TWI843999B - 包含統合在碳化物主體頂部的多晶鑽石尖端之高平整度接合工具及其製造方法 - Google Patents
包含統合在碳化物主體頂部的多晶鑽石尖端之高平整度接合工具及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI843999B TWI843999B TW111111667A TW111111667A TWI843999B TW I843999 B TWI843999 B TW I843999B TW 111111667 A TW111111667 A TW 111111667A TW 111111667 A TW111111667 A TW 111111667A TW I843999 B TWI843999 B TW I843999B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- bonding tool
- polycrystalline diamond
- carbide body
- carbide
- diamond tip
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 2
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 claims 2
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 claims 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N alumanylidynechromium Chemical compound [Al].[Cr] QQHSIRTYSFLSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 1
- 101000827703 Homo sapiens Polyphosphoinositide phosphatase Proteins 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 1
- 102100023591 Polyphosphoinositide phosphatase Human genes 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- -1 titanium carbide nitride Chemical class 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
本發明揭示了一種被設定用以安裝一半導體元件之接合工具。本發明
提供了一種接合工具，其被耦接至一接合裝置的支架以熱壓一佈線元件與一半導體元件，該接合工具包括：一單一碳化物主體，其具有一形成在其一側的支架耦接部以便被耦接至該接合裝置的支架上，該單一碳化物主體具有一形成於其中之加熱器插入孔；以及一耦接至該碳化物主體的另一側之多晶鑽石尖端。本發明可提供一種整合接合工具，以將製造過程或使用環境中的一熱膨脹係數之差異最小化。
Description
本發明係關於一種接合工具，更特別地，係關於一用以安裝一半導體元件之接合工具。
帶式自動接合(Tape automated bonding,TAB)或薄膜覆晶(chip-on-film,COF)技術使用接合工具以熱壓半導體元件，像是顯示驅動IC(display driver IC,DDI)與薄膜上的引線，藉此接合它們。
圖1所示為傳統的典型接合工具的範例。
如圖1所示，接合工具包括一耦接至一接合裝置的支架之主體部分12，以及固定至主體部分的前端部分。前端部分可以由鑽石製成，例如化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)鑽石、單晶鑽石(monocrystalline diamond)或鑽石燒結體(diamond sintered body)，以達到工具表面平整度、耐磨性、溫度分佈均勻性，諸如此類等等。
在圖1中，舉例來說，使用具有CVD鑽石15形成為前端部分的基板14，基板14藉由使用焊料13(或黏合劑)以焊接或銅焊的方式耦接至主體12。
主體12由鉬(molybdenum)、碳化物合金(carbide alloy)、鎳基合金(nickel-based alloy)、鎢或鎢合金、鐵鎳鈷合金(iron-nickel cobalt alloy)、不銹鋼、鐵鎳合金、鈦或鈦合金等金屬材料製成。
此種傳統的接合工具使用異質材料(heterogeneous materials)，包括主體、焊料13(或黏合劑)、基板，以及鑽石。以這種方式使用異質材料會帶來一個問題，即不同的熱膨脹係數會在高溫製造過程中或在高溫使用環境(400-500℃)中引起熱變形(例如：翹曲或彎曲)。熱變形會阻礙接合工具的尖端保持所需的平整度。
