JP2656864B2 - Bonding tool - Google Patents
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- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップの製造
過程で使用されるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅ
ｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）用ボンディングツールの構造に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a TAB (Tape Automate) used in a semiconductor chip manufacturing process.
d Bonding).
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体チップ上の電極パッドとパッケー
ジのリードあるいはプリント配線基板のパターンとを電
気的に接続する方法の１つとしてＴＡＢ方式がある。Ｔ
ＡＢ方式は、耐熱樹脂テープの表面にリードパターンを
形成し、半導体チップの電極パッドとこのリードパター
ンが形成されたフィルムキャリアテープのリードとを位
置合わせして接合する方法であり、半導体チップの多ピ
ン化、薄型化の点でワイヤボンディング方式に比べて優
れている。2. Description of the Related Art One of the methods for electrically connecting electrode pads on a semiconductor chip to a package lead or a pattern on a printed wiring board is a TAB method. T
The AB method is a method in which a lead pattern is formed on the surface of a heat-resistant resin tape, and the electrode pads of the semiconductor chip and the leads of the film carrier tape on which the lead pattern is formed are aligned and joined. It is superior to the wire bonding method in terms of pinning and thinning.
【０００３】図９はＴＡＢ方式のボンディング装置の構
造図である。リードパターンが形成されたフィルムキャ
リアテープ１２はリール状に成形されており、一方のリ
ールから他方のリールに連続的に送り出される。加熱ス
テージ１５の表面上には半導体チップ１４が載置され
る。そして、半導体チップ１４のバンプとフィルムキャ
リアテープ１２のインナーリード１３とが位置合わせさ
れる。この状態で、５００〜６００℃に加熱されたボン
ディングツール１１がインナーリード１３を半導体チッ
プ１４のバンプに押付けることにより両者が接合され
る。両者の接合は、たとえばフィルムキャリアテープ１
２に形成されたリードパターンがＳｎメッキされた銅で
あり、半導体チップのバンプがＡｕの場合には、両者の
間でＡｕ／Ｓｎ共晶合金が形成されることにより行なわ
れる。現在、半導体チップは大きいもので１６ｍｍ角を
超えており、そのほぼ全周囲にわたって形成されたバン
プに対してすべてのインナーリード１３を均一に接合す
るために、ボンディングツール１１はその表面が平坦で
あることが要求される。たとえば、使用温度が５００〜
６００℃の場合には、ボンディング面（先端面）の平坦
度は最大でも３μｍ以内、理想的には１μｍ以内が要求
される。FIG. 9 is a structural view of a TAB type bonding apparatus. The film carrier tape 12 on which the lead pattern is formed is formed into a reel shape, and is continuously fed from one reel to the other reel. The semiconductor chip 14 is mounted on the surface of the heating stage 15. Then, the bumps of the semiconductor chip 14 and the inner leads 13 of the film carrier tape 12 are aligned. In this state, the bonding tool 11 heated to 500 to 600 ° C. presses the inner leads 13 against the bumps of the semiconductor chip 14 to join them. For example, the film carrier tape 1
In the case where the lead pattern formed in No. 2 is Sn-plated copper and the bump of the semiconductor chip is Au, the formation is performed by forming an Au / Sn eutectic alloy between the two. At present, the semiconductor chip is large and exceeds 16 mm square, and the bonding tool 11 has a flat surface in order to uniformly bond all the inner leads 13 to the bumps formed over almost the entire periphery. Is required. For example, if the operating temperature is 500-
In the case of 600 ° C., the flatness of the bonding surface (tip surface) is required to be at most 3 μm, ideally 1 μm.
【０００４】ボンディングツール１１はツールの基体を
なし、装置の所定の位置に取付けるためのシャンク部
と、ボンディング動作を行なうための先端表面を有する
ブランク（工具先端部）とから構成される。ボンディン
グツールには以下の条件が要求される。[0004] The bonding tool 11 forms a base of the tool, and includes a shank portion to be attached to a predetermined position of the apparatus and a blank (tool tip portion) having a tip surface for performing a bonding operation. The following conditions are required for the bonding tool.
【０００５】（１） 上述したように、ボンディングツ
ールのボンディング面の平坦度が最大３μｍ以内である
こと。(1) As described above, the flatness of the bonding surface of the bonding tool is within 3 μm at the maximum.
【０００６】（２） ５００〜６００℃の使用温度にお
いて、ブランク内の温度の差が１０℃以内であること。
温度分布のばらつきが大きいと、ボンディング面の場所
によってはインナーリードと半導体チップのバンプとの
接合部にＡｕ／Ｓｎ共晶の形成が不均一になる。(2) At a working temperature of 500 to 600 ° C., the difference in temperature within the blank is within 10 ° C.
If the variation in the temperature distribution is large, the formation of the Au / Sn eutectic at the junction between the inner lead and the bump of the semiconductor chip becomes uneven depending on the location of the bonding surface.
【０００７】（３） 数万〜数百万回のボンディング動
作の繰り返しに耐え得る耐摩耗性があること。(3) Abrasion resistance enough to withstand tens of thousands to millions of repeated bonding operations.
