진적인 변형은, 본딩 공구의 온도 균일성을 점진적으로 저하시키게 되고, 결과적으로 본딩 공구의 사용 수명을 단축시키게 된다.The fine bending of the tool tip and the gradual deformation of the joint between the shank and the tool tip gradually deteriorate the temperature uniformity of the bonding tool, and consequently shorten the service life of the bonding tool.
본 발명의 과제는, 승온/냉각 중에 발생하는 전술한 굽힘 현상과 공구 선단부와 샹크 사이의 접합부 변형을 실질적으로 제거함으로써, 공구 선단부의 등온 가열 성능 향상과 함께 본딩 공구의 수명을 연장시킬 수 있는 본딩 공구를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to substantially eliminate the aforementioned bending phenomenon and deformation of the joint between the tool tip and the shank that occur during temperature increase/cooling, thereby improving the isothermal heating performance of the tool tip and extending the life of the bonding tool. to provide tools.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 초경합금 또는 Si, SiC, Si3N4, AlN 중에서 선택된 1종을 주성분으로 하는 소결체로 샹크와 공구 선단부가 일체로 형성된 기재와, 상기 공구 선단부에 화학적 기상증착법에 의해 형성된 다이아몬드 피막을 포함하고, 상기 공구 선단부에 있어서, 금속 세선의 접합 시에 접촉면인 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 두께는 5 ~ 50㎛ 이고, 상기 상면에 연결되는 상기 공구 선단부의 측면에는 다이아몬드 피막이 형성되어 있지 않거나, 다이아몬드 피막이 형성되어 있는 경우 상기 상면과 측면과의 경계로부터 측면을 향해 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 평균 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 피복 본딩 공구를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a substrate in which a shank and a tool tip are integrally formed with a cemented carbide or a sintered body containing one selected from Si, SiC, Si 3 N 4 and AlN as a main component, and a chemical vapor deposition method at the tip of the tool and a diamond film formed by If not formed or a diamond film is formed, the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary between the upper surface and the side surface toward the side is 50% or less of the average thickness of the diamond film formed on the upper surface, characterized in that A diamond coated bonding tool is provided.
본 발명에 따른 본딩 공구는, 공구 선단부와 샹크가 동일한 물질의 소결체로 일체 형성되므로, 종래 본딩 공구에 있어서 공구 선단부와 샹크의 접합부에서 발생하는 변형을 근본적으로 제거할 수 있다.In the bonding tool according to the present invention, since the tool tip and the shank are integrally formed with a sintered body of the same material, deformation occurring at the joint between the tool tip and the shank in the conventional bonding tool can be fundamentally eliminated.
또한, 공구 선단부의 측면에는 다이아몬드 피막을 형성하지 않거나, 형성되더라도 상면과 측면과의 경계로부터 0.5mm 이상 떨어진 위치의 측면에 형성된 다이아몬드 피막의 평균 두께를 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 평균 두께의 50% 이하가 되도록 제어함으로써, 종래의 본딩 공구에 비해 승온/냉각 과정에서 열팽창 계수의 차이로 발생하는 굽힘 현상을 크게 완화시킬 수 있다.In addition, the diamond film is not formed on the side surface of the tip of the tool, or even if it is formed, the average thickness of the diamond film formed on the side surface at a position more than 0.5 mm away from the boundary between the upper surface and the side surface is 50% of the average thickness of the diamond film formed on the upper surface By controlling the following, it is possible to greatly alleviate the bending phenomenon caused by the difference in the coefficient of thermal expansion during the temperature increase/cooling process compared to the conventional bonding tool.
이를 통해, 본 발명에 따른 본딩 공구는 종래의 본딩 공구에 비해 공구 선단부에서의 온도 균일성이 향상될 뿐 아니라, 공구 수명도 현저하게 개선할 수 있는 효과를 얻는다.Through this, the bonding tool according to the present invention has the effect of not only improving the temperature uniformity at the tip of the tool compared to the conventional bonding tool, but also remarkably improving the tool life.
도 1은 본 발명에 따른 본딩 공구의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 ~ 3, 비교예 2에 따른 본딩 공구의 다이아몬드 성막 시 수행하는 마스킹 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구의 선단부의 단면 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 ~ 3과, 비교예 1 및 2에 따라 본딩 공구의 공구 선단부에 다이아몬드 피막을 형성한 후에 상면에서 피막 두께를 측정한 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1에 따른 본딩 공구의 밀착력 테스트 후의 상태를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a bonding tool according to the present invention;
2 is a view for explaining a masking process performed during diamond film formation of the bonding tool according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 of the present invention.
