JP2001223237A - 半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング工程用の導線接続工具 - Google Patents

半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング工程用の導線接続工具

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conductor
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semiconductor device
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Sumitoshi Oguchi
純利 小口
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Shuwa Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐摩耗性に優れていて先端の導線押圧部に損傷
や変形が生じにくく、長寿命で交換頻度を小ならしめる
ことができ、もって半導体装置の製造効率の向上を期す
ことができ、しかも製造コストの低い導線接続工具を提
供する。 【解決手段】少なくとも先端の導線押圧部５、６、８の
表面に粗面加工を施し、さらに少なくとも前記導線押圧
部の表面に真空下においてアーク放電法によりカーボン
イオンを物理蒸着せしめてダイヤモンド結晶構造を有す
る薄膜層９を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造工
程において半導体チップと外部端子との間に導線を接続
するワイヤボンディング工程用の導線接続工具に関す
る。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】ＩＣ等の半導体装置は、図
７に示されるように半導体回路を有する半導体チップ３
１と、半導体装置を外部の電子回路へ接続するための外
部端子３２との間が金やアルミニウム等の金属細線より
なる直径２０〜３０μｍ程度の導線３３で接続されてお
り、この導線３３は半導体装置の製造工程におけるワイ
ヤボンディング工程で配設され、ワイヤボンディング工
程はボンダと称される導線接続装置にて行われる。
【０００３】ワイヤボンディング工程では、前記ボンダ
にキャピラリやウェッジと称される導線接続工具を取り
付け、これら導線接続工具に超音波振動を印加しながら
導線接続工具の先端に形成した導線押圧部で導線を被接
続部たる半導体チップ３１や外部端子３２上面の所定の
場所に押圧して圧着せしめる。
【０００４】導線接続工具のひとつである前記キャピラ
リ３４は図８に示されるように円筒状上部３５に続く下
部に先細りの円錐部３６を有し、この円錐部の先端部は
図９に拡大して示されるように導孔３７の下端開口部た
るインナチャンファ部３８まわりに略平坦なフェイス面
３９を有し、このフェイス面３９と円錐部３６側面との
間にアウタラディアス部４０が形成されていて、これら
インナチャンファ部３８、フェイス面３９およびアウタ
ラディアス部４０で前記導線押圧部を構成している。
【０００５】しかして、ワイヤボンディング工程におい
ては、まず図１０に示されるようにキャピラリ３４によ
ってまず導線３３の先端を半導体チップ３１上の所定の
場所に圧着し（ファーストボンド）、次ぎにキャピラリ
３４を外部端子３２上へ移動させながら導線３３をキャ
ピラリ３４の先端から繰り出し、外部端子３２上面にキ
ャピラリ３４を降下させて導線３３を外部端子３２上面
とキャピラリ３４のフェイス面３９との間に挟み込み、
フェイス面３９下方における導線３３を外部端子３２上
に圧着する（セカンドボンド）とともに、フェイス面３
９とインナチャンファ部３８との間のチャンファエッジ
付近において導線３３を押圧して切断する。
【０００６】上述したように、キャピラリ３４は単に導
線３３を繰り出すための構成ではなく、導線３３の端部
をファーストボンドにおいて半導体チップ３１上の所定
の位置に接続し、かつセカンドボンドにおいて外部端子
３２上の所定の位置に導線３３を接続するとともに導線
を所定の位置でカットする重要な工具である。
【０００７】キャピラリ３４先端の導線押圧部の形状が
