WO2020158621A1 - ボンディングツールおよびその製造方法、並びにボンディング装置およびボンディング方法 - Google Patents

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翔一 太田
三垣　俊二
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a bonding tool for bonding an electrode of a semiconductor chip and a member to be bonded such as a lead, a manufacturing method thereof, a bonding apparatus and a bonding method.
  • Patent Document 1 proposes a bonding tool including a tip end portion to which pressure is applied by a plurality of protrusions, and as an example thereof, a bonding tool including a tip end surface including lattice-shaped grooves. Are shown. By applying ultrasonic vibration to the bonding tool and heating the electrode of the semiconductor chip, the lead and the electrode are joined together.
  • a first bonding tool of the present disclosure includes a main body portion and a pressing portion connected to the main body portion, and the pressing portion has a plurality of first grooves and a plurality of second grooves intersecting with the first grooves.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) in the roughness curve which represents the difference from the cutting level of 0.15 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • a second bonding tool of the present disclosure includes a main body section and a pressing section connected to the main body section, and the pressing section has a plurality of first grooves and a plurality of second grooves intersecting with the first grooves.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) in the roughness curve which represents the difference from the cutting level at a load length ratio of 75% in the curve, is 0.6 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • a third bonding tool of the present disclosure includes a main body portion and a pressing portion connected to the main body portion, and the pressing portion has a plurality of first grooves and a plurality of second grooves intersecting with the first grooves. It comprises a tip surface and an inclined surface connected to the tip surface, and at least a part of the inclined surface has a third groove in the vicinity of the tip surface.
  • the tip surface is formed by grinding, buffing, or brushing.
  • the first groove and the second groove are formed by laser processing, electron beam processing, or wire electric discharge processing.
  • the first groove is formed by laser processing, electron beam processing or wire electric discharge processing.
  • the second groove and the third groove are formed.
  • the bonding device of the present disclosure includes the above-mentioned bonding tool.
  • a bonding method includes pressing a member to be bonded to an electrode on a semiconductor element by a pressing portion included in the bonding tool, applying ultrasonic vibration, and heating the semiconductor element from the back surface side of the semiconductor element to thereby bond the member.
  • the joining member is joined to the semiconductor element.
  • FIG. 14A is a perspective view
  • FIG. 14B is an enlarged view of the tip surface of FIG. 14A
  • FIG. 14C is a side view showing the slope of the pressing portion. Is.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a bonding apparatus equipped with the bonding tool of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which members to be joined are joined together using the bonding tool of the present disclosure.
  • the bonding apparatus 20 shown in FIG. 1 includes a bonding tool 10 for bonding the inner lead 1 to the electrode 3 on the semiconductor element 2, an ultrasonic horn 4 for fixing the bonding tool 10 on the tip side and transmitting ultrasonic vibration,
  • the drive mechanism 5 that supports the sonic horn 4, the drive unit 6 that drives the drive mechanism 5, the vibration applying unit 7 that applies vibration to the ultrasonic horn 4, and the drive system such as the drive unit 6 and the vibration applying unit 7 operate.
  • a control unit 8 for giving an instruction and a heating unit 9 such as a heater for heating the semiconductor element 2 from the back surface side of the semiconductor element 2 are provided.
  • the bonding tool 10 descends as shown in FIG. 2 in response to a drive instruction from the drive unit 6, and then, while the inner lead 1 is pressed against the electrode 3, ultrasonic vibration and heating are used together, so that the inner lead 1 Is bonded to the electrode 3.
  • FIG. 3A is a perspective view showing an example of the bonding tool of the present disclosure
  • FIG. 3B is an enlarged view of the tip surface of FIG. 3A.
  • the bonding tool 10 includes a cylindrical main body 10a and a wedge-shaped pressing portion 10b that is connected to the main body 10a and presses a member to be joined such as the inner lead 1 or the like.
  • the pressing portion 10 b has a rectangular tip surface 13 having a plurality of first grooves 11 and a plurality of second grooves 12 intersecting with the first grooves 11, and a tip surface 13. And a slope 14 connected to each side of the.
  • the pressing portion 10b may have a truncated cone shape having a circular tip surface 13, and in that case, the slope 14 may be a curved surface connected to the outer periphery of the tip surface 13.
  • the body 10a has a length of 7 mm to 10 mm and a diameter of 1 mm to 2 mm, for example.
  • the pressing portion 10b has, for example, a height along the axial direction of 2 mm to 3 mm, and the length of one side of the tip surface 13 is 0.2 mm to 0.4 mm.
  • the slope 14 has an isosceles trapezoidal shape and has four faces, but it may have three faces or five or more faces.