3 is a cross-sectional image of the tip of the diamond-coated bonding tool according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 schematically shows positions where the film thickness was measured from the upper surface after the diamond film was formed on the tool tip of the bonding tool according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
Figure 5 shows the state after the adhesion test of the bonding tool according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, when a part 'includes' a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 발명에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구는, 초경합금 또는 Si, SiC, Si3N4, AlN 중에서 선택된 1종을 주성분으로 하는 소결체로 샹크와 공구 선단부가 일체로 형성된 기재와, 상기 공구 선단부에 화학적 기상증착법에 의해 형성된 다이아몬드 피막을 포함하고, 상기 공구 선단부에 있어서, 금속 세선의 접합 시에 접촉면인 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 두께는 5 ~ 50㎛ 이고, 상기 상면에 연결되는 상기 공구 선단부의 측면에는 다이아몬드 피막이 형성되어 있지 않거나, 다이아몬드 피막이 형성되어 있는 경우 상기 상면과 측면과의 경계로부터 측면을 향해 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 평균 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 한다.A diamond-coated bonding tool according to the present invention includes a base material in which a shank and a tool tip are integrally formed with a cemented carbide or a sintered body containing one selected from Si, SiC, Si 3 N 4 and AlN as a main component, and a chemical vapor deposition method at the tip of the tool and a diamond film formed by If not formed or a diamond film is formed, the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary between the upper surface and the side surface toward the side is 50% or less of the average thickness of the diamond film formed on the upper surface It is characterized in that .
본 발명에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구의 기재는 Si, SiC, Si3N4, AlN 중에서 선택된 1종을 주성분으로 하는 세라믹 소결체로 이루어질 수 있다. 본 발명에 있어서 소결체의 주성분이란 소결체 전체 중량에서 Si, SiC, Si3N4, 또는 AlN 성분이 차지하는 중량비율이 70% 이상인 것을 의미하며, 바람직하게는 95% 이상을 포함한다.The base material of the diamond-coated bonding tool according to the present invention may be made of a ceramic sintered body mainly composed of one selected from Si, SiC, Si 3 N 4 , and AlN. In the present invention, the main component of the sintered body means that the weight ratio of Si, SiC, Si 3 N 4 , or AlN component in the total weight of the sintered body is 70% or more, and preferably includes 95% or more.
또한, 본 발명에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구의 기재는 초경합금으로 이루어질 수 있다. 이 경우 초경합금은 예를 들어, 78 ~ 95중량%의 WC와, 5 ~ 10중량%의 Co, Ni 및 0 ~ 12중량%의 4족, 5족 또는 6족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가물을 포함하는 초경합금으로 이루어질 수 있다.In addition, the base material of the diamond-coated bonding tool according to the present invention may be made of cemented carbide. In this case, the cemented carbide is, for example, 78 to 95% by weight of WC, 5 to 10% by weight of Co, Ni, and 0 to 12% by weight of carbides, nitrides and carbonitrides of Group 4, 5 or 6 elements It may be made of cemented carbide containing one or more selected additives.
종래의 본딩 공구가 금속제 샹크에 공구 선단부를 브레이징 접합하는 구조로 이루어진 것에 비해, 본 발명에 따른 본딩 공구는 샹크와 공구 선단부가 초경합금 또는 세라믹 소결체를 통해 일체로 형성되어 있다. 이에 따라, 종래 본딩 공구에서 반복되는 승온/냉각에 의해 금속제 샹크와 공구 선단부 사이의 브레이징 접합부에 생기는 변형을 원천적으로 제거할 수 있게 된다.Compared to the conventional bonding tool having a structure in which the tip of the tool is brazed to the metal shank, the bonding tool according to the present invention is integrally formed with the shank and the tip of the tool through a cemented carbide or ceramic sintered body. Accordingly, it is possible to fundamentally remove the deformation occurring in the brazing joint between the metal shank and the tool tip due to repeated temperature increase/cooling in the conventional bonding tool.