【０００８】このような条件を満足するために、従来は
ボンディングツールのブランクの材料として気相合成ダ
イヤモンド、バインダレスｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド
焼結体あるいはダイヤモンド単結晶などが用いられてき
た。[0008] In order to satisfy such conditions, conventionally, a vapor synthesized diamond, a binderless cBN sintered body, a diamond sintered body, a diamond single crystal, or the like has been used as a blank material of a bonding tool.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体チップが
多機能高集積化のために大型化傾向を示し、今後は２０
ｍｍ角あるいはそれ以上の半導体チップの実現が予測さ
れる。半導体チップが大型化すると、それに対応してボ
ンディングツールのボンディング面も大きく形成する必
要がある。ところが、ボンディング面を大きくすること
によってブランクが大型化すると、シャンクとブランク
との熱膨張率の違いに起因する熱応力が増大する。そし
て、この熱応力によりブランクの先端面に歪が生じる。
この歪量は５〜１０μｍのオーダで生じる。このためボ
ンディングツールに要求される表面の平坦性の条件を満
たすことができなくなる。図１０は、表面に反りを生じ
たボンディングツールのボンディング動作を示す構造図
である。半導体チップ１４の表面には多数のバンプ１６
とインナーリード１３との接合部が示されている。ブラ
ンクＡの表面に熱応力に起因する反りＲが発生すると、
ボンディング時にすべてのインナーリード１３表面に均
一に接触することができない。このため、インナーリー
ドと半導体チップのバンプ１６との共晶接合の不良が生
じるという問題があった。In recent years, semiconductor chips have been increasing in size due to multi-functionality and higher integration.
The realization of semiconductor chips of mm square or more is expected. As the size of the semiconductor chip increases, the bonding surface of the bonding tool also needs to be formed correspondingly. However, when the size of the blank is increased by increasing the bonding surface, the thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the shank and the blank increases. This thermal stress causes distortion on the leading end surface of the blank.
This distortion occurs on the order of 5 to 10 μm. For this reason, the surface flatness requirement required for the bonding tool cannot be satisfied. FIG. 10 is a structural diagram showing a bonding operation of a bonding tool having a warped surface. A large number of bumps 16 are formed on the surface of the semiconductor chip 14.
2 shows a joint between the inner lead 13 and the inner lead 13. When warpage R due to thermal stress occurs on the surface of blank A,
At the time of bonding, it is impossible to uniformly contact the surfaces of all the inner leads 13. For this reason, there has been a problem that eutectic bonding between the inner lead and the bump 16 of the semiconductor chip is defective.
【００１０】したがって、この発明は上記のような問題
点を解消するためになされたもので、熱応力に起因する
表面歪の低い、かつボンディング面の大型化が可能なボ
ンディングツールを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bonding tool which has a small surface distortion due to thermal stress and which can make a bonding surface large. Aim.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１ないし請求項１
９に係るボンディングツールは、工具先端部とシャンク
との間に少なくとも１層の応力緩和層を介在して接合さ
れている。工具先端部は、ＳｉまたはＳｉ３Ｎ４、Ｓｉ
Ｃ、ＡｌＮのいずれかを主成分とする焼結体またはこれ
らの複合体からなる基体に気相合成法で析出させた多結
晶ダイヤモンドを被覆したもの、あるいはダイヤモンド
単結晶、バインダレスｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結
体のいずれかから構成される。Means for Solving the Problems Claims 1 to 1
The bonding tool according to No. 9 is joined by interposing at least one stress relaxation layer between the tool tip and the shank. The tool tip is made of Si or Si 3 N 4 , Si
A sintered body containing any one of C and AlN or a base made of a composite of these bodies coated with polycrystalline diamond deposited by a vapor phase synthesis method, or a diamond single crystal, binderless cBN sintered body And a diamond sintered body.
【００１２】応力緩和層としては、室温から６００℃ま
での線膨張率が１０×１０-6／℃以下である材料、ある
いはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａのうちから選ばれた１種以
上の材料のいずれかから構成される。As the stress relaxation layer, a material having a coefficient of linear expansion from room temperature to 600 ° C. of 10 × 10 −6 / ° C. or less, or one or more materials selected from Au, Cu, Ag, and Ta It consists of either.
【００１３】応力緩和層を２層設ける場合には、第１の
層は室温から６００℃までの線膨張率が１０×１０-6／
℃以下である材料から構成され、第２の層がＡｕ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ｔａのうちから選ばれた１種以上の材料から
構成される。When two stress relaxation layers are provided, the first layer has a linear expansion coefficient from room temperature to 600 ° C. of 10 × 10 −6 /.
C. or lower, and the second layer is made of Au, C
u, Ag, and Ta.
【００１４】[0014]
【作用】応力緩和層は、シャンクと工具先端部との熱膨
張率の差に起因して、特に工具先端部に生じる熱応力を
緩和する。これにより、熱応力による工具先端部の表面
の歪を抑制する。The stress relieving layer relieves the thermal stress particularly generated at the tool tip due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the shank and the tool tip. Thereby, distortion of the surface of the tool tip due to thermal stress is suppressed.
【００１５】応力緩和層としてＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ
などの軟質の材料が用いられた場合には、この応力緩和
層が変形することによりシャンクと工具先端部との熱変
形量の差を吸収し熱応力を緩和する。Au, Cu, Ag, Ta as stress relaxation layers
When a soft material such as is used, the stress relaxation layer is deformed to absorb the difference in the amount of thermal deformation between the shank and the tip of the tool, thereby relaxing the thermal stress.