  • the tip surface 13 is divided into a plurality of pressing surfaces 13a by a plurality of first grooves 11 and a plurality of second grooves 12.
  • Each width of the first groove 11 and the second groove 12 is narrower than the width of the inner lead 1.
  • each width of the first groove 11 and the second groove 12 is 10 ⁇ m to 20 ⁇ m, and each depth is 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the inner lead 1 is shaken in the lateral direction due to the application of ultrasonic vibration, but the first groove 11 and the second groove 12 suppress the shake and prevent the positional deviation.
  • the bonding tool 10 of the present disclosure represents the difference between the cutting level at a load length ratio of 25% on the roughness curve of the tip surface 13 and the cutting level at a load length ratio of 75% on the roughness curve.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) in the roughness curve is 0.15 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the cutting level C (Rrmr) corresponding to each of the two types of load length ratios corresponding to the load length ratio Rmr and the cutting level difference (R ⁇ c) representing the difference between these cutting levels C (Rrmr) are also It corresponds to the surface texture in the height direction of the tip surface and in the direction perpendicular to this height direction.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) is large, the unevenness of the tip surface to be measured is large, but when it is small, it can be said that the unevenness of the tip surface is small and relatively flat.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) is 0.15 ⁇ m or more, the member to be joined such as the inner lead 1 is unlikely to slip on the electrode 3, and a highly reliable joint can be obtained.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) is 2 ⁇ m or less, particles are less likely to be generated from the tip surface 13 even if the member to be joined such as the inner lead 1 is pressed and vibration by ultrasonic waves is applied. Therefore, the risk of particles being mixed in the joint portion is reduced, and a highly reliable joint portion can be obtained.
  • the root mean square roughness (Rq) of the tip surface 13 of the bonding tool 10 may be 0.1 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • the member to be joined such as the inner lead 1 is less likely to slip on the electrode 3 and the reliability is improved. A high joint can be obtained.
  • the bonding tool 10 of the present disclosure has a cutting level at a load length ratio of 25% in the roughness curves of the surfaces of the first groove 11 and the second groove 12, and a load length of 75% in the roughness curve.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) in the roughness curve which represents the difference between the cutting level and the cutting level, is 0.6 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • the respective surfaces of the first groove 11 and the second groove 12 refer to the inner surfaces of these grooves, that is, the bottom surface and both side surfaces.
  • the bonding tool 10 may have a root mean square roughness (Rq) of the groove surface of 0.2 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • the cutting level difference (R ⁇ c) and the root mean square roughness (Rq) in the roughness curve are both laser microscope devices having a measurement mode based on JIS B 0601:2001 (for example, KEYENCE CORPORATION).
  • Product VK-9510
  • the measurement mode is color super-depth
  • the gain is 953
  • the measurement magnification is 1000 times
  • the measurement pitch is 0.05 ⁇ m
  • the contour curve filter ⁇ s is 2.5 ⁇ m
  • the contour curve filter ⁇ c is 0.
  • a measuring range of 0.08 mm, and a value indicating the above-mentioned surface texture may be obtained for each measuring range within a circle having a diameter of, for example, 4 ⁇ m to 11 ⁇ m.
  • the bonding tool 10 is preferably formed of a ceramic sintered body.
  • its main component is preferably aluminum oxide, zirconium oxide, or silicon carbide.
  • the ceramic sintered body is zirconium oxide, titanium carbide, titanium carbonitride, titanium nitride, titanium oxide having a composition formula of TiO 2-x (0 ⁇ x ⁇ 1), chromium oxide, It is good to contain iron oxide.
  • the pressing portion 10b contains 68% by mass to 76% by mass of aluminum oxide, 7% by mass to 15% by mass of zirconium oxide, 6% by mass to 14% by mass of cobalt oxide, and 3% by mass to 8% by mass of iron oxide. It is preferable that the ceramic sintered body has a titanium oxide content of 1% by mass to 3% by mass. Cobalt oxide, iron oxide, and titanium oxide are colorants as well as conductivity enhancers.
  • the ratio of zirconium oxide is in the above range, the fracture toughness is high, so that even if the pressing is repeated, it is possible to reduce the shedding from occurring at each edge of the first groove 11 and the second groove 12.
  • the ratio of the conductivity-imparting agent is in the above range, the volume resistivity is 10 4 ⁇ m to 10 6 ⁇ m, and the surface tone is black.
  • the volume resistivity is in the above range, static electricity can be gradually released even if static electricity is generated by repeated pressing, so electrostatic damage to the electric circuit to which the joined members are joined can be suppressed.
