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JP3286448B2 - Thermocompression bonding tool, semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3286448B2 - Thermocompression bonding tool, semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Thermocompression bonding tool, semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

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JP3286448B2
JP3286448B2 JP00652094A JP652094A JP3286448B2 JP 3286448 B2 JP3286448 B2 JP 3286448B2 JP 00652094 A JP00652094 A JP 00652094A JP 652094 A JP652094 A JP 652094A JP 3286448 B2 JP3286448 B2 JP 3286448B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】熱圧着法は、めっきされた被接合
部材どうしをボンディングツールを用いて加圧および加
熱する接合方法であり、半導体チップのリードとリード
フレームとの接続、あるいは半導体装置の基板実装に幅
広く用いられている。本発明は、熱圧着用ボンディング
ツールのヘッド構造並びに材質に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The thermocompression bonding method is a bonding method in which plated members to be bonded are pressurized and heated using a bonding tool, and is used for connection between a lead of a semiconductor chip and a lead frame or for a semiconductor device. Widely used for substrate mounting. The present invention relates to a head structure and a material of a bonding tool for thermocompression bonding.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱圧着法では、2種の金属が固相の状態
で接合される固相接合と、液相で接合される液相接合と
がある。
2. Description of the Related Art In a thermocompression bonding method, there are a solid phase joining in which two kinds of metals are joined in a solid phase state and a liquid phase joining in which a liquid phase is joined.

【0003】固相接合は、Au-Au、Au-Ag等の融点の高い
金属でめっきされた部材を、ボンディングツールで加圧
しながら、前記融点より低い温度(300〜500℃)で加熱
して接合させる方法である。該部材は、加圧されると表
面酸化皮膜や汚染膜が破壊され、純粋な金属面を露出さ
せて接合される。
[0003] In the solid-phase bonding, a member plated with a metal having a high melting point such as Au-Au or Au-Ag is heated at a temperature lower than the melting point (300 to 500 ° C) while pressing with a bonding tool. It is a method of joining. When the members are pressurized, the surface oxide film and the contaminant film are destroyed, and the members are joined while exposing a pure metal surface.

【0004】液相接合は、Au-Snのような比較的低融点
の液相を形成するめっき組合せの部材を加熱しながら加
圧する。そして、該部材は、接合界面にできた液相によ
り、表面酸化皮膜や汚染膜が取り除かれ、反応層が形成
されて接合される。
In liquid phase bonding, a member of a plating combination that forms a liquid phase having a relatively low melting point, such as Au-Sn, is pressed while being heated. The surface oxide film and the contaminant film are removed by the liquid phase formed at the joint interface, and the members are joined by forming a reaction layer.

【0005】前記液相接合では、ツールが備えるヘッド
の加圧面と被接合部材の融体との濡れ性および反応性が
問題になる。金属材料で構成されているヘッドを使用す
る場合、該ヘッドは、融体との濡れ性および反応性が高
いため、融体がヘッドの加圧面に付着する。そのため、
接合終了時に、融体を介して被接合部材が引っぱられ、
悪影響を与える。また、加圧面に融体が付着することに
より、加圧面の温度分布や加圧力が不均一になるという
弊害が生じる。したがって、定期的に加圧面をクリーニ
ング(研磨)しなければならない。
In the liquid phase bonding, wettability and reactivity between the pressurized surface of the head provided in the tool and the melt of the member to be bonded pose a problem. When a head made of a metal material is used, since the head has high wettability and reactivity with the melt, the melt adheres to the pressing surface of the head. for that reason,
At the end of joining, the members to be joined are pulled through the melt,
Has a negative effect. Further, since the melt adheres to the pressing surface, there is a problem that the temperature distribution and the pressing force on the pressing surface become non-uniform. Therefore, the pressing surface must be periodically cleaned (polished).