由熱變形引起的與平整度相關的問題是製造具有大面積鑽石尖端的接合工具之主要障礙，並且在高溫環境中使用的熱壓縮型接合工具難以確保同時加熱/壓縮大量的凸塊之平整度。
在某些情況下，可使用耦合機構(coupling mechanism)(例如：螺栓)代替焊料13以耦接該接合工具的主體與尖端，但使用異質材料(例如：螺栓)不可避免地會導致熱變形。
為了解決先前技術的問題，本發明的一個實施例是提供一種整合的接合工具，用於將製造過程或使用環境中的熱膨脹係數之差異最小化。
本發明的另一實施例提供一種接合工具，其可簡單地以一整合類型製造與加工，並且可以透過加工實現高度平整性。
本發明的另一實施例提供一種接合工具，即使在高溫環境下也能確保高度的平整性。
本發明的另一實施例提供一種接合工具，其可在製造過程或使用環境中的高溫下抑制熱變形。
本發明的另一實施例提供一種具有大面積鑽石尖端的接合工具。
本發明的另一實施例提供一種方法，適於製造上述的接合工具。
根據一種實施例，本發明提供一種接合工具，其被耦接至一接合裝置的一支架以熱壓一佈線元件與一半導體元件，該接合工具包含：一單一碳化物主體，其具有一形成在其一側的支架耦接部以被耦接至該接合裝置的支架上，該單一碳化物主體具有一形成於其中之加熱器插入孔；以及一耦接至該碳化物主體的另一側之多晶鑽石尖端。
在本發明中，碳化物主體具有一非接合結構。
在本發明中，多晶鑽石尖端較佳係藉由高溫與高壓燒結而被接合至該碳化物主體。此時，多晶鑽石尖端係藉由該碳化物主體中的金屬擴散而被接合。
在本發明中，碳化物主體具有一被設置在其另一側的突起，使得該多晶鑽石尖端被安裝在該突起上。此時，該突起具有一延伸橫跨該碳化物主體的表面之帶形狀。
在本發明中，當該多晶鑽石尖端具有一25mm或更長的長度時，該接合工具較佳具有一2μm或更小的平整度。
根據另一種實施例，本發明提供一種製造一接合工具的方法，該接合工具被耦接至一接合裝置的一支架以熱壓一佈線元件與一半導體元件，該方法包含：將鑽石粉末層壓在一碳化物基材上，然後在高溫高壓下燒結，以製備一包含該碳化物基材與一多晶鑽石層的一層壓結構之燒結體；將該燒結體平面化；以及對該燒結體機械加工，其中該機械加工包含：對該燒結體的外形機械加工；以及對該燒結體進行孔加工。
在本發明中，鑽石粉末不包含金屬黏合劑。
此時，機械加工包含對多晶鑽石層機械加工以形成一多晶鑽石尖端，以及多晶鑽石尖端被設置在一碳化物主體上並且具有一延伸橫跨碳化物主
體的表面之帶形狀。
在本發明中，機械加工包含放電加工。
在本發明中，機械加工包含雷射加工。
在本發明中，高溫高壓燒結較佳係於1300-1700℃的溫度與5-10GPa的壓力下進行。
根據本發明，可以提供一種用以將一製造過程或使用環境中的熱膨脹係數的差異最小化之整合接合工具。此外，本發明可以提供一種接合工具，其可簡單地以一整合形式製造與加工，並且可以透過加工實現高度平整性。此外，根據本發明，在製造過程或使用環境中的高溫下可以抑制熱變形，藉此即使在高溫環境下也能確保高度的平整性。因此，本發明可以提供一種具有大面積鑽石尖端的接合工具。
10:顯示驅動IC
12:凸塊
13:焊料
14:基板
15:CVD鑽石
100:接合工具
110:碳化物主體
112A:加熱器插入孔
112B:加熱器插入孔
113A:溫度感測器
113B:溫度感測器
114:真空孔
115A:緊固部
118:突起
120:多晶鑽石尖端
115B:緊固部
20:膜
22:金屬線
200:支架
S110:製備鑽石粉末壓成體
S120:將鑽石粉末壓成體層壓在碳化物基材上
S130:高溫高壓(HTHP)燒結
S140:對燒結體進行機械加工
本發明的上述與其他實施例、特徵，以及優點在以下配合附圖的詳細描述後將變得更加明顯，其中：圖1所示為習知的典型接合工具之範例；圖2A所示為本發明的一實施例的接合工具之透視圖，以及圖2B所示為本發明的一實施例的接合工具之仰視圖；圖3所示為使用本發明的一實施例的接合工具之範例；圖4所示為本發明的一實施例的接合工具之製造方法流程圖；圖5所示為本發明的一實施例的燒結體在以平面加工製造的照片；以及圖6所示為根據燒結與機械加工製程製造的本發明的接合工具之照片。
本發明可以進行各種修改並且包括將在以下詳細描述的各種示範實施例。然而，特定示範實施例並非用來限制本發明，而是涵蓋了屬於本發明的觀念與技術範圍的所有修改、等效替換，以及置換。
以下將參考附圖描述本發明的較佳實施例來詳細說明本發明。
圖2A所示為本發明的一實施方式的接合工具之透視圖，以及圖2B所示為本發明的一實施例的接合工具之仰視圖。
參考圖2A與圖2B，一接合工具(bonding tool)100包括一碳化物主體(carbide body)110與一多晶鑽石尖端(polycrystalline diamond tip)120。
碳化物主體110具有如圖所示的六面體輪廓，但本發明不限於此。
