JPH04144962A - ボンディングキャピラリおよび光コネクタ用部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はＬＳ　Ｉ’ＰＩＣなどの半導体製造装置のワイ
ヤボンディングに使用するボンディングキャピラリ、光
ファイバを接続する光コネクタ用部品、さらには各種ワ
イヤガイド用部材として使用される高靭性精密部品に係
り、特に高靭性で過酷な使用環境にも充分耐え、寿命の
長い高靭性精密部品に関する。

（従来の技術） 半導体製造装置のボンディングキャピラリや光コネクタ
用材料など、繰り返して荷重を受ける精密部品には、特
に機械的強度が優れた材料が使用されている。以下半導
体製造装置のボンディングキャピラリを例にとって説明
する。

電子部品として多用されているＩＣは、通常、リードフ
レーム、ＩＣチップ、パッケージから構成されており、
ＩＣチップとリードフレームとは直径が０．０１５＋ｏ
ｍ〜Ｏ，１ｍｎ程度の細い金（ＡＵ）ワイヤによってボ
ンディングされている。このワイヤボンディング工程は
、Ａｕワイヤをキャピラリ（細管）の先端から送出しな
がら、キャピラリをリードフレームとＩＣの所定位置に
交互に圧着させ、ワイヤをリードフレームやＩＣチップ
上に融着させることにより行なわれる。このキャピラリ
の圧着は機械的かつ高速に行なわれるため、キャピラリ
はリードフレーム等に強く打ちつけられる。またキャピ
ラリは、リードフレームに打ちつけられて瞬間的に約１
０００℃の高温度に達することがある。したがって、キ
ャピラリの所要特性として耐衝撃性および耐熱性が要求
される。

このキャピラリの材質としては、当初ガラスや超硬質材
を用いていたが、耐摩耗性等の点から、最近はアルミナ
（Ａｊ！２０３）多結晶セラミック製のものや、アルミ
ナを原料にし、単結晶としたルビー、サファイアなどで
形成したものが広く用いられてきた。

特に低コストで経済的なアルミナ多結晶セラミック製キ
ャピラリが最も多く使用されていた。そのキャピラリ１
の先端部付近の外形は、第２図に示す如く、先端１ａに
向って漸次先細りするような形状をなし、Ａｕ線２を先
端に送出する直径０゜０２５−〜０．　１ｍｍ程度の細
孔３を備えている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、近年、ＩＣチップの高集積化および小型
化に伴い、ワイヤ自体も細くして高密度でワイヤボンデ
ィングすることが求められている。したがって、キャピ
ラリそのものも先端部付近の外径および孔径の小さなも
のが必要とされている。従来、キャピラリの先端外径は
２００μｍ位であったが、現在では５０μｍ程度の微細
なキャピラリが求められている。

この要求に応えるため、従来キャピラリ材として用いら
れていたＡｊ２０３系やセラミックスを用いて、形状は
従来と同様の形状にし、キャピラリ先端外径を５０μｍ
としたキャピラリを製造した場合、次のような問題点が
生ずる。つまり、たしかに従来より外径の小さなキャピ
ラリが得られるものの、Ａ　ｉ２０３の強度不足に基づ
きキャピラリにクラックが発生したりして短期間内に使
用に耐え得なくなり、寿命が短いという問題点がある。

　一方、ルビーやサファイアはアルミナ多結晶セラミッ
クに比べて製造コストが高くなるという欠点がある。

さらにより高い精度でのワイヤボンディングを行なうた
めにキャピラリの先端部の形状については、第２図に示
す円錐台形状のものから第１図に示すようなボトルネッ
ク形状のものが採用されつつある。すなわち、第１図に
示すキャピラリ４の先端部は加工歪を低減し、クラック
の発生を防止するために外表面を内側に湾曲させて形成
される。