【0006】融体付着によるヘッド加圧面の汚染を防止
する方法としては、融体との濡れ性が悪い非金属材料を
ヘッド部分に用いる方法がある。該ヘッド部分の材料
は、一般的には熱伝導率が非常に高いダイヤモンドが使
用され、その中でも比較的安価な焼結ダイヤモンドがよ
く使用されている。この場合、金属ヘッドに比べると加
圧面は汚染されにくい。しかし、該焼結ダイヤモンド
は、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)といった金属材
料を主成分とする焼結助材を多く含んでいる。そのた
め、ボンディング回数が増すにつれて、この焼結助材が
欠け落ち、その部分に融体が入り込み加圧面が劣化す
る。この問題を解決するために、最近では、焼結助材を
使用せずに、気相合成法により生成される単結晶ダイヤ
モンドをヘッド材料に用いる特開平2ー224349号
および特開平3ー191538号公報記載の方法が考案
されている。また、セラミックスをヘッド材料に用いた
り、金属材料から構成されるヘッドの加圧面に非金属材
料の薄膜を形成させた特開平4-114440号公報記
載のボンディングツールが考案されている。
As a method of preventing contamination of the head pressing surface due to adhesion of the melt, there is a method of using a nonmetal material having poor wettability with the melt for the head portion. Generally, diamond having a very high thermal conductivity is used as the material of the head portion, and among them, relatively inexpensive sintered diamond is often used. In this case, the pressurized surface is less likely to be contaminated than a metal head. However, the sintered diamond contains a large amount of a sintering aid mainly composed of a metal material such as molybdenum (Mo) and cobalt (Co). For this reason, as the number of times of bonding increases, the sintering aid is chipped off, a melt enters the portion, and the pressing surface deteriorates. In order to solve this problem, recently, JP-A-2-224349 and JP-A-3-191538 using a single crystal diamond produced by a vapor phase synthesis method as a head material without using a sintering aid have been recently used. A method described in the gazette has been devised. Further, a bonding tool described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-114440 has been devised in which a ceramic is used as a head material, or a thin film of a nonmetallic material is formed on a pressing surface of a head made of a metal material.

【0007】しかし、前述した融体付着による接合不良
を防止するためのヘッド材料には、融体との反応性およ
び濡れ性の悪い非金属材料(ダイヤモンド、BN、等)が
用いられているため、シャンクおよびヘッド材料の熱膨
張係数をはじめとする物性値の違いにより加圧面が反
り、平坦度が悪くなる。一般に、非金属材料の熱膨張係
数は金属材料に比べて小さい。このような場合、加圧面
は凹形に反ってしまう。加圧面が反ると、ヘッドと被接
合部材との平行度がずれてしまう。該平行度のずれは、
被接合部材の厚さのばらつきとの相乗効果で、ツールの
片当たりの原因となる。ツールの片当たりは、加圧力を
均等に伝えることができないので、接合度の信頼性が低
下する。
However, a non-metallic material (diamond, BN, etc.) having low reactivity with the melt and poor wettability is used as a head material for preventing the above-described bonding failure due to the adhesion of the melt. The pressurized surface warps due to the difference in physical properties including the thermal expansion coefficient of the shank and the head material, and the flatness deteriorates. Generally, the coefficient of thermal expansion of a nonmetallic material is smaller than that of a metal material. In such a case, the pressing surface warps in a concave shape. If the pressing surface warps, the parallelism between the head and the member to be joined will be deviated. The deviation of the parallelism is
The synergistic effect with the variation in the thickness of the members to be joined causes the one-sided contact of the tool. Since the pressing force cannot be transmitted evenly at one end of the tool, the reliability of the joining degree decreases.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ヘッドと被接合部材の
平行度を得るための手段として、特開平4−27345
4号公報記載のボンディング工具がある。
As means for obtaining the degree of parallelism between the head and the member to be joined, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-27345 has been proposed.
No. 4 discloses a bonding tool.

【0009】該ボンディング工具は、シャンクがツール
材を上下運動可能に保持し、片当たりを抑えている。し
かし、ツール材とシャンクのあいだに空間が存在してい
るので、シャンクの加圧力およびヒータの熱がツール材
にうまく伝わらないということが考えられる。
[0009] In the bonding tool, the shank holds the tool material so as to be able to move up and down, and suppresses one-sided contact. However, since there is a space between the tool material and the shank, it is conceivable that the pressing force of the shank and the heat of the heater are not well transmitted to the tool material.

【0010】また、シャンクの加圧力およびヒータの熱
を伝えるために、保持機構本体と取付軸のあいだに弾性
体を備えている特開平4−243144号公報記載のボ
ンディング用ヘッド保持機構がある。しかし、この弾性
体は、取付軸の全体を覆っているため、かなりの容量が
必要になるものと考えられる以上の問題を鑑み、本発明
の目的は、融体がヘッドに付着することなく、加圧面の
片当りを最小限に抑える熱圧着用ボンディングツールを
提供することにある。
Further, there is a bonding head holding mechanism described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-243144 in which an elastic body is provided between the holding mechanism main body and the mounting shaft for transmitting the pressing force of the shank and the heat of the heater. However, since this elastic body covers the entire mounting shaft, in view of the problem that is considered to require a considerable capacity, the object of the present invention is to prevent the melt from adhering to the head, An object of the present invention is to provide a bonding tool for thermocompression bonding that minimizes contact of a pressing surface.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の熱圧着用ボンデ
ィングツールでは、すず(Sn)やはんだ等の金属との濡
れ性が悪いセラミックス等の非金属材料をヘッド材料と
して用いている。
In the bonding tool for thermocompression bonding of the present invention, a non-metallic material such as ceramics having poor wettability with metals such as tin (Sn) and solder is used as a head material .