상기 다이아몬드 피막을 형성하기 위한 화학적 기상증착법은, 공지의 다양한 방법이 사용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 고온 필라멘트법이나, 마이크로웨이브 플라즈마법 등이 사용될 수 있다. 합성에 사용되는 원료가스로서는 예를 들어 주성분으로 수소를 갖는 메탄, 에탄 및 프로판과 같은 탄화수소, 메탄올 및 에탄올과 같은 알콜, 에스테르 및 이들과 유사한 유기 탄소 화합물의 혼합 가스들이 사용될 수 있다. 또한, 아르곤, 산소, 일산화탄소, 물 등의 가스가 탄소의 합성반응과 그 특성에 방해되지 않는 양으로 원료 가스에 포함될 수 있다.The chemical vapor deposition method for forming the diamond film may be a variety of known methods and is not particularly limited. For example, a high-temperature filament method, a microwave plasma method, or the like may be used. As the raw material gas used for the synthesis, for example, methane having hydrogen as a main component, hydrocarbons such as ethane and propane, alcohols such as methanol and ethanol, esters, and mixed gases of organic carbon compounds similar thereto can be used. In addition, gases such as argon, oxygen, carbon monoxide, and water may be included in the source gas in an amount that does not interfere with the synthesis reaction of carbon and its properties.
또한, 상기 다이아몬드 피막은 다결정 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되지 않고 단결정 구조, 또는 특정 부위에는 단결정 구조로 형성하고 나머지 부위에는 다결정 구조로 형성하는 것과 같은 혼합 구조로 형성될 수도 있다.In addition, the diamond film is preferably formed in a polycrystalline structure, but is not necessarily limited thereto, and may be formed in a single crystal structure or a mixed structure such as forming a single crystal structure in a specific portion and forming a polycrystalline structure in the remaining portion.
또한, 금속 세선의 접합 시의 접촉면인 상면에 형성되는 다이아몬드 피막은 고온에서 열적 산화에 대한 저항성이 크고 접착시켜야 하는 금속 세선과의 반응성이 낮은 특성을 활용하기 위한 것인데, 그 두께가 5㎛ 미만일 경우 공구 사용 시에 균열이 발생하기 쉽고, 50㎛를 초과할 경우 다이아몬드 피막의 잔류응력이 증가하여 기재와의 밀착력이 저하하기 때문에, 5 ~ 50㎛가 바람직하며, 보다 바람직한 두께는 10 ~ 25㎛이다.In addition, the diamond film formed on the upper surface, which is the contact surface at the time of bonding of fine metal wires, is to utilize the characteristics of high resistance to thermal oxidation at high temperatures and low reactivity with fine metal wires to be bonded. Since cracks are easy to occur when using a tool, and if the thickness exceeds 50 μm, the residual stress of the diamond film increases and adhesion to the substrate decreases. .
또한, 상기 다이아몬드 피막은, 사용되는 환경에 맞추어, 공구 선단부의 상면에 있어서, 결정면이 (100)면, (110)면, 또는 (111)면이 다른 결정면에 비해 더 많이 존재하는 텍스쳐(texture) 조직이 형성될 수 있다.In addition, according to the environment in which the diamond film is used, in the upper surface of the tool tip, the crystal plane has a (100) plane, a (110) plane, or a (111) plane in which more crystal planes exist than other crystal planes (texture) tissue may be formed.
또한, 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막은, 피막 전체 또는 일부가 후가공을 통해 최초의 다이아몬드 피막의 성막 상태에서 부분적으로 제거된 것일 수 있다.In addition, the diamond film formed on the upper surface may be partially or partially removed from the initial diamond film formation state through post-processing.
또한, 상기 상면에 있어서, 바람직하게, 상기 다이아몬드 피막의 두께 차이(단차)는 5㎛ 이내일 수 있다.In addition, in the upper surface, preferably, the thickness difference (step difference) of the diamond film may be within 5㎛.
또한, 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 표면 조도(Ra)는 바람직하게 100nm 이하일 수 있다.In addition, the surface roughness (Ra) of the diamond film formed on the upper surface may be preferably 100 nm or less.
또한, 상기 공구 선단부의 측면에는 추가로 금속의 질화물, 산화물, 탄질화물, 탄산질화물 중에서 선택된 1종 이상의 피막이 형성될 수 있다.In addition, at least one film selected from among metal nitride, oxide, carbonitride, and carbonitride may be additionally formed on the side surface of the tip of the tool.