多晶鑽石尖端120被設置在碳化物主體110的一側，碳化物主體的上表面的一部分突出以形成用於安裝多晶鑽石尖端120的突起(protrusion)118。舉例來說，突起118具有帶形狀(band shape)，其在形成多晶鑽石尖端120的平台式結構的同時沿縱向延伸。在本發明中，尖端的形狀是示範性的，並且可以是遵循半導體元件的凸塊排列形狀之形狀。此外，在本發明的接合工具中，可以設置兩列或更多列如圖示的帶狀加熱器。
根據本發明，接合工具的多晶鑽石尖端在對應於25mm、30mm、35mm或更長的尖端長度的區域中具有2μm或更小的室溫平整度與高溫平整度，或在相當於135m2以上的尖端面積的區域中，室溫平整度與高溫平整度為2μm以下。在本發明中，多晶鑽石尖端的表面可以具有凸形或凹形。較佳地，多晶鑽石尖端的表面在高溫下具有凹形，以防止膜上的引線電路(lead circuit)的凸塊以及尖端兩端的半導體元件凸塊爆裂(bump open)。
在這種情況下，高溫平整度可以基於在480℃的溫度下測量的值，並且可以透過白光掃描干涉儀(white-light scanning interferometry,WSI)或相移干
涉儀(phase shift interferometry,PSI)來測量平整度，透過白光掃描干涉儀來測量平整度較佳。此外，例如在本發明中，接合工具可以具有，1.5μm或以上的室溫平整度與高溫平整度。
與多晶鑽石尖端120平行地配置的加熱器插入孔(heater insertion hole)112A、112B被設置在碳化物主體110的內側、也就是在碳化物主體110的中央，在加熱器插入孔112A、112B與多晶鑽石尖端120之間設置有溫度感測器(temperature sensor)113A、113B。加熱器(圖中未顯示)與熱電偶(thermocouple)等溫度感測器(圖中未顯示)分別被插入加熱器插入孔112A、112B、溫度感測器113A、113B，用於控制接合工具的溫度。
另一方面，在碳化物主體110的另一側設置有作為將碳化物主體110安裝到接合裝置的支架(圖中未顯示)上的耦接機構之緊固部(fastening part)115A與緊固部115B。緊固部115A與緊固部115B可以具有如圖所示的螺紋孔並且透過像是螺栓的方式鎖到支架上。在本發明中，緊固部115A與緊固部115B從碳化物主體110的側面突出，但是本發明不限於此，並且可以用各種方式實施緊固部的形狀。
此外，真空孔(vacuum hole)114可以設置在碳化物主體110的內部。真空孔114形成從碳化物主體110的多晶鑽石尖端120穿過碳化物主體的流動路徑。真空孔114使得像是驅動IC等半導體裝置在與多晶鑽石尖端120接觸會被真空吸附。
此外，可以在碳化物主體110中形成附加孔，例如被配置為設定支架固定位置的位置固定孔(position fixing hole)116。
在本發明的接合工具中，碳化物主體110被設定為單一組件。在此，「單一(single)」所指是兩種或兩種以上的組件，它們既不是同質的(homogeneous)，也不是異質的(heterogeneous)，彼此既沒有化學接合也沒有機械
接合。碳化物主體110係作為與圖1描述的傳統接合工具的對照，其不是透過接合主體12與基板14而形成為單一組件。相反地，如下所述，本發明的碳化物主體110是透過對單一均質碳化物構件加工而獲得的。
在本發明中，多晶鑽石尖端120是包括多晶鑽石與金屬黏合劑(metal binder)的燒結體。根據本發明的一較佳實施例，多晶鑽石尖端120的金屬黏合劑可以衍生自碳化物主體110。如下所述，多晶鑽石尖端120是在沒有在其上使用單獨的黏合劑的情況下燒結與整合的。
圖3所示為使用本發明的接合工具之範例。
參考圖3，接合工具100被安裝在接合裝置(圖中未顯示)的支架200上。加熱器被安裝在接合工具100內部。
多晶鑽石尖端120的接合工具100真空吸附半導體元件，舉例來說，像是一顯示驅動IC(以下稱為DDI 10)。接合裝置運送接合工具100並將其對準在其上形成有像是引線的金屬線之膜20上。
內建於接合工具100的加熱器係根據接合裝置的動作而被加熱，裝置的支架按壓接合工具100，將DDI的凸塊(bump)12接合至薄膜上的金屬線(metal wire)22。
將上述接合工具的碳化物基材加熱到約400-500℃的溫度。當接合工具被加熱時，構成接合工具的碳化物主體與多晶鑽石尖端120會分別被加熱。此時，由於組件的熱膨脹差異而發生熱變形。在此一過程中，多晶鑽石尖端產生的熱變形可分成兩個要素來看。兩個要素中的一個是
平行於壓力軸方向的變形，另一個
是垂直於壓力軸方向的變形。
在這兩種要素中，前者均勻地作用於多晶鑽石尖端120的整個接觸表面，而後者則不然。由於碳化物基材與多晶鑽石尖端120的熱膨脹係數不同，在加熱過程中，多晶鑽石尖端在垂直於壓力軸的方向上發生熱變形，因此，
多晶鑽石尖端120會發生翹曲。這種翹曲影響多晶鑽石尖端的平整度。