摩耗等によりわずかでも変形、損傷すると導線３３の接
続が不確実、不十分となり、また導線押圧部の変形、損
傷により導線が途中で切断して他の導線と接触する場合
もあって、いずれも半導体装置の信頼性を著しく低下さ
せる原因となる。
【０００８】したがって、導線押圧部が変形や損傷する
前にキャピラリを交換する必要があるが、キャピラリを
交換するには半導体装置の製造ラインを停止しなければ
ならないので、キャピラリの交換頻度が大であれば半導
体装置の製造効率が低下してしまう。
【０００９】従来のキャピラリの素材には、例えばヴィ
ッカース硬度２０００程度の高密度アルミナセラミック
が使用され、この従来のアルミナセラミック製のキャピ
ラリでは１本で約６０万回の接続作業に耐え得るが、近
年、外部端子３２の素材として従来のものよりも硬度の
大なるパラジウムコーティングを施したものが使用され
るようになり、このような外部端子を有する半導体装置
へのボンディング工程では従来のキャピラリでは１本で
２〜５万回の接続しか行うことができない。
【００１０】キャピラリの耐久性を向上せしめるため
に、従来からルビー製のキャピラリも実用に供されてい
るが、ルビー製のキャピラリは高密度セラミック製のも
のに比して高硬度であって長寿命ではあるが、素材たる
ルビーそのものが高価であるばかりでなく、高硬度であ
るために加工が困難であり、製品コストが高密度セラミ
ック製のものよりも格段に嵩むという問題がある。
【００１１】また、他の導線接続工具たるウェッジは導
線の配線間隔が極めて小なる半導体装置用のワイヤボン
ディングに使用され、キャピラリと同様に導線押圧部が
摩耗等による変形、損傷すると半導体装置の信頼性低下
の原因となり、また、ウェッジの交換頻度が大であると
半導体装置の製造効率が低下する。
【００１２】しかしながら、ウェッジはキャピラリより
も複雑な形状をしているため、ウェッジの素材にはウェ
ッジ製造時の加工が容易な比較的硬度の小なる素材、例
えばタングステンカーバイドやチタニウムカーバイド等
が使用され、前述したキャピラリの素材よりもさらに耐
久性に乏しいという問題がある。
【００１３】
【本発明の目的】本発明の目的とするところは、耐摩耗
性に優れていて先端の導線押圧部に損傷や変形が生じに
くく、長寿命で交換頻度を小ならしめることができ、も
って半導体装置の製造効率の向上を期すことができ、し
かも製造コストの低いキャピラリやウェッジ等の導線接
続工具を提供することにある。
【００１４】
【本発明の構成】上記目的を達成するために、本発明の
請求項１に係る半導体装置の製造工程におけるワイヤボ
ンディング工程用の導線接続工具は、導線を押圧して被
接続部へ圧着せしめる導線押圧部を先端に有するワイヤ
ボンディング工程用の導線接続工具において、少なくと
も前記導線押圧部の表面にダイヤモンド結晶構造を有す
る薄膜層を形成してなる構成のものとしてある。
【００１５】本発明の請求項２に係る半導体装置の製造
工程におけるワイヤボンディング工程用の導線接続工具
は、導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導線押圧部
を先端に有するワイヤボンディング工程用の導線接続工
具において、少なくとも前記導線押圧部の表面に、真空
下においてアーク放電法によりカーボンイオンを物理蒸
着せしめてダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層を形成
してなる構成のものとしてある。
【００１６】本発明の請求項３に係る半導体装置の製造
工程におけるワイヤボンディング工程用の導線接続工具
は、導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導線押圧部
を先端に有するワイヤボンディング工程用の導線接続工
具において、少なくとも前記導線押圧部の表面に粗面加
工を施し、さらに少なくとも前記導線押圧部の表面にダ
イヤモンド結晶構造を有する薄膜層を形成してなる構成
のものとしてある。
【００１７】本発明の請求項４に係る半導体装置の製造
工程におけるワイヤボンディング工程用の導線接続工具
は、導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導線押圧部
を先端に有するワイヤボンディング工程用の導線接続工
