JP6126144B2 - ボンディングキャピラリ - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ボンディングキャピラリに関する。

従来、半導体チップとリードフレームとを電気的に接続する方法の一つとして、ワイヤボンディングが知られている。ワイヤボンディングは、半導体チップおよびリードフレームの電極間にボンディングワイヤと呼ばれる金属線を架け渡すことにより、これらを電気的に接続する方法である。

ワイヤボンディングでは、ボンディングキャピラリと呼ばれる筒状のツールが使用される。具体的には、ボンディングキャピラリの内部にボンディングワイヤを通して先端から突出させ、突出したボンディングワイヤをボンディングキャピラリの先端面を用いて電極に押し付ける。さらに、ボンディングキャピラリに超音波を印加して先端面を振動させることにより、ボンディングワイヤを電極に擦り付ける。これにより、ボンディングワイヤは、電極に接合される。

ボンディングキャピラリとしては、先端面へのボンディングワイヤの付着を防止するために、ボンディングワイヤが挿通される挿通孔の開口部周縁に所定の曲率のＲ部を設けたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。

特開平９−３２６４１１号公報

しかしながら、上記したＲ部を有するボンディングキャピラリを用いてワイヤボンディングを行った場合、接合強度が得られ難いという問題がある。これは、Ｒ部を設けることで、ボンディングワイヤに対するグリップ力が低下し、ボンディングワイヤを電極に擦り付け難くなるためである。

このような接合強度の問題は、Ａｌ（アルミニウム）製のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合に顕著となる。これは、ボンディングワイヤの材料として一般的に用いられるＡｕ（金）と比べて、Ａｌは酸化し易く、表面に形成される酸化膜によって電極との接合が阻害され易いためである。

また、Ａｌ製のボンディングワイヤには、Ａｕ製のボンディングワイヤと比べて、クラックが生じ易いという問題もある。したがって、Ａｌ製のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合には、接合強度を高めることとクラックの発生を抑制することとを両立させることが好ましい。

実施形態の一態様は、ボンディングワイヤへのクラックの発生を抑えつつ、接合強度を高めることのできるボンディングキャピラリを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るボンディングキャピラリは、ボンディングワイヤを押圧する押圧面と、前記ボンディングワイヤが挿通される挿通孔と、前記挿通孔と前記押圧面とを連絡し、前記押圧面に向かって広がるテーパ状孔と、前記テーパ状孔と前記押圧面との間に設けられ前記テーパ状孔および前記押圧面に滑らかに連続する曲面を有する面取り部と、を備え、前記面取り部は、表面に凹凸形状を有し、かつ、前記凹凸形状における凸部の尖り度合いが、前記凹凸形状における凹部の尖り度合いよりも小さく、前記面取り部の凹凸形状は、スキューネスが−０．１６４以下であり、かつ、平均高さが０．０３５μｍ以上、０．０９２μｍ以下であり、前記押圧面は、凹凸形状を有し、前記押圧面における凹凸形状は、平均高さが０．１１３μｍ以上であり、前記面取り部は、前記曲面の曲率半径が１２．８μｍ以上、２０．３０μｍ以下であり、前記テーパ状孔のテーパ角度は、１００°以下であることを特徴とする。

テーパ状孔と押圧面との間に面取り部を設けることで、ボンディングワイヤに与える応力を緩和することができるため、ボンディングワイヤへのクラックの発生を抑えることができる。

また、面取り部の表面に凹凸形状を設けることで、ボンディングワイヤを電極に擦り付ける際のボンディングワイヤに対するグリップ力を向上させることができるため、接合強度を高めることができる。

一方、単に凹凸形状を設けただけでは、凹凸形状における凸部の尖りによってワイヤが傷つくおそれがあり、この傷によってワイヤにクラックが生じ易くなるおそれがある。そこで、凹凸形状における凸部の尖り度合いを凹部の尖り度合いよりも小さくすることとした。これにより、凹凸形状に起因するクラックの発生を抑えることができる。

また、Ａｌ製のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合において、ファーストボンディング工程後のボンディングワイヤへのクラックの発生を好適に抑えることができる。また、セカンドボンディング工程後のテール部分において十分な接合強度を得ることができる。

さらに、Ａｌ製のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合において、セカンドボンディング工程後のステッチ部分において十分な接合強度を得ることができる。

また、前記押圧面は、凹凸形状を有し、かつ、前記押圧面の凹凸形状における凸部の尖り度合いが、前記面取り部の凹凸形状における凸部の尖り度合いよりも大きいことを特徴とする。

押圧面は、面取り部と比較してボンディングワイヤにクラックを生じさせ難い。このため、押圧面においては、クラックの発生防止よりもグリップ力の向上を重視する観点から上記構成としてもよい。上記構成とすることで、ボンディングワイヤに対するグリップ力をさらに向上させることができる。