根據本發明，藉由使用單組件碳化物主體來抑制碳化物主體中發生的翹曲，這與現有技術不同，在現有技術中接合主體是透過接合或機械接合兩個或更多個組件來製造的。此外，藉由將多晶鑽石尖端的金屬黏合劑最小化，使得碳化物主體110與多晶鑽石尖端120之間的介面並不會成為異質組件(heterogeneous component)。
以下將描述製造本發明的接合工具之方法。
圖4所示為本發明的一實施方式的接合工具之製造方法流程圖。
參考圖4，製備鑽石粉末壓成體(S110)。鑽石粉末壓成體可藉由將鑽石粉末與有機黏合劑混合以製備漿料，接著以成型與乾燥來產生。舉例來說，鑽石粉末壓成體可形成為片狀。在這種情況下，可以使用粒徑在0.5至50μm範圍內的鑽石粉末。此外，鑽石粉末壓成體實質上不含金屬黏合劑。
鑽石粉末壓成體被層壓在碳化物基材上，並經過高溫高壓(high-temperature and high-pressure,HTHP)燒結(步驟S120、S130)。
此過程是在鑽石以穩定狀態存在的高溫與高壓下進行的，藉由將壓成體裝入由2000或更高熔點的材料(如鉭(Ta)、鉬(Mo)、鈮(Nb)等)製成的耐火坩堝(refractory crucible)中。此時，碳化物基材中的金屬黏合劑(例如：鈷(Co))會在燒結溫度下熔融而形成液相(liquid phase)，在燒結過程時施加的壓力會將金屬液相從碳化物基材中擠出，並滲入壓成體的鑽石粉末之間的孔隙中。鑽石粉末壓成體是藉由液相的滲透來進行液相燒結的。在本發明中，高溫高壓燒結可以在1300-1700℃的溫度與5-10GPa的壓力下進行。
接著，對準備好的燒結體進行機械加工(S140)。用於獲得本發明中的接合工具之燒結體機械加工製程如下。但是，以下說明的每一個機械加工製程都不一定要進行，而每一個機械加工製程的次序也可以變更。
[燒結體研磨與拋光]
燒結體的上表面以及/或者下表面會被研磨與拋光。在本發明中，由於多晶鑽石層與底下的碳化物基材藉由燒結而彼此整合，因此，可以透過研磨與拋光來提高整個燒結體的平整度。
圖5為根據本發明的一實施例製造的燒結體在平面加工後的照片。圖中燒結體的直徑約60mm，厚度約20至30mm，而多晶鑽石尖端的厚度為0.5mm。根據本發明，可以製造最大直徑為60mm、厚度為20至30mm的大面積接合工具。
[形狀機械加工]
根據圖2A與2B所示的接合工具之預定形狀來對燒結體進行機械加工。舉例來說，機械加工可以透過線切割放電加工(wire cutelectric discharge machining,WEDM)來進行。
[孔機械加工]
碳化物部分被以放電加工的機械加工方式生成為具有如圖2A與2B所示的加熱器插入孔112A、加熱器插入孔112B、溫度感測器113A、溫度感測器113B，以及真空孔114，並進行切削加工(tap machining)。
透過雷射加工對多晶鑽石部分進行真空孔加工，以及腔室加工等。
[後處理加工]
藉由研磨去除放電加工痕跡，並透過物理氣相沉積的PVD塗層法在工具上施加氮化鈦(TiN)、氮碳化鈦(TiCN)、氮化鋁鈦(TiAlN)、氮化高鋁鈦(AlTiN)、氮化鋁鉻(AlCrN)、氮化鉻(CrN)，或氮化鋁鉻(CrAlN)塗層。
圖6所示為本發明根據燒結與機械加工製程製造的接合工具照片。
<製造範例1>
將粒徑為0.5-50μm的鑽石粉末壓成體與WC-Co碳化物基材裝入
耐火坩堝中，在1500℃的高溫與7GPa的壓力下進行燒結，藉以製備燒結體。
對製備的燒結體進行研磨與拋光。特別地，使用平面磨床中的鑽石砂輪研磨碳化物本體，並在研磨機與拋光機中使用鑽石漿料對多晶鑽石層進行研磨與拋光。如圖6所示的接合工具是藉由形狀加工與孔加工製造。所製作的接合工具的厚度為25mm，多晶鑽石尖端的尺寸為35(W)*5(L)*0.5(T)mm。
<測試範例1>
製造範例1中製造的接合工具之室溫平整度是藉由白光掃描干涉儀在多晶鑽石尖端的34(W)mm*4(L)mm面積上測量的。測量方法與條件如下。
- 測量裝置：Bruker Alicona Alicona InfiniteFocusSL
- 測量標準：ISO/TS 12781-1,12781-2
以測量結果來看，室溫平整度為1.6μm。
測量所製造的接合工具之高溫(480℃)平整度。利用相移干涉法(phase shifting interferometry,PSI)對面積34(W)*4(L)mm的多晶鑽石尖端測量高溫平整度。
<測試範例2>
測量在製造範例1中所製造的接合工具之高溫(480℃)平整度。利用相移干涉法(phase shifting interferometry,PSI)對面積34(W)*4(L)mm的多晶鑽石尖端測量高溫平整度。
以測量結果來看，室溫平整度為1.6μm而高溫平整度為1.3μm。
<測試範例3>
在製造範例1中製造的接合工具係藉由在高溫下按壓來重複測試。試驗條件如下。
測試前、200萬次測試後、400萬次測試後的室溫平整度，按照上述條件透過白光掃描干涉儀測量，如表2所示。