【００１６】また、応力緩和層が室温から６００℃まで
の線膨張率が１０×１０-6／℃以下の材料、すなわちシ
ャンクと工具先端部の各々の線膨張率の間にある材料を
用いた場合には、シャンクと応力緩和層および応力緩和
層と工具先端部との相対的な熱変形量を小さくすること
により、熱応力を緩和する。The stress relaxation layer is made of a material having a linear expansion coefficient from room temperature to 600 ° C. of 10 × 10 −6 / ° C. or less, that is, a material having a linear expansion coefficient between the shank and the tool tip. In this case, the thermal stress is reduced by reducing the relative thermal deformation between the shank, the stress relaxation layer, and the stress relaxation layer and the tool tip.
【００１７】特に、上記の各々の材料からなる２層の応
力緩和層を用いることにより、熱応力の吸収効果はより
増大する。In particular, the effect of absorbing thermal stress is further increased by using two stress relaxation layers made of each of the above materials.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、この発明の実施例を図を用いて説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１９】図１ないし図３および図５ないし図７はこ
の発明によるボンディングツールの断面構造図である。
また、図４および図８は、比較のために作成された従来
のボンディングツールの断面構造図である。FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 7 are sectional structural views of a bonding tool according to the present invention.
4 and 8 are cross-sectional structural views of a conventional bonding tool created for comparison.
【００２０】実施例１ 図１を参照して、ボンディングツールは工具先端部Ａ、
第１応力緩和層Ｂ１、第２応力緩和層Ｂ２およびシャン
ク４とを備える。工具先端部Ａは、マイクロ波プラズマ
法により、１辺２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ３ｍｍのＳｉ
Ｃ焼結体１ｂの上に膜厚５０μｍの気相合成ダイヤモン
ド１ａを被覆して構成されている。第１応力緩和層Ｂ１
は厚さ３ｍｍで線膨張率が４．２×１０-6／℃のＳｉＣ
焼結体２から構成されている。第２応力緩和層Ｂ２は膜
厚０．１ｍｍの９９．９９％のＡｕ３から構成されてい
る。シャンク４はＮｉ含有量２９％、Ｃｏ含有量１７％
のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）から構成されてい
る。工具先端部Ａと第１応力緩和層Ｂ１はＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金ろう材１０によって接合されている。また、第
１応力緩和層Ｂ１と第２応力緩和層Ｂ２は第１接合層Ｃ
１により接合されている。第１接合層Ｃ１は第１応力緩
和層Ｂ１側から順にＴｉ層７、Ｐｔ層８およびＡｕ層９
から構成されている。また、第２応力緩和層Ｂ２とシャ
ンク４とは第２接合層Ｃ２によって接合されている。第
２接合層Ｃ２は第２応力緩和層Ｂ２側から順にＡｕ層６
とＮｉ層５とから構成されている。Embodiment 1 Referring to FIG. 1, a bonding tool includes a tool tip A,
A first stress relaxing layer B1, a second stress relaxing layer B2, and a shank 4 are provided. The tool tip A is made of Si having a side of 20 mm × 20 mm and a thickness of 3 mm by a microwave plasma method.
It is constituted by coating a 50 μm-thick vapor-phase synthetic diamond 1a on a C sintered compact 1b. First stress relaxation layer B1
Is SiC having a thickness of 3 mm and a coefficient of linear expansion of 4.2 × 10 −6 / ° C.
It is composed of a sintered body 2. The second stress relaxation layer B2 is made of 99.99% Au3 having a thickness of 0.1 mm. Shank 4 has 29% Ni content and 17% Co content
Fe-Ni-Co alloy (Kovar). The tool tip A and the first stress relaxation layer B1 are made of Ag-Cu-
They are joined by a Ti alloy brazing material 10. Further, the first stress relieving layer B1 and the second stress relieving layer B2 are
1 are joined. The first bonding layer C1 includes a Ti layer 7, a Pt layer 8, and an Au layer 9 in this order from the first stress relaxation layer B1 side.
It is composed of Further, the second stress relaxation layer B2 and the shank 4 are joined by the second joining layer C2. The second bonding layer C2 is formed of the Au layer 6 sequentially from the second stress relaxation layer B2 side.
And the Ni layer 5.
【００２１】図１に示すボンディングツールは以下の手
順で作製された。 （１） シャンク４の表面に拡散防止層として１μｍ厚
さのＮｉ層５を形成し、さらにその表面上に３μｍ厚さ
のＡｕ層６を被覆し、第２応力緩和層Ｂ２のＡｕ層３と
熱圧着により接合した。The bonding tool shown in FIG. 1 was manufactured in the following procedure. (1) A Ni layer 5 having a thickness of 1 μm is formed on the surface of the shank 4 as a diffusion preventing layer, and an Au layer 6 having a thickness of 3 μm is further coated on the surface thereof. It joined by thermocompression bonding.
【００２２】（２） 第１応力緩和層Ｂ１のＳｉＣ焼結
体２の表面に接合強化層としてＴｉ層７を膜厚１０００
Å形成し、さらにその表面上に拡散防止層としてＰｔ層
８を膜厚３０００Åに、さらにその表面上にＡｕ層９を
膜厚３μｍに被覆し、第２応力緩和層Ｂ２のＡｕ層３と
熱圧着により接合した。(2) On the surface of the SiC sintered body 2 of the first stress relaxation layer B1, a Ti layer 7 having a thickness of 1000 is formed as a bonding reinforcing layer.