  • the color of the surface is black, the laser light is externally applied to the members to be joined, and when the displacement in the thickness direction caused by the joining of the members to be joined is detected by the reflected light, the scattering of the laser light is suppressed. It is possible to increase the accuracy of displacement detection.
  • the main body 10a and the pressing portion 10b are integrally formed, and aluminum oxide is 68% by mass to 76% by mass, zirconium oxide is 7% by mass to 15% by mass, cobalt oxide is 6% by mass to 14% by mass, and oxidation is performed. It is more preferable that the ceramic sintered body contains 3% by mass to 8% by mass of iron and 1% by mass to 3% by mass of titanium oxide.
  • the ceramic sintered body preferably contains yttrium oxide and oxides of iron, chromium and titanium.
  • the ceramic sintered body preferably contains carbon (free carbon) and boron.
  • the main body 10a and the pressing portion 10b may be made of different materials.
  • the main body 10a is a cemented carbide
  • the pressing portion 10b is made of diamond
  • the main body 10a and the pressing portion 10b are made of silver. It may be joined by wax.
  • the main component means a component occupying 60% by mass or more of the total 100% by mass of the components constituting the ceramic sintered body.
  • Each component is identified by an X-ray diffractometer using CuK ⁇ rays, and the content of each component may be determined by, for example, an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy analyzer or a fluorescent X-ray analyzer.
  • the content of carbon (free carbon) may be obtained using a carbon analyzer.
  • the bonding tool of the present disclosure described above has the first groove and the second groove formed by laser machining, electron beam machining, or wire electric discharge machining after forming the inclined surface and the tip surface by grinding the tip side of the cylindrical ceramic sintered body. Can be obtained by forming.
  • the diamond abrasive grains with a grain size number of 170 to 400 described in ASTM E11-61 are bonded with a resin.
  • the ceramic sintered body contains aluminum oxide as a main component and contains titanium carbide, titanium carbonitride, or titanium nitride, the hardness is high, and therefore diamond abrasive grains having a grain size number of 270 or more and 400 or less are bonded with a resin. It is recommended to use a grinding wheel that has
  • the tip surface may be buffed or brushed after grinding.
  • a grinding wheel in which diamond abrasive grains having a grain size number of 200 to 400 are bonded with a resin is used. Good to use.
  • buffing or brushing may be performed after the tip surface is ground, and when buffing, for example, felt containing abrasive grains such as diamond abrasive grains may be used.
  • a brush made of phosphor bronze or brass may be used.
  • the processing for forming the first groove 11 and the second groove 12 is laser processing, at least one of a picosecond laser and a femtosecond laser may be irradiated.
  • FIG. 4A is a perspective view showing another example of the bonding tool of the present disclosure
  • FIG. 4B is an enlarged view of the tip surface of FIG. 4A
  • FIG. 4C is a side view showing the slope of the pressing portion. is there.
  • FIG. 5A is a perspective view showing still another example of the bonding tool of the present disclosure
  • FIG. 5B is an enlarged view of the tip surface of FIG. 5A
  • FIG. 5C is a side view showing the slope of the pressing portion. Is.
  • the bonding tools 20 and 30 of the examples shown in FIGS. 4 and 5 have the inclined surface 16 having an isosceles trapezoidal shape and provided with four surfaces.
  • the slope 16 may be three or five or more.
  • the pressing portion 10b has a truncated cone shape having the circular tip surface 13
  • the slope 16 may be a curved surface.
  • the third groove 17 has a width of 10 ⁇ m to 20 ⁇ m and a depth of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the longitudinal direction of the third groove 17 is substantially parallel to the side of the tip surface 13.
  • the third groove 17 is located in the vicinity 16a of the tip surface 13, even if a microcrack extending from the tip surface 13 side to the body portion 10a side in the slope 16 is generated, it is possible to block the progress thereof, so that heating and It is less likely to be damaged even after repeated cooling, and the frequency of replacement can be reduced. Further, when the third groove 17 is not present in the portion 16a in the vicinity of the tip surface 13, if the thermal conductivity of the component forming the pressing portion 10b is high, the heat applied from the heating portion 9 is easily transmitted through the pressing portion 10b and escapes. However, if the third groove 17 is located in the vicinity 16a of the tip surface 13, it is difficult for heat to escape and the joining efficiency can be improved.
  • the vicinity portion 16a of the distal end surface 13 means, in the slope 16, from the side of the distal end surface 13 toward the height direction of the slope 16. It refers to an area within 45% of the height of the slope 16.
  • the third groove 17 may be in a region other than the vicinity portion 16a in the slope 16 as shown in FIGS. 4(c) and 5(c).