儘管以上已經描述了本發明的較佳實施例，但是本發明的技術精神不限於上述的較佳實施例，並可以各種方式實施而不悖離申請專利範圍所具體實現的本發明之技術精神。
100:接合工具
110:碳化物主體
112A:加熱器插入孔
112B:加熱器插入孔
113A:溫度感測器
113B:溫度感測器
114:真空孔
115A:緊固部
118:突起
120:多晶鑽石尖端
Claims (12)
- 一種接合工具，被耦接至一接合裝置的一支架以熱壓一佈線元件與一半導體元件，該接合工具包含：一單一碳化物主體，具有一形成在其一側的支架耦接部，以被耦接至該接合裝置的該支架上，該單一碳化物主體具有一形成於其中的加熱器插入孔；以及一多晶鑽石尖端，耦接至該碳化物主體的另一側；其中該多晶鑽石尖端係藉由高溫高壓燒結而被接合至該碳化物主體。
- 如請求項1所述之接合工具，其中該碳化物主體具有一非接合結構。
- 如請求項1所述之接合工具，其中該多晶鑽石尖端係藉由該碳化物主體中的金屬擴散而被接合。
- 如請求項1所述之接合工具，其中該碳化物主體具有一被設置在其另一側的突起，使得該多晶鑽石尖端被安裝在該突起上。
- 如請求項4所述之接合工具，其中該突起具有一延伸橫跨該碳化物主體的表面之帶形狀。
- 如請求項1所述之接合工具，其中當該多晶鑽石尖端具有一為25mm或更長的長度時，該接合工具具有一為2μm或更小的平整度。
- 一種製造一接合工具的方法，該接合工具被耦接至一接合裝置的一支架以熱壓一佈線元件與一半導體元件，該方法包含：將一鑽石粉末層壓在一碳化物基材上，然後在高溫高壓下燒結，以製備一包含該碳化物基材與一多晶鑽石層的一層壓結構之燒結體；平面化該燒結體平面化；以及對該燒結體進行一機械加工； 其中該機械加工包含：機械加工該燒結體的外形；以及孔加工該燒結體。
- 如請求項7所述之方法，其中該些鑽石粉末不包含金屬黏合劑。
- 如請求項7所述之方法，其中該機械加工包含對該多晶鑽石層機械加工以形成一多晶鑽石尖端，以及，該多晶鑽石尖端被設置在一碳化物主體上並且具有一延伸橫跨該碳化物主體的表面之帶形狀。
- 如請求項7所述之方法，其中該機械加工包含放電加工。
- 如請求項7所述之方法，其中該機械加工包含雷射加工。
- 如請求項7所述之方法，其中該高溫高壓燒結在1300-1700℃的溫度與5-10GPa的壓力下進行。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210043129 | 2021-04-02 | ||
| KR10-2021-0043129 | 2021-04-02 | ||
| KR10-2022-0029160 | 2022-03-08 | ||
| KR1020220029160A KR20220137536A (ko) | 2021-04-02 | 2022-03-08 | 초경 몸체에 일체화 된 다결정 다이아몬드 팁을 구비하는 고평탄 본딩 공구 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202302250A TW202302250A (zh) | 2023-01-16 |
| TWI843999B true TWI843999B (zh) | 2024-06-01 |
Family
ID=83456501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111111667A TWI843999B (zh) | 2021-04-02 | 2022-03-28 | 包含統合在碳化物主體頂部的多晶鑽石尖端之高平整度接合工具及其製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023552133A (zh) |
| TW (1) | TWI843999B (zh) |
| WO (1) | WO2022211370A1 (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW335525B (en) * | 1996-05-27 | 1998-07-01 | Sumitomo Electric Industries | Tool chip, bonding tool having such tool chip, and method for controlling such bonding tool |
| CN1497716A (zh) * | 2002-10-22 | 2004-05-19 | 住友电气工业株式会社 | 用于装载半导体芯片的封装及半导体器件 |
| TW200421577A (en) * | 2002-12-18 | 2004-10-16 | Sumitomo Electric Industries | Package for housing semiconductor chip, fabrication method thereof and semiconductor device |