도 1은 본 발명에 따른 본딩 공구의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a bonding tool according to the present invention;
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 본딩 공구(10)는 기재(11)와 다이아몬드 피막(12)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1 , the
상기 기재(11)는 본딩 장치에 체결하기 위한 샹크(11a)와 금속 세선을 가열하고 가압하는 공구 선단부(11b)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 샹크(11a)에는 본딩 공구의 승온/냉각을 위한 가열장치를 체결하기 위한 가열장치 체결공(11c)과, 본딩 공구를 본딩 장치(미도시)에 체결하기 위한 본딩장치 체결공(11d)이 각각 형성되어 있다.The
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 샹크(11a)와 공구 선단부(11b)는 동일한 소결체 형성용 분말을 가압 성형 및 소결하여 일체 성형하는 방법으로 제조된다. 즉, 샹크(11a)와 공구 선단부(11b)는 종래의 본딩 공구와 달리 샹크와 공구 선단부를 브레이징 접합을 통해 접합하지 않고 동일한 물질로 일체화되어 있다. 이를 통해 샹크와 공구 선단부의 접합부에서 발생하는 변형을 근본적으로 제거할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the
한편, 상기 공구 선단부(11b)에 있어서 금속 세선의 가열 접합 시에 금속 세선과 접촉하는 면인 상면에 상기 다이아몬드 피막(12)이 형성되어 있다. 상기 공구 선단부(11b)의 측면은 상기 상면과 접하면서 소정 각도로 기울어진 형태로 이루어지며, 일반적으로 상면에 대해 대략 수직(상면과 측면의 내각이 약 70 ~ 120°를 이루는 것)하게 형성된다.On the other hand, the
도 1에는 상면의 에지부에는 챔퍼부(테이퍼부)가 형성되어 있는데, 본 발명에서는 상기 챔퍼부도 측면에 포함되는 것으로 해석한다. 이 경우 상면과 측면의 경계부는 상면과 챔퍼부 사이의 경계가 된다.1, a chamfer portion (taper portion) is formed on the edge portion of the upper surface. In the present invention, it is interpreted that the chamfer portion is also included in the side surface. In this case, the boundary between the upper surface and the side surface becomes a boundary between the upper surface and the chamfer.
본 발명에 따른 다이아몬드 피막은 다음과 같은 과정을 통해 형성된다.The diamond film according to the present invention is formed through the following process.
(1) 전처리 공정(1) Pretreatment process
초경합금 공구의 표면 전처리는 일반적으로 널리 알려진 2 step 전처리 공정을 이용하여 무라카미(Murakami) 용액에 10분간 처리 후 카로산(Caro's acid)을 이용하여 추가적으로 3분간 에칭을 실시하였다. 그리고 연속해서 상기 에칭 처리를 실시한 초경 기체를 다이아몬드 성막 초기에 다이아몬드의 핵 생성을 촉진시키기 위해 입경 1㎛ 의 다이아몬드 분말을 포함하는 에틸 알코올 용액 중에서 10 분간 초음파 처리를 실시하였다. Surface pretreatment of cemented carbide tools was performed in a Murakami solution for 10 minutes using a generally well-known two-step pretreatment process, followed by etching using Caro's acid for additional 3 minutes. Then, the cemented carbide substrate subjected to the etching treatment was ultrasonically treated for 10 minutes in an ethyl alcohol solution containing diamond powder having a particle diameter of 1 μm to promote diamond nucleation in the initial stage of diamond film formation.
(2) 마스킹 공정(2) masking process
도 2는 본 발명의 실시예 1 ~ 3, 비교예 2에 따른 본딩 공구의 다이아몬드 성막 시 수행하는 마스킹 공정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a masking process performed during diamond film formation of the bonding tool according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 of the present invention.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에서는 상면과 연결되는 공구 선단부의 측면에 다이아몬드 피막이 형성되지 않거나 형성되더라도 얇은 두께만 형성될 수 있도록 마스킹을 하였다. 마스킹은 다이아몬드 피막의 두께가 본 발명의 수준으로 줄일 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 접착제를 사용하여 완전히 밀착된 상태가 되도록 하거나, 접착제 없이 측면을 가리는 형태로 진행할 수도 있다.As shown in FIG. 2, in the embodiment of the present invention, the diamond film is not formed on the side surface of the tip of the tool connected to the upper surface, or is masked so that only a thin thickness can be formed even if it is formed. Masking is not particularly limited as long as the thickness of the diamond film can be reduced to the level of the present invention. For example, using an adhesive to make it completely in close contact, or to cover the side without an adhesive.