【0012】また、ヘッドがシャンクから脱着可能なツ
ールについては、シャンクとヘッドの間に熱伝導性の高
い、弾性を有する中間材を設けている。
For a tool whose head can be detached from the shank, an elastic intermediate material having high thermal conductivity is provided between the shank and the head.

【0013】[0013]

【作用】ヘッドに前記非金属材料を用いることにより、
融体が付着しにくくなる。したがって、加圧面のクリー
ニングの回数を減らすことができ、ツールの寿命が延び
る。
By using the non-metallic material for the head,
The melt hardly adheres. Therefore, the number of times of cleaning the pressing surface can be reduced, and the life of the tool is extended.

【0014】また、金属材料から構成されるボンディン
グツールについては、表面の酸化皮膜により、融体との
濡れ性が悪い加圧面が形成される。
Further, with respect to a bonding tool made of a metal material, a pressurized surface having poor wettability with a melt is formed by an oxide film on the surface.

【0015】また、前記中間材により、接合時に問題と
なるツールの片当たりを最小限に抑えることができる。
[0015] In addition, the above-mentioned intermediate member can minimize the contact of the tool, which becomes a problem during joining, to a minimum.

【0016】[0016]

【実施例】以下に本発明の一実施例に係る熱圧着用ボン
ディングツールについて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermocompression bonding tool according to an embodiment of the present invention will be described below.

【0017】図1において、該熱圧着用ボンディングツ
ールは、ツール本体であるシャンク1と、水平部と垂直
部とからなるT字形の断面形状を有し、加圧面14を被
接合部材15(図2参照)に当接するヘッド2と、前記
シャンク1とヘッド2の間に挿入される中間材3とを備
えている。
In FIG. 1, the thermocompression bonding tool has a shank 1 as a tool body, a T-shaped cross-section including a horizontal portion and a vertical portion, and a pressing surface 14 which is a member to be joined 15 (see FIG. 2), and an intermediate member 3 inserted between the shank 1 and the head 2.

【0018】前記シャンク1の中央部には、該ボンディ
ングツールに熱を加えるヒータを挿入するためのヒータ
挿入口5が設けられている。また、該シャンク1の底部
には、前記ヘッド2および中間材3を保持するための、
互いにうち向きに形成されたヘッド保持部4が設けられ
ている。該保持部4は、前記T字形ヘッド2の水平部の
下側の垂直部を若干の隙間をあけて挟み、前記ヘッド2
および前記中間材3は、該保持部4に脱着可能に挿入さ
れている。
At the center of the shank 1 is provided a heater insertion opening 5 for inserting a heater for applying heat to the bonding tool. In addition, on the bottom of the shank 1, the head 2 and the intermediate member 3 are held.
The head holding parts 4 formed to face each other are provided. The holding portion 4 sandwiches the vertical portion below the horizontal portion of the T-shaped head 2 with a slight gap therebetween, and
The intermediate member 3 is detachably inserted into the holding portion 4.

【0019】前記中間材3に、熱伝導が高く、軟質な特
性を有する材料を用いることにより、シャンク1からヘ
ッド2への熱伝導がよくなり、また、ヘッド2と被接合
部材15との平行度のずれを前記中間材3の変形により
補正することができる。
By using a material having high heat conduction and soft properties for the intermediate member 3, heat conduction from the shank 1 to the head 2 is improved, and the parallelism between the head 2 and the member 15 to be joined is improved. The deviation of the degree can be corrected by the deformation of the intermediate member 3.

【0020】前記シャンク1の材料としては、インコネ
ル、モネル等のニッケル基耐熱合金や、インバー、コバ
ール合金のような熱膨張係数の低い(ただし、450℃
まで)金属材料や、タングステン(W)、モリブデン(M
o)といった低熱膨張金属を用いることができる。
The material of the shank 1 is a nickel-base heat-resistant alloy such as Inconel or Monel, or a material having a low thermal expansion coefficient such as Invar or Kovar alloy (at 450 ° C.).
Metal materials, tungsten (W), molybdenum (M
o) Low thermal expansion metals such as can be used.

【0021】前記ヘッド2に用いる材料としては、アル
ミナ(Al2O3)、部分安定化ジルコニア(PSZ)のような
酸化物系セラミックスや、窒化アルミニウム(AlN)、
窒化珪素(Si3N4)、窒化ほう素(BN)、炭化珪素(Si
C)のような非酸化物系セラミックスが考えられが、熱
伝導の良いAl2O3、AlN、BNが適当である。
Examples of the material used for the head 2 include oxide ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ) and partially stabilized zirconia (PSZ), aluminum nitride (AlN),
Silicon nitride (Si 3 N 4 ), boron nitride (BN), silicon carbide (Si
Non-oxide ceramics such as C) are conceivable, but Al 2 O 3 , AlN, and BN, which have good thermal conductivity, are suitable.