The Pt layer 8 is formed on the surface thereof as a diffusion preventing layer to a thickness of 3000 mm, and the Au layer 9 is further coated on the surface thereof to a thickness of 3 μm. Bonded by crimping.
【００２３】（３） 工具先端部ＡのＳｉＣ焼結体１と
第１応力緩和層Ｂ１のＳｉＣ焼結体２とＡｇ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金ろう材１０により真空中で８７０℃でろう付け接
合した。(3) The SiC sintered body 1 of the tool tip A, the SiC sintered body 2 of the first stress relaxation layer B1, and Ag-Cu-T
The brazing was performed at 870 ° C. in a vacuum with the i-alloy brazing material 10.
【００２４】（４） 接合後、工具先端面Ａの多結晶ダ
イヤモンド層１ａをラッピングすることにより鏡面仕上
を行ない、常温での平坦度が１μｍ以内、面粗さでＲｍ
ａｘ０．０４μｍのボンディングツールを作製した。(4) After bonding, a mirror finish is performed by lapping the polycrystalline diamond layer 1a on the tool tip surface A, so that the flatness at room temperature is within 1 μm and the surface roughness is Rm.
An ax0.04 μm bonding tool was produced.
【００２５】また、変形例として、図２および図３に示
すボンディングツールを作製した。図２に示すボンディ
ングツールは、図１に示すボンディングツールに対し
て、応力緩和層としてＡｕ層３からなる第２応力緩和層
Ｂ２のみから構成されている。また、図３に示すボンデ
ィングツールは、図１に示すボンディングツールに対し
て、応力緩和層としてＳｉＣ焼結体２からなる第１応力
緩和層Ｂ１のみを設けたものである。さらに、比較のた
めに、図４に示すように応力緩和層を全く設けていない
ボンディングツールを作製した。As a modification, a bonding tool shown in FIGS. 2 and 3 was manufactured. The bonding tool shown in FIG. 2 is different from the bonding tool shown in FIG. 1 only in the second stress relaxation layer B2 made of the Au layer 3 as a stress relaxation layer. The bonding tool shown in FIG. 3 is different from the bonding tool shown in FIG. 1 in that only the first stress relaxation layer B1 made of the SiC sintered body 2 is provided as a stress relaxation layer. Further, for comparison, a bonding tool having no stress relaxation layer was prepared as shown in FIG.
【００２６】図１ないし図４に示す４種類のボンディン
グツールに対し、各々温度６００℃でのボンディング面
の平坦度を測定した。表１は４種類のボンディングツー
ルのボンディング面の平坦度を示している。The flatness of the bonding surface at a temperature of 600 ° C. was measured for each of the four types of bonding tools shown in FIGS. Table 1 shows the flatness of the bonding surface of the four types of bonding tools.
【００２７】[0027]
【表１】 [Table 1]
【００２８】表１に示されるように、高温時の平坦度は
応力緩和層を２層設けたものが最もよい結果を示してい
る。また、図４に示す応力緩和層を設けていないボンデ
ィングツールは、ボンディング面の平坦度の温度変化が
大きく、ボンディングツールとしては使用できなかっ
た。As shown in Table 1, the flatness at a high temperature shows the best result when two stress relaxation layers are provided. Further, the bonding tool without the stress relaxation layer shown in FIG. 4 had a large temperature change in the flatness of the bonding surface, and could not be used as a bonding tool.
【００２９】実施例２ 図５を参照して、ボンディングツールは図１の場合と同
様に、工具先端部Ａ、第１応力緩和層Ｂ１、第２応力緩
和層Ｂ２およびシャンク４とから構成されている。工具
先端部Ａは１辺が８ｍｍ×８ｍｍ、厚さ２ｍｍの合成ダ
イヤモンド単結晶１ｃから構成される。第１応力緩和層
Ｂ１は厚さ３ｍｍで線膨張率が６．０×１０-6／℃のモ
リブデン２０から構成される。また、第２応力緩和層Ｂ
２は、厚さ０．５ｍｍの９９．９９％のＣｕ層３０から
構成される。さらに、シャンク４はＮｉ３６％のＦｅ−
Ｎｉ合金（インバー合金）から構成される。工具先端部
Ａと第１応力緩和層Ｂ１は接合層Ｃ４により接合され
る。接合層Ｃ４は、合成ダイヤモンド単結晶１ｃの表面
を被覆するＴｉ層７と、その表面を被覆するＰｔ層８
と、さらにＰｔ層８の表面とＭｏ層の表面とを接合する
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材１０とから構成される。ま
た、第１応力緩和層Ｂ１と第２応力緩和層Ｂ２とシャン
ク４とは各々Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材１０によって
接合されている。Embodiment 2 Referring to FIG. 5, the bonding tool includes a tool tip A, a first stress relieving layer B1, a second stress relieving layer B2, and a shank 4 as in the case of FIG. I have. The tool tip A is composed of a synthetic diamond single crystal 1c having a side of 8 mm × 8 mm and a thickness of 2 mm. The first stress relaxation layer B1 is made of molybdenum 20 having a thickness of 3 mm and a coefficient of linear expansion of 6.0 × 10 −6 / ° C. Further, the second stress relaxation layer B
2 comprises a 99.99% Cu layer 30 having a thickness of 0.5 mm. Further, the shank 4 is made of Ni-36% Fe-
It is composed of a Ni alloy (Invar alloy). The tool tip A and the first stress relieving layer B1 are joined by a joining layer C4. The bonding layer C4 includes a Ti layer 7 covering the surface of the synthetic diamond single crystal 1c and a Pt layer 8 covering the surface.