また、前記面取り部は、前記テーパ状孔および前記押圧面に滑らかに連続する曲面を有し、かつ、前記曲面の曲率半径が４．５５μｍ以上、２０．３０μｍ以下であることを特徴とする。

これにより、Ａｌ製のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合において、ボンディングワイヤへのクラックの発生を好適に抑えることができる。また、セカンドボンディング工程後におけるボンディングワイヤの分断不良の発生を好適に抑えることができる。

また、前記面取り部は、前記テーパ状孔および前記押圧面に滑らかに連続する曲面を有し、かつ、前記曲面の曲率半径が１２．８μｍ以上、２０．３０μｍ以下であることを特徴とする。

これにより、Ａｌ製のボンディングワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合において、ボンディングワイヤのループ長が３ｍｍ以上であっても、ボンディングワイヤへのクラックの発生を好適に抑えることができる。また、セカンドボンディング工程後におけるボンディングワイヤの分断不良の発生を好適に抑えることができる。

また、前記テーパ状孔のテーパ角度は、１００°以下であることを特徴とする。

これにより、前記挿通孔と前記テーパ状孔との境界角部において、ボンディングワイヤへのクラックの発生を好適に抑えることができる。

また、前記押圧面の外径は、前記ボンディングワイヤのワイヤ径の４．０倍以上、５．７倍以下であることを特徴とする。

これにより、所望の接合強度を得ることができる。

実施形態の一態様によれば、ボンディングワイヤへのクラックの発生を抑えつつ、接合強度を高めることができる。

図１は、本実施形態に係るボンディングキャピラリを示す模式側面図である。 図２は、図１に示すＨ１部の模式拡大図である。 図３は、ボトルネック部の先端部分を示す模式側断面図である。 図４は、図３に示すＨ２部の模式拡大図である。 図５は、押圧面の表面形状を示す模式側断面図である。 図６は、面取り部の表面形状を示す模式側断面図である。 図７は、ファーストボンディング工程の様子を示す模式側断面図である。 図８は、セカンドボンディング工程の様子を示す模式側断面図である。 図９は、面取り部の表面の粗さ曲線を例示するグラフである。 図１０は、面取り部における凹凸形状のスキューネスおよび平均高さならびに押圧面における凹凸形状の平均高さをそれぞれ変化させた場合の評価結果を示す図である。 図１１は、面取り部の曲率半径を変化させた場合の評価結果を示す図である。 図１２は、面取り部の曲率半径を変化させた場合の評価結果を示す図である。 図１３は、テーパ状孔の角度を変化させた場合の評価結果を示す図である。 図１４は、ボンディングのシミュレーション結果の一例を示す模式的斜視図である。 図１５は、ボンディングのシミュレーション結果の一例を示す模式的平面図である。 図１６は、押圧面外径とワイヤー径の比率を変化させた場合の評価結果を示す図である。 図１７は、ボンディングキャピラリの製造方法の一部を例示するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するボンディングキャピラリの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施形態）
まず、本実施形態に係るボンディングキャピラリの全体構成について図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るボンディングキャピラリを示す模式側面図である。また、図２は、図１に示すＨ１部の模式拡大図である。

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１（以下、「キャピラリ１」と記載する）は、ボンディングワイヤ（以下、「ワイヤ」と記載する）が挿通される挿通孔１１を有する。なお、キャピラリ１は、たとえばセラミックで形成される。キャピラリ１の材料としては、例えば、アルミナなどが挙げられる。あるいは、キャピラリ１の材料としては、アルミナと、ジルコニアおよびクロミアの少なくともいずれかと、を含む複合材料などが挙げられる。

キャピラリ１は、円筒部１２と、円錐部１３と、ボトルネック部１４と、を備える。円錐部１３は、円筒部１２の一端に設けられる部位であり、先端側に向かって縮径する形状を有する。ボトルネック部１４は、円錐部１３の先端に設けられる部位であり、円錐部１３の先端径よりもさらに小さい径を有する。挿通孔１１は、これら円筒部１２、円錐部１３およびボトルネック部１４を貫通するように設けられる。

図２に示すように、ボトルネック部１４の先端面である押圧面３０と挿通孔１１との間には、テーパ状孔２０が設けられる。テーパ状孔２０は、挿通孔１１から押圧面３０に向かって拡径するようにテーパ加工される。

上記のように構成されたキャピラリ１は、テーパ状孔２０から外部へ突出させたワイヤを押圧面３０を用いて電極に押し付け、超音波により押圧面３０を振動させてワイヤを電極に擦り付けことで、ワイヤを電極に接合させる。

