JP2014007430A - ボンディングキャピラリー - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の実施態様は、金線に最適化された既存のボンディング装置で銅線のワイヤーボンディングを行う場合であっても過度な超音波パワーの伝達によるアルミニウム電極や半導体素子の損傷が生じることがないようにしたボンディングキャピラリーを提供することにある。
【解決手段】ボンディング装置に機械的に固定される第一円筒部と、前記第一円筒部のボンディングを行う側に設けられた円錐部と、前記円錐部の前記ボンディングを行う側に設けられ、既に配線されている隣の金属細線との干渉を抑制する軸方向長さを有するボトルネック部と、前記円錐部と前記ボトルネック部との間に設けられ、前記円錐部の前記ボンディングを行う側の端部の直径寸法よりは小さく、前記ボトルネック部の前記ボンディングを行う側とは反対側の端部の直径寸法よりは大きい直径寸法を有した減衰部と、を備えたことを特徴とするボンディングキャピラリーが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明の態様は、一般に、半導体素子に形成された電極とリードフレームの間の電気的な導通を得るために金属細線で結線を行う際に用いるボンディングキャピラリーに係り、特に金属細線の材質が銅または銅合金である場合に好適なボンディングキャピラリーに関する。
従来の金属細線に金を用いるワイヤーボンディングでは、ボンディングサイクルを短縮する狙いからボンディングキャピラリーが金属細線をアルミニウム電極やリードフレームに押しつけるための荷重を増すとともにボンディングキャピラリーに印加する超音波のパワーを強くして高速で接合を行っても強固な接合強度が得られるようにしようとする傾向がある（例えば、非特許文献１参照）。
このような場合、接合時の応力でアルミニウム電極や半導体素子そのものに機械的な損傷を与えてしまう恐れがあった。
近年は金属細線の材質として金よりも低コストである銅を用いる試みが広がっており、銅は金に対して硬いため、高速で接合しようとボンディング荷重や超音波のパワーを増すと、一層アルミニウム電極や半導体素子への機械的な損傷を与え易くなるという問題がある。
また、金線を用いた場合で、ボンド荷重（ボンディング荷重）や超音波のパワーを調整してボンディングキャピラリー先端の無負荷時の振幅を一定の範囲に制限することで、アルミニウム電極や半導体素子への損傷を抑制できるとしているものもある（例えば、特許文献１参照）。
この場合も銅線を用いると、銅線先端の一定のつぶれ形状を得るために特許文献１でいう制限範囲を超えてボンド荷重を強くせざるを得ず、アルミニウム電極や半導体素子への機械的な損傷を抑えるためには超音波のパワーをボンド荷重に合わせて大幅に下げてやる必要があった。
しかし、市場ではすでに金線に最適化されたボンディング装置が多数導入済みであり、銅線のワイヤーボンディングにも金線に最適化された既設のボンディング装置を用いるのが通常であって、金線に用いられていた従来のボンディングキャピラリーと銅線の組み合わせでは一定のつぶれ形状を得るために強く設定したボンド荷重のもとでは、超音波発振器の電力調整だけで最適な超音波のパワーを安定発振範囲で設定することが困難で、結果として必要以上の超音波パワーがアルミニウム電極や半導体素子へ伝達して機械的な損傷を与えるという問題がある。
また、金線用のボンディングキャピラリーにおいて、集積化チップのワイヤーとの干渉を防ぐために十分なボトルネック高さを確保したボンディングキャピラリーが提案されている（特許文献２参照）。
この特許文献２に開示がされたボンディングキャピラリーにおいては、ボトルネック高さを過度に高くするとせん断破壊してしまうため、２段ハイボトルネック型にしてワイヤ接触を回避するための高さを確保するようにしている。そして、更に第２ボトルネック部とストレート部に段差を設けて超音波伝達の倍加効果を狙うことで、従来に比べ低いボンド荷重および低い超音波パワーであってもボンディングキャピラリー先端部での振幅を増加させることができるので、接合部分の引張強度およびせん断強度を増大させることができる。