具において、少なくとも前記導線押圧部の表面に粗面加
工を施し、さらに少なくとも前記導線押圧部の表面に真
空下においてアーク放電法によりカーボンイオンを物理
蒸着せしめてダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層を形
成してなる構成のものとしてある。また、前記ダイヤモ
ンド結晶構造を有する薄膜層の厚さは０．５〜２．０μ
ｍとしてある。
【００１８】
【実施例】以下、本発明に係る導線接続工具の実施例を
添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。ま
ず、図１、２に基づいて導線接続用工具たるキャピラリ
１について説明する。
【００１９】キャピラリ１は中心に長手方向の導孔２を
有するストレートな円筒状上部３に続く下部に、先細り
テーパー状の円錐部４を有し、この円錐部の先端に、円
錐部側面に続くアウタラディアス部５を介して略平坦な
フェイス面６を備え、また、前記円筒状上部の導孔２に
続いて円錐部４内に形成された下部縮径のテーパー孔７
に続くストレート孔部７ａの下端開口部に下方へ拡径す
るインナチャンファ部８が形成されている。前記アウタ
ラディアス部５、フェイス面６およびインナチャンファ
部８はワイヤボンディングの際の導線押圧部である。
【００２０】前記キャピラリ１は高密度アルミナセラミ
ック製のヴィッカース硬度が２０００程度のものとして
あって、寸法は例えば円筒状上部の直径が１．６ｍｍ、
全長が１１ｍｍ程度のものであり、先端部においては前
記テーパー孔７下端のストレート孔部７ａの直径が３５
〜４５μｍ、インナチャンファ部８の下端直径が７０〜
８０μｍ、フェイス面６の直径が１５０〜２５０μｍ、
アウタラディアス部５の曲率半径が３５〜４５μｍ程度
としてあり、前記フェイス面６は中心から半径方向へ上
向きに５〜１０°程度の仰角を付してある。なお、上記
各部の寸法はあくまでも一例であり、導線が接続される
半導体チップおよび外部端子における接続部分の素材、
導線が配設される密度等の諸条件に応じて異なる寸法、
角度のものを採用する。
【００２１】しかして、本発明に係るキャピラリ１は少
なくとも先端の導線押圧部たる前記インナチャンファ部
８、フェイス面６及びアウタラディアス部５の表面に、
ダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層９を形成（コーテ
ィング）してある。
【００２２】この薄膜層９は前記アルミナセラミックを
成型して得たキャピラリを高真空チャンバ内に入れ、１
０-6〜１０-7Ｐａ程度の高真空下においてアーク放電法
によりカーボンイオンを物理蒸着せしめることにより形
成する。
【００２３】薄膜層９の厚さｔは０．５〜２．０μｍと
し、薄膜層９の厚さが０．５μｍ未満である場合には表
面の硬度がさほど向上せず、薄膜層９の厚さが２．０μ
ｍより大であると薄膜の形成に要する時間およびコスト
が大となるだけで、さらなるキャピラリの耐久性向上を
期すことはできない。
【００２４】上述のようにして形成された薄膜層９は水
素原子やその他の中間介在物（バインダ）等を含まない
炭素原子のsp3 結合によるダイヤモンド結晶構造を有す
る高硬度のものとなり、そのヴィッカース硬度は天然ダ
イヤモンドとほぼ同じ８０００〜１００００となり、耐
摩耗性が高密度セラミックそのものよりなるキャピラリ
に比して格段に向上する。
【００２５】また、薄膜層９の表面摩擦抵抗係数は０．
０７５程度と極めて小であり、キャピラリの表面に導線
の素材金属が付着しにくく、この素材金属が付着するこ
とによって生じるキャピラリの目詰まりや、キャピラリ
に付着した金属が導線に触れることにより生じる導線の
傷の発生が防止されるというメリットもある。
【００２６】さらに、薄膜層９の電気抵抗値は１０6 〜
１０9 Ωｃｍと大であり、仮に薄膜層の一部が半導体装
置上に剥れ落ちることがあったとしても半導体装置の性
能に影響を与えることはまずない。
【００２７】なお、薄膜層９は少なくとも導線押圧部た
る前記インナチャンファ部８、フェイス面６及びアウタ
ラディアス部５の表面に形成すればよいが、図２に示す
実施例ではストレート孔部７ａの内面にも薄膜層９を形
成してあり、かくすることにより、ストレート孔部７ａ
内面と導線との接触摩擦力が低減され、ストレート孔部