ここで、ワイヤの材料としては、Ａｕ（金）が一般的に用いられる。これに対し、半導体チップの電極であるパッド電極には、Ａｌ（アルミニウム）が一般的に用いられる。このように異種の金属同士であるＡｕとＡｌとを接合すると、接合界面にボイドが発生して接合強度が低下するおそれがある。また、高価なＡｕを用いることで、半導体デバイスの製造コストが高くなるという問題もある。

このため、近年では、半導体チップのパッド電極と同素材であり、かつ、Ａｕよりも安価なＡｌをワイヤの材料として用いることが提案されている。

しかしながら、Ａｌは、Ａｕと比べて強度が低い。このため、後述するファーストボンディング工程後、ワイヤの折れ曲がり部分にクラックが生じ易いという問題がある。また、Ａｌは、Ａｕと比べて酸化し易く、表面に形成される酸化膜によって電極との接合が阻害され易い。このため、十分な接合強度を得ることが容易ではないという問題もある。

そこで、本実施形態に係るキャピラリ１では、押圧面３０とテーパ状孔２０との境界部分に面取り部を設けることで、ワイヤの折れ曲がり部分へのクラックの発生を抑えることとした。また、本実施形態に係るキャピラリ１では、上記面取り部に微細な凹凸形状を設けることで、押圧面３０を振動させてワイヤを電極に擦り付ける際のワイヤに対するグリップ力を向上させ、これにより接合強度を高めることとした。

一方、単に凹凸形状を設けただけでは、凹凸形状における凸部の尖りによってワイヤが損傷するおそれがあり、ワイヤが損傷することでワイヤにクラックが生じ易くなるおそれがある。このため、本実施形態に係るキャピラリ１では、上記凹凸形状における凸部の尖り度合いを凹部の尖り度合いよりも小さくすることとした。これにより、凹凸形状に起因するクラックの発生を抑えることができる。なお、「尖り度合い」とは、凸部および凹部の鋭さの程度を意味する。したがって、「凸部の尖り度合いを凹部の尖り度合いよりも小さくする」とは、凸部の鋭さを凹部の鋭さよりも緩やかにすることを意味する。

以下では、押圧面３０とテーパ状孔２０との境界部分に形成される面取り部および面取り部の表面に形成される凹凸形状の構成について図３および図４を参照して具体的に説明する。図３は、ボトルネック部１４の先端部分を示す模式側断面図である。また、図４は、図３に示すＨ２部の模式拡大図である。

図３に示すように、押圧面３０は、外縁部から中央部に向かってわずかに隆起する凸面状に形成される。また、テーパ状孔２０は、押圧面３０の中央部に形成される。したがって、キャピラリ１においては、テーパ状孔２０と押圧面３０との境界部分が最も先端側に突き出た部分であり、この部分においてワイヤにクラックが生じ易い。

面取り部４０は、テーパ状孔２０と押圧面３０との境界部分に設けられる。図４に示すように、面取り部４０は、テーパ状孔２０から押圧面３０にかけて滑らかに連続する曲面を有する。

図５は、押圧面３０の表面形状を示す模式側断面図である。また、図６は、面取り部４０の表面形状を示す模式側断面図である。図５および図６に示すように、押圧面３０および面取り部４０には、表面に微細な凹凸形状が形成される。これらの凹凸形状は、いずれも、凸部３１，４１の尖り度合いが、凹部３２，４２の尖り度合いよりも小さくなるように形成される。

また、図５に示す押圧面３０の凹凸形状は、凸部３１の尖り度合いが、図６に示す面取り部４０の凹凸形状における凸部４１の尖り度合いよりも大きくなるように形成される。これにより、本実施形態に係るキャピラリ１では、押圧面３０のワイヤに対するグリップ力を面取り部４０のワイヤに対するグリップ力よりも高めている。

次に、上述した構成の作用についてワイヤボンディングの動作とともに図７および図８を参照して説明する。図７は、ファーストボンディング工程の様子を示す模式側断面図である。また、図８は、セカンドボンディング工程の様子を示す模式側断面図である。

ワイヤボンディングは、ファーストボンディング工程、ループ形成工程およびセカンドボンディング工程を含む。ファーストボンディング工程は、一方の電極にワイヤを接合する工程である。ループ形成工程は、ファーストボンディング工程後、キャピラリ１を所定の軌道で移動させることにより、電極間にワイヤのループを形成する工程である。セカンドボンディング工程は、ループ形成工程後、他方の電極にワイヤを接合する工程である。これらの工程により、電極間にワイヤが架け渡されて、半導体チップとリードフレームとが電気的に接続される。

図７には、従来のＡｕ製のワイヤ（以下、「Ａｕワイヤ」と記載する）に代えて、Ａｌ製のワイヤ（以下、「Ａｌワイヤ」と記載する）を用いてワイヤボンディングを行う場合におけるファーストボンディング工程の様子を示している。