본 발명의 실시예 1에서는 공구 선단부의 측면이 완전히 노출되지 않도록, 마스크 단차가 0 이 되도록 마스킹을 하였다.In Example 1 of the present invention, masking was performed so that the mask step was 0 so that the side surface of the tip of the tool was not completely exposed.
(3) 다이아몬드 성막 공정(3) diamond film formation process
필라멘트 온도는 2400℃, 증착압력은 단계적으로 20 ~ 80torr로 변경하였고, 전구체 가스로 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체를 사용하였으며, 메탄(CH4)의 조성비를 0.5 ∼ 3vol%로 조절하였고. 혼합기체의 유량은 1.5slm 이었으며, 이러한 조건에서 약 45시간 동안 다이아몬드 코팅을 실시하였다. The filament temperature was 2400 ℃, the deposition pressure was changed to 20 ~ 80 torr step by step, a mixture of hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) was used as a precursor gas, and the composition ratio of methane (CH 4 ) was 0.5 to 3vol % was adjusted. The flow rate of the mixed gas was 1.5 slm, and diamond coating was performed under these conditions for about 45 hours.
(4) 상면 평탄화 공정(4) top planarization process
본딩 공구는 본딩 공정을 하는 과정에 반도체 소자의 손상을 막기 위하여, 상면의 표면조도(Ra)는 50nm 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 이를 위해 다이아몬드 성막 공정 후에는 상면의 평탄화 공정이 필요하다.In order to prevent damage to the semiconductor device during the bonding process, the surface roughness (Ra) of the upper surface of the bonding tool is preferably maintained at 50 nm or less. To this end, a planarization process of the upper surface is required after the diamond film formation process.
본 발명의 실시예 1에 따라 형성된 다이아몬드 피막은 상면에서의 다이아몬드 피막의 두께 차이(단차)가 크지 않기 때문에, 평탄화 공정에서의 가공량(연마량)이 감소할 뿐 아니라, 다이아몬드 피막 중에서 돌출된 부분에서의 가공 부하를 줄일 수 있다.Since the diamond film formed according to Example 1 of the present invention does not have a large difference (step difference) in the thickness of the diamond film on the upper surface, the amount of processing (amount of polishing) in the planarization process is reduced, and the protruding portion of the diamond film It is possible to reduce the machining load in
본 발명의 공구 선단부와 같은 에지(edge)가 형성된 부분에 다이아몬드 피막을 형성할 때, 상면에 있어서 에지 부분에 피막이 두껍게 형성되고 중심부분이 얇게 형성되는 경향을 나타낸다.When a diamond film is formed on an edge-formed portion such as a tool tip of the present invention, a thick film is formed on the edge portion and a thin central portion is formed on the upper surface.
그런데, 본 발명의 실시예 1에서는 에지 부분을 가리는 마스킹을 수행한 후에 다이아몬드 피막을 형성하므로, 공구 선단부의 에지 부분의 피막 두께가 중심부와 큰 차이가 생기지 않는다.However, in Example 1 of the present invention, since the diamond film is formed after masking the edge portion, the film thickness of the edge portion of the tool tip portion does not differ greatly from the central portion.
이에 따라, 다이아몬드 피막이 돌출되어 성막되는 에지(edge)부의 가공 부하를 줄여, 가공에 의한 다이아몬드 피막 밀착력 저하를 현저하게 줄일 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to reduce the machining load of the edge portion where the diamond film is formed to protrude, thereby remarkably reducing the reduction in the adhesion of the diamond film due to machining.
구체적으로, 평탄화 공정은 다이아몬드 슬러리를 적용하여 DMP 방법으로 수행하였다. 평탄화 공정이 완료된 후의 다이아몬드 피막의 표면조도(Ra)는 100nm 이하가 되게 하였으며, 위치별 높이 단차는 5㎛ 이하가 되도록 실시하였다. 이때 상면의 잔류 박막 두께는 16㎛ 였고, 경계로부터 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 0㎛ 였다.Specifically, the planarization process was performed by the DMP method by applying the diamond slurry. After the planarization process was completed, the surface roughness (Ra) of the diamond film was set to be 100 nm or less, and the height difference for each location was 5 µm or less. At this time, the thickness of the residual thin film on the upper surface was 16 μm, and the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary was 0 μm.