【0022】前記中間材3に用いる金属材料としては、
アルミニウム(Al)、銅(Cu)のような軟質金属材料が
適当である。ただし、Alは、融点が660℃と低いため
に、高い温度でボンディング作業を行う場合には、Cuを
用いる。尚、これらの金属材料のかわりに、弾性変形す
る耐熱性のポリマ、例えばポリイミドを用いてもよい。
The metal material used for the intermediate member 3 is as follows.
A soft metal material such as aluminum (Al) or copper (Cu) is suitable. However, since Al has a low melting point of 660 ° C., Cu is used when performing a bonding operation at a high temperature. Note that, instead of these metal materials, a heat-resistant polymer that elastically deforms, for example, a polyimide may be used.

【0023】図2に示すように、該ボンディングツール
により、被接合部材15のボンディングを行うと、前記
ヘッド2を介して前記中間材3に負荷圧力が加わる。前
記被接合部材15と前記ヘッド2の平行度がずれていた
場合、前記中間材3は、前記シャンク1と前記ヘッド2
との間で変形する。該負荷圧力が、中間材3の降伏強度
より小さければ、被接合部材15とヘッド2との平行度
のずれは、中間材3の弾性変形により補正される。そし
て、ヘッド2の加圧力を、被接合部材15に均等に与え
ることができる。また、前記負荷圧力が、中間材3の降
伏強度を越えた場合は、中間材3の塑性変形により、前
記ずれが補正される。そして、ヘッド2の加圧力を被接
合部材15に均等に与えることができる。
As shown in FIG. 2, when the bonding member 15 is bonded by the bonding tool, a load pressure is applied to the intermediate member 3 via the head 2. When the parallelism between the member to be joined 15 and the head 2 is shifted, the intermediate member 3 includes the shank 1 and the head 2.
Deform between. If the applied pressure is smaller than the yield strength of the intermediate member 3, the deviation of the parallelism between the member 15 to be joined and the head 2 is corrected by the elastic deformation of the intermediate member 3. Then, the pressing force of the head 2 can be evenly applied to the member 15 to be joined. When the load pressure exceeds the yield strength of the intermediate member 3, the displacement is corrected by plastic deformation of the intermediate member 3. Then, the pressing force of the head 2 can be evenly applied to the member 15 to be joined.

【0024】また、図2に示すように、被接合部材15
を備える基板16が置かれているテーブル21と前記ヘ
ッド2との平行度がずれているために、前記被接合部材
15と前記ヘッド2との平行度がずれてしまうことがあ
る。このような場合、ボンディング作業開始前に、前記
中間材3が塑性変形をおこす程度の負荷圧力をかけ、予
め、ある程度の平行度のずれを補正してから、通常のボ
ンディング作業を行うこともできる。
Also, as shown in FIG.
Since the parallelism between the table 21 on which the substrate 16 having the substrate 16 is placed and the head 2 is shifted, the parallelism between the member 15 to be joined and the head 2 may be shifted. In such a case, before starting the bonding operation, a normal bonding operation may be performed after applying a load pressure enough to cause the intermediate member 3 to undergo plastic deformation and correcting a certain degree of parallelism deviation in advance. .

【0025】ここで、Cu、Ni、または、ポリイミドを、
長さ20mm、幅2mm、厚さ3mmの形状を有する中
間材3に使用した場合について説明する。
Here, Cu, Ni, or polyimide is
A description will be given of a case where the intermediate member 3 having a shape of 20 mm in length, 2 mm in width, and 3 mm in thickness is used.

【0026】Cu、Ni、およびポリイミドの物性は、表1
に示す通りである。表1は、中間材に使用される材料の
一例の物性値を示す表である。
The physical properties of Cu, Ni, and polyimide are shown in Table 1.
As shown in FIG. Table 1 is a table showing physical property values of an example of a material used for the intermediate material.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】Cuを中間材3に用いた場合、負荷荷重24
0kgまでは、弾性変形により、前記平行度のずれを補
正できる。このとき、該ずれに対する可能な補正量は、
約1.5μmである。前記負荷荷重は、通常、100か
ら150kgの範囲なので、Cuは弾性変形をおこす。ま
た、Cuは、400℃を越えると降伏強度は、急激に落ち
るため、ツール温度を400℃以上にして使用する場
合、前述の100から150kgの負荷荷重でも塑性変
形をおこすこともある。
When Cu is used for the intermediate material 3, the applied load 24
Up to 0 kg, the parallelism deviation can be corrected by elastic deformation. At this time, the possible correction amount for the deviation is
It is about 1.5 μm. Since the applied load is usually in the range of 100 to 150 kg, Cu undergoes elastic deformation. Further, since the yield strength of Cu sharply drops when the temperature exceeds 400 ° C., when the tool is used at a tool temperature of 400 ° C. or higher, plastic deformation may occur even with the load of 100 to 150 kg described above.

