JP2001351934A - スタッドバンプ成形用キャピラリー - Google Patents

スタッドバンプ成形用キャピラリー

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JP2001351934A JP2000172029A JP2000172029A JP2001351934A JP 2001351934 A JP2001351934 A JP 2001351934A JP 2000172029 A JP2000172029 A JP 2000172029A JP 2000172029 A JP2000172029 A JP 2000172029A JP 2001351934 A JP2001351934 A JP 2001351934A
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Yuichi Miyahara
勇一 宮原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 LSIやICなどの半導体装置に金または金
合金細線などのワイヤーからスタッドバンプを形成する
ためのキャピラリーを提供する。 【解決手段】キャピラリー先端部におけるチャンファー
部の円錐頂角θが20°以上70°未満の範囲内にあ
り、かつチャンファー部の体積がイニシャル金ボール体
積の30〜70%の範囲内にあるようにし、チャンファ
ー部の円錐面13に続いて設けられているフェイス面1
4がキャピラリー軸に対して垂直な平面または外方向に
向かって下向きに11°以下の傾斜角で下り傾斜する傘
状傾斜面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、LSIやICな
どの半導体装置の凸部電極となるスタッドバンプ、特に
金スタッドバンプをワイヤーにより形成する時に使用す
るキャピラリーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】金または金合金細線などのワイヤーをL
SIやICなどの半導体装置にボンディングするための
装置としてキャピラリーが使用されることは知られてお
り、このキャピラリーは、ルビー、サファイヤなどのア
ルミナ単結晶体、アルミナ粉末を焼結して得られたアル
ミナ多結晶体またはSiC単結晶体などで構成されてい
る。従来のキャピラリーは、図5の断面図に示されるよ
うに、キャピラリー先端部のワイヤー取り出し開口部に
おける円錐面13で囲まれた部分(以下、チャンファー
部という)および半径方向に上るフェイス面14を有し
ており、この従来のキャピラリー先端部におけるチャン
ファー部の円錐頂角θ´は70〜120°であり、フェ
イス面14の傾斜角度α´は4〜11°の範囲内にある
ことが知られている。
【0003】このキャピラリーを用いて半導体装置に凸
部電極となるスタッドバンプを形成するには、一般に、
図3に示される装置を用いる。図3はワイヤー1をキャ
ピラリー2に挿通し、ワイヤー1の先端をキャピラリー
2の先端から突出した状態を示しており、図3におい
て、1はワイヤー、2はキャピラリー、3は超音波ホー
ン、4は超音波発生装置、5はクランパー、6はアーク
発生装置、7は半導体装置である。
【0004】図3に示される装置を用いてスタッドバン
プを形成するには、図4(a)の一部断面図に示される
ように、キャピラリー2の先端部から突出したワイヤー
1の先端に向かってアーク発生装置6からアークを発生
させることによりワイヤー1の先端にイニシャルボール
9を形成し、このイニシャルボール9を図4(b)に示
されるようにキャピラリー2の先端部で半導体装置7に
押圧してスタッドバンプを形成した後、ただちに図3の
超音波発生装置4を作動させ、超音波ホーン3を介して
キャピラリー2を超音波振動させ、それにより図4
(b)で形成したスタッドバンプ10を半導体装置7に
超音波接合させる。
【0005】スタッドバンプ10を半導体装置7に超音
波接合した後、図4(c)に示されるようにキャピラリ
ー2を引き上げてスタッドバンプ10から離し、引き続
いて図3に示される装置のクランパー5によりワイヤー
1を引っ張りあげと、図4(d)に示されるようにスタ