しかしながらこの特許文献２に開示された技術の場合、ボンディングキャピラリー先端部の振幅増加によって接合部分のせん断強度が増加するとしても、それに応じてボンディングキャピラリー先端部からアルミニウム電極や半導体素子に作用する局所的な垂直方向応力も増加し、結果的にアルミニウム電極や半導体素子に機械的損傷を与える可能性も増加してしまうという問題がある。特に、銅線を用いたワイヤーボンディングにおいては、銅が金よりも硬いこと及びボンド荷重条件が異なることからこの傾向は顕著なものとなる。
特許番号３０８６１５８号公報（第１頁、第１図） 特開２００７−１５０２２５号公報（第４図）
日本機械学会論文集６２巻５９５号、論文番号９５−１１４９、１９９６年３月
本発明の実施態様は、上記問題を解決するためになされたものであり、金線に最適化された既存のボンディング装置で銅線のワイヤーボンディングを行う場合であっても過度な超音波パワーの伝達によるアルミニウム電極や半導体素子の損傷が生じることがないようにしたボンディングキャピラリーを提供することにある。
第１の発明は、ボンディング装置に機械的に固定される第一円筒部と、前記第一円筒部のボンディングを行う側に設けられた円錐部と、前記円錐部の前記ボンディングを行う側に設けられ、既に配線されている隣の金属細線との干渉を抑制する軸方向長さを有するボトルネック部と、前記円錐部と前記ボトルネック部との間に設けられ、前記円錐部の前記ボンディングを行う側の端部の直径寸法よりは小さく、前記ボトルネック部の前記ボンディングを行う側とは反対側の端部の直径寸法よりは大きい直径寸法を有した減衰部と、を備えたことを特徴とするボンディングキャピラリーである。
このボンディングキャピラリーには減衰部が設けられているのでを、ボトルネック部の過度な傾斜を抑制することができる。そのため、アルミニウム電極や半導体素子への機械的な損傷のないボンディングが可能となる。
この場合、金線に最適化された既存のボンディング装置で銅線のワイヤーボンディングを行う場合であっても、過度な超音波パワーの伝達によるアルミニウム電極や半導体素子の損傷を抑制することができる。
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第一円筒部と、前記減衰部と、前記ボトルネック部とは、同一の材料から形成され、前記減衰部は、前記ボトルネック部の剛性よりは高く、前記第一円筒部の剛性よりは低い剛性を有したことを特徴とするボンディングキャピラリーである。
このボンディングキャピラリーによれば、ボンディングキャピラリーの先端側において過度な変形が発生することをより抑制することができる。すなわち、ボトルネック部の過度な傾斜をより抑制することができる。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記減衰部の直径寸法は、φ０．３ｍｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリーである。
このボンディングキャピラリーによれば、アルミニウム電極や半導体素子への過度で局部的な垂直方向応力の発生をより抑制することができる。また、この様な直径寸法を有する減衰部とすることで、ボトルネック部の過度な傾斜をより抑制することができる。
また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記減衰部の軸方向長さは、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリーである。
このボンディングキャピラリーによれば、アルミニウム電極や半導体素子への過度で局部的な垂直方向応力の発生をより抑制することができる。また、この様な長さ寸法を有する減衰部とすることで、ボトルネック部の過度な傾斜をより抑制することができる。
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記ボトルネック部の軸方向長さは、既に配線されている隣の金属細線の高さ寸法よりも長いことを特徴とするボンディングキャピラリーである。
また、第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記ボトルネック部の軸方向長さは、０．１ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリーである。
また、第７の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記ボトルネック部の軸方向長さは、０．１５ｍｍ以上であることを特徴とするボンディングキャピラリーである。