【0029】Niを中間材3として用いることもできる。
しかし、Cuに比べて、耐熱性は高くなるが、ヤング率が
高いので、平行度調整の効果は小さくなる。
Ni can be used as the intermediate material 3.
However, the heat resistance is higher than that of Cu, but the Young's modulus is high, so that the effect of adjusting the parallelism is small.

【0030】ポリイミドを中間材3に用いた場合、負荷
荷重が50kgのとき、ポリイミドの圧縮ひずみ量は、
0.2mmである。したがって、金属材料を中間材とし
て用いた場合と比べると、平行度のずれの補正量は大き
くなる。ただし、ポリイミドは、CuおよびNiに比べて耐
熱性が低いので、ツール温度は、300℃以下にする必
要がある。
When polyimide is used for the intermediate member 3, when the applied load is 50 kg, the compressive strain of the polyimide is:
0.2 mm. Therefore, compared to the case where a metal material is used as the intermediate material, the amount of correction of the parallelism shift becomes larger. However, since polyimide has lower heat resistance than Cu and Ni, the tool temperature needs to be 300 ° C. or less.

【0031】以上のようなヘッド2並びに中間材3に用
いる材料の熱膨張係数や弾性率といった物性値や、温度
および圧力といった接合条件や、作業性および平行度調
整を考えて、前記保持部4が形成するT字型の空間部分
は、ヘッド2および中間材3が、ある程度の動きがとれ
るように、少し大きめに設計したほうがよい。
Considering the physical properties such as the thermal expansion coefficient and the elastic modulus of the material used for the head 2 and the intermediate member 3 as described above, the joining conditions such as the temperature and the pressure, the workability and the parallelism adjustment, the holding part 4 It is better to design the T-shaped space portion slightly larger so that the head 2 and the intermediate member 3 can move to some extent.

【0032】また、前記被接合部材15が、図2に示す
ずれと直角方向のずれていても、対応できるように、図
3に示すように、該中間材11およびヘッド12の角へ
R加工を施し、丸みを持たせることもできる。前記保持
部4は、前記T字形ヘッド12の水平部の下側の垂直部
を若干の隙間10をあけて、前記T字形ヘッド12を保
持している。したがって、前記被接合部材15が、図2
に示すずれと直角方向のずれていても、前記ヘッド12
が、図3に示すB矢印方向に振れることで柔軟に対応で
きる。
Further, even if the member 15 to be joined is displaced in a direction perpendicular to the direction shown in FIG. 2, the intermediate member 11 and the head 12 are rounded as shown in FIG. To give it a roundness. The holding portion 4 holds the T-shaped head 12 with a slight gap 10 formed between the vertical portion below the horizontal portion of the T-shaped head 12. Therefore, the member to be joined 15 is
Is perpendicular to the deviation shown in FIG.
However, by swinging in the direction of the arrow B shown in FIG.

【0033】図4および図5は、直方体形ヘッドを用い
た場合の本実施例に係る熱圧着用ボンディングツールで
ある。
FIGS. 4 and 5 show a bonding tool for thermocompression bonding according to this embodiment using a rectangular parallelepiped head.

【0034】該ボンディングツールにおいて、ツール本
体であるシャンク1と、直方体形ヘッド6と、前記シャ
ンク1と前記ヘッド6の間に挿入される中間材3とを備
えている。
The bonding tool includes a shank 1 as a tool body, a rectangular head 6, and an intermediate member 3 inserted between the shank 1 and the head 6.

【0035】前記シャンク1は、ヘッド保持手段とし
て、前記シャンク1の下端部に設けられるヘッド収容部
23と、直方体形ヘッド6を支持する支持軸7と、前記
支持軸7の軸方向の動きを規制する規制手段とを備えて
いる。該規制手段は、例えば、板状の規制部材17と、
該規制部材17を脱着可能に保持する規制部材保持部1
8とを備えている。前記ヘッド6は、前記支持軸7を挿
入する挿入孔9が設けられている。該挿入孔9の口径
は、後述する平行度のずれ補正のために、前記支持軸7
の直径よりも若干大きめとなっている。前記ヘッド収容
部23は、下方側に開口した溝13と、該溝13の側面
に前記支持軸7を受ける軸受孔22が設けられている。
前記規制部材保持部18は、前記支持軸7を挿入するた
めの挿入孔8が設けられている。
The shank 1 serves as a head holding means, a head accommodating portion 23 provided at the lower end of the shank 1, a support shaft 7 for supporting the rectangular parallelepiped head 6, and an axial movement of the support shaft 7. Regulating means for regulating. The regulating means includes, for example, a plate-shaped regulating member 17,
A regulating member holding portion 1 for detachably holding the regulating member 17
8 is provided. The head 6 has an insertion hole 9 into which the support shaft 7 is inserted. The diameter of the insertion hole 9 is adjusted by the support shaft 7 so as to correct the parallelism deviation described later.
It is slightly larger than the diameter. The head accommodating portion 23 is provided with a groove 13 that opens downward, and a bearing hole 22 that receives the support shaft 7 on a side surface of the groove 13.
The regulating member holding portion 18 is provided with an insertion hole 8 into which the support shaft 7 is inserted.

