JPH07120685B2 - セラミツク製ワイヤボンデイング用キヤピラリ− - Google Patents
セラミツク製ワイヤボンデイング用キヤピラリ−Info
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- JPH07120685B2 JPH07120685B2 JP61312550A JP31255086A JPH07120685B2 JP H07120685 B2 JPH07120685 B2 JP H07120685B2 JP 61312550 A JP61312550 A JP 61312550A JP 31255086 A JP31255086 A JP 31255086A JP H07120685 B2 JPH07120685 B2 JP H07120685B2
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- wire
- capillaries
- bonding
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- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はLSIやICなどの半導体装置のワイヤボンディン
グに使用するキャピラリーに関しより詳細には、耐摩耗
性、耐久性に優れたセラミック製キャピラリーに関す
る。
グに使用するキャピラリーに関しより詳細には、耐摩耗
性、耐久性に優れたセラミック製キャピラリーに関す
る。
半導体装置において、半導体チップの電極とパッケージ
のリード電極との接続には、金またはアルミニウムより
なる直径0.015〜0.1mm程度の細い導線を用いているがこ
の接続工程（ワイヤボンディング）には一般には第１図
に先端部を示すように導線を先端に送出する直径0.025
〜0.1mm程度の細孔1aを備えたキャピラリー１を使用し
ている。
のリード電極との接続には、金またはアルミニウムより
なる直径0.015〜0.1mm程度の細い導線を用いているがこ
の接続工程（ワイヤボンディング）には一般には第１図
に先端部を示すように導線を先端に送出する直径0.025
〜0.1mm程度の細孔1aを備えたキャピラリー１を使用し
ている。
このキャピラリー１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。特に低コストのアルミナ多結晶セ
ラミック製キャピラリーが最も多く使用されていた。
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。特に低コストのアルミナ多結晶セ
ラミック製キャピラリーが最も多く使用されていた。
ところが、アルミナ多結晶セラミック製のキャピラリー
の場合、金属の付着性が大きくまた表面に存在するボイ
ドやピンホール等のため、第３図に示すように先端部に
導線や電極の粉が付着しやすく、この付着物Ｆが多くた
まると細孔1aの穴詰まりや導線切れ、ループ異常等を引
き起こしていた。さらに、このキャピラリー先端部は常
に300℃程度となっており、１秒間に14回程度の高速で
導線を電極上に圧着する際に、電極に打ちつけられて瞬
間的に約1000℃の高温に達することがあるため、熱伝導
率の低いアルミナ多結晶セラミック製のキャピラリー
は、ヒートショックによる先端部の欠けや摩耗が激しく
比較的短期間で使用不能となっていた。また、アルミナ
製のキャピラリーはアルミニウム導線を用いた場合、キ
ャピラリー先端でアルミニウムが溶融する際、表面がわ
ずかに酸化されアルミナになる為、アルミニウムの付着
が特に大きい。
の場合、金属の付着性が大きくまた表面に存在するボイ
ドやピンホール等のため、第３図に示すように先端部に
導線や電極の粉が付着しやすく、この付着物Ｆが多くた
まると細孔1aの穴詰まりや導線切れ、ループ異常等を引
き起こしていた。さらに、このキャピラリー先端部は常
に300℃程度となっており、１秒間に14回程度の高速で
導線を電極上に圧着する際に、電極に打ちつけられて瞬
間的に約1000℃の高温に達することがあるため、熱伝導
率の低いアルミナ多結晶セラミック製のキャピラリー
は、ヒートショックによる先端部の欠けや摩耗が激しく
比較的短期間で使用不能となっていた。また、アルミナ
製のキャピラリーはアルミニウム導線を用いた場合、キ
ャピラリー先端でアルミニウムが溶融する際、表面がわ
ずかに酸化されアルミナになる為、アルミニウムの付着
が特に大きい。
また、ルビー、サファイア等のアルミナ単結晶で形成し