本発明の実施態様によれば、銅線のワイヤーボンディングにおいて、接合強度を確保した状態で、アルミニウム電極や半導体素子への機械的な損傷の発生を抑制できるボンディングキャピラリーを実現できるという効果がある。
本発明の一実施例におけるボンディングキャピラリーを示す模式図である。 本発明の一実施例におけるボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。 ボンディングキャピラリーの振動挙動を例示するための解析図である。（ａ）は比較例１に係るボンディングキャピラリーの場合、（ｂ）は本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーの場合である。 接合部分に発生する局所的な垂直方向応力について例示をするための解析図である。 アルミスプラッシュと半導体素子の損傷とを例示する写真である。（ａ）は、接合部分の走査型電子顕微鏡写真である。（ｂ）はアルミニウム電極の下層に設けられた半導体素子の表面の走査型電子顕微鏡写真である。 接合部分に発生する垂直方向応力を例示するためのグラフ図である。 比較例１に係るボンディングキャピラリーを示す模式図である。 比較例１に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。 比較例２に係るボンディングキャピラリーを示す模式図である。 比較例２に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。 実施例１に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。 実施例７に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。 実施例４に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。 アルミプラッシュ量を例示するためのグラフ図である。 アルミプラッシュ量の測定データを例示するための図である。 ボールせん断強度を例示するためのグラフ図である。 ボールせん断強度の測定データを例示するための図である。
本発明者らは、ボンディングキャピラリーの先端部分の構成によってワイヤーボンディングプロセス中におけるボンディングキャピラリーの振幅挙動が異なるものとなるという知見を得た。
さらに、応力解析および実機評価を行うことで、アルミニウム電極や半導体素子への機械的な損傷を抑制するのに適したボンディングキャピラリーの先端部分の構成に関する知見を得た。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係るボンディングキャピラリーを示す模式図である。
本発明の一実施形態に係るボンディングキャピラリー１は、ボンディング装置に機械的に固定するための直径を有する第一円筒部２３と、減衰部２５につながる円錐部２２と、近接する配線済みの金属細線を避けて狙う位置にボンディングを行うためのボトルネック部２１と、ボトルネック部２１の先端面に先端部２４を備える。
すなわち、図１に示すように、本実施形態に係るボンディングキャピラリー１は、第一円筒部２３、円錐部２２、減衰部２５、ボトルネック部２１を備えている。
また、ボンディングキャピラリー１の内部には、金属細線を挿通させるための孔が軸方向に貫通するようにして設けられている。
第一円筒部２３は、ボンディング装置に機械的に固定される。そのため、第一円筒部２３は、ボンディング装置に機械的に固定することができるような直径寸法を有している。
円錐部２２は、第一円筒部２３のボンディングを行う側（ボンディングキャピラリー１の先端側）に設けられている。また、円錐部２２は、先端部２４側になるに従い直径寸法が小さくなる（断面積が小さくなる）ような円錐台形状を呈し、第一円筒部２３とつながる側の端部の直径寸法が第一円筒部２３の直径寸法と略同一となっている。
減衰部２５は、円錐部２２とボトルネック部２１との間に設けられている。また、減衰部２５は、円錐部２２のボンディングを行う側の端部の直径寸法よりは小さく、ボトルネック部２１のボンディングを行う側とは反対側の端部の直径寸法よりは大きい直径寸法を有している。すなわち、減衰部２５の直径寸法は、円錐部２２の先端部２４側の直径寸法よりは小さく、ボトルネック部２１の先端部２４側とは反対側の端部の直径寸法よりは大きくなっている。 減衰部２５は、ボトルネック部２１の剛性よりは高く、第一円筒部２３の剛性よりは低い剛性を有しているものとすることができる。