[실시예 2][Example 2]
본 발명의 실시예 2에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구는 마스킹 공정을 제외한 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 마스킹 공정은 공구 선단부의 경계부로부터 0.3mm의 마스크 단차가 생기도록 마스킹을 수행하였다. 평탄화 공정이 완료된 후의 다이아몬드 피막의 두께는 13㎛ 였고, 경계로부터 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 2㎛ 였다.In the diamond-coated bonding tool according to Example 2 of the present invention, all processes except for the masking process were performed in the same manner as in Example 1. In the masking process, masking was performed so that a mask step of 0.3 mm was generated from the boundary of the tool tip. The thickness of the diamond film after the planarization process was completed was 13 µm, and the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary was 2 µm.
[실시예 3][Example 3]
본 발명의 실시예 3에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구는 마스킹 공정을 제외한 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 마스킹 공정은 공구 선단부의 경계부로부터 0.5mm 마스크 단차가 생기도록 마스킹을 수행하였다. 평탄화 공정이 완료된 후의 다이아몬드 피막의 두께는 12㎛ 였고, 경계로부터 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 5㎛ 였다.In the diamond-coated bonding tool according to Example 3 of the present invention, all processes except for the masking process were performed in the same manner as in Example 1. In the masking process, masking was performed so that a 0.5 mm mask step was generated from the boundary of the tool tip. The thickness of the diamond film after the planarization process was completed was 12 µm, and the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary was 5 µm.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 본딩 공구 선단부의 단면 이미지이다. 도 3에서 확인되는 것과 같이, 상면에는 두께 11.5 ~ 11.8㎛ 범위의 다이아몬드 피막이 형성되어 있고, 마스킹이 되지 않은 챔퍼부의 경우 상 엣지 ④에는 13.7㎛, 중간 ⑤에는 11.4㎛, 하 엣지 ⑥에는 10.2㎛로 상면과 유사한 두께가 형성되었으나, 경계부로부터 약 0.4mm 정도 떨어진 부분 ⑧의 다이아몬드 피막의 두께는 4.9㎛로 매우 얇게 형성되고, 경계부로부터 0.5mm 이상 떨어진 영역에는 다이아몬드 피막이 거의 형성되어 있지 않은 상태이다. 즉, 경계부로부터 0.5mm 이상 떨어진 영역에는 상면 다이아몬드 피막 두께의 50% 이하로 형성되어 있다. 이러한 결과는 마스킹이 챔퍼부를 제외한 영역에만 이루어진 상태에서 다이아몬드 피막이 형성되었기 때문이다.3 is a cross-sectional image of a tip portion of a bonding tool manufactured according to Example 3 of the present invention. As can be seen in FIG. 3, a diamond film with a thickness of 11.5 to 11.8 μm is formed on the upper surface, and in the case of the unmasked chamfer, it is 13.7 μm in the upper edge ④, 11.4 μm in the middle ⑤, and 10.2 μm in the lower edge ⑥. Although the thickness similar to that of the upper surface was formed, the diamond film thickness of the portion ⑧ separated by about 0.4 mm from the boundary was very thin at 4.9 μm, and almost no diamond film was formed in the region more than 0.5 mm away from the boundary. That is, in a region separated by 0.5 mm or more from the boundary portion, 50% or less of the upper surface diamond film thickness is formed. This result is because the diamond film was formed in a state in which the masking was performed only in the region excluding the chamfer.
[비교예 1][Comparative Example 1]
비교예 1에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구는 마스킹 공정을 수행하지 않고 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하여 제조하였다. 평탄화 공정이 완료된 후의 다이아몬드 피막의 두께는 16㎛ 였고, 경계로부터 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 15㎛ 였다.The diamond-coated bonding tool according to Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 without performing a masking process. The thickness of the diamond film after the planarization process was completed was 16 µm, and the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary was 15 µm.
[비교예 2][Comparative Example 2]
비교예 2에 따른 다이아몬드 피복 본딩 공구는 마스킹 공정을 제외한 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 마스킹 공정은 공구 선단부의 경계부로부터 3mm 단차가 생기도록 마스킹을 수행하였다. 평탄화 공정이 완료된 후의 다이아몬드 피막의 두께는 14㎛ 였고, 경계로부터 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 9㎛ 였다.For the diamond-coated bonding tool according to Comparative Example 2, all processes except for the masking process were performed in the same manner as in Example 1. In the masking process, masking was performed so that a step of 3 mm was created from the boundary of the tool tip. The thickness of the diamond film after the planarization process was completed was 14 µm, and the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary was 9 µm.