And an Ag-Cu-Ti alloy brazing material 10 for joining the surface of the Pt layer 8 and the surface of the Mo layer. Further, the first stress relaxation layer B1, the second stress relaxation layer B2, and the shank 4 are respectively joined by the Ag-Cu-Ti alloy brazing material 10.
【００３０】図５に示されるようなボンディングツール
を以下の手順で作製した。 （１） 工具先端部Ａには接合強化層としてＴｉ層７を
膜厚５００Å形成し、さらにその表面にＮｉ層８を膜厚
３μｍ被覆し、ろう付けの下地処理を行なった。A bonding tool as shown in FIG. 5 was manufactured in the following procedure. (1) On the tool tip A, a Ti layer 7 having a thickness of 500 .ANG. Was formed as a bonding reinforcing layer, and a Ni layer 8 was coated on the surface with a thickness of 3 .mu.m, and a brazing base treatment was performed.
【００３１】（２） シャンク材４、第１応力緩和層の
Ｍｏ層２０、第２応力緩和層のＣｕ層３０および下地処
理を施した工具先端部Ａを各々Ａｕ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろ
う材１０により８７０℃の真空中でろう付け接合をし
た。(2) The shank material 4, the Mo layer 20 as the first stress relaxation layer, the Cu layer 30 as the second stress relaxation layer, and the tool tip A subjected to the base treatment are each made of an Au-Cu-Ti alloy brazing material 10. By soldering in a vacuum at 870 ° C.
【００３２】（３） 接合後、工具先端部Ａの合成ダイ
ヤモンド単結晶層１ｃ表面をラッピングすることによっ
て鏡面仕上を行ない、常温での平坦度が１μｍ以内、面
粗さがＲｍａｘ０．０４μｍのボンディングツールを作
製した。(3) After bonding, a mirror finish is performed by lapping the surface of the synthetic diamond single crystal layer 1c at the tool tip A, and a bonding tool having a flatness at room temperature of 1 μm or less and a surface roughness of Rmax 0.04 μm. Was prepared.
【００３３】また、変形例として図６および図７に示す
ボンディングツールを作製した。図６に示すボンディン
グツールは、図５に示すボンディングツールに対してＭ
ｏ層２０からなる第１応力緩和層を省略し、Ｃｕ層３０
からなる第２応力緩和層Ｂ２のみを設けたものである。
また、図７に示すボンディングツールは図５に示すボン
ディングツールに対してＭｏ層２０からなる第１応力緩
和層のみを設けたものである。さらに、比較のために図
８に示す応力緩和層を全く設けていないボンディングツ
ールを作製した。そして、以上の４種類のボンディング
ツールに対し、各々温度６００℃に昇温した場合のボン
ディング面の平坦度を測定した。表２にその平坦度の測
定結果が示される。As a modification, a bonding tool shown in FIGS. 6 and 7 was manufactured. The bonding tool shown in FIG. 6 is different from the bonding tool shown in FIG.
The first stress relaxation layer consisting of the o layer 20 is omitted, and the Cu layer 30
Only the second stress relaxation layer B2 made of
Further, the bonding tool shown in FIG. 7 is different from the bonding tool shown in FIG. 5 in that only the first stress relaxation layer composed of the Mo layer 20 is provided. Further, for comparison, a bonding tool shown in FIG. 8 having no stress relaxation layer was manufactured. Then, the flatness of the bonding surface when the temperature was raised to 600 ° C. was measured for each of the above four types of bonding tools. Table 2 shows the measurement results of the flatness.
【００３４】[0034]
【表２】 [Table 2]
【００３５】表２からわかるように、図５に示す応力緩
和層を２層設けたものが最も平坦な表面を有している。
また、図８に示す応力緩和層を設けないボンディングツ
ールは、表面平坦度の温度変化が大きく、ボンディング
ツールとしては使用できなかった。As can be seen from Table 2, the one provided with the two stress relaxation layers shown in FIG. 5 has the flattest surface.
Further, the bonding tool without the stress relaxation layer shown in FIG. 8 had a large temperature change in surface flatness, and could not be used as a bonding tool.
【００３６】このように、この発明によるボンディング
ツールは、工具先端部Ａと第１応力緩和層Ｂ１、第２応
力緩和層Ｂ２のいずれか一方またはその両者と、シャン
ク４とを備えている。第１応力緩和層Ｂ１は、工具先端
部Ａのブランク材（線膨張係数３〜６×１０-6／℃）と
シャンク材（線膨張係数１０〜２０×１０-6／℃）の中
間程度かあるいはブランク材と同等の線膨張率（１０×
１０-6／℃）以下の材料で構成される。そして、その厚
みは０．３〜５．０ｍｍの範囲が好ましい。厚みが０．
３ｍｍ以下では応力緩和の効果が顕著に現われない。ま
た、５．０ｍｍ以上では経済的な問題や設計上の問題が
生じる。As described above, the bonding tool according to the present invention includes the tool tip A, one or both of the first stress relieving layer B1 and the second stress relieving layer B2, and the shank 4. The first stress relieving layer B1 is in the middle of the blank (coefficient of linear expansion 3-6 × 10 −6 / ° C.) and the shank (coefficient of linear expansion 10-20 × 10 −6 / ° C.) of the tool tip A. Alternatively, the linear expansion coefficient (10 ×
10 -6 / ° C) or less. And the thickness is preferably in the range of 0.3 to 5.0 mm. The thickness is 0.