ボトルネック部２１は、円錐部２２のボンディングを行う側に設けられている。また、ボトルネック部２１は、既に配線されている隣の金属細線を避けて所定の接合位置にワイヤーボンディングを行うことができるような直径寸法を有している。なお、ボトルネック部２１の先端面を先端部２４としている。
ボンディングキャピラリー１のボトルネック部２１の外径を細くすることで、ボンド位置（接合位置）のピッチが例えば５０μm以下と小さい、高密度なワイヤーボンディングを行うことに対応することができる。
すなわち、ボトルネック部２１の直径寸法を小さくすれば、接合位置の間隔が狭い場合（高密度なワイヤーボンディングを行う場合）であっても、既に配線されている隣の金属細線とボトルネック部２１とが干渉することを抑制することができる。
図２は、本発明の一実施形態に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。
なお、図２は、図１におけるＡ部を拡大したものである。
円錐部２２とボトルネック部２１との間に超音波振動によって発生するアルミニウム電極や半導体素子への過度で局部的な垂直方向応力を抑制させる効果のある一実施形態として、減衰部２５が設けられている。
すなわち、減衰部２５を設けることで、アルミニウム電極や半導体素子に過度で局部的な垂直方向応力が発生することを抑制することができる。なお、過度で局部的な垂直方向応力の発生に関する詳細は後述する。
減衰部２５は、減衰部長さ２６と、減衰部径２７を有している。
すなわち、減衰部２５の軸方向長さを減衰部長さ２６とし、直径寸法を減衰部径２７としている。
円錐部２２の減衰部２５とつながる下方部の直径寸法に比べて、減衰部径２７は小さく形成されている。また、減衰部径２７は、先端部２４の直径寸法より大きく形成されている。
すなわち、前述したように、減衰部径２７（減衰部２５の直径寸法）は、円錐部２２の先端部２４側の直径寸法よりは小さく、ボトルネック部２１の先端部２４側とは反対側の端部の直径寸法よりは大きくなっている。
このように、第一円筒部２３より少なくとも細い減衰部２５を設けることにより、ボンディングキャピラリー１に伝達された超音波振動によって発生するアルミニウム電極や半導体素子に対する垂直方向応力を抑制させる効果を得られる。超音波振動により、先端部２４も振動するが、ボトルネック部２１と円錐部２２との間に減衰部２５を設けておくことでボンディングキャピラリー１全体の振幅挙動を制御し、ボンディングキャピラリー１の先端（先端部２４）の垂直方向の挙動を抑制することができる。そのため、アルミニウム電極や半導体素子に対して垂直方向に作用する局所的な集中応力を減少させることができる。
また、アルミニウム電極や半導体素子に対して垂直方向の局所的な集中応力を減らすとともに、金属細線の端部に形成されているボールとアルミニウム電極との間の接触面全体でより均一な垂直方向の応力を発生させることができる。そのため、ワイヤーボンディングプロセス中におけるボールとアルミニウム電極との間全体で摩擦エネルギーの発生効率を改善することができる。そのため、ボンディングせん断強度を高く保つことができる。これらのことより、金属細線の先端とアルミニウム電極の接合強度を高く維持しつつ、アルミニウム電極や半導体素子が機械的な損傷により、はがれるといった不具合を解消できる。
減衰部２５としては、減衰部径２７を有するものを例示したが、外観が円柱形状に限定されず、円錐部２２からボトルネック部２１にかけて径が小さくなる円錐台形状も好適である。
すなわち、減衰部２５の外観の形状として、直径寸法が減衰部径２７である円柱形状を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、円錐部２２側からボトルネック部２１側になるに従い直径寸法が小さくなる（断面積が小さくなる）円錐台形状とすることもできる。
その他、減衰部２５の外観形状として、楕円形状、多角柱形状または多角錐台形状が好適である。
ここで、減衰部２５についてさらに説明する。
本発明者らの得た知見によれば、ボンディングキャピラリーの先端部分の構成によってワイヤーボンディングプロセス中におけるボンディングキャピラリーの振幅挙動が異なるものとなる。