そのため先端部の外径は従来より大幅に小さくなり、従
来と同一の強度を確保するためには、より靭性の高い材
料で構成する必要がある。その要請に対応するものとし
て、部分安定化ジルコニア（Ｚ　ｒ　０２　）で形成し
たキャピラリも試用されている。しかしながら部分安定
化ジルコニアでボトルネック状に形成したものは成形加
工時または使用時にその先端部に欠けを生じ易く、寿命
が短いという欠点がある。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、機械的強度および靭性が大きく、したがって先端
を細径にすることが可能であり、高密度のワイヤボンデ
ィングを可能とするワイヤボンディングキャピラリ等に
使用される高靭性精密部品を提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 本願発明者等は上記目的を達成するため、種々のセラミ
ックス材に関し、調査研究を重ねた結果、重量％で酸化
セリウム（Ｃｅ　Ｏ２）を３．０〜２０％含有し、残部
が実質的に酸化ジルコニウムから成る部品を形成したと
きに、高い靭性有し、細径形状に形成したとしても優れ
た強度を有する精密部品が得られた知見に基づいて本発
明を完成するに至った。

本発明の対象となる高靭性精密部品に使用する酸化セリ
ウムおよび酸化ジルコニウムは粉末として一般に市販さ
れているものを利用することができる。また酸化セリウ
ムは３．０〜２０重量％含有される。この酸化セリウム
は、酸化ジルコニウムを部分的に安定化させる安定化剤
として機能し、精密部品の靭性および強度を高める作用
を有する。

しかし酸化セリウムの含有量が３．０％未満では靭性お
よび強度が不充分となる一方、含有量が２０％を超える
と焼結が困難となるため、含有量は３．０〜２０％の範
囲内に設定される。

次に本発明の目的とする特性を有する精密部品の製造工
程について、前記のボンディングキャピラリを例にとり
説明する。

すなわち、まず酸化セリウムおよび酸化ジルコニウムの
各原料粉を上記組成となるように秤量しボールミル等で
混合する。原料粉は、いずれもその平均粒径が２０〜２
００人のものを用いると燃焼後に得られるセラミックス
は緻密で高硬度となるので好ましい。

得られた混合粉は室温下でプレス成形してグリン成形体
に加工する。このグリーン成形体にとって加工上重要な
ことは、この成形体には第１図に示すようにストレート
な細孔５およびテーパ孔６を粗加工するので、この穿孔
加工時にキャピラリ本体を研削盤等にチャッキングでき
る程度の強度を備えていることである。通常、この強度
を確保するためには成形体の嵩密度を２．８〜４ｇ／ｄ
に設定すればよい。このためには加圧成形時のプレス圧
を７００〜１０００ｋｇ／ｄの範囲に設定することが好
ましい。

穿孔加工を終了した後、この成形体を所定条件下で焼結
する。このときの焼結条件によって、得られた焼結体の
機械的強度、硬度などの特性は大きく規定される。前述
した特性範囲を発現せしめるためには、例えば焼結温度
１４００〜１６００℃、焼結時間０．５〜４時間であれ
ばよい。

また焼結して形成されたキャピラリは、第２図に示す如
き従来のキャピラリ１のように先端に向って外径が漸次
縮径するような形状ではなく、第１図に示すようにキャ
ピラリ４の外径が所定位置から急激に小さくなるような
形状、いわゆるボトルネック形状を有している。そのた
め、先端部の加工歪の発生が少なく、Ａｕ線の高精度な
圧着が可能となる。

また酸化セリウムの添加により、高靭性を有するセラミ
ックス材が形成されるため、先端部をボトルネック形状
に微細に形成した場合においても、キャピラリにクラッ
クが発生することは少なく、長期間にわたって安定した
性能を保持することができる。

また、このキャピラリ４が高強度のセラミックスで構成
されるため、同一強度を得る場合には相対的に先端４ａ
の孔径および外径をさらに小さくすることが可能であり
、最終製品のより高密度化、小型化に充分対応すること
ができる。

本発明に係る高靭性精密部品は、上記のようにワイヤボ
ンディングキャピラリの他に、光コネクタ用部材や各種
ワイヤガイドなど高靭性を必要とする部品材料に適用さ
れる。しかしながらその適用範囲は上記の部品に限らず
、複雑な形状を有し肉薄で欠けやクラックが発生し易い
全ての精密部品に対して応用することができる。

（実施例） 次に本発明の実施例についてより具体的に説明する。

実施例１〜５ 第１図に示すような形状を有し、キャピラリ先端の外径
が７０μｍ１キヤピラリ先端の孔径が２５μｍ１外径が
急激に小さくなる前のキャピラリ本体の外径が３００μ
ｍ１ボトルネツクの先端からの位置が４００μｍ１テー
パ孔６の開度θ。