ここで、従来のＡｕワイヤを用いたワイヤボンディングでは、ファーストボンディング工程として、ボールボンディングが行われる。ボールボンディングは、ワイヤの先端を放電により溶融させてＡｕのボールを形成し、このボールを電極に熱圧着させることによってワイヤと電極とを接合する方法である。ボールボンディングには、ボンディングキャピラリが用いられる。

一方、Ａｌワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合、上記したボールボンディングを行うことは困難である。これは、ＡｌがＡｕと比べて酸化し易く、Ａｕのようにボールを形成することが難しいためである。このため、Ａｌワイヤを用いてワイヤボンディングを行う場合には、ボールを形成することなくワイヤを電極に接合するウェッジボンディングツールが一般的に用いられる（たとえば、特開２００１−１５６１００号公報参照）。

しかしながら、ウェッジボンディングツールは、ボンディングキャピラリと比べて構造が複雑であるため高価であり、かつ、耐久性も低い。このため、本実施形態では、ウェッジボンディングツールと比べて安価で耐久性も高いボンディングキャピラリであるキャピラリ１を用いて、Ａｌワイヤによるワイヤボンディングを行うこととした。これにより、半導体デバイスの生産性を高めることが可能である。

図７に示すように、キャピラリ１は、まず、ＡｌワイヤＷを押圧面３０を用いて一方の電極、たとえばリードフレームのリード電極１００に押し付ける。このとき、面取り部４０とリード電極１００との間でＡｌワイヤＷが分断されないように、面取り部４０とリード電極１００との間には所定の間隔が設けられる。

つづいて、キャピラリ１の円筒部１２（図１参照）に超音波が印加される。これにより、押圧面３０が振動してＡｌワイヤＷがリード電極１００に擦り付けられる。これにより、ＡｌワイヤＷは、リード電極１００に接合される。

つづいて、キャピラリ１は、所定の軌道を描きながら移動することで、ワイヤのループを形成する。このとき、ＡｌワイヤＷのリード電極１００に接合された部分と接合されていない部分との境目、たとえば図７に示す領域Ｂに折れ曲がり部分が形成される。クラックは、この折れ曲がり部分において発生し易い。

この点への対策として、本実施形態に係るキャピラリ１では、テーパ状孔２０と押圧面３０との境界部分に面取り部４０が設けられる。これにより、面取り部４０が設けられない場合と比べて領域Ｂへの応力集中が緩和されるため、ＡｌワイヤＷの折れ曲がり部分にクラックが発生することを抑えることができる。

また、上述したように、ＡｌワイヤＷは、表面に形成される酸化膜によって電極との接合が阻害され易いため、Ａｕワイヤと比べて十分な接合強度を得ることが容易ではないという問題もある。

この点への対策として、本実施形態に係るキャピラリ１では、面取り部４０の表面に微細な凹凸形状を設けることとした。これにより、面取り部４０のＡｌワイヤＷに対するグリップ力が向上するため、Ａｕワイヤと比べて接合強度が得られ難いＡｌワイヤＷを用いる場合であっても、十分な接合強度を得ることができる。

また、面取り部４０の凹凸形状は、凸部４１の尖り度合いが凹部４２の尖り度合いよりも小さくなるように形成される。このため、本実施形態に係るキャピラリ１によれば、凹凸形状に起因するクラックの発生を抑えつつ、高い接合強度を得ることができる。

また、本実施形態に係るキャピラリ１では、押圧面３０にも微細な凹凸形状を設けることとした。押圧面３０は、面取り部４０と比較してＡｌワイヤＷにクラックを生じさせ難い。このため、クラックの発生防止よりもグリップ力の向上を重視する観点から、押圧面３０の凹凸形状は、凸部３１の尖り度合いが、面取り部４０の凹凸形状における凸部４１の尖り度合いよりも大きくなるように形成される（図５および図６参照）。これにより、ＡｌワイヤＷに対するグリップ力をさらに向上させることができる。

つづいて、キャピラリ１は、セカンドボンディング工程を行う。まず、キャピラリ１は、図８に示すように、ＡｌワイヤＷを押圧面３０を用いて他方の電極、たとえば半導体チップのパッド電極２００に押し付ける。セカンドボンディング工程では、ＡｌワイヤＷをパッド電極２００に接合した後に、ＡｌワイヤＷを分断する必要がある。このため、面取り部４０とパッド電極２００との間隔は、ファーストボンディング工程時よりも短く設定される。

つづいて、キャピラリ１は、超音波により押圧面３０を振動させてＡｌワイヤＷをパッド電極２００に擦り付ける。これにより、ＡｌワイヤＷは、パッド電極２００に接合される。