【0036】前記ヘッド6および前記中間材3を前記溝
13に収容したときに、前記支持軸7は、前記挿入孔8
から、前記軸受孔22を通して前記挿入孔9に挿入され
る。そして、前記支持軸7の両端を前記軸受孔22が支
持することで、前記ヘッド6および前記中間材3が保持
される。前記ヘッド6は、ボンディング時に、前記支持
軸7に対して上下動するので、前記中間材3により、被
接合部材との平行度のずれを補正することができる。し
たがって、前記挿入孔9の口径は、該ずれを考慮して、
決定される。また、前記支持軸7を挿入した後、前記規
制部材保持部18へ、前記規制部材17を挿入するの
で、前記支持軸7が抜け落ちることはない。
When the head 6 and the intermediate member 3 are accommodated in the groove 13, the support shaft 7 is inserted into the insertion hole 8
Then, it is inserted into the insertion hole 9 through the bearing hole 22. The head 6 and the intermediate member 3 are held by the bearing holes 22 supporting both ends of the support shaft 7. Since the head 6 moves up and down with respect to the support shaft 7 at the time of bonding, the intermediate member 3 can correct the deviation of the parallelism with the member to be joined. Therefore, the diameter of the insertion hole 9 is determined in consideration of the displacement.
It is determined. After the support shaft 7 is inserted, the regulating member 17 is inserted into the regulating member holding portion 18, so that the supporting shaft 7 does not fall off.

【0037】次にヘッドとシャンクが一体化され、金属
材料のみで構成されるツールについて説明する。
Next, a description will be given of a tool in which the head and the shank are integrated with each other and are composed of only a metal material.

【0038】図6は、金属材料のみで構成されるツール
を高温酸化処理してツール表面に酸化皮膜を形成させた
ボンディングツールの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a bonding tool in which a tool made of only a metal material is subjected to high-temperature oxidation treatment to form an oxide film on the tool surface.

【0039】シャンク材料としては、鉄(Fe)−クロム
(Cr)合金、例えばフェライト系ステンレス鋼(Fe-25
〜30wt%Cr)を使用することができる。鉄(Fe)−クロ
ム(Cr)合金は、加工性に優れ、高温にて、その表面に
Cr酸化物を容易に形成することができる。
As the shank material, an iron (Fe) -chromium (Cr) alloy, for example, a ferritic stainless steel (Fe-25)
~ 30wt% Cr) can be used. Iron (Fe) -chromium (Cr) alloy has excellent workability,
Cr oxide can be easily formed.

【0040】該ツールの加工方法を以下に示す。The processing method of the tool is described below.

【0041】まず、Fe-Cr合金をツール形状に加工す
る。そして、該ツールを約1000℃で一定時間、高温
酸化処理を行い、約0.1mmのCr酸化皮膜を形成させ
る。本発明では、該Cr酸化皮膜を、ツール先端部のみだ
けでなく、図6に示すようにツールの表面全体に形成さ
せている。該Cr酸化皮膜は、金属材料に比べて熱伝導が
劣る。したがって、このようにツール全体に該Cr酸化皮
膜を形成すれば、ヒータの熱の逃げを低減できる。
First, the Fe—Cr alloy is processed into a tool shape. Then, the tool is subjected to a high-temperature oxidation treatment at about 1000 ° C. for a certain time to form a Cr oxide film of about 0.1 mm. In the present invention, the Cr oxide film is formed not only on the tip of the tool but also on the entire surface of the tool as shown in FIG. The Cr oxide film is inferior in heat conduction as compared with a metal material. Therefore, if the Cr oxide film is formed on the entire tool as described above, the escape of heat from the heater can be reduced.