다이아몬드 피막 두께 분포Diamond film thickness distribution
아래 표 1은 본 발명의 실시예 1 ~ 3과, 비교예 1 ~ 2에 따라 다이아몬드 피막이 완료되고 평탄화 공정을 수행하기 전의 상태에서, 도 3에 도시된 각 부분에서 다이아몬드 피막의 두께(단위는 ㎛임)를 측정한 결과를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the thickness of the diamond film (unit is μm) in each part shown in FIG. ) is the measurement result.
(Left)left side
(Left)
(Center)center
(Center)
(Right)right
(Right)
(Top)upper side
(Top)
(Middle)middle
(Middle)
(Bottom)lower side
(Bottom)
(Top)upper side
(Top)
(Middle)middle
(Middle)
(Bottom)lower side
(Bottom)
(Top)upper side
(Top)
(Middle)middle
(Middle)
(Bottom)lower side
(Bottom)
(Top)upper side
(Top)
(Middle)middle
(Middle)
(Bottom)lower side
(Bottom)
(Top)upper side
(Top)
(Middle)middle
(Middle)
(Bottom)lower side
(Bottom)
표 1에서 확인되는 것과 같이, 마스킹을 하지 않은 비교예 1의 경우 상면 중심과 에지 부분과의 두께 차이(즉, 단차)가 최대 12㎛로 매우 큰 단차가 상면에 형성되었고, 비교예 2의 경우 단차가 약 5㎛로 비교적 크게 나타났다.As can be seen in Table 1, in the case of Comparative Example 1 without masking, a very large step was formed on the upper surface, in which the thickness difference (ie, step) between the center of the upper surface and the edge part was up to 12 μm, and in Comparative Example 2 The step difference was relatively large, about 5 μm.
이에 비해, 본 발명의 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 본딩 공구의 경우, 단차의 크기가 약 2㎛ 이하로 비교예들에 비해 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 이러한 단차의 차이는 이후에 이어지는 평탄화 가공량의 차이로 이어질 뿐 아니라, 평탄화 공정 중에 에지 부분에 가해지는 가공 부하를 줄일 수 있다.In contrast, in the case of the bonding tools manufactured according to Examples 1 to 3 of the present invention, the size of the step was about 2 μm or less, which was relatively small compared to Comparative Examples. Such a difference in step may lead to a difference in the amount of subsequent flattening processing, and may reduce a processing load applied to the edge portion during the flattening process.
다이아몬드 피막 내박리성 분석Diamond film peel resistance analysis
평탄화 공정을 수행한 후, 본 발명의 실시예 1 ~ 3과, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 다이아몬드 피막의 내박리성을 분석하였다. 다이아몬드 피막의 밀착력은 마이크로 블라스팅기를 이용하여 수행하였다. 구체적으로 다이아몬드 피막과 노즐 간의 거리는 30mm 밀리미터로 하였고, Al2O3 분말을 이용하여 1.5bar의 압력 하에서 박리가 발생하는 시간을 측정하는 방식을 사용하였다.After performing the planarization process, the peel resistance of the diamond coatings prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 of the present invention was analyzed. The adhesion of the diamond film was performed using a micro blasting machine. Specifically, the distance between the diamond film and the nozzle was set to 30 mm millimeters, and a method of measuring the time for exfoliation under a pressure of 1.5 bar using Al 2 O 3 powder was used.
도 5는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1에 따른 본딩 공구의 밀착력 테스트 후의 상태를 나타낸 것이다. 모든 제조품에 대해 도 5의 비교예 1의 이미지에 나타난 것과 같은 박리가 발생하는 시점을 측정하였으며, 아래 표 2는 내박리성 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 5 shows the state after the adhesion test of the bonding tool according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention. For all manufactured products, the time point at which peeling occurs as shown in the image of Comparative Example 1 of FIG. 5 was measured, and Table 2 below shows the results of the peel resistance analysis.
(㎛)top thin film thickness
(μm)
(㎛)side thin film
(μm)
(sec)blasting time
(sec)
표 2에서 확인되는 것과 같이, 본 발명의 실시예 1 및 2의 경우, 600초를 초과하는 시간 동안 박리가 발생하지 않아 우수한 내박리성을 나타내었다.As can be seen in Table 2, in the case of Examples 1 and 2 of the present invention, peeling did not occur for a time exceeding 600 seconds, indicating excellent peel resistance.