図３は、ボンディングキャピラリーの振動挙動を例示するための解析図である。なお、図３（ａ）は後述する比較例１に係るボンディングキャピラリーの場合（図７、図８を参照）、図３（ｂ）は本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーの場合である。すなわち、図３（ａ）は特許文献２に開示されたボンディングキャピラリーと同様に減衰部２５を設けていないボンディングキャピラリーの場合、図３（ｂ）は後述する実施例３に係るボンディングキャピラリーの場合である。
また、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析によりボンディングキャピラリーの振幅挙動を解析するものとした。なお、加振方向はボンディングキャピラリーの軸方向に垂直な方向とし、振幅を１μｍ、周波数を１２０ｋＨｚとした。
図３（ａ）から分かるように、比較例１に係るボンディングキャピラリーの場合にはボンディングキャピラリーの先端側において変形が大きくなる。すなわち、ボトルネック部が過度に傾斜している。
これに対し、図３（ｂ）から分かるように、本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーの場合にはボンディングキャピラリーの先端側における変形を抑制することができる。すなわち、ボトルネック部の傾斜を抑制することができる。
ここで、ボンディングキャピラリーの先端部は、金属細線の端部に形成されているボールを介して１ｓｔ側の電極に押し付けられる。または、ボンディングキャピラリーの先端部は、金属細線を介して２ｎｄ側の電極に押し付けられる。
そのため、ボンディングキャピラリーの先端側における変形が大きくなると、電極や電極の下層に設けられている半導体素子に機械的な損傷を与えるおそれがある。特に、１ｓｔ側の電極がアルミニウム電極の場合には、ボンディングキャピラリーの先端側における変形の影響が顕著となる。さらに、金属細線が銅線の場合には金線の場合と比べて硬度が高くなるため、ボンディングキャピラリーの先端側における変形の影響がさらに顕著となる。
この場合、ボンディングキャピラリーの先端側における変形が大きくなると、アルミニウム電極や半導体素子に作用する局所的な垂直方向応力が過大なものとなるおそれがある。
図４は、接合部分に発生する局所的な垂直方向応力について例示をするための解析図である。
なお、図４は、金属細線の端部に形成されているボールを介して接合する場合に発生する局所的な垂直方向応力をＣＡＥ解析により解析したものである。
図４に示すように、ボンディングキャピラリーの先端側における変形が大きくなり、ボトルネック部２１が大きく傾くと接合部分の周縁（ボールの周縁）に局所的に大きな垂直方向応力が発生する。この場合、図４中の右側においては圧縮応力が発生し、図４中の左側においては引張り応力が発生する。また、ボンディングキャピラリーは図４中の左右方向に可振されるので、圧縮応力と引張り応力とが交互に発生することになる。
この様な局所的に大きな垂直方向応力が発生すると、アルミニウム電極にいわゆるアルミスプラッシュが発生したり、半導体素子に損傷が発生したりするおそれがある。
図５は、アルミスプラッシュと半導体素子の損傷とを例示する写真である。
なお、図５（ａ）は、接合部分の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）写真である。図５（ｂ）はアルミニウム電極の下層に設けられた半導体素子の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
図５（ａ）に示すようなアルミスプラッシュが発生すると、隣接する電極と短絡するおそれがある。また、アルミニウム電極は、その下層に設けられた半導体素子を保護する機能をも有しているため半導体素子の保護作用が低減するおそれもある。
また、接合部分の周縁（ボールの周縁）に局所的に大きな垂直方向応力が発生すると、図５（ｂ）に示すような損傷が半導体素子の表面に発生するおそれもある。
そのため、本発明の実施形態においては、円錐部２２とボトルネック部２１との間に減衰部２５を設けることで、過度で局部的な垂直方向応力が発生することを抑制するようにしている。
図６は、接合部分に発生する垂直方向応力を例示するためのグラフ図である。