たキャピラリーの場合は、先端部に導線や電極の粉の付
着や摩耗は少ないがキャピラリー自体を製造する加工工
程中に発生したマイクロクラックに基づき，キャピラリ
ーをボンディング装置に取り付ける際などの取り扱い中
に欠けや折れが発生することが多く、ボンディングによ
り寿命を全うするものに対し、途中で使用不能となるも
のが約50％あった。さらにルビーやサファイヤはアルミ
ナ多結晶セラミックに比べコストが高いという問題点も
あった。
たキャピラリーの場合は、先端部に導線や電極の粉の付
着や摩耗は少ないがキャピラリー自体を製造する加工工
程中に発生したマイクロクラックに基づき，キャピラリ
ーをボンディング装置に取り付ける際などの取り扱い中
に欠けや折れが発生することが多く、ボンディングによ
り寿命を全うするものに対し、途中で使用不能となるも
のが約50％あった。さらにルビーやサファイヤはアルミ
ナ多結晶セラミックに比べコストが高いという問題点も
あった。
本発明者等は上記の欠点に鑑みて研究を行った結果、そ
の中でもSi,Al及びＹを主成分として各々特定の割合で
含有する高密度且つ低ボイド率の焼結体を用いることに
より金属等の付着やヒートショックによる欠けや摩耗を
低減しキャピラリーの長寿命化を達成し得ることを知見
した。
の中でもSi,Al及びＹを主成分として各々特定の割合で
含有する高密度且つ低ボイド率の焼結体を用いることに
より金属等の付着やヒートショックによる欠けや摩耗を
低減しキャピラリーの長寿命化を達成し得ることを知見
した。
即ち、本発明はワイヤボンディング用キャピラリーの少
なくとも先端部をSi90乃至97重量％、特に90乃至95重量
％（窒化物換算）、Al0.5乃至８重量％、特に１乃至４
重量％（酸化物換算）、Y0.5乃至８重量％、特に１乃至
５重量％（酸化物換算）を主成分とする対理論密度比99
％以上の緻密質で表面および断面におけるボイド面積占
有率が0.5％以下でその最大ボイド径が５μｍ以下の焼
結体から構成したものである。焼結体の組成を上記の範
囲に限定した理由は、Si（窒化物換算）が90％を下回る
と緻密化が低下して、ボイドが発生するとともに抗折強
度、靭性が低下し、97重量％を超えると易焼結性が低下
し各特性が低下する。
なくとも先端部をSi90乃至97重量％、特に90乃至95重量
％（窒化物換算）、Al0.5乃至８重量％、特に１乃至４
重量％（酸化物換算）、Y0.5乃至８重量％、特に１乃至
５重量％（酸化物換算）を主成分とする対理論密度比99
％以上の緻密質で表面および断面におけるボイド面積占
有率が0.5％以下でその最大ボイド径が５μｍ以下の焼
結体から構成したものである。焼結体の組成を上記の範
囲に限定した理由は、Si（窒化物換算）が90％を下回る
と緻密化が低下して、ボイドが発生するとともに抗折強
度、靭性が低下し、97重量％を超えると易焼結性が低下
し各特性が低下する。
一方、ＹおよびAlの量はいずれも焼結性を助長する上で
不可欠であり、いずれかが少なくても焼結性が低下す
る。
不可欠であり、いずれかが少なくても焼結性が低下す
る。
なお、本発明に用いられる上記組成の焼結体はβ−窒化
珪素の結晶相の粒界にAl2O3,Y2O3が存在するかあるいは
Ｂ相の窒化珪素結晶格子内で珪素の一部がAlによって置
換され、窒素の一部が酸素により置換された単相SiAlON
が生成され、その粒界にＹが存在するかまたはSi,Al,Y
の３成分および酸素、窒素の組合せにより他の結晶、例
えばメリライトやYAG等が生成されもよい。
珪素の結晶相の粒界にAl2O3,Y2O3が存在するかあるいは
Ｂ相の窒化珪素結晶格子内で珪素の一部がAlによって置
換され、窒素の一部が酸素により置換された単相SiAlON
が生成され、その粒界にＹが存在するかまたはSi,Al,Y
の３成分および酸素、窒素の組合せにより他の結晶、例
えばメリライトやYAG等が生成されもよい。
また本発明によれば、前述の通り上述の組成でもって高
緻密化を行い焼結体として体理論緻密比が99％以上の均
質であって、その焼結体のボイドが表面及び断面の単位
面積当たりのボイドの占める面積、即ちボイド面積占有
率として表した時、0.5％以下、特に0.2％以下であり、
その最大ボイド径が５μｍ以下、特に３μｍ以下である
ことが重要である。ボイド面積占有率が0.5％を超える
か最大ボイド径が５μｍを超えても強度、靭性が低下す
るとともに耐久性が低下する。
緻密化を行い焼結体として体理論緻密比が99％以上の均
質であって、その焼結体のボイドが表面及び断面の単位
面積当たりのボイドの占める面積、即ちボイド面積占有
率として表した時、0.5％以下、特に0.2％以下であり、
その最大ボイド径が５μｍ以下、特に３μｍ以下である
ことが重要である。ボイド面積占有率が0.5％を超える
か最大ボイド径が５μｍを超えても強度、靭性が低下す
るとともに耐久性が低下する。
本発明のセラミック製ワイヤキャピラリー用キャピラリ
ーの製造に当たっては前述の焼結体組成となるように窒
化珪素粉末、Y2O3,YN等のＹ化合物、Al2O3,AlN,AlON等
のAl化合物を適量配合し混合粉末を調製する。混合粉末
は公知の成型手段、例えばプレス成形、鋳込み成形、押
出成形、インジェクション成形等によって所望の形にし
た後、焼成工程に移される。
ーの製造に当たっては前述の焼結体組成となるように窒
化珪素粉末、Y2O3,YN等のＹ化合物、Al2O3,AlN,AlON等
のAl化合物を適量配合し混合粉末を調製する。混合粉末
は公知の成型手段、例えばプレス成形、鋳込み成形、押
出成形、インジェクション成形等によって所望の形にし
た後、焼成工程に移される。
焼成工程は、ホットプレス法、非加圧焼成法、ガス加圧
焼成法によって焼成するか、またはこれらの方法によっ
て得られた焼結体を予備焼結体とし、さらに熱間静水圧
プレス法によって緻密化を促進することが望ましい。具
体的には、予備焼成工程としてN2雰囲気中で1750乃至19
50℃の温度で焼成して98％以上の予備焼成体を得る。次
に得られた予備焼成体をN2雰囲気中の1000乃至2000気圧
下で1700乃至1900℃の焼成温度で焼成を行う。
焼成法によって焼成するか、またはこれらの方法によっ
て得られた焼結体を予備焼結体とし、さらに熱間静水圧
プレス法によって緻密化を促進することが望ましい。具
体的には、予備焼成工程としてN2雰囲気中で1750乃至19
50℃の温度で焼成して98％以上の予備焼成体を得る。次
に得られた予備焼成体をN2雰囲気中の1000乃至2000気圧
下で1700乃至1900℃の焼成温度で焼成を行う。
このようにして得られた焼成体は後述する実施例からも
明らかなように常温における抗折強度が90Kg/mm2異常、
靭性（KIC）6MN/m3/2以上の優れた機械的強度を有する
ものである。
明らかなように常温における抗折強度が90Kg/mm2異常、
靭性（KIC）6MN/m3/2以上の優れた機械的強度を有する
ものである。
また焼結体の結晶構造は長柱状であるが、この結晶10μ
ｍ以下の微細な結晶で異常粒成長のないことが望まし
い。
ｍ以下の微細な結晶で異常粒成長のないことが望まし
い。
最終的に焼結体は第１図に示す形状に切出し加工され、
穿孔後表面を研磨機により鏡面出し研磨することにより
完成する。なお、キャピラリーの形状は第１図のものに
限定されるものでなく通常用いられるあらゆる形状のキ
ャピラリーに対して適用す得るものであることは言うま
でもないが、第１図のようにキャピラリー全体を前述し
た焼結体にて構成する他、第２図に示すようにキャピラ
リーの先端部分Ｓのみを前述した焼結体にて構成し他の
部分は超硬、アルミナ等の別の材質で構成することも可
能である。
穿孔後表面を研磨機により鏡面出し研磨することにより
完成する。なお、キャピラリーの形状は第１図のものに
限定されるものでなく通常用いられるあらゆる形状のキ
ャピラリーに対して適用す得るものであることは言うま
でもないが、第１図のようにキャピラリー全体を前述し
た焼結体にて構成する他、第２図に示すようにキャピラ
リーの先端部分Ｓのみを前述した焼結体にて構成し他の
部分は超硬、アルミナ等の別の材質で構成することも可
能である。
以下、本発明を次の例で説明する。
〔実施例〕 α−窒化珪素微粉末、酸化アルミニウム、酸化イットリ
ウム各々の粉末を第１表に示す組成にて混合した後、混
合粉末を成形後、第１表に示す焼成条件にて焼成し、焼
成体No.1〜No.7を得た。
ウム各々の粉末を第１表に示す組成にて混合した後、混
合粉末を成形後、第１表に示す焼成条件にて焼成し、焼
成体No.1〜No.7を得た。
得られた焼結体に対し、次の特性の測定を行った。
ボイド面積占有率、最大ボイド径 焼結体の表面を鏡面研磨し、その研磨面を画像解析装置
にて単位面積当たりのボイドの面積比率および最大ボイ
ド径を測定した。
にて単位面積当たりのボイドの面積比率および最大ボイ
ド径を測定した。
抗折強度（MOR） JISR1601に基づいて室温にて４点曲げ法にて測定した。
靭性（KIC） ビッカース圧痕法により鏡面研磨面に対し、荷重20Kgに
て測定した。
て測定した。
耐熱衝撃テスト 3mm×4mm×36mm形状のテストピースを加熱し、20℃の水
中に投下し、この時強度が劣化しない最大温度差△Ｔ
（△Ｔ＝加熱温度−20（℃））として評価した。
中に投下し、この時強度が劣化しない最大温度差△Ｔ
（△Ｔ＝加熱温度−20（℃））として評価した。
ボンディングテスト 各試料に対し10個のキャピラリーを用意し同一の条件の
もとで金線およびアルミニウム線でボンディングを行い
接続不良が発生するまでの回数を測定しその平均値をア
ルミナを100としたときの比率として評価した。
もとで金線およびアルミニウム線でボンディングを行い
接続不良が発生するまでの回数を測定しその平均値をア
ルミナを100としたときの比率として評価した。
結果は第１表に示す。
第１表から明らかなようにＹ（酸化物換算）が0.5重量
％を下回るNo.3、あるいはAl（酸化物換算）が0.5重量
％を下回るNo.5ではいずれもAl線に対するボンディング
性が不十分であった。また、Si（窒化物換算）が97重量
％を超えると耐熱衝撃性が低く金線、Al線とも不十分で
あった。これらの比較例に対し、本発明の試料はいずれ
も耐熱衝撃温度は750℃を上回るもので、金線のボンデ
ィングはアルミナの８倍以上、Al線では10倍以上の優れ
た長寿命を示した。
％を下回るNo.3、あるいはAl（酸化物換算）が0.5重量
％を下回るNo.5ではいずれもAl線に対するボンディング
性が不十分であった。また、Si（窒化物換算）が97重量
％を超えると耐熱衝撃性が低く金線、Al線とも不十分で
あった。これらの比較例に対し、本発明の試料はいずれ
も耐熱衝撃温度は750℃を上回るもので、金線のボンデ
ィングはアルミナの８倍以上、Al線では10倍以上の優れ
た長寿命を示した。
なお、従来例でのアルミナによりるボンディングテスト
では金線30万回、Al10万回程度でそれぞれ接続不良が多
く発生し、使用不能となった。アルミナ多結晶セラミッ
ク製キャピラリーは付着物によう穴詰まりが多く途中で
付着物を洗浄してやると再使用できるが、それでも100
万回程度で摩耗のため、完全に使用不能となった。それ
に対して、ルビーより成るキャピラリーは240万回のボ
ンディング後も接続不良の発生はほとんど見られず、ま
たキャピラリー先端部の付着や摩耗も少なく使用可能な
状態を保っていたが、ルビー製キャピラリーは、ボンデ
ィング装置に取り付けるときに欠けや折れが派生して使
用不能となったものが３本あったが本発明のキャピラリ
ーは、途中で使用不能となるものはなかった。
では金線30万回、Al10万回程度でそれぞれ接続不良が多
く発生し、使用不能となった。アルミナ多結晶セラミッ
ク製キャピラリーは付着物によう穴詰まりが多く途中で
付着物を洗浄してやると再使用できるが、それでも100
万回程度で摩耗のため、完全に使用不能となった。それ
に対して、ルビーより成るキャピラリーは240万回のボ
ンディング後も接続不良の発生はほとんど見られず、ま
たキャピラリー先端部の付着や摩耗も少なく使用可能な
状態を保っていたが、ルビー製キャピラリーは、ボンデ
ィング装置に取り付けるときに欠けや折れが派生して使
用不能となったものが３本あったが本発明のキャピラリ
ーは、途中で使用不能となるものはなかった。
なお、超硬質材ではアルミナよりも寿命が短く全く実用
的ではなかった。
的ではなかった。
叙上のように、本発明によればワイヤボンディング用キ
ャピラリーの少なくとも先端部分をSi、Al及びＹの窒化
物、酸化物を特定の比率から構成してなる緻密で且つ低
ボイドの焼結体により形成したことによって、先端部へ
の導線や電極粉の付着が少なく、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うことができ、IC等の半導体
装置の品質を安定させることができる。
ャピラリーの少なくとも先端部分をSi、Al及びＹの窒化
物、酸化物を特定の比率から構成してなる緻密で且つ低
ボイドの焼結体により形成したことによって、先端部へ
の導線や電極粉の付着が少なく、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うことができ、IC等の半導体
装置の品質を安定させることができる。
第１図は本発明に係るワイヤボンデイング用キャピラリ
ーを示す一部破断面図、第２図は本発明に係るワイヤボ
ンディング用キャピラリーの他の実施例を示す一部破断
面図、第３図は従来のワイヤボンディング用キャピラリ
ーの先端部を示す拡大断面図である。 1:キャピラリー 1a:細孔 F:付着物
ーを示す一部破断面図、第２図は本発明に係るワイヤボ
ンディング用キャピラリーの他の実施例を示す一部破断
面図、第３図は従来のワイヤボンディング用キャピラリ
ーの先端部を示す拡大断面図である。 1:キャピラリー 1a:細孔 F:付着物
Claims (1)
- 【請求項１】少なくとも先端部分が Si 90乃至97重量％（窒化物換算） Al 0.5乃至８重量％（酸化物換算） Y 0.5乃至８重量％（酸化物換算） を主成分とする対理論密度比99％以上の緻密質から成る
セラミック製ワイヤボンディング用キャピラリーであっ
て、該キャピラリーの表面および断面におけるボイド面
積占有率が0.5％以下で、且つその最大ボイド径が５μ
ｍ以下であることを特徴とするセラミック製ワイヤボン
ディング用キャピラリー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61312550A JPH07120685B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | セラミツク製ワイヤボンデイング用キヤピラリ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61312550A JPH07120685B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | セラミツク製ワイヤボンデイング用キヤピラリ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63164228A JPS63164228A (ja) | 1988-07-07 |
| JPH07120685B2 true JPH07120685B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=18030558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61312550A Expired - Fee Related JPH07120685B2 (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | セラミツク製ワイヤボンデイング用キヤピラリ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120685B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7032802B2 (en) | 1999-02-25 | 2006-04-25 | Reiber Steven F | Bonding tool with resistance |
| US7124927B2 (en) | 1999-02-25 | 2006-10-24 | Reiber Steven F | Flip chip bonding tool and ball placement capillary |
| US7389905B2 (en) | 1999-02-25 | 2008-06-24 | Reiber Steven F | Flip chip bonding tool tip |
| US6651864B2 (en) | 1999-02-25 | 2003-11-25 | Steven Frederick Reiber | Dissipative ceramic bonding tool tip |
| US6354479B1 (en) * | 1999-02-25 | 2002-03-12 | Sjm Technologies | Dissipative ceramic bonding tip |
| CH694754A5 (de) * | 2001-03-15 | 2005-07-15 | Tecan Trading Ag | Pipettenspitze. |
| JP4609916B2 (ja) * | 2001-08-31 | 2011-01-12 | 住友ゴム工業株式会社 | ケーブル制振装置 |
| KR100696414B1 (ko) * | 2005-04-14 | 2007-03-19 | 주식회사 코스마 | 와이어 본딩용 캐필러리 소결체 및 그 제조방법 |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP61312550A patent/JPH07120685B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63164228A (ja) | 1988-07-07 |
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