이에 비해 비교예 1 및 2의 경우, 각각 45초와 75초 정도의 블라스팅 시간에 박리가 발생하여 본 발명의 실시예 1 및 2에 비해 내박리성이 현저하게 떨어지는 것을 확인하였다.On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 2, peeling occurred at a blasting time of about 45 seconds and 75 seconds, respectively, and it was confirmed that the peeling resistance was significantly lower than that of Examples 1 and 2 of the present invention.
Claims (8)
상기 공구 선단부는 금속 세선의 접합 시에 접촉면인 상면과, 측면과, 상기 상면과 측면 사이를 연결하는 챔퍼부를 포함하고,
상기 다이아몬드 피막은 상기 상면과 상기 챔퍼부와, 상기 측면의 적어도 일부에 형성되어 있고,
상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 두께는 5 ~ 50㎛ 이고,
상기 측면에 형성된 다이아몬드 피막의 두께는 상기 챔퍼부와 측면의 경계로부터 측면을 향해 점차적으로 줄어들게 형성되어 있고,
상기 상면과 챔퍼부의 경계로부터 측면을 향해 0.5mm 떨어진 위치에 형성된 다이아몬드 피막의 두께가 상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 평균 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 피복 본딩 공구.A sintered body comprising cemented carbide or one selected from Si, SiC, Si3N4, and AlN as a main component;
The tip of the tool includes an upper surface that is a contact surface when the fine metal wire is joined, a side surface, and a chamfer portion connecting the upper surface and the side surface,
The diamond coating is formed on the upper surface, the chamfer, and at least a portion of the side surface,
The thickness of the diamond film formed on the upper surface is 5 ~ 50㎛,
The thickness of the diamond film formed on the side surface is gradually reduced from the boundary between the chamfer and the side surface toward the side surface,
A diamond coated bonding tool, characterized in that the thickness of the diamond film formed at a position 0.5 mm away from the boundary between the upper surface and the chamfer part toward the side is 50% or less of the average thickness of the diamond film formed on the upper surface.
상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 두께는 10 ~ 25㎛인, 다이아몬드 피복 본딩 공구.The method of claim 1,
The thickness of the diamond film formed on the upper surface is 10 ~ 25㎛, diamond coated bonding tool.
상기 다이아몬드 피막은 다결정 구조를 갖는, 다이아몬드 피복 본딩 공구.The method of claim 1,
The diamond coating has a polycrystalline structure, a diamond coated bonding tool.
상기 기재는 78 ~ 95중량%의 WC와, 5 ~ 10중량%의 Co, Ni 및 0 ~ 12중량%의 4족, 5족 또는 6족 원소들의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가물을 포함하는 초경합금으로 이루어지는, 다이아몬드 피복 본딩 공구.The method of claim 1,
The substrate is 78 to 95% by weight of WC, 5 to 10% by weight of Co, Ni, and 0 to 12% by weight of at least one additive selected from carbides, nitrides and carbonitrides of Group 4, 5 or 6 elements Made of cemented carbide containing a, diamond-coated bonding tool.
상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막은, 피막 전체 또는 일부가 후가공을 통해 최초 성막 상태에서 부분적으로 제거된 것인, 다이아몬드 피복 본딩 공구The method of claim 1,
The diamond film formed on the upper surface, the entire or part of the film is partially removed from the initial film-forming state through post-processing, diamond-coated bonding tool
상기 상면에 있어서, 상기 다이아몬드 피막의 두께 차이는 5㎛ 이내인, 다이아몬드 피복 본딩 공구.6. The method of claim 5,
In the upper surface, the difference in the thickness of the diamond coating is within 5 μm, a diamond-coated bonding tool.
상기 상면에 형성된 다이아몬드 피막의 표면 조도(Ra)가 100nm 이하인, 다이아몬드 피복 본딩 공구.6. The method of claim 5,
A diamond-coated bonding tool, wherein the surface roughness (Ra) of the diamond film formed on the upper surface is 100 nm or less.
상기 공구 선단부를 제외한 일부 또는 전체에 금속의 질화물, 산화물, 탄질화물, 탄산질화물 중에서 선택된 1종 이상의 피막이 형성된, 다이아몬드 피복 본딩 공구.The method of claim 1,
A diamond-coated bonding tool in which at least one film selected from among metal nitrides, oxides, carbonitrides, and carbonitrides is formed on a part or the whole except for the tip of the tool.
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