【0042】高温酸化処理の後は、加圧面を仕上げ研磨
して平坦度を出す。なお、この場合、高温状態で研磨し
たほうが加圧面の平坦度は高くなる。このCr酸化皮膜
は、Snやはんだとの濡れ性が悪いので、融体付着は起こ
りにくくなる。尚、Fe-Cr合金は高温強度が余り高くな
いため、固相接合のように高い圧力を要する場合は、4
50℃以下でボンディングを行う必要がある。
After the high-temperature oxidation treatment, the pressurized surface is finished and polished to obtain flatness. In this case, the flatness of the pressurized surface is higher when polishing is performed in a high temperature state. Since this Cr oxide film has poor wettability with Sn and solder, the adhesion of the melt hardly occurs. Since the high-temperature strength of Fe-Cr alloy is not so high, when high pressure is required as in solid-phase bonding, 4
It is necessary to perform bonding at 50 ° C. or lower.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明のボンディングツールによれば、
加圧面に融体金属が付着しにくくなる。
According to the bonding tool of the present invention,
It becomes difficult for the molten metal to adhere to the pressing surface.

【0044】また、ヘッド交換ができるボンディングツ
ールに対しては、中間材が設けてあるので、接合時に問
題となるツールの片当りによる接合不良が低減される。
さらに、ヘッド、中間材、およびシャンクは、それぞれ
接合されていないため、それぞれの部材の熱膨張率の違
いによる反りは、ほとんど発生しない。
Further, since an intermediate material is provided for a bonding tool whose head can be replaced, a bonding defect due to a one-sided contact of the tool, which is a problem at the time of bonding, is reduced.
Furthermore, since the head, the intermediate member, and the shank are not joined to each other, warpage due to a difference in the coefficient of thermal expansion of each member hardly occurs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明の一実施例に係る熱圧着用ボン
ディングツールの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a bonding tool for thermocompression bonding according to one embodiment of the present invention.

【図2】図2は、図1の熱圧着用ボンディングツールの
A−A’断面で、ボンディングの説明図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the bonding tool for thermocompression bonding shown in FIG.

【図3】図3は、図1に示すヘッドおよび中間材にR加
工を施した場合の熱圧着用ボンディングツールの正面図
である。
FIG. 3 is a front view of a bonding tool for thermocompression bonding when the head and the intermediate member shown in FIG. 1 are subjected to a rounding process.

【図4】図4は、直方体形ヘッドを使用した場合の本発
明の熱圧着用ボンディングツールの斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of a thermocompression bonding tool of the present invention when a rectangular parallelepiped head is used.

【図5】図5は、図4の熱圧着用ボンディングツールの
部分断面図である。
FIG. 5 is a partial sectional view of the bonding tool for thermocompression bonding shown in FIG. 4;

【図6】図6は、ツール表面に酸化皮膜を形成させた本
発明の熱圧着用ボンディングツールの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the thermocompression bonding tool of the present invention in which an oxide film is formed on the surface of the tool.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シャンク、2…T字形ヘッド、3…中間材、4…ヘ
ッド保持部、5…ヒータ挿入口、6…直方体形ヘッド、
7…支持軸、8…ヘッド収容部の挿入孔、9…ヘッドの
挿入孔、10…隙間、11…R加工された中間材、12
…R加工されたT字形ヘッド、13…溝、14…加圧
面、15…被接合部材、16…基板、17…規制部材、
18…規制部材保持部、19…酸化皮膜、20…R加工
部、21…テーブル、22…軸受孔、23…ヘッド収容
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shank, 2 ... T-shaped head, 3 ... Intermediate material, 4 ... Head holding part, 5 ... Heater insertion port, 6 ... Rectangular head
Reference numeral 7: support shaft, 8: insertion hole of the head housing portion, 9: insertion hole of the head, 10: gap, 11: intermediate material processed by R, 12
... R-shaped T-shaped head, 13 ... Groove, 14 ... Pressing surface, 15 ... Member to be joined, 16 ... Substrate, 17 ... Regulatory member,
18: regulating member holding portion, 19: oxide film, 20: R processed portion, 21: table, 22: bearing hole, 23: head housing portion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮野 一郎 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (72)発明者 長谷部 昭男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (72)発明者 芹沢 弘二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (56)参考文献 特開 昭59−161832(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Ichiro Miyano 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Production Research Laboratory (72) Inventor Akio Hasebe 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (72) Koji Serizawa, Inventor 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (56) References JP-A-59-161832 (JP, A (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/60