７ａ内面への導線金属の付着を低減せしめることができ
る。
【００２８】上述のように構成したキャピラリは、薄膜
層９における表面の摩擦係数が極めて小であるという特
長を有しているが、表面の摩擦係数が過度に小である場
合には、ワイヤボンディング工程においてキャピラリに
印加される超音波振動が導線に伝わりにくくなって導線
と半導体チップや外部端子との間に接続不良が生じる場
合がある。
【００２９】このような問題の生じるおそれがある場合
には、薄膜層９を形成する前に、アルミナセラミックを
成型して得たキャピラリの少なくともインナチャンファ
部８、フェイス部６およびアウタラディアス部５の表面
に粗面加工を施した後、前述したごとくダイヤモンド結
晶構造の薄膜層１０を形成し、図４に示すように薄膜層
の表面に凹凸を形成して表面の摩擦係数を必要な値まで
大ならしめる。
【００３０】前記粗面加工によって形成する表面の凹凸
は薄膜層１０の厚さや必要な表面摩擦係数値に応じて例
えば２〜３μｍ程度とするのが好適であり、粗面加工の
具体的な方法には従来から公知の化学的あるいは物理的
な各種の方法があるので、具体的な説明は省略する。
【００３１】次ぎに、図５、６に基づいて他の導線接続
用工具たるウェッジ１１について説明する。ウェッジ１
１はストレートな円柱状軸部１２の下部に先細りの円錐
部１３を有し、この円錐部１３の先端にボンディングフ
ット１４と称される導線押圧部が形成されていて、この
ボンディングフット１４の後方に、導線１５案内用のワ
イヤフィードホール１６を有し、このワイヤフィードホ
ール１６の後方は後方へ拡径してウェッジ１１背面に開
口するテーパー状ガイド孔１７に続いている。
【００３２】ウェッジ１１の背面側から供給される導線
１５はテーパー状ガイド孔１７からワイヤーガイドホー
ル１６を通ってボンディングフット１４の下面に供給さ
れ、このボンディングフット１４によって半導体チップ
や外部端子等の被接続部１８上面に押圧されて圧着さ
れ、適宜の位置で押圧によりカットされる。
【００３３】しかして、ウェッジ１１の導線押圧部たる
ボンディングフット１４の下面にも前述したキャピラリ
と同様にダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層１９を形
成してあり、この薄膜層１９の形成方法や厚さは前述し
たキャピラリの薄膜層９と同様とし、また必要に応じて
導線押圧部たるボンディングフット部１４に粗面加工を
施すことも同様である。
【００３４】なお、ウェッジ１１の場合において、薄膜
層１９は少なくとも導線押圧部たるボンディングフット
１４に形成すればよいが、図６に示す実施例ではワイヤ
フィードホール１６内面にも薄膜層１９を形成してあ
り、かくすることにより、ワイヤフィードホール１６内
面と導線１５との接触摩擦力が低減され、ワイヤフィー
ドホール１６内面への導線金属の付着を低減せしめるこ
とができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明に係る導線接続工具は、その先端
部における少なくとも導線押圧部の表面にダイヤモンド
結晶構造を有する薄膜層を形成してあるので、耐摩耗性
が大で長寿命な導線接続工具を実現でき、もって導線接
続工具の交換頻度を小ならしめることができて半導体装
置の製造効率の向上を期すことができる。
【００３６】また、導線接続工具の素材にルビー等の高
価かつ加工の困難なものを使用する必要がなく、耐久性
の高い長寿命の導線接続工具を低コストにて製造するこ
とができる。
【００３７】さらに、導線押圧部の表面に粗面加工を施
してから薄膜層を形成したものでは粗面加工によって薄
膜層の表面における摩擦係数を適宜の値に設定すること
ができ、ワイヤボンディングにおいて導線接続工具に印
加される導線接続用の超音波振動を導線とその被接続部
たる半導体チップおよび外部端子上面に確実に伝導せし
めて、導線と半導体チップおよび外部端子との間の接続
不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導線接続工具たるキャピラリの実
施例を示す斜視図。
【図２】同キャピラリの要部を拡大して示す縦断正面
図。
【図３】同キャピラリの表面構造をさらに拡大して示す
縦断正面図。
【図４】本発明の他の実施例におけるキャピラリの表面
構造を拡大して示す縦断正面図。