  • the vicinity portion 16 a may have a fourth groove 18 that intersects with the third groove 17.
  • the fourth groove 18 has a width of 10 ⁇ m to 20 ⁇ m and a depth of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the fourth groove 18 in the present embodiment is formed by extending the first groove 11 and the second groove 12 to the slope, but the present invention is not limited to this.
  • At least one of the third groove 17 and the fourth groove 18 may be provided in plural in the vicinity portion 16a.
  • At least one of the third groove 17 and the fourth groove 18 may have a semicircular or U-shaped cross section perpendicular to the longitudinal direction thereof. If the cross section perpendicular to the longitudinal direction is semicircular or U-shaped, stress concentration on the surface of each groove is less likely to occur even after repeated heating and cooling, so cracks originating from that surface will occur. It gets harder.

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Abstract

本開示のボンディングツールは、本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、押圧部は、複数の第１溝および第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、先端面に接続する斜面とを備えてなり、先端面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．１５μｍ～２μｍである。

Description

ボンディングツールおよびその製造方法、並びにボンディング装置およびボンディング方法
　本開示は、半導体チップの電極とリード等の被接合部材とを接合するためのボンディングツールおよびその製造方法、並びにボンディング装置およびボンディング方法に関する。
　近年、半導体装置は高密度化、高集積化が進み、半導体チップの電極（バンプ）の数やリードの本数が増加し、さらにそれらのピッチも狭まってきている。このように高密度化、高集積化が進むと、半導体チップの電極とリードとの位置決めや接合はさらに高精度化が求められつつある。このような要求に応えるツールとして、特許文献１では、複数の突起物によって圧力を加える先端部を備えたボンディングツールが提案され、その一例として、格子状の溝を備えた先端面を有するボンディングツールが図示されている。超音波振動をボンディングツールに負荷するとともに、半導体チップの電極を加熱することによって、リードと電極は接合されるようになっている。
特開平５－２１５４１号公報
　本開示の第１のボンディングツールは、本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、押圧部は、複数の第１溝および該第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、該先端面に接続する斜面とを備えてなり、先端面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．１５μｍ～２μｍである。
　本開示の第２のボンディングツールは、本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、押圧部は、複数の第１溝および該第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、該先端面に接続する斜面とを備えてなり、第１溝および前記第２溝のそれぞれの表面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．６μｍ～４μｍである。
　本開示の第３のボンディングツールは、本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、押圧部は、複数の第１溝および該第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、該先端面に接続する斜面とを備えてなり、斜面の少なくとも一部は、前記先端面の近傍部に第３溝を有する。
　本開示の第１のボンディングツールの製造方法によれば、先端面が、研削加工、バフ研磨またはブラシ研磨によって形成される。
　本開示の第２のボンディングツールの製造方法によれば、第１溝および第２溝は、レーザー加工、電子ビーム加工またはワイヤー放電加工によって形成される。