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属材料で構成されるシャンクと、セラミ
ックスで構成され、水平部と垂直部とからなるT字形ヘ
ッドとを備える熱圧着用ボンディングツールにおいて、 前記シャンクと前記T字形ヘッドとの間に中間材を備
え、 前記シャンクは、その下端部にヘッド保持部を備え、 前記ヘッド保持部は、前記T字形ヘッドの水平部の下側
の垂直部を、隙間をあけて挾み、前記中間材および前記
T字形ヘッドを脱着可能に保持することを特徴とする熱
圧着用ボンディングツール。
1. A thermocompression bonding tool comprising: a shank made of a metal material; and a T-shaped head made of ceramics and having a horizontal portion and a vertical portion, wherein a bonding portion between the shank and the T-shaped head is provided. The shank has a head holding portion at a lower end thereof, and the head holding portion sandwiches a vertical portion below a horizontal portion of the T-shaped head with a gap therebetween, and A bonding tool for thermocompression bonding, wherein a material and the T-shaped head are detachably held.
【請求項2】金属材料で構成されるシャンクと、セラミ
ックスで構成されるヘッドとを備える熱圧着用ボンディ
ングツールにおいて、 前記シャンクと前記ヘッドとの間に中間材を備え、 前記シャンクは、ヘッド保持手段を備え、 前記ヘッド保持手段は、 前記ヘッドを支持する支持軸と、該支持軸を保持する軸
保持手段とを備え、 前記ヘッドは、前記支持軸を挿入する挿入部が設けら
れ、 前記支持軸の一部は、前記挿入部に挿入され、 前記軸保持手段は、前記支持軸を介して前記ヘッドを保
持することを特徴とする熱圧着用ボンディングツール。
2. A thermocompression bonding tool comprising: a shank made of a metal material; and a head made of ceramics, wherein an intermediate member is provided between the shank and the head, The head holding means comprises: a support shaft for supporting the head; and a shaft holding means for holding the support shaft. The head is provided with an insertion portion for inserting the support shaft, A part of a shaft is inserted into the insertion portion, and the shaft holding means holds the head via the support shaft.
【請求項3】請求項2において、 前記軸保持手段は、前記シャンクの下端部に設けられ、
すくなくとも前記ヘッドの一部を収容するヘッド収容部
であって、 前記ヘッド収容部は、下方側に開口した溝と、該溝の側
面に前記支持軸を係止する係止部とを備えることを特徴
とする熱圧着用ボンディングツール。
3. The shaft holding means according to claim 2, wherein the shaft holding means is provided at a lower end of the shank.
A head accommodating portion accommodating at least a part of the head, wherein the head accommodating portion includes a groove that opens downward, and a locking portion that locks the support shaft on a side surface of the groove. Characteristic bonding tool for thermocompression bonding.
【請求項4】請求項3において、 前記軸保持手段は、前記支持軸の軸方向の動きを規制す
る規制手段をさらに備えることを特徴とする熱圧着用ボ
ンディングツール。
4. The thermocompression bonding tool according to claim 3, wherein said shaft holding means further comprises a regulating means for regulating an axial movement of said support shaft.
【請求項5】請求項4において、 前記係止部は、前記支持軸の一部が挿入される軸受孔で
あって、 前記規制手段は、 前記軸受孔を塞ぐ規制部材と、 該規制部材を脱着可能に保持し、前記ヘッド収容部に設
けられる規制部材保持部とを備えること特徴とする熱圧
着用ボンディングツール。
5. The locking member according to claim 4, wherein the locking portion is a bearing hole into which a part of the support shaft is inserted, wherein the restricting means includes: a restricting member for closing the bearing hole; A thermocompression bonding tool, comprising a holding member detachably held and a regulating member holding portion provided in the head accommodating portion.
【請求項6】請求項1、2、3、4または5において、 前記中間材は、 弾性を有する、軟質金属材料またはポリマであることを
特徴とする熱圧着用ボンディングツール。
6. The thermocompression bonding tool according to claim 1, wherein the intermediate member is a soft metal material or a polymer having elasticity.
【請求項7】金属材料で構成されるシャンクと、セラミ
ックスで構成されるヘッドとを備える熱圧着用ボンディ
ングツールにおいて、 前記シャンクは、弾性を有する中間材を介して前記ヘッ
ドを保持する保持手段を有することを特徴とする熱圧着
用ボンディングツール。
7. A shank made of a metal material and a ceramic.
Bonding head with a head composed of
A shaping tool, wherein the shank is connected to the head via an elastic intermediate material.
Thermocompression bonding characterized by having holding means for holding the
For bonding tools.
【請求項8】請求項1、2、3、4、5、6または7記
載の熱圧着用ボンディングツールを用いて、半導体チッ
プのリードとリードフレームとが接続されていることを
特徴とする半導体装置。
8. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
Use the bonding tool for thermocompression bonding
Make sure that the lead and lead frame are connected
Characteristic semiconductor device.
【請求項9】請求項1、2、3、4、5、6または7記
載の熱圧着用ボンディングツールを用いて、半導体チッ
プのリードとリードフレームとを接続することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
Use the bonding tool for thermocompression bonding
It is characterized by connecting the lead of the
Semiconductor device manufacturing method.
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