If it is 3 mm or less, the effect of stress relaxation is not remarkably exhibited. In addition, if it is 5.0 mm or more, an economic problem or a design problem occurs.
【００３７】第２応力緩和層は軟質の金属から構成され
る。すなわち、ヤング率の小さい材料を採用することに
より、熱歪によって生じる熱応力を小さくすることがで
きる。また、厚みは０．０５〜１ｍｍの範囲が好まし
い。あまり薄い場合には、効果が現われず、また厚すぎ
る場合には経済的な問題などが発生する。The second stress relaxation layer is made of a soft metal. That is, by using a material having a small Young's modulus, thermal stress caused by thermal strain can be reduced. Further, the thickness is preferably in the range of 0.05 to 1 mm. If the thickness is too thin, no effect is exhibited, and if it is too thick, an economic problem occurs.
【００３８】また、工具先端部Ａ、第１および第２応力
緩和層Ｂ１、Ｂ２およびシャンク４の接合には各層を構
成する材料に応じてこれらの材料と反応性に富んだ元素
をろう材に添加して接合する必要がある。このため、上
記の実施例１および実施例２では主に３つの接合方法が
示されている。For joining the tool tip A, the first and second stress relieving layers B1, B2 and the shank 4, an element rich in reactivity with these materials is added to the brazing material according to the material constituting each layer. It is necessary to add and join. For this reason, the first and second embodiments mainly show three joining methods.
【００３９】（１） 第１の方法は、周期律表ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族元素の少なくとも１種以上か
らなる合金のろう材を使用して接合する。(1) The first method is to use the periodic table IVa,
The joining is performed by using a brazing material of an alloy comprising at least one of Va, VIa, and VIIa elements.
【００４０】（２） 第２の方法は、工具先端部Ａや第
１および第２応力緩和層Ｂ１、Ｂ２の接合表面に、周期
律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族元素のうち少な
くとも１種以上からなる金属あるいは合金、またはこれ
ら元素の化合物からなる薄膜を被覆し、さらにその表面
に周期律表第ＶＩＩＩ族、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの１
種以上からなる薄膜を被覆して酸化防止層を形成する。
その後６００℃以上の融点を有するろう材を用いてろう
付け接合を行なう。(2) In the second method, at least one element selected from the group IVa, Va, VIa, and VIIa elements of the periodic table is provided on the tool tip A and the joining surfaces of the first and second stress relaxation layers B1 and B2. A thin film made of a metal or alloy composed of the above or a compound of these elements is coated, and the surface thereof is coated with one of Group VIII of the periodic table, Cu, Ag, or Au.
An antioxidant layer is formed by coating a thin film of at least one species.
Thereafter, brazing is performed using a brazing material having a melting point of 600 ° C. or more.
【００４１】（３） 第３の方法は、工具先端部Ａ、第
１および第２応力緩和層Ｂ１、Ｂ２およびシャンク４の
接合表面に周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族
元素のうち少なくとも１種以上からなる合金またはこれ
らの化合物からなる薄膜を接着強化層として被覆する。
さらに、その表面に拡散防止層としてＰｔ、Ｐｄ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉの少なくとも１種以上からなる金属あ
るいは合金の薄膜を形成する。そして、このような下地
処理が施された後、Ａｕを用いた熱圧着法によって接合
する。(3) The third method is to apply at least one of the elements of the periodic table IVa, Va, VIa, and VIIa to the joining surface of the tool tip A, the first and second stress relaxation layers B1, B2 and the shank 4. An alloy composed of one or more kinds or a thin film composed of these compounds is coated as an adhesion reinforcing layer.
Further, Pt, Pd, W,
A metal or alloy thin film made of at least one of Mo, Ta, and Ni is formed. Then, after such a base treatment is performed, bonding is performed by a thermocompression bonding method using Au.
【００４２】また、工具先端部Ａのブランク材にはＳｉ
またはＳｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＡｌＮのいずれかを主成分
とする焼結体またはこれらの複合体を基体とする気相合
成ダイヤモンド、あるいはダイヤモンド単結晶、ダイヤ
モンド焼結体、バインダレスｃＢＮ焼結体などが用いら
れる。The blank material at the tool tip A is made of Si.
Alternatively, a vapor-phase synthetic diamond having a sintered body containing any one of Si 3 N 4 , SiC and AlN as a main component or a composite thereof, or a diamond single crystal, a diamond sintered body, a binderless cBN sintered body Are used.
【００４３】また、シャンク材としてはコバール、イン
コネル、インバー合金、ステンレス鋼、Ｍｏ、Ｗ、Ｗ−
Ｃｕ合金、Ｗ−Ｎｉ合金、超硬合金などが用いられる。As shank materials, Kovar, Inconel, Invar alloy, stainless steel, Mo, W, W-
Cu alloy, W-Ni alloy, cemented carbide, etc. are used.
