JPH104097A - バンピング用キャピラリ - Google Patents

バンピング用キャピラリ

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JPH104097A
JPH104097A JP8153758A JP15375896A JPH104097A JP H104097 A JPH104097 A JP H104097A JP 8153758 A JP8153758 A JP 8153758A JP 15375896 A JP15375896 A JP 15375896A JP H104097 A JPH104097 A JP H104097A
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wire
bumping
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metal
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Kazuo Tamaoki
和雄 玉置
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期の金属ボールの偏心を防止し、バンプ電
極の拡がりをなくし、金属ボールの溶け上がり時に金属
ワイヤ内で生じる再結晶領域の部位をほぼ一定化してバ
ンプ電極のネック切れ部の高さのバラツキを抑制し、さ
らに、金属ボールの千切れ落ちや側方への飛びを防止
し、連続バンピング性を向上する。 【解決手段】 挿通した金属ワイヤ２２をワイヤ保持用
ストレート部２１ｆに保持させた状態で先端部分を突出
２２ａさせ、アーク放電により金属ワイヤ突出部分２２
ａを溶融させ溶け上がらせるバンピング用キャピラリ２
１であって、ワイヤ保持用ストレート部２１ｆの長さを
このストレート部２１ｆのホール径の２〜４倍程度に設
定するとともに、キャピラリ先端面２１ｃにおいて開口
端の先端導出口２１ｅの直径がホール径の１．５〜３倍
程度となる先拡がりのテーパー状凹部２１ｄを形成して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを基
板に対してフリップチップボンディング接続するのに前
提となるもので、半導体チップあるいは基板に対してバ
ンプ電極を連続的に形成していくバンプ形成装置におけ
るバンピング用キャピラリに係り、特には、金属ワイヤ
の先端を溶かして作った金属ボールをキャピラリ先端部
に形成した凹部内に入れた状態でバンプ電極の形成を行
うバンピング用キャピラリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ワイヤボンディングには、大きく分け
て、半導体チップの電極（パッド）あるいは基板上の外
部リードに対して多数のバンプ電極を連続的に形成して
いくボールボンディング（バンピング）と、半導体チッ
プの電極にファーストボンディングを行い、金属ワイヤ
を切断することなくそのまま引っ張ってループを作り、
引き続いて外部リードにセカンドボンディングを行うこ
とにより、チップ電極と外部リードとの間に金属ワイヤ
を橋わたし式にループ接続するワイヤボンディングとが
ある。本発明は、前者のボールボンディングであるバン
ピングに用いるキャピラリに関するものであるが、ここ
では、従来の技術として、まず、ワイヤボンディングに
用いられるキャピラリをバンピング用に転用した場合の
様子について説明する。なお、従来のキャピラリの大多
数はバンピング専用のものではなく、ワイヤボンディン
グ用のものである。
【０００３】図６は従来のワイヤボンディング用のキャ
ピラリの先端部分を示す断面図である。これは、上記の
ようにファーストボンディングとセカンドボンディング
とを行って半導体チップと外部リードとの間に金属ワイ
ヤのループを形成するためのものである。このキャピラ
リをバンピング用に転用したときの様子を以下に説明す
る。
【０００４】図６において、１はキャピラリ、１ａはキ
ャピラリ先端部、１ｂはワイヤ挿通路、１ｃはワイヤ挿
通路１ｂの先端開口部である先端導出口、１ｄはワイヤ
保持用ストレート部、１ｅはキャピラリ先端面、２はワ
イヤ挿通路１ｂ内に挿通され、ワイヤ保持用ストレート
部１ｄによって保持された状態で先端導出口１ｃから下
方に所定長さだけ突出させられた金属ワイヤ、２ａは金
属ワイヤ２の突出部分、３はトーチ電極、４は金属ワイ
ヤ２の突出部分２ａに対して吹き付けられている還元ガ
ス気流である。金属ワイヤ２としては例えばＳｎを主材
料にしたものが用いられる。その径は例えば４０μｍで
ある。金属ワイヤ２の突出部分２ａの突出長さは例えば
６００μｍ（０．６ｍｍ）である。
【０００５】以下に、上記の転用されたキャピラリによ
るバンプ形成方法を説明する。キャピラリ先端部１ａか
ら突出された金属ワイヤ２の突出部分２ａに対して側面
から還元ガス気流４を流しながら、金属ワイヤ２を正極
性にし、トーチ電極３を負極性にした状態で、両者間に
高電圧を印加してアーク放電を行う。このアーク放電に
よって金属ワイヤ２の突出部分２ａを融点以上に高温加
熱して溶融させる。溶融した金属ワイヤ部分は、表面張
力によって収縮し、ボール状になって上昇していく。こ
れが溶け上がりである。この溶融、溶け上がりの際に、
溶融金属ワイヤの酸化を防ぐために還元ガス気流４を流
している。この金属ワイヤ突出部分２ａの溶け上がりに
より、図７に示すようにキャピラリ先端面１ｅに接する
状態に金属ボール（初期ボール）２ａが作られる。この
直後の冷却過程で、ワイヤ保持用ストレート部１ｄより
も上方において金属ワイヤ２内に再結晶領域２ｃが形成
される。図７において、５は半導体チップや外部リード
などのバンピング対象である。
【０００６】次に、キャピラリ１を下降させて金属ボー
ル２ｂをバンピング対象５に当接させ、超音波熱圧着に
よって接合する。そして、金属ワイヤ２の上方の部分を
図示しないクランパでクランプし、引き上げると、金属
ワイヤ２にはその再結晶領域２ｃの部位にストレスがか
かり、図８（ａ）に示すように金属ワイヤ２がワイヤ挿
通路１ｂ内において再結晶領域２ｃの部位で切断され
る。これにより、バンピング対象５上にバンプ電極６が
接合形成される。６ａはバンプ電極６のネック切れ部で
ある。次いで、図９に示すように、金属ワイヤ２が送り
出されて突出部分２ａを先端導出口１ｃから突出させ、
図６の状態へと戻る。
【０００７】この従来のワイヤボンディング用のものを
バンピング用に転用したキャピラリで、Ｓｎを主材料に
した金属ワイヤ２を使用したバンプ電極形成方法では、
連続バンピング性が劣る。また、形成されたバンプ電極
６の高さや径にバラツキが大きい。その理由と問題点に
ついて以下に説明する。
【０００８】図１０は図７の一部を拡大したものであ
る。アーク放電により金属ワイヤ突出部分２ａが溶け上
がって金属ボール（初期ボール）２ｂが作られ、キャピ
ラリ先端面１ｅに接触している状態を示している。この
キャピラリ１はＧＡＩＳＥＲ社等のタイプで、従来から
ワイヤボンディングに使用されているキャピラリの中で
検討した結果、バンピングに最も適していると考えられ
るものであった。
【０００９】しかし、この従来の転用したキャピラリ１
では、キャピラリ先端面１ｅがほぼ平らであるために初
期の金属ボール２ｂが偏心や位置ずれを起こしやすく、
偏心や位置ずれを起こすと、バンピング対象５に対して
所定の位置にバンプ電極６を形成できないという問題が
ある。
【００１０】初期の金属ボール２ｂが偏心しない場合で
も、形成されたバンプ電極６は、バンプ径が大きく、真
上から見ると楕円形となってしまう可能性が高い。つま
り、初期の金属ボール２ｂがキャピラリ先端面１ｅから
突出する寸法が、金属ボール２ｂの直径（１１５μｍ）
との比較において相対的に大きく（１１０μｍ）、その
ために金属ボール２ｂをバンピング対象５に接触させた
状態で超音波を加えると、金属ボール２ｂが大きく振ら
れることになり、バンプ電極６がその超音波振動方向に
大きく拡がってしまい、約２００μｍにも増大してしま
うのである（図８参照）。
【００１１】また、通常使用されるキャピラリの面粗さ
は３Ｓ程度と比較的に高く（Ｓは粗さの単位であり、最
大高さを表す単位エスと呼ぶ）、かつ、キャピラリ１の
ワイヤ挿通路１ｂとワイヤ保持用ストレート部１ｄとの
境の連接部１ｆが滑らかでないことから金属ワイヤ２に
ストレスが加わり、そして、前述のように溶け上がりに
よって形成される再結晶領域２ｃの部位がワイヤ保持用
ストレート部１ｄよりも上方に形成されることになるこ
とから、バンプ電極６を形成した後の引き上げの際の金
属ワイヤ２の切断において、図８の（ａ），（ｂ）で示
すように切断部位にバラツキを生じ、バンプ電極６のネ
ック切れ部６ａの高さにｈ1 ，ｈ2 のようなバラツキが
生じるという問題がある。再結晶領域２ｃがワイヤ保持
用ストレート部１ｄよりも上方に形成されるのは、ワイ
ヤ保持用ストレート部１ｄの長さがこのストレート部１
ｄの直径であるホール径（４８μｍ）の約１．８倍と短
いために、金属ボール２ｂ側から伝わってくる熱がスト
レート部１ｄを介してキャピラリ１に逃げる割合が少な
く、熱がストレート部１ｄの上端を越えてさらにその上
方にまで伝達されるからである。
【００１２】また、連接部１ｆからキャピラリ先端面１
ｅにかけての面粗さが３Ｓ程度と大きいために、金属ワ
イヤ２がキャピラリ１の先端部に付着しやすく、付着す
るとミスバンピングを起こす可能性が高いという問題が
ある。また、面粗さが大きいことから、ワイヤ保持用ス
トレート部１ｄと金属ワイヤ２との間に一定のギャップ
を確保する必要があり（ストレート部１ｄのホール径の
４８μｍに対して金属ワイヤ２の径は４０μｍ）、エア
テンションをかけると金属ワイヤ２が振動する。しか
も、前記のようにストレート部１ｄが短いために、振動
の振幅が大きくなってストレスも増加することから、不
測のワイヤ切れやワイヤ抜けを生じる可能性がある。こ
ういった理由で、従来のワイヤボンディング用のキャピ
ラリをバンピング用キャピラリに転用した場合には、そ
の連続バンピング数が数千バンプと少なく、連続バンピ
ング性が悪いという問題がある。
【００１３】加えて、還元雰囲気の状態やスパーク条件
により初期の金属ボールが良好に形成される許容範囲が
非常に狭いという問題がある。
【００１４】上記の各問題点のうちいくつかを解消する
ものとして、特開平６−１９６５２２号公報に開示され
たキャピラリがある。このキャピラリは、ワイヤボンデ
ィング用にもバンピング用にも使えるものとして紹介さ
れている。この公報のキャピラリの構造を図１１に示
す。図１１において、１１はキャピラリ、１１ａはキャ
ピラリ先端部、１１ｂはワイヤ挿通路、１１ｃはキャピ
ラリ先端面、１１ｄはワイヤ挿通路１１ｂの開口部にお
いてキャピラリ先端面１１ｃに形成されたほぼ半球形状
の凹部、１１ｅはほぼ半球形状の凹部１１ｄの開口端で
ある先端導出口、１１ｆはワイヤ保持用ストレート部で
ある。また、１２はワイヤ保持用ストレート部１１ｆに
おいてワイヤ挿通路１１ｂに挿通された金属ワイヤであ
る。
【００１５】図示は省略するが、金属ワイヤ１２のスト
レートな先端部が先端導出口１１ｅより下方へ突出さ
れ、還元ガス雰囲気中でその突出部分とトーチ電極１３
との間でアーク放電を行うことにより、突出部分を加熱
溶融しかつ溶け上がらせることにより、図示のように、
半球形状凹部１１ｄ内に納まる状態で初期の金属ボール
１２ａを形成する。初期の金属ボール１２ａは、その表
面上半分が半球形状凹部１１ｄに当接し、表面下半分に
は表面張力が働くので、初期の金属ボール２ｂは真球度
が高いものとなり、かつ、金属ワイヤ１２の軸線と同軸
状になる。また、金属ボール１２ａの形成の際の熱が金
属ボール１２ａが接触している半球形状凹部１１ｄを介
してキャピラリ１１に吸収され、熱が金属ワイヤ１２の
長さ方向に長く伝わることを阻止し、組織が粗大化する
領域１４を短くし、もって、キャピラリ１１を下降して
バンピング対象１５に金属ボール１２ａを圧着し、バン
プ電極を接合形成する。
【００１６】この特開平６−１９６５２２号公報のキャ
ピラリ１１の場合、キャピラリ先端面１１ｃに