　本開示の第３のボンディングツールの製造方法によれば、円柱状のセラミック焼結体の先端側を研削加工によって斜面を形成した後、レーザー加工、電子ビーム加工またはワイヤー放電加工によって第１溝、第２溝および第３溝を形成する。
　本開示のボンディング装置は、上記ボンディングツールを備えてなる。
　本開示のボンディング方法は、上記ボンディングツールが有する押圧部で被接合部材を半導体素子上の電極に押圧し、超音波振動を付与し、かつ半導体素子の裏面側から半導体素子を加熱して、被接合部材を半導体素子に接合する。
本開示のボンディングツールを装着したボンディング装置の概略構成例を示す模式図である。 本開示のボンディングツールを用いて被接合部材を接合する状態を示す斜視図である。 （ａ）は本開示のボンディングツールの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の先端面の拡大図である。 （ａ）は本開示のボンディングツールの他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の先端面の拡大図であり、（ｃ）は押圧部の斜面を示す側面図である。 本開示のボンディングツールのさらに他の例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の先端面の拡大図であり、（ｃ）は押圧部の斜面を示す側面図である。
　以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。
　図１は、本開示のボンディングツールを装着したボンディング装置の概略構成を示す模式図である。図２は、本開示のボンディングツールを用いて被接合部材を接合する状態を示す斜視図である。
　図１に示すボンディング装置２０は、インナーリード１を半導体素子２上の電極３に接合するボンディングツール１０と、ボンディングツール１０を先端側で固定して超音波振動を伝える超音波ホーン４と、超音波ホーン４を支持する駆動機構５と、駆動機構５を駆動させる駆動部６と、超音波ホーン４に振動を与える振動付与部７と、駆動部６、振動付与部７等の駆動系に動作指示を与える制御部８と、半導体素子２の裏面側から半導体素子２を加熱するヒーター等の加熱部９と、を備えている。
　ボンディングツール１０は、駆動部６からの駆動指示により、図２に示すように下降した後、インナーリード１を電極３に押圧した状態で、超音波振動および加熱を併用することにより、インナーリード１を電極３に接合する。
　図３（ａ）は、本開示のボンディングツールの一例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は（ａ）の先端面の拡大図である。
　図３（ａ）に示すように、ボンディングツール１０は、円柱状の本体部１０ａと、本体部１０ａに接続するとともにインナーリード１等の被接合部材を押圧する楔状の押圧部１０ｂとからなる。また、図３（ｂ）に示すように、押圧部１０ｂは、複数の第１溝１１および第１溝１１と交差する複数の第２溝１２を有する矩形状の先端面１３と、先端面１３の各辺ごとに接続する斜面１４とを備えている。
　なお、押圧部１０ｂは円状の先端面１３を有する円錐台状であってもよく、その場合、斜面１４が先端面１３の外周に接続した曲面となっていてもよい。
　本体部１０ａは、例えば、長さが7ｍｍ～１０ｍｍ、直径が１ｍｍ～２ｍｍである。押圧部１０ｂは、例えば、軸方向に沿った高さが２ｍｍ～３ｍｍであり、先端面１３の１辺の長さは０．２ｍｍ～０．４ｍｍである。
　図３（ａ）、（ｂ）に示すボンディングツール１０は、斜面１４が等脚台形状であって４面備えているが、３面あるいは５面以上であってもよい。
　先端面１３は複数の第１溝１１および複数の第２溝１２によって複数の押圧面１３ａに分割されている。第１溝１１および第２溝１２の各幅は、インナーリード１の幅よりも狭い。例えば、第１溝１１および第２溝１２の各幅は、１０μｍ～２０μｍであり、各深さは、５μｍ～１０μｍである。インナーリード１は超音波振動の付加により横方向に振れを生じるが、第１溝１１および第２溝１２によって、その振れが抑制され、位置ずれが発生しないようになっている。
　本開示のボンディングツール１０は、先端面１３の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．１５μｍ～２μｍである。
　負荷長さ率Ｒｍｒとは、以下の式（１）に示されるように、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１で規定されている粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の粗さ曲線を山頂線に平行な切断レベルで切断したときに得られる切断長さη１，η２，・・・、ηｎの和（負荷長さηp）の、基準長さＬに対する比を百分率で表した値であり、高さ方向およびこの高さ方向に垂直な方向の表面性状を示すものである。
Ｒｍｒ＝ηp／Ｌ×１００・・・（１）
ηｐ：η１＋η２＋・・・・＋ηｎ
　このような負荷長さ率Ｒｍｒに対応する、２種類の負荷長さ率それぞれに対応する切断レベルＣ（Ｒｒｍｒ）およびこれら切断レベルＣ（Ｒｒｍｒ）同士の差を表す切断レベル差（Ｒδｃ）も、先端面の高さ方向およびこの高さ方向に垂直な方向の表面性状に対応する。切断レベル差（Ｒδｃ）が大きい場合、測定の対象とする先端面の凹凸は大きいが、小さい場合には、その先端面の凹凸は小さく比較的平坦といえる。
　切断レベル差（Ｒδｃ）が０．１５μｍ以上であると、インナーリード１等の被接合部材が電極３上で滑りにくくなり、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　切断レベル差（Ｒδｃ）が２μｍ以下であると、インナーリード１等の被接合部材を押圧して、超音波による振動が加えられても、先端面１３からパーティクルが発生しにくくなる。そのため、パーティクルが接合部に混入するおそれが低減し、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　また、ボンディングツール１０は、先端面１３の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．１μｍ～１．５μｍであってもよい。