【００４４】[0044]
【発明の効果】このように、この発明によるボンディン
グツールは、ボンディング面が形成された工具先端部と
シャンクとの間に少なくとも１層以上の応力緩和層を設
けたことにより、シャンクと工具先端部との熱膨張係数
の相違に起因する熱応力を応力緩和層が緩和することに
よってボンディング動作時の高温度下におけるボンディ
ング面の熱歪を低下させ、大型化した半導体チップへの
ボンディング作業を良好に行なわすことができる。As described above, according to the bonding tool of the present invention, at least one stress relaxation layer is provided between the shank and the tool tip where the bonding surface is formed. The stress relaxation layer relaxes the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient from the thermal expansion coefficient, thereby lowering the thermal strain on the bonding surface at high temperatures during the bonding operation, and improving the bonding operation to a large-sized semiconductor chip. Can be done.
【図１】この発明のボンディングツールの第１の例を示
す断面構造図である。FIG. 1 is a sectional structural view showing a first example of a bonding tool according to the present invention.
【図２】この発明によるボンディングツールの第２の例
を示す断面構造図である。FIG. 2 is a sectional structural view showing a second example of the bonding tool according to the present invention.
【図３】この発明によるボンディングツールの第３の例
を示す断面構造図である。FIG. 3 is a sectional structural view showing a third example of a bonding tool according to the present invention.
【図４】従来のボンディングツールの一例を示す断面構
造図である。FIG. 4 is a sectional structural view showing an example of a conventional bonding tool.
【図５】この発明によるボンディングツールの第４の例
を示す断面構造図である。FIG. 5 is a sectional structural view showing a fourth example of the bonding tool according to the present invention.
【図６】この発明によるボンディングツールの第５の例
を示す断面構造図である。FIG. 6 is a sectional structural view showing a fifth example of the bonding tool according to the present invention.
【図７】この発明によるボンディングツールの第６の例
を示す断面構造図である。FIG. 7 is a sectional structural view showing a sixth example of the bonding tool according to the present invention.
【図８】従来のボンディングツールの一例を示す断面構
造図である。FIG. 8 is a sectional view showing an example of a conventional bonding tool.
【図９】ＴＡＢ方式のボンディング装置のボンディング
動作を示す装置構造図である。FIG. 9 is an apparatus structure diagram showing a bonding operation of a TAB bonding apparatus.
【図１０】熱歪の生じたボンディングツールのボンディ
ング作業状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a bonding operation state of a bonding tool in which thermal distortion has occurred.
４ シャンク Ａ 工具先端部 Ｂ１ 第１応力緩和層 Ｂ２ 第２応力緩和層 Ｃ１ 第１接合層 Ｃ２ 第２接合層 Ｃ３ 第３接合層 4 Shank A Tool tip B1 First stress relieving layer B2 Second stress relieving layer C1 First bonding layer C2 Second bonding layer C3 Third bonding layer
Claims (19)
る硬質物質のいずれかを工具先端部とし、前記工具先端
部が少なくとも１層以上の応力緩和層を介在してシャン
クと接続されていることを特徴とする、ボンディングツ
ール。1. A tool tip made of either diamond or a hard substance containing cBN as a main component, wherein the tool tip is connected to a shank via at least one stress relaxation layer. A bonding tool.
４、ＳｉＣ、ＡｌＮのいずれかを主成分とする焼結体ま
たはこれらの複合体からなる基体上に気相合成法で析出
させた多結晶ダイヤモンドを被覆した積層体、ダイヤモ
ンド単結晶、バインダレスｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド
焼結体のいずれか１つから構成される、請求項１記載の
ボンディングツール。2. The method according to claim 1, wherein the tool tip is made of Si or Si 3 N.
4. Laminated body coated with polycrystalline diamond deposited on a sintered body containing SiC or AlN as a main component or a composite of these bodies by a vapor phase synthesis method, diamond single crystal, binderless cBN The bonding tool according to claim 1, wherein the bonding tool is formed of any one of a sintered body and a diamond sintered body.
での線膨張率が１０×１０-6／℃以下である材料からな
る、請求項１または請求項２記載のボンディングツー
ル。3. The bonding tool according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is made of a material having a linear expansion coefficient from room temperature to 600 ° C. of 10 × 10 −6 / ° C. or less.
０ｍｍである、請求項３記載のボンディングツール。4. A method according to claim 1, wherein said stress relaxation layer has a thickness of 0.3-5.
The bonding tool according to claim 3, which is 0 mm.
Ｔａのうちから選ばれる少なくとも１つの材料から構成
される、請求項１または請求項２のいずれかに記載のボ
ンディングツール。5. The method according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is made of Au, Cu, Ag,
The bonding tool according to claim 1, wherein the bonding tool is made of at least one material selected from Ta.
ｍｍである、請求項５記載のボンディングツール。6. The stress relaxation layer has a thickness of 0.05 to 1
The bonding tool according to claim 5, wherein the thickness is in mm.
での線膨張率が１０×１０-6／℃以下である材料から構
成される第１の層と、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａのうちか
ら選ばれた少なくとも１種類の材料から構成される第２
の層とを含む、請求項１または請求項２のいずれかに記
載のボンディングツール。7. A stress relaxation layer comprising: a first layer made of a material having a coefficient of linear expansion from room temperature to 600 ° C. of 10 × 10 −6 / ° C. or less, and a first layer made of Au, Cu, Ag, and Ta. A second composed of at least one material selected from the group consisting of
The bonding tool according to claim 1, further comprising:
が、０．３〜５．０ｍｍである、請求項７記載のボンデ
ィングツール。8. The bonding tool according to claim 7, wherein a thickness of the first layer of the stress relaxation layer is 0.3 to 5.0 mm.