が１８度、全長１１ｍｍのサイズを有するキャピラリを
、第１表左欄に示すセラミックス組成のように酸化セリ
ウムの含有量を３．５〜２０．０％の範囲で変化させ、
残部が酸化ジルコニウム（Ｚｒ０２）から成る焼結体で
形成し実施例１〜５とした。

得られたキャピラリの機械的強度を評価するため、曲げ
強さと破壊靭性を測定した。また、キャピラリ自体の強
度および寿命を調べるため、実際にキャピラリ内にワイ
ヤを入れて、ワイヤボンディングを行なって、ボンディ
ングの可能な回数を測定した。以上の結果を第１表に示
した。また、本発明のキャピラリを用いてワイヤボンデ
ィングを行なって接合されたＩＣチップとリードフレー
ムの接合性を調べたところ両者は良好に接合されていた
。

比較例１〜２ 一方、比較例１，２として、酸化セリウム含有量をそれ
ぞれ２．０％、２３．０％とし、残部を酸化ジルコニウ
ムで調製した粉末混合体を実施例１〜５と同一形状でか
つ同一条件でキャビラリ焼結体を形成し、同様に機械的
特性およびボンディング回数を測定した。

比較例３ また比較例３として、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）３
重量％、残部が酸化ジルコニウム（Ｚ　ｒ　Ｏ３）から
成る焼結体で実施例１〜５と同一形状および大きさを有
するキャピラリを製作し、同様に機械的特性およびワイ
ヤボンディング回数を測定した。

比較例４ さらに比較例４として酸化マグネシウム（Ｍｇｏ）０．
２重量％、酸化珪素（Ｓ　ｔ　０２　）　０゜２重量％
、残部が酸化アルミニウム（Ａ　１２０３　）から成る
Ａ　ｊ！　２　Ｏａ系セラミックスを使用し、実施例１
〜５と同一形状および大きさを有するキャピラリを製作
し、同様に特性値を測定した。

以上実施例１〜５および比較例１〜４の測定結果を下記
第１表に示す。

〔以下余白〕

第１表の結果から明らかなように、本実施例１〜５に示
す酸化セリウム（ＣａＯ２）含有量の範囲においては比
較例３，４に示すＹ２Ｏ３を添加したセラミックスある
いは酸化アルミニウム系のセラミックスで形成したキャ
ピラリと比べていずれも高い破壊靭性値が得られ、ボン
ディング回数も飛躍的に増大する。

一方比較例１で示すように酸化セリウムが過少のものは
曲げ強さおよび破壊靭性値が比較的低くボンディング回
数も低くなり、また比較例２で示すように、過多のもの
は焼結性が悪いため強度も小さくＡｕワイヤの接続不良
が多発した。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る高靭性精密部品によれば
、破壊靭性値が従来品より大幅に向上するため、微細形
状に加工した場合においても、欠けやクラックを発生せ
ず、高精度な加工が可能となる。

特にこの高靭性精密部品をワイヤボンディングキャピラ
リとして使用した場合には、先端部へのＡｕ線やリード
フレーム粉の付着が少なく、また高温強度、耐熱衝撃性
が大きいためヒートショックによる欠け、摩耗が少なく
、長寿命化を図ることができるだけでなく、安定したワ
イヤボンディングを行なうことができ、ＩＣ等の半導体
部品の品質を安定させることができる。さらにルビーサ
ファイアに比べてコストを低くできるなど多くの特徴を
有したキャピラリを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高靭性精密部品としてのキャピラ
リの一実施例を示す部分断面図、第２図は従来のキャピ
ラリの構造例を示す部分断面図である。 １・・・キャピラリ、１ａ・・・先端、２・・・Ａｕ線
、３・・・細孔、４・・・キャピラリ、４ａ・・・先端
、５・・・細孔、６・・・テーパ孔、θ　・・・テーパ
孔の開度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量パーセントで酸化セリウムを３．０％以上２０％
   以下含有し、残部が実質的に酸化ジルコニウムから成る
   ことを特徴とする高靭性精密部品。