　上述した作用と同様の作用により、先端面１３の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．１μｍ以上であると、インナーリード１等の被接合部材が電極３上で滑りにくくなり、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　先端面１３の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が１．５μｍ以下であると、インナーリード１等の被接合部材を押圧して、超音波による振動が加えられても、先端面１３からパーティクルが発生しにくくなる。そのため、パーティクルが接合部に混入するおそれが低減し、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　また、本開示のボンディングツール１０は、第１溝１１および第２溝１２のそれぞれの表面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．６μｍ～４μｍである。
　ここで、第１溝１１および第２溝１２のそれぞれの表面とは、これらの溝の内面、すなわち底面および両側面をいう。
　切断レベル差（Ｒδｃ）が０．６μｍ以上であると、溝の表面の凹凸の差が大きくなる。そのため、先端面１３の押圧によって異物が発生し、この異物が第１溝１１や第２溝１２の内部に挿入しても、異物が各溝の表面に固着して接合部に混入しにくくなり、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　切断レベル差（Ｒδｃ）が４μｍ以下であると、溝の表面の凹凸の差が小さくなる。そのため、超音波による振動が加わっても、溝の表面からパーティクルが発生しにくくなる。その結果、パーティクルが接合部に混入するおそれが低減し、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　また、ボンディングツール１０は、溝の表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．２μｍ～１．５μｍであってもよい。
　二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．２μｍ以上であると、前記と同様に、溝の表面の凹凸の差が大きい。そのため、先端面１３の押圧によって異物が発生して、この異物が第１溝１１や第２溝１２の内部に挿入しても、異物が各溝の表面に固着して接合部に混入しにくくなり、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が１．５μｍ以下であると、溝の表面の凹凸の差が小さい。そのため、超音波による振動が加わっても、溝の表面からパーティクルが発生しにくくなる。その結果、パーティクルが接合部に混入するおそれが低減し、信頼性の高い接合部を得ることができる。
　本開示では、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）および二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、いずれもＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１に準拠した測定モードを有するレーザー顕微鏡装置（例えば、(株)キーエンス社製（ＶＫ－９５１０））を用いて求めればよい。レーザー顕微鏡ＶＫ－９５１０を用いる場合、例えば、測定モードをカラー超深度、ゲインを９５３、測定倍率を１０００倍、測定ピッチを０．０５μｍ、輪郭曲線フィルタλｓを２．５μｍ、輪郭曲線フィルタλｃを０．０８ｍｍ、１箇所当りの測定範囲を各押圧面１３ａ毎に、直径が、例えば、４μｍ～１１μｍの円の内部として測定範囲毎に上記各表面性状を示す値を求めればよい。
　ボンディングツール１０は、セラミック焼結体から形成されているとよい。ボンディングツール１０がセラミック焼結体から形成されている場合、特に、その主成分は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは炭化珪素であるとよい。主成分が酸化アルミニウムの場合、セラミック焼結体は、酸化ジルコニウム、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン、組成式がＴｉＯ２－ｘ（０≦ｘ≦１）として示される酸化チタン、酸化クロム、酸化鉄等を含んでいるとよい。
　特に、押圧部１０ｂは、酸化アルミニウムが６８質量％～７６質量％、酸化ジルコニウムが７質量％～１５質量％、酸化コバルトが６質量％～１４質量％、酸化鉄が３質量％～８質量％、酸化チタンが1質量％～３質量％であるセラミック焼結体からなるとよい。酸化コバルト、酸化鉄および酸化チタンは、着色剤であるとともに、導電性付与剤である。
　酸化ジルコニウムの比率が上記範囲であると、破壊靭性が高くなるので、押圧を繰り返しても第１溝１１および第２溝１２の各縁部から生じる脱粒を低減することができる。
導電性付与剤の比率が上記範囲であると、体積抵抗率は１０４Ω・ｍ～１０６Ω・ｍとなり、表面の色調は黒色となる。
　体積抵抗率が上記範囲であれば、押圧を繰り返すことによって静電気が発生しても徐々に逃がすことができため、被接合部材が接合される電気回路に対して静電的な損傷を抑制することができる。表面の色調が黒色であれば、外部からレーザー光を被接合部材に照射し、その反射光により被接合部材の接合によって生じる厚み方向の変位を検出する場合、レーザー光の散乱が抑制されるため、変位の検出精度を高くすることができる。