なお、図６の縦軸は垂直方向応力を表し、横軸は接合部分における位置を表している。この場合、横軸の０（ゼロ）は接合部分の中心位置（押し付けられたボール部分の中心位置）である。
また、図６中のＢは後述する比較例１に係るボンディングキャピラリーの場合、図６中のＣは本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーの場合である。すなわち、図６中のＢは特許文献２に開示されたボンディングキャピラリーと同様に減衰部２５を設けていないボンディングキャピラリーの場合、図６中のＣは後述する実施例３に係るボンディングキャピラリーの場合である。
図６から分かるように、本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーによれば、接合部分の周縁（ボールの周縁）に発生する垂直方向応力を大幅に低減させることができる。また、接合部分の全域において発生する垂直方向応力をも低減させることができる。
次に、本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーの実施例について説明する。
（実施例）
表１は、本発明の実施形態に係るボンディングキャピラリーの実施例と比較例との比較をまとめたものである。
（比較例１）
比較例１は、特許文献２に開示されたボンディングキャピラリーと同様に減衰部２５を備えていないボンディングキャピラリーの場合である。
図７は、比較例１に係るボンディングキャピラリーを示す模式図である。
図８は、比較例１に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。
なお、図８は、図７におけるＤ部を拡大したものである。
図７に示すように、比較例１に係るボンディングキャピラリーは、第一円筒部１３、円錐部１２、ボトルネック部１１を備えている。また、ボトルネック部１１の先端面が先端部１４となっている。すなわち、比較例１に係るボンディングキャピラリーには減衰部が設けられていない。
図７、図８に示す従来のボンディングキャピラリーの形状において、先端部１４の直径寸法を０．０７５ｍｍ、ボトルネック部１１の長さを０．１５０ｍｍとしたボトルネックを有するボンディングキャピラリーにおいて、ボールせん断強度は１８．９１ｇｆと十分であるものの、半導体素子表面に損傷の発生が確認された。また、垂直方向に発生する応力の最大値の解析を実施し、この時の応力最大値を１とする。なお、１ｓｔ側の接合強度をボールせん断強度と称している。 すなわち、表１に示すように、比較例１に係るボンディングキャピラリーの場合には、良好なボールせん断強度を得ることができるものの、半導体素子表面に損傷が発生した。また、アルミスプラッシュも大きくなった。
半導体素子表面の損傷の発生やアルミスプラッシュの増大は、アルミニウム電極や半導体素子に作用する局所的な垂直方向応力が過大なものとなったからである。
そのため、実施例と比較するために、比較例１において垂直方向に発生する応力の最大値をＣＡＥ解析により解析し、この解析値を「１００％」（基準値）とすることにした。
（比較例２）
比較例２は、特許文献２に開示されたボンディングキャピラリーと同等のボンディングキャピラリーの場合である。すなわち、比較例２も減衰部２５を備えていないボンディングキャピラリーの場合である。
図９は、比較例２に係るボンディングキャピラリーを示す模式図である。
図１０は、比較例２に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。
なお、図１０は、図９におけるＥ部を拡大したものである。
図９に示すように、比較例２に係るボンディングキャピラリーは、第一円筒部１３、円錐部１２ａ、ボトルネック部１１を備えている。また、ボトルネック部１１の先端面が先端部１４となっている。すなわち、比較例２に係るボンディングキャピラリーには減衰部が設けられていない。なお、第一円筒部１３と円錐部１２ａとの間には段差部１０３’が設けられている。
表１に示すように、比較例２に係るボンディングキャピラリーについて応力解析をすると、垂直方向応力の解析値は比較例１の１５３％となりかえって垂直方向応力が増大することが判明した。したがって、半導体素子表面に損傷を発生させる可能性が高い。
（実施例１）