つづいて、キャピラリ１は、所定距離だけ上昇する。このとき、ＡｌワイヤＷは、図８に示すように、面取り部４０よりも外側のステッチ部分Ｓだけでなく、面取り部４０よりも内側のテール部分Ｔにおいてもパッド電極２００に接合された状態となっている。このため、キャピラリ１が上昇すると、この上昇に伴ってキャピラリ１からＡｌワイヤＷが引き出されることとなる。引き出されたＡｌワイヤＷは、次回のファーストボンディング工程においてリード電極１００に接合される部分となる。

その後、たとえばキャピラリ１が左右に移動することにより、ＡｌワイヤＷはステッチ部分Ｓとテール部分Ｔとの間で分断される。

このように、セカンドボンディング工程においては、キャピラリ１からＡｌワイヤＷを引き出すために、テール部分ＴにおいてＡｌワイヤＷをパッド電極２００に一時的に接合しておく必要がある。しかしながら、上述したように、ＡｌワイヤＷには酸化膜が形成され易いため、テール部分Ｔの接合強度を確保することが容易ではない。

これに対し、本実施形態に係るキャピラリ１では、面取り部４０に微細な凹凸形状を設けることで、面取り部４０のＡｌワイヤＷに対するグリップ力を向上させているため、テール部分Ｔにおいても十分な接合強度を得ることができる。

上述してきたように、本実施形態に係るキャピラリ１は、押圧面３０と、挿通孔１１と、テーパ状孔２０と、面取り部４０とを備える。押圧面３０は、ボンディングワイヤを押圧する面である。挿通孔１１は、上記ボンディングワイヤが挿通される孔である。テーパ状孔２０は、挿通孔１１と押圧面３０とを連絡する孔であり、押圧面３０に向かって広がる形状を有する。面取り部４０は、テーパ状孔２０と押圧面３０との間に設けられる。面取り部４０は、表面に凹凸形状を有し、かつ、凹凸形状における凸部４１の尖り度合いは、凹凸形状における凹部４２の尖り度合いよりも小さい。

したがって、本実施形態に係るキャピラリ１によれば、ボンディングワイヤへのクラックの発生を抑えつつ、接合強度を高めることができる。

（実施例）
次に、本実施形態に係るキャピラリ１の実施例について図９〜図１１を参照して説明する。図９は、面取り部の表面の粗さ曲線を例示するグラフである。図１０は、面取り部４０における凹凸形状のスキューネスおよび平均高さならびに押圧面３０における凹凸形状の平均高さをそれぞれ変化させた場合の評価結果を示す図である。また、図１１は、面取り部４０の曲率半径を変化させた場合の評価結果を示す図である。

押圧面３０および面取り部４０の凹凸形状は、たとえば平均高さＲｃおよびスキューネスＲｓｋで表される。平均高さＲｃおよびスキューネスＲｓｋは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づいて算出される。

スキューネスＲｓｋは、凹凸形状における凸部と凹部の対称性を表す値である。凹凸形状が対称的であれば、スキューネスＲｓｋは０となる。また、スキューネスＲｓｋが負である場合は、凹凸形状における凸部の尖り度合いが凹部の尖り度合いよりも小さい、言い換えれば、凹凸形状を平面視した場合における凸部の先端部分の面積が凹部の底部分の面積よりも大きいことを意味する。

本実施形態では、押圧面３０および面取り部４０の粗さ曲線をレーザ顕微鏡（オリンパス社製、ＯＬＳ４０００）を用いて測定した。測定条件は、以下の通りである。
測定倍率：５０倍
評価長さ（粗さ測定）：５００μｍ〜８００μｍ
カットオフ（位相補償形高域フィルタ）λｃ：２５μｍ

上記の条件によって測定した粗さ曲線から、平均高さＲｃを以下の式（１）によって求め、スキューネスＲｓｋを以下の式（２）によって求めた。

ここで、式（１）において、ｍは輪郭曲線要素の数、Ｚｔｉは輪郭曲線要素の高さの平均値である。また、式（２）において、Ｚｑは二乗平均平方根高さ、Ｚｎは粗さ曲線における高さの値である。

面取り部４０の表面をレーザ顕微鏡で測定して得られた粗さ曲線の一例は、図９に表した通りである。図９において、縦軸は高さ（マイクロメートル：μｍ）を表しており、横軸は測定位置（μｍ）を表している。図９に示した粗さ曲線において、面取り部４０の凹凸形状のスキューネスＲｓｋは、−０．１６４であり、面取り部４０の凹凸形状の平均高さＲｃは、０．０７３である。

図１０には、面取り部４０のスキューネスＲｓｋおよび平均高さＲｃならびに押圧面３０の平均高さＲｃをそれぞれ変化させた場合における、「クラック」、「テール接合」および「ステッチ接合」の各項目の評価結果を示している。