　本体部１０ａおよび押圧部１０ｂが一体的に形成され、いずれも酸化アルミニウムが６８質量％～７６質量％、酸化ジルコニウムが７質量％～１５質量％、酸化コバルトが６質量％～１４質量％、酸化鉄が３質量％～８質量％、酸化チタンが1質量％～３質量％であるセラミック焼結体であるとさらによい。
　主成分が酸化ジルコニウムの場合、セラミック焼結体は、酸化イットリウムと、鉄，クロムおよびチタンの酸化物とを含んでいるとよい。主成分が炭化珪素の場合、セラミック焼結体は、炭素（フリーカーボン）および硼素を含んでいるとよい。
　また、本体部１０ａと押圧部１０ｂとが異なる材質であってもよく、例えば、本体部１０ａが超硬合金であって、押圧部１０ｂがダイヤモンドからなり、本体部１０ａと押圧部１０ｂとが銀ろうによって接合されていてもよい。

　ここで、主成分とは、セラミック焼結体を構成する成分の合計１００質量％のうち、６０質量％以上を占める成分をいう。各成分の同定はＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めればよい。なお、炭素（フリーカーボン）の含有量については、炭素分析装置を用いて求めればよい。　上述した本開示のボンディングツールは、円柱状のセラミック焼結体の先端側を研削加工によって斜面および先端面を形成した後、レーザー加工、電子ビーム加工またはワイヤー放電加工によって第１溝および第２溝を形成して得ることができる。
　斜面および先端面を研削加工で形成する場合、ＡＳＴＭ　Ｅ１１－６１に記載されている粒度番号が１７０以上４００以下であるダイヤモンド砥粒をレジンで結合した研削砥石を用いるとよい。特に、セラミック焼結体が酸化アルミニウムを主成分として、炭化チタン、炭窒化チタンまたは窒化チタンを含んでいる場合、硬度が高いので、粒度番号が２７０以上４００以下であるダイヤモンド砥粒をレジンで結合した研削砥石を用いるとよい。
　また、先端面は研削加工後、バフ研磨またはブラシ研磨を施してもよい。
　なお、先端面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．１μｍ～１．５μｍであるボンディングツールを得る場合には、粒度番号が２００～４００であるダイヤモンド砥粒をレジンで結合した研削砥石を用いるとよい。
　また、この場合も先端面を研削加工した後、バフ研磨またはブラシ研磨を施してもよく、バフ研磨をする場合、例えば、ダイヤモンド砥粒等の砥粒を含むフェルトを用いればよい。ブラシ研磨をする場合、リン青銅あるいは真鍮からなるブラシを用いればよい。
　また、第１溝１１および第２溝１２を形成する加工がレーザー加工である場合、ピコ秒レーザーおよびフェムト秒レーザーの少なくともいずれかを照射するとよい。
　次に、本開示の他の実施形態を説明する。なお、上記の実施形態と同じ部材、同じ部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
　図４（ａ）は、本開示のボンディングツールの他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の先端面の拡大図、（ｃ）は押圧部の斜面を示す側面図である。
　図５（ａ）は、本開示のボンディングツールのさらに他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の先端面の拡大図、（ｃ）は押圧部の斜面を示す側面図である。
　図４および図５に示す例のボンディングツール２０，３０は、斜面１６が等脚台形状であって４面備えている。斜面１６は、３面あるいは５面以上であってもよい。押圧部１０ｂが円状の先端面１３を有する円錐台状である場合、斜面１６が曲面となっていてもよい。
　本開示のボンディングツール２０，３０は、斜面１６の少なくともいずれかが、先端面１３の近傍部１６ａに第３溝１７を有するものである。例えば、第３溝１７は、幅が１０μｍ～２０μｍであり、深さが５μｍ～１０μｍである。第３溝１７は、長手方向が先端面１３の辺にほぼ平行である。
　第３溝１７が先端面１３の近傍部１６ａにあると、斜面１６内で先端面１３側から本体部１０ａ側に伸びるマイクロクラックが発生しても、その進展を遮ることができるので、加熱および冷却を繰り返しても破損しにくく、交換の頻度を下げることができる。また、第３溝１７が先端面１３の近傍部１６ａにない場合、押圧部１０ｂを形成する成分の熱伝導率が高いと、加熱部９から加えられた熱が押圧部１０ｂを伝わって逃げやすいが、第３溝１７が先端面１３の近傍部１６ａにあれば、熱は逃げにくく、接合効率を向上させることができる。
　ここで、先端面１３の近傍部１６ａとは、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、斜面１６内において、先端面１３の辺から斜面１６の高さ方向に向かって、斜面１６の高さの４５％以内の領域をいう。
　なお、第３溝１７は、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、斜面１６内の近傍部１６ａ以外の領域にあってもよい。
　また、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、近傍部１６ａは、第３溝１７と交差する第４溝１８を有していてもよい。例えば、第４溝１８は、幅が１０μｍ～２０μｍであり、深さが５μｍ～１０μｍである。本実施形態における第４溝１８は、第１溝１１および第２溝１２を斜面まで延長して形成されているが、これに限定されるものではない。
　第３溝１７と交差する第４溝１８があると、近傍部１６ａで蓄熱されやすくなるので、接合効率が向上する。