図１１に示す本発明の一実施形状において、先端部２４の直径寸法を０．０７５ｍｍ、ボトルネック部２１の長さを０．１５０ｍｍとし、図２に示す減衰部長さ２６を０．１００ｍｍ、減衰部径２７を０．１６８ｍｍとした時の垂直方向の応力最大値は７１．７％であり、アルミニウム電極や半導体素子への機械的な損傷につながる垂直方向応力を低減できていることがわかる。またボンディング評価においてボールせん断強度は１８．９１ｇｆあり、アルミスプラッシュ量は比較例１よりも小さすることができ、半導体素子表面における損傷の発生も確認されなかった。さらに、アルミスプラッシュ量、ボールせん断強度ともに数値バラツキが小さくなり、従来と比べて安定したワイヤーボンディングが可能となっている。
すなわち、図１１は実施例１に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。
実施例１は、図１、図２に示したボンディングキャピラリー１の減衰部長さ２６、減衰部径２７、先端部２４の直径寸法、ボトルネック部２１の長さを表１の実施例１に示すものとした場合である。
図１１に示すものの場合には、減衰部２５ａの外観は円錐台形状を呈している。この様に減衰部２５ａの外観が円錐台形状を呈している場合には、減衰部径はボトルネック部２１側の端面の直径寸法（最小直径寸法）とすることにする。なお、減衰部２５ａの場合は、中心軸と稜線とがなす角度を１０°（両角では２０°）としている。
表１に示すように、実施例１によれば、垂直方向応力の解析値を比較例１の７１．７％とすることができる。そして、比較例１の場合と比べてアルミスプラッシュ量を抑制することができる。この場合、半導体素子表面における損傷の発生も確認されなかった。
また、ボールせん断強度も１８．９１ｇｆとすることができ、良好なボールせん断強度を得ることができる。
（実施例７）
図１２に示す本発明の一実施形状において、先端部２４の径を０．０７５ｍｍ、ボトルネック部２１の長さを０．１５０ｍｍとし、図２に示す減衰部長さ２６を０．１００ｍｍ、減衰部径２７を０．２５２ｍｍとした時のアルミニウム電極における垂直方向の応力最大値は71.8％であった。またボンディング評価においてボールせん断は１８．８９ｇｆあり、アルミスプラッシュ量は従来の比較例よりも小さすることができ、アルミニウム電極損傷の発生も確認されなかった。本実施例においてもアルミスプラッシュ量、ボールせん断強度ともに数値バラツキが小さくなり、従来と比べて安定したワイヤーボンディングが可能となっている。
すなわち、図１２は実施例７に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。
実施例７は、図１、図２に示したボンディングキャピラリー１の減衰部長さ２６、減衰部径２７、先端部２４の直径寸法、ボトルネック部２１の長さを表１の実施例７に示すものとした場合である。
図１２に示すものの場合には、減衰部２５ｂの外観は円錐台形状を呈している。そのため、表１に示した減衰部径はボトルネック部２１側の端面の直径寸法（最小直径寸法）である。なお、減衰部２５ｂの場合も、中心軸と稜線とがなす角度を１０°（両角では２０°）としている。
表１に示すように、実施例７によれば、垂直方向応力の解析値を比較例１の７１．８％とすることができる。そして、比較例１の場合と比べてアルミスプラッシュ量を抑制することができる。この場合、半導体素子表面における損傷の発生も確認されなかった。
また、ボールせん断強度も１８．８９ｇｆとすることができ、良好なボールせん断強度を得ることができる。
また、表１に示すように、実施例３、実施例６、実施例８の場合も垂直方向応力の解析値を比較例１の場合と比べて小さくすることができる。また、実施例３の場合も比較例１の場合と比べてアルミスプラッシュ量を抑制することができる。また、実施例２〜６、８の場合も半導体素子表面における損傷の発生が確認されなかった。そして、実施例３の場合もボールせん断強度を１８．００ｇｆとすることができ、良好なボールせん断強度を得ることができる。
この場合、実施例２、３、５〜８の減衰部の外観は円錐台形状を呈している。そのため、表１に示した減衰部径はボトルネック部２１側の端面の直径寸法（最小直径寸法）である。なお、これらの減衰部の場合も、中心軸と稜線とがなす角度を１０°（両角では２０°）としている。
これに対して、実施例４の減衰部の外観は円柱形状を呈している。
図１３は、実施例４に係るボンディングキャピラリーの先端形状を示す模式拡大図である。
この様に減衰部２５ｃの外観が円柱形状を呈している場合には、表１に示した減衰部径は減衰部２５ｃの直径寸法となる。