ここで、「クラック」項目は、ファーストボンディング工程後においてＡｌワイヤＷにクラックが生じたか否かを示す項目である。この「クラック」項目では、クラックが生じなかった場合を「〇」としている。また、「テール接合」項目および「ステッチ接合」項目は、セカンドボンディング工程後、図８に示すテール部分Ｔおよびステッチ部分Ｓにおいて十分な接合強度が得られたか否かを示す項目である。これら「テール接合」項目および「ステッチ接合」項目では、十分な接合強度が得られた場合を「〇」としている。

図１０に示すように、比較例１および２では、セカンドボンディング工程後のテール部分Ｔおよびステッチ部分Ｓにおいて十分な接合強度を得ることができなかった。また、比較例３〜６では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが生じた。

一方、実施例１〜５では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが生じず、かつ、セカンドボンディング工程後のテール部分Ｔおよびステッチ部分Ｓにおいて十分な接合強度が得られた。

この結果から、面取り部４０における凹凸形状は、スキューネスＲｓｋが−０．１６４以下であり、かつ、平均高さＲｃが０．０３５μｍ以上、０．０９２μｍ以下であることが好ましい。また、押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃは、０．１１３μｍ以上であることが好ましい。

面取り部４０における凹凸形状のスキューネスＲｓｋを−１．４未満にする場合において、面取り部４０の平均高さＲｃを、例えば０．０３５μｍ以上にすることは、加工原理上、困難である。そのため、面取り部４０における凹凸形状のスキューネスＲｓｋにおいては、−１．４以上であることが好ましい。

押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃは、４．６４２μｍ以下とすることができる。押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃが４．６４２μｍよりも高くなると、面取り部４０の形成後において、平均高さＲｃが０．０９２μｍ以上の凹凸形状が面取り部４０に残ることがある。そのため、押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃは、４．６４２μｍ以下であることが好ましい。なお、押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃ４．６４２μｍは、面取り部４０の曲率半径の下限値４．５５μｍ（図１１参照）と、面取り部４０における凹凸形状の平均高さＲｃの上限値０．０９２μｍ（図１０参照）と、を加算することで導かれる。

押圧面３０における凹凸形状は、例えば、サンドブラスト加工で形成される。押圧面３０における凹凸形状が、サンドブラスト加工で形成される場合、押圧面３０の凹凸形状の平均高さＲｃを０．４５μｍにすることができる。押圧面３０の凹凸形状の平均高さＲｃが、０．４５μｍを超えて形成される場合、例えば、表面のセラミックス粒子が、欠損（粒子脱落）することがある。そのため、押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃは、０．４５μｍ以下であることがより好ましい。

図１１には、面取り部４０の曲率半径を変化させた場合における、「クラック」および「ワイヤ分断不良」の各項目の評価結果を示している。

ここで、「クラック」項目は、図１０に示す「クラック」項目と同様の項目である。また、「ワイヤ分断不良」項目は、セカンドボンディング工程後においてＡｌワイヤＷが適切に分断されたか否かを示す項目である。この「ワイヤ分断不良」項目では、ＡｌワイヤＷの分断不良が生じなかった場合を「〇」としている。

図１１に示すように、比較例７および８では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが生じた。また、比較例９では、セカンドボンディング工程後においてＡｌワイヤＷの分断不良が生じた。

一方、実施例６〜１０では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが生じず、かつ、セカンドボンディング工程後においてもＡｌワイヤＷの分断不良が生じなかった。

この結果から、面取り部４０の曲率半径は、４．５５μｍ以上、２０．３μｍ以下であることが好ましい。

図１２は、面取り部４０の曲率半径を変化させた場合における「クラック」項目の評価結果を示す図である。
ファーストボンディングの接合点（例えばリード電極１００上の点）とセカンドボンディングの接合点（例えばパッド電極２００上の点）とのループ長が、３ｍｍ以上である場合について評価を行った。ここで、ループ長は、両接合部の中心線を結んだ仮想線の長さである。このようにループ長が比較的長いパッケージ等では、ループ形成工程においてＡｌワイヤＷにかかるテンションが大きくなり、よりクラックが生じやすくなる。

図１２において「クラック」項目は、図１０、図１１に示す「クラック」項目と同様の項目である。

図１２に示すように、比較例１０では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが、生じた。
一方、実施例１１〜１３では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが、生じなかった。
この結果から、面取り部４０の曲率半径は、１２．８μｍ以上、２０．３μｍ以下であることが好ましい。
これにより、ファーストボンディングの接合点とセカンドボンディングと接合点とのループ長が３ｍｍ以上であっても、ＡｌワイヤＷへのクラックの発生を好適に抑えることができる。また、セカンドボンディング工程後におけるボンディングワイヤの分断不良の発生を好適に抑えることができる。