【図５】本発明に係る導線接続工具たるウェッジの実施
例を示す斜視図。
【図６】同ウェッジの要部を拡大して示す縦断側面図。
【図７】半導体装置の一例を示す平面図。
【図８】従来のキャピラリの一例を示す斜視図。
【図９】同キャピラリの要部を拡大して示す縦断正面
図。
【図１０】半導体装置に配設された導線とキャピラリと
の関係を示す縦断正面図。
【符号の説明】 １ キャピラリ ２ 導孔 ３ 円筒状上部 ４ 円錐部 ５ アウタラディアス部 ６ フェイス面 ７ テーパー孔 ７ａ ストレート孔部 ８ インナチャンファ部 ９、１０ 薄膜層 １１ ウェッジ １２ 円柱状軸部 １３ 円錐部 １４ ボンディングフット １５ 導線 １６ ワイヤフィードホール １７ テーパーガイド孔 １８ 被接続部 １９ 薄膜層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導
    線押圧部を先端に有するワイヤボンディング工程用の導
    線接続工具において、少なくとも前記導線押圧部の表面
    にダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層を形成してなる
    半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング工程
    用の導線接続工具。
  2. 【請求項２】導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導
    線押圧部を先端に有するワイヤボンディング工程用の導
    線接続工具において、少なくとも前記導線押圧部の表面
    に、真空下においてアーク放電法によりカーボンイオン
    を物理蒸着せしめてダイヤモンド結晶構造を有する薄膜
    層を形成してなる半導体装置の製造工程におけるワイヤ
    ボンディング工程用の導線接続工具。
  3. 【請求項３】導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導
    線押圧部を先端に有するワイヤボンディング工程用の導
    線接続工具において、少なくとも前記導線押圧部の表面
    に粗面加工を施し、さらに少なくとも前記導線押圧部の
    表面にダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層を形成して
    なる半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング
    工程用の導線接続工具。
  4. 【請求項４】導線を押圧して被接続部へ圧着せしめる導
    線押圧部を先端に有するワイヤボンディング工程用の導
    線接続工具において、少なくとも前記導線押圧部の表面
    に粗面加工を施し、さらに少なくとも前記導線押圧部の
    表面に真空下においてアーク放電法によりカーボンイオ
    ンを物理蒸着せしめてダイヤモンド結晶構造を有する薄
    膜層を形成してなる半導体装置の製造工程におけるワイ
    ヤボンディング工程用の導線接続工具。
  5. 【請求項５】前記ダイヤモンド結晶構造を有する薄膜層
    の厚さが０．５〜２．０μｍである請求項１乃至４に記
    載の半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング
    工程用の導線接続工具。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009540624A (ja) * 2006-07-03 2009-11-19 クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク． 仕上げが改善されたボンディングツール
KR100955420B1 (ko) * 2007-12-14 2010-05-04 주식회사 코스마 와이어 본딩용 캐필러리의 디엘씨 코팅방법 및 와이어본딩용 캐필러리
CN113563112A (zh) * 2021-08-03 2021-10-29 深圳市商德先进陶瓷股份有限公司 陶瓷劈刀表面涂层的制备方法、陶瓷劈刀及其应用

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