０５〜１ｍｍである、請求項７記載のボンディングツー
ル。9. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second layer of the stress relaxation layer is 0.5.
The bonding tool according to claim 7, wherein the thickness is from 0.5 to 1 mm.
び／または前記シャンクと前記応力緩和層との接合が、
６００℃以上の融点を有するろう材により行なわれてい
る、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のボンデ
ィングツール。10. The joining between the tool tip and the stress relieving layer and / or the shank and the stress relieving layer,
The bonding tool according to claim 1, wherein the bonding tool is performed with a brazing material having a melting point of 600 ° C. or more.
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族元素のうち少なくとも１種以上
を含む合金である、請求項１０記載のボンディングツー
ル。11. The brazing material according to claim 1, wherein the periodic table IVa, V
The bonding tool according to claim 10, wherein the bonding tool is an alloy containing at least one of a, VIa, and VIIa group elements.
律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族元素の少なく
とも１種以上からなる金属あるいは合金、またはこれら
元素の化合物からなる薄膜と、周期律表第ＶＩＩＩ族、
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうちの１種以上からなる薄膜とがこ
の順番で被覆された被覆層が形成されており、 前記工具先端部は、前記被覆層を介在して６００℃以上
の融点を有するろう材によって前記応力緩和層と接合さ
れている、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の
ボンディングツール。12. A bonding surface of the tool tip portion includes a metal or alloy composed of at least one of Group IVa, Va, VIa and VIIa elements, or a thin film composed of a compound of these elements. Ritsuyo Group VIII,
A coating layer is formed by coating a thin film made of one or more of Cu, Ag, and Au in this order, and the tool tip has a melting point of 600 ° C. or more with the coating layer interposed therebetween. The bonding tool according to claim 1, wherein the bonding tool is joined to the stress relaxation layer by a brazing material.
び／または前記応力緩和層と前記シャンクとの接合が、
熱圧着により形成された金により行なわれている、請求
項１ないし請求項９のいずれかに記載のボンディングツ
ール。13. The joining between the tool tip and the stress relieving layer and / or the stress relieving layer and the shank,
The bonding tool according to claim 1, wherein the bonding tool is performed by gold formed by thermocompression bonding.
ャンクの接合表面には、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩ
ａ、ＶＩＩａ族元素の少なくとも１種以上からなる合
金、またはこれら元素の化合物からなる接着強化層が形
成され、さらに前記接着強化層の表面には、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉのうちから選ばれた少なくと
も１種以上からなる金属あるいは合金の拡散防止層が形
成されている、請求項１３記載のボンディングツール。14. The periodic table IVa, Va, VI may be provided on the tool tip and / or the joining surface of the shank.
a, an adhesion reinforcing layer made of at least one or more of Group VIIa elements, or an adhesion reinforcing layer made of a compound of these elements is formed, and Pt, P
14. The bonding tool according to claim 13, wherein a diffusion prevention layer of a metal or an alloy made of at least one selected from d, W, Mo, Ta, and Ni is formed.
一部が、コバール、インコネル、インバー合金、ステン
レス鋼、Ｍｏ、Ｗ、Ｗ−Ｃｕ合金、Ｗ−Ｎｉ合金、超硬
合金のうちから選ばれたいずれか１つからなる、請求項
１ないし請求項１４のいずれかに記載のボンディングツ
ール。15. The shank, at least a part of which on a joining side is selected from Kovar, Inconel, Invar alloy, stainless steel, Mo, W, W—Cu alloy, W—Ni alloy, and cemented carbide. The bonding tool according to any one of claims 1 to 14, wherein the bonding tool comprises any one of the tools.
第２の層との接合が、６００℃以上の融点を有するろう
材により行なわれている、請求項７ないし請求項９のい
ずれかに記載のボンディングツール。16. The method according to claim 7, wherein the joining of the first layer and the second layer of the stress relaxation layer is performed by using a brazing material having a melting point of 600 ° C. or more. A bonding tool according to any of the above.
ａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族元素のうち少なくとも１種以上
を含む合金である、請求項１６記載のボンディングツー
ル。17. The brazing material according to claim 1, wherein the brazing material comprises a periodic table IVa, V
17. The bonding tool according to claim 16, wherein the bonding tool is an alloy containing at least one of a, VIa, and VIIa group elements.
第２の層との接合が、熱圧着により形成された金により
行なわれている、請求項７ないし請求項９のいずれかに
記載のボンディングツール。18. The method according to claim 7, wherein the bonding of the first layer and the second layer of the stress relaxation layer is performed by gold formed by thermocompression bonding. The bonding tool described.
律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族元素の少なくと
も１種以上からなる合金、またはこれら元素の化合物か
らなる接着強化層が形成され、さらに前記接着強化層の
表面には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉのうちか
ら選ばれた少なくとも１種以上からなる金属あるいは合
金の拡散防止層が形成されている、請求項１８記載のボ
ンディングツール。19. An adhesion strengthening layer made of an alloy comprising at least one element from the group IVa, Va, VIa, and VIIa of the periodic table, or a compound of these elements, is formed on the joint surface of the stress relaxation layer; 19. The diffusion prevention layer of a metal or alloy made of at least one selected from Pt, Pd, W, Mo, Ta, and Ni on the surface of the adhesion reinforcing layer. Bonding tool.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101740964B1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-05-31 | 한국과학기술연구원 | Bonding tool and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0567651A (en) | 1993-03-19 |
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