図１３は、テーパ状孔２０のテーパ角度θ１（図３参照）を変化させた場合における「クラック」項目の評価結果を示す図である。
テーパ角度θ１によって、挿通孔１１とテーパ状孔２０との境界角部５０の角度θ２が規定される。テーパ角度θ１が、相対的に大きいと、境界角部５０の角度θ２は、相対的に小さくなる。そのため、テーパ角度θ１が大きすぎると、例えば、ＡｌワイヤＷにおいて境界角部５０に当接していた部分にクラックが生じる。

図１３において「クラック」項目は、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにおいて、境界角部５０に当接していた部分にクラックが生じたか否かを示す項目である。この「クラック」項目では、クラックが生じなかった場合を「〇」としている。

図１３に示すように、比較例１１および１２では、テーパ状孔２０のテーパ角度θ１が大きすぎたために、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが生じた。 一方、実施例１４および１５では、ファーストボンディング工程後のＡｌワイヤＷにクラックが生じなかった。
この結果から、テーパ状孔２０のテーパ角度θ１は、１００°以下であることが好ましい。
これにより、ＡｌワイヤＷへのクラックの発生を好適に抑えることができる。

テーパ状孔２０のテーパ角度θ１は、０°以上であることが好ましい。面取り部４０の曲率半径を所定の値（例えば、４．５５μｍ以上、２０．３μｍ以下、または、１２．８μｍ以上、２０．３μｍ以下）にすると、テーパ状孔２０のテーパ角度θ１が、０°または０°に近い場合であっても、ＡｌワイヤＷにおいて、面取り部４０に当接していた部分にクラックを生じることが抑制される。

ボンディング時において、ＡｌワイヤＷとリード電極１００の境界面（以下、単に「境界面」という）には、ＡｌワイヤＷとリード電極１００とを接合するためのエネルギーが生じる。エネルギー分布は、接合強度に影響する。

図１４は、ボンディング時のシミュレーション結果の一例を示す模式的斜視図である。 図１５は、ボンディング時において、エネルギー分布のシミュレーション結果の一例を示す模式的平面図である。
図１６は、ワイヤ径Ｄｗと押圧面外径Ｄｐとを変化させた場合における「接合強度」項目の評価結果を示す図である。
図１４は、接合部を斜め下方から見た図である。図１４に示す例では、境界面は、略楕円状である。図１４には、シミュレーションによって求められたエネルギー分布が、境界面上にコンター表示されている。

例えば、押圧面外径Ｄｐ（図３参照）とワイヤ径Ｄｗ（図７および図８参照）との比率Ｒｄ（＝Ｄｐ／Ｄｗ）を変化させることで、エネルギー分布は、変化する。ここで、押圧面外径Ｄｐとは、図３に示すように、ボトルネック部１４の外周面の延長面と、テーパ状孔２０の端部を含む平面と、を交差させてできる仮想円Ｃｒの直径である。

図１５（ａ）には、ワイヤ径Ｄｗと押圧面外径Ｄｐとの間の比率Ｒｄが６倍未満の場合のシミュレーション結果が示されている。図１５（ｂ）には、ワイヤ径Ｄｗと押圧面外径Ｄｐとの間の比率Ｒｄが６倍以上の場合のシミュレーション結果が示されている。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）には、エネルギー分布の半分が図示されている。

図１６の「ステッチ接合」項目は、セカンドボンディング工程後、図８に示すステッチ部分Ｓにおいて十分な接合強度が得られたか否かを示す項目である。「ステッチ接合」項目では、十分な接合強度が得られた場合を「〇」としている。本評価に用いた検体の押圧面３０における凹凸形状の平均高さＲｃは、０．２０μｍ以上、０．２３μｍ以下である。

図１３に示すように、比率Ｒｄが比較的大きい比較例１３および１５においては、所定の結合強度が得られない。これは、ワイヤ径Ｄｗに対して押圧面３０の面積が大きすぎて、境界面に生じる単位面積当たりのエネルギー生成量が小さいためである。この場合、所定の結合強度が得られず、ＡｌワイヤＷが境界面においてリード電極１００から剥離することがある。

一方、比率Ｒｄが比較的小さい比較例１４でも、所定の結合強度が得られない。これは、ワイヤ径Ｄｗに対して押圧面３０の面積が小きすぎて、充分な接合面積が得られないためである。
これに対して、実施例１６〜１９では、比率Ｒｄは、４．０倍以上、５．７倍以下である。実施例１６〜１９では、所望の接合強度が得られる。
以上の結果から、比率Ｒｄは、４．０倍以上、５．７倍以下であることが好ましい。
これにより、所望の接合強度が得られる。

（製造方法）
次に、本実施形態に係るキャピラリ１の製造方法の一例について図１７を参照して説明する。図１７は、キャピラリ１の製造方法の一部を例示するフローチャートである。図１７には、キャピラリ１の製造方法のうち、面取り部４０を形成する手順および押圧面３０と面取り部４０とに凹凸形状を形成する手順を示している。