| CN102556945A (zh) * | 2010-12-13 | 2012-07-11 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 微电子装置及其集成电路的制造方法 |
| TWI562309B (en) * | 2014-03-13 | 2016-12-11 | Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd | Semiconductor structure and method for fabricating the same |
| TWI625836B (zh) * | 2014-03-13 | 2018-06-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體結構及其形成方法 |
| TWI694884B (zh) * | 2014-12-26 | 2020-06-01 | 德商漢高股份有限及兩合公司 | 可燒結黏著材料以及使用上述材料之半導體裝置及製造半導體裝置之方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2287897B (en) * | 1994-03-31 | 1996-10-09 | Sumitomo Electric Industries | A high strength bonding tool and a process for the production of the same |
| JP3381746B2 (ja) * | 1994-10-05 | 2003-03-04 | 住友電気工業株式会社 | ボンディングツール |
| JPH11111777A (ja) * | 1997-10-03 | 1999-04-23 | Kobe Steel Ltd | ボンディングツール |
| JP2003017532A (ja) * | 2001-04-25 | 2003-01-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ボンディングツール並びにボンディングステージ及びボンディングツール用先端部並びにボンディングステージ用ステージ部 |
| US8651204B2 (en) * | 2009-07-24 | 2014-02-18 | Diamond Innovations, Inc | Metal-free supported polycrystalline diamond and method to form |
-
2022
- 2022-03-24 JP JP2023532251A patent/JP2023552133A/ja active Pending
- 2022-03-24 WO PCT/KR2022/004144 patent/WO2022211370A1/ko active Application Filing
- 2022-03-28 TW TW111111667A patent/TWI843999B/zh active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW335525B (en) * | 1996-05-27 | 1998-07-01 | Sumitomo Electric Industries | Tool chip, bonding tool having such tool chip, and method for controlling such bonding tool |
| CN1497716A (zh) * | 2002-10-22 | 2004-05-19 | 住友电气工业株式会社 | 用于装载半导体芯片的封装及半导体器件 |
| TW200421577A (en) * | 2002-12-18 | 2004-10-16 | Sumitomo Electric Industries | Package for housing semiconductor chip, fabrication method thereof and semiconductor device |
| CN102556945A (zh) * | 2010-12-13 | 2012-07-11 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 微电子装置及其集成电路的制造方法 |
| TWI562309B (en) * | 2014-03-13 | 2016-12-11 | Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd | Semiconductor structure and method for fabricating the same |