以上に説明したように、減衰部の直径寸法は、φ０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、減衰部の長さは、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
図１４は、アルミプラッシュ量を例示するためのグラフ図である。
図１５は、アルミプラッシュ量の測定データを例示するための図である。なお、図１４は、図１５に例示をしたデータに基づいたグラフ図である。また、「Ａｖｅ」は平均値、「Ｍａｘ」は最大値、「Ｍｉｎ」は最小値、「σ」偏差を表している。
図１６は、ボールせん断強度を例示するためのグラフ図である。
図１７は、ボールせん断強度の測定データを例示するための図である。なお、図１６は、図１７に例示をしたデータに基づいたグラフ図である。また、「Ａｖｅ」は平均値、「Ｍａｘ」は最大値、「Ｍｉｎ」は最小値、「σ」偏差を表している。
図１４、図１５に示すように、実施例１、実施例７によれば、比較例１の場合と比べてアルミスプラッシュ量を少なくすることができるとともに、アルミスプラッシュ量のバラツキ（偏差）を小さくすることができる。
また、図１６、図１７に示すように、実施例１、実施例７によれば、比較例１の場合と比べてボールせん断強度をほぼ同等とすることができるとともに、ボールせん断強度のバラツキ（偏差）を小さくすることができる。
すなわち、このことは比較例１の場合と比べて安定したワイヤーボンディングが可能となることを意味する。
ボンディングキャピラリーにおいては、使用中にボトルネック部２１が折れないことが求められるので、本実施例では硬度が1900Hv以上、曲げ強度が1100Mpa以上の物性値を有するセラミックスが望ましく、例えば酸化アルミニウムを重量比で75%以上含むセラミックス材料が望ましい。
１１・・・・・・・・・ボトルネック部
１２・・・・・・・・・円錐部
１２ａ・・・・・・・・円錐部
１３・・・・・・・・・第一円筒部
１４・・・・・・・・・先端部
２１・・・・・・・・・ボトルネック部
２２・・・・・・・・・円錐部
２３・・・・・・・・・第一円筒部
２４・・・・・・・・・先端部
２５・・・・・・・・・減衰部
２５ａ〜２５ｃ・・・・減衰部
２６・・・・・・・・・減衰部長さ
２７・・・・・・・・・減衰部径

Claims (7)

  1. ボンディング装置に機械的に固定される第一円筒部と、
    前記第一円筒部のボンディングを行う側に設けられた円錐部と、
    前記円錐部の前記ボンディングを行う側に設けられ、既に配線されている隣の金属細線との干渉を抑制する軸方向長さを有するボトルネック部と、
    前記円錐部と前記ボトルネック部との間に設けられ、前記円錐部の前記ボンディングを行う側の端部の直径寸法よりは小さく、前記ボトルネック部の前記ボンディングを行う側とは反対側の端部の直径寸法よりは大きい直径寸法を有した減衰部と、
    を備えたことを特徴とするボンディングキャピラリー。
  2. 前記第一円筒部と、前記減衰部と、前記ボトルネック部と、は、同一の材料から形成され、
    前記減衰部は、前記ボトルネック部の剛性よりは高く、前記第一円筒部の剛性よりは低い剛性を有したことを特徴とする請求項１記載のボンディングキャピラリー。
  3. 前記減衰部の直径寸法は、φ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のボンディングキャピラリー。
  4. 前記減衰部の軸方向長さは、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリー。
  5. 前記ボトルネック部の軸方向長さは、既に配線されている隣の金属細線の高さ寸法よりも長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリー。
  6. 前記ボトルネック部の軸方向長さは、０．１ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリー。
  7. 前記ボトルネック部の軸方向長さは、０．１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリー。
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