　また、図４、図５に示すように、第３溝１７および第４溝１８の少なくともいずれかは、近傍部１６ａに複数設けられていてもよい。
　第３溝１７および第４溝１８の少なくともいずれかが近傍部１６ａに複数あると、近傍部１６ａでより蓄熱が進むので、接合効率がさらに向上する。
　また、第３溝１７および第４溝１８の少なくともいずれかは、それぞれの長手方向に垂直な断面が半円状またはＵ字状であってもよい。それぞれの長手方向に垂直な断面が半円状またはＵ字状であると、加熱および冷却を繰り返しても、各溝の表面における応力集中が生じにくくなるので、その表面を起点とするクラックが生じにくくなる。
　以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
１　：インナーリード
２　：半導体素子
３　：電極
４　：超音波ホーン
５　：駆動機構
６　：駆動部
７　：振動付与部
８　：制御部
９　：加熱部
１０　：ボンディングツール
１０ａ：本体部
１０ｂ：押圧部
１１　：第１溝
１２　：第２溝
１３　：先端面
１３ａ：押圧面
１４　：斜面
１６　：斜面
１６ａ：近傍部
１７　：第３溝
１８　：第４溝
２０：ボンディングツール
３０：ボンディングツール
 
　　　　　　　　　　　　　

Claims (16)

  1. 　本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、
    　前記押圧部は、複数の第１溝および該第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、該先端面に接続する斜面とを備えてなり、
    　前記先端面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．１５μｍ～２μｍである、ボンディングツール。
  2. 　前記先端面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．１μｍ～１．５μｍである、請求項1に記載のボンディングツール。
  3. 　本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、
    　前記押圧部は、複数の第１溝および該第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、該先端面に接続する斜面とを備えてなり、
    　前記第１溝および前記第２溝のそれぞれの表面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が０．６μｍ～４μｍである、ボンディングツール。
  4. 　前記表面の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．２μｍ～１．５μｍである、請求項３に記載のボンディングツール。
  5. 　本体部と、該本体部に接続した押圧部とを備え、
    　前記押圧部は、複数の第１溝および該第１溝と交差する複数の第２溝を有する先端面と、該先端面に接続する斜面とを備えてなり、
    　前記斜面の少なくとも一部は、前記先端面の近傍部に第３溝を有する、ボンディングツール。
  6. 　前記近傍部は、前記第３溝と交差する第４溝を有する、請求項５に記載のボンディングツール。
  7. 　前記第３溝および前記第４溝の少なくともいずれかは、前記近傍部に複数設けられる、請求項６に記載のボンディングツール。
  8. 　前記第３溝および前記第４溝の少なくともいずれかは、それぞれの長手方向に垂直な断面が半円状またはＵ字状である、請求項６または請求項７に記載のボンディングツール。
  9. 　前記押圧部は、酸化アルミニウムが６８質量％～７６質量％、酸化ジルコニウムが７質量％～１５質量％、酸化コバルトが６質量％～１４質量％、酸化鉄が３質量％～８質量％、酸化チタンが1質量％～３質量％であるセラミック焼結体からなる、請求項１～８のいずれかに記載のボンディングツール。
  10. 　請求項１または請求項２に記載のボンディングツールの製造方法であって、前記先端面は、研削加工、バフ研磨またはブラシ研磨によって形成される、ボンディングツールの製造方法。
  11. 　請求項３、請求項４または請求項９に記載のボンディングツールの製造方法であって、前記第１溝および前記第２溝は、レーザー加工、電子ビーム加工またはワイヤー放電加工によって形成される、ボンディングツールの製造方法。
  12. 　前記レーザー加工は、ピコ秒レーザーおよびフェムト秒レーザーの少なくともいずれかを照射することによってなされる、請求項１１に記載のボンディングツールの製造方法。
  13. 　請求項５または請求項９に記載のボンディングツールの製造方法であって、円柱状のセラミック焼結体の先端側を研削加工によって斜面を形成した後、レーザー加工、電子ビーム加工またはワイヤー放電加工によって第１溝、第２溝および第３溝を形成する、ボンディングツールの製造方法。
  14. 　請求項６～９のいずれかに記載のボンディングツールの製造方法であって、円柱状のセラミック焼結体の先端側を研削加工によって斜面を形成した後、レーザー加工、電子ビーム加工またはワイヤー放電加工によって第１溝、第２溝、第３溝および第４溝を形成する、ボンディングツールの製造方法。
  15. 　請求項１～９のいずれかに記載のボンディングツールを備えてなる、ボンディング装置。
  16. 　請求項１～９のいずれかに記載のボンディングツールが有する前記押圧部で被接合部材を前記半導体素子上の電極に押圧し、超音波振動を付与し、かつ半導体素子の裏面側から半導体素子を加熱して、前記被接合部材を前記半導体素子に接合する、ボンディング方法。
     
     
    　　　　　　　　　　　　　　
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