図１７に示すように、まず、押圧面３０とテーパ状孔２０との境界部分にＲ面取り加工を施すことにより、この境界部分に面取り部４０を形成する（ステップＳ１０１）。Ｒ面取り加工は、たとえばブラシ研磨により行われる。ブラシ研磨の条件としては、たとえば研磨圧や研磨時間があり、これらの条件を最適化することで、所望の曲率半径を有する面取り部４０を形成することができる。

つづいて、押圧面３０および面取り部４０に対してサンドブラスト加工を施すことにより、押圧面３０および面取り部４０の表面に凹凸形状を形成する（ステップＳ１０２）。

つづいて、面取り部４０だけをブラシ研磨することにより、面取り部４０の凹凸形状における凸部４１の尖り度合いを、押圧面３０の凹凸形状における凸部３１の尖り度合いよりも小さくする（ステップＳ１０３）。これにより、押圧面３０とテーパ状孔２０との間に面取り部４０を備えるとともに、押圧面３０および面取り部４０の表面に微細な凹凸形状を有するキャピラリ１が製造される。

なお、上述した製造方法の手順は一例であり、他の手順により面取り部４０および凹凸形状を形成してもよい。たとえば、ステップＳ１０２においてサンドブラスト加工を行った後、ステップＳ１０３において面取り部４０だけをブラシ研磨する前に、押圧面３０および面取り部４０の両方をブラシ研磨してもよい。これにより、押圧面３０および面取り部４０の表面に、凸部３１，４１の先端部分の面積が凹部３２，４２の底部分の面積よりも大きい凹凸形状、言い換えれば、凸部３１，４１の尖り度合いが凹部３２，４２の尖り度合いよりも小さい凹凸形状を確実に形成することができる。なお、押圧面３０および面取り部４０に対するブラシ研磨は、ステップＳ１０３の後に行ってもよい。

（変形例）
上述した実施形態では、所謂ボトルネックタイプのボンディングキャピラリを用いて説明したが、本願の開示するボンディングキャピラリは、必ずしもボトルネックタイプのボンディングキャピラリであることを要しない。たとえば、ボトルネック部を備えない、すなわち先端部分が細く削り込まれていない通常タイプのボンディングキャピラリであってもよい。

また、上述した実施形態では、押圧面と面取り部とに凹凸形状が形成される場合の例について説明したが、押圧面には、必ずしも凹凸形状が形成されることを要しない。また、面取り部とテーパ状孔とに凹凸形状が形成されてもよい。

また、上述した実施形態では、半導体チップのパッド電極とリードフレームのリード電極とを電気的に接続する場合を例に挙げて説明したが、本願の開示するボンディングキャピラリは、上記以外の対象物に対してボンディングワイヤを接合する場合にも適用可能である。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｗ Ａｌワイヤ
Ｔ テール部分
Ｓ ステッチ部分
Ｃｒ 仮想円
Ｄｐ 押圧面外径
Ｄｗ ワイヤ径
１ ボンディングキャピラリ
１１ 挿通孔
１２ 円筒部
１３ 円錐部
１４ ボトルネック部
２０ テーパ状孔
３０ 押圧面
４０ 面取り部
５０ 境界角部
１００ リード電極
２００ パッド電極

Claims (2)

1. ボンディングワイヤを押圧する押圧面と、
   前記ボンディングワイヤが挿通される挿通孔と、
   前記挿通孔と前記押圧面とを連絡し、前記押圧面に向かって広がるテーパ状孔と、
   前記テーパ状孔と前記押圧面との間に設けられ前記テーパ状孔および前記押圧面に滑らかに連続する曲面を有する面取り部と、
   を備え、
   前記面取り部は、
   表面に凹凸形状を有し、かつ、前記凹凸形状における凸部の尖り度合いが、前記凹凸形状における凹部の尖り度合いよりも小さく、
   前記面取り部の凹凸形状は、スキューネスが−０．１６４以下であり、かつ、平均高さが０．０３５μｍ以上、０．０９２μｍ以下であり、
   前記押圧面は、凹凸形状を有し、
   前記押圧面における凹凸形状は、平均高さが０．１１３μｍ以上であり、
   前記面取り部は、前記曲面の曲率半径が１２．８μｍ以上、２０．３０μｍ以下であり、
   前記テーパ状孔のテーパ角度は、１００°以下であること
   を特徴とするボンディングキャピラリ。
2. 前記押圧面の凹凸形状における凸部の尖り度合いが、前記面取り部の凹凸形状における凸部の尖り度合いよりも大きいこと
   を特徴とする請求項１に記載のボンディングキャピラリ。