| TWI625836B (zh) * | 2014-03-13 | 2018-06-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體結構及其形成方法 |
| TWI694884B (zh) * | 2014-12-26 | 2020-06-01 | 德商漢高股份有限及兩合公司 | 可燒結黏著材料以及使用上述材料之半導體裝置及製造半導體裝置之方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202302250A (zh) | 2023-01-16 |
| WO2022211370A1 (ko) | 2022-10-06 |
| JP2023552133A (ja) | 2023-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5425491A (en) | Bonding tool, production and handling thereof | |
| US5653376A (en) | High strength bonding tool and a process for the production of the same | |
| JP4986830B2 (ja) | 基板保持体及びその製造方法 | |
| KR20030007958A (ko) | 세라믹스 접합체, 기판 보유 지지 구조체 및 기판 처리 장치 | |
| US7401399B2 (en) | Method of manufacturing a substrate heating device | |
| KR100445275B1 (ko) | 공구팁및그공구팁을구비한접합공구및그접합공구의제어방법 | |
| TWI843999B (zh) | 包含統合在碳化物主體頂部的多晶鑽石尖端之高平整度接合工具及其製造方法 | |
| US6820795B2 (en) | Joined article of a supporting member for a semiconductor wafer and a method of producing the same | |
| US5893511A (en) | Pressure sintering method for fastening electronic components on a substrate | |
| Palit et al. | Reaction kinetics and mechanical properties in the reactive brazing of copper to aluminum nitride | |
| KR20220137536A (ko) | 초경 몸체에 일체화 된 다결정 다이아몬드 팁을 구비하는 고평탄 본딩 공구 | |
| CN116547092A (zh) | 包括整合在碳化物主体的多晶钻石尖端的高平整度接合工具 | |
| JP2003152064A (ja) | 電極内蔵型サセプタ及びその製造方法 | |
| US5373731A (en) | Bonding tool, production and handling thereof | |
| JPH0369568A (ja) | ダイヤモンド砥粒層を用いた工具 | |
| JP2004529269A (ja) | モリブデン及びアルミニウムを含むアセンブリ；ターゲット／バッキングプレートアセンブリを作製するときに中間層を用いる方法 | |
| KR101994945B1 (ko) | 반도체 제조에 사용되는 면상 발열체 및 이의 제조방법 | |
| TW543130B (en) | Bonding tool, bonding stage, front part of bonding tool, and stage of bonding stage | |
| GB2254032A (en) | Lead bonding tool | |
| CN110246782B (zh) | 一种cof封装用的热压合头及其制备方法 | |
| JP4683775B2 (ja) | ウエハ載置ステージ及びそれを用いた半導体製造装置 | |
| JP2523195B2 (ja) | ボンディングツ―ル | |
| JP3381746B2 (ja) | ボンディングツール | |
| JP2002047071A (ja) | セラミックス基材の接合方法、セラミックス基材の接合体およびセラミックスヒーター | |
| JPH05326642A (ja) | ボンディングツール及びその製造並びに取り扱い方法 |