ッドバンプ10とワイヤー1の境界部分11で破断す
る。スタッドバンプ10とワイヤー1の境界部分11で
破断するのはワイヤー1の境界部分11が焼きなまし状
態にあるところから最も強度が低下しており、クランパ
ー5によりワイヤー1引っ張りあげると強度の最も弱い
境界部分11で破断するのである。次のスタッドバンプ
10を形成するには図4(d)の状態にあるワイヤー1
の先端部12に図4(a)に示されるようにアーク発生
装置6からアーク8を発生させることによりワイヤー1
の先端にイニシャルボール9を形成し、これを繰り返す
ことにより形成することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】チャンファー部におけ
る円錐頂角θ´が70〜120°である従来のキャピラ
リー先端で図4(b)に示されるようにイニシャルボー
ルを押圧すると、チャンファー部に導入されるイニシャ
ルボールの体積は、イニシャルボール体積の20%程度
であり、そのため、残り80%程度のイニシャルボール
体積の多くはチャンファー部外に押し出され、圧着バン
プ形状が偏平状になって十分な高さのスタッドバンプを
形成することができなかった。この傾向は、従来のキャ
ピラリーのフェイス面14が半径方向に上り傾斜を有す
るすり鉢状傾斜面を有しているところから、一層助長さ
れることになっていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
かかる観点から、高さの高いバンプを得るべく研究を行
った結果、図1に示されるような従来よりもキャピラリ
ーの開口部における円錐面13により囲まれたチャンフ
ァー部における円錐頂角θを20°以上70°未満とな
るように小さくしたキャピラリーを作製し、このキャピ
ラリーを使用してスタッドバンプを形成すると、形成し
たスタッドバンプは高さが一層高くなり、さらにフェイ
ス面14が、キャピラリー軸に対して垂直な平面または
外方向に向かって下向きに傾斜する傾斜角αが11°以
下の傘状傾斜面のとなるようにすると、チャンファー部
からはみ出たイニシャルボールの一部は傘状傾斜面によ
りチャンファー部に押し上げられてスタッドバンプの一
部とすることができ、形成したスタッドバンプの高さを
一層高くすることができるという研究結果が得られたの
である。
【0008】この発明は、かかる研究結果に基づいてな
されたものであって、(1)キャピラリーの先端部にお
ける円錐面で囲まれたチャンファー部の円錐頂角が20
°以上70°未満の範囲内にあるスタッドバンプ成形用
キャピラリー、(2)キャピラリー先端部におけるチャ
ンファー部の円錐頂角が20°以上70°未満の範囲内
にあり、かつチャンファー部の体積がイニシャル金ボー
ル体積の30〜70%の範囲内にあるようにしたスタッ
ドバンプ成形用キャピラリー、(3)前記スタッドバン
プ成形用キャピラリー先端部のチャンファー部に続いて
設けられているフェイス面が、キャピラリー軸に対して
垂直な平面または外方向に向かって下向きに11°以下
の傾斜角で下り傾斜する傘状傾斜面を有する前記(1)
または(2)記載のスタッドバンプ成形用キャピラリ
ー、に特徴を有するものである。
【0009】キャピラリー先端部におけるチャンファー
部の円錐頂角θが20°以上70°未満の範囲内にした
のは、20°未満になると、接合面への荷重・超音波エ
ネルギーの伝達が不十分となり、バンプの接合が安定し
て行なえなくなるためであり、一方、70°以上では接
合は十分に行なうことができるが、キャピラリー内部に
導入される金の量が少なくなり、十分な高さを保つこと
ができなくなるためである。チャンファー部の開口角度
は40°〜70°の範囲内にあることが一層好ましい。
【0010】チャンファー部体積がイニシャルボール体
積の30〜70%の範囲内にあることが好ましい。その
理由は、30%未満であるとバンプ高さを高く保つこと
が困難であり、70%を越えるとバンプの接合性が悪く
なるので好ましくないからである。チャンファー部体積
がイニシャルボール体積に対して35〜60%であるこ
とが一層好ましい。チャンファー部体積がイニシャルボ
ール体積の30〜70%の範囲内にあるキャピラリー
は、スタッドバンプ形成時のイニシャルボールの半径を
r、キャピラリーのホール直径をH、チャンファー部円
錐頂角をθとした場合、9.6r3tan(θ/2)≦
3−H3≦22.4r3tan(θ/2)の条件を満た
すように設計することにより作製することができる。
【0011】図1に示されるこの発明のスタッドバンプ
成形用キャピラリーにおける先端部に形成されたフェイ
ス面14の傾斜角αを水平に対して時計方向に11°以
下(0°も含む)傾斜させたのは、スタッドバンプ形成
ではワイヤーボンディングと異なり、ループ成形性、セ
カンド接合性を要求されないために傾斜角を11°以下
(0°も含む)とすることによって、圧着形状の広がり
を抑え、チャンファー部に導入される金量を多くしてス
タッドバンプの高さを高くする効果が得られるようにす
るためである。この発明のスタッドバンプ成形用キャピ
ラリーにおける先端部に形成されたフェイス面14の傾
斜角αは、図2に示されるように、0°として水平面と
することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】平均粒径:2μmと0.5μmの
99.8%アルミナ粉末を焼結して作製したアルミナ多
結晶体キャピラリーを用意し、これらキャピラリーの先
端部におけるチャンファー部の円錐頂角θ、チャンファ
ー部の体積およびチャンファー部に続いて設けられてい
るフェイス面のキャピラリー軸に対して垂直な平面また
は外方向に向かって下向きに傾斜する傾斜角αを有する
ホール径:40μmの本発明キャピラリー1〜9および
従来キャピラリーを作製し、これらキャピラリーを図3
に示されるスタッドバンプ成形装置に取り付け、これら
キャピラリーに直径:30μmの金線を挿通し、通常の
条件でスタッドバンプを形成し、得られたスタッドバン
プの高さ及びイニシャルボール体積に対するチャンファ
ー部の体積の比を測定し、それらの結果を表1に示し
た。
【0013】
【表1】
【0014】
【発明の効果】表1に示される結果から、本発明キャピ
ラリー1〜9で作製したスタッドバンプは、従来キャピ
ラリーで作製したスタッドバンプに比べて、高さが高
く、優れたスタッドバンプを形成することができること
が分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のキャピラリーの一部拡大断面図であ
る。
【図2】この発明のキャピラリーの一部拡大断面図であ
る。
【図3】従来のボンディング装置の一部側面図である。
【図4】従来のキャピラリーによるスタッドバンプの形
成を説明するための一部断面説明図である。
【図5】従来のキャピラリーの一部拡大断面図である。
【符号の説明】
1 ワイヤー、 3 超音波ホーン、 4 超音波発生装置、 5 クランパー、 6 アーク発生装置、 7 半導体装置、 8 アーク 9 イニシャルボール、 10 タッドバンプ、 11 境界部分 12 ワイヤーの先端部 13 円錐面 14 フェイス面 15 孔

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】キャピラリー先端部のワイヤー取り出し開
    口部における円錐面で囲まれた部分(以下、チャンファ
    ー部という)の円錐頂角が20°以上70°未満の範囲
    内にあることを特徴とするスタッドバンプ成形用キャピ
    ラリー。
  2. 【請求項2】キャピラリーの先端部におけるチャンファ
    ー部の円錐状開口角度の頂角が20°以上70°未満の
    範囲内にあり、かつチャンファー部の体積がイニシャル
    金ボール体積の30〜70%の範囲内にあるようにした
    ことを特徴とするスタッドバンプ成形用キャピラリー。
  3. 【請求項3】前記スタッドバンプ成形用キャピラリー先
    端部のチャンファー部に続いて設けられているフェイス
    面が、キャピラリー軸に対して垂直な平面または外方向
    に向かって下向きに11°以下の傾斜角で下り傾斜する
    傘状傾斜面を有することを特徴とする請求項1または2
    記載のスタッドバンプ成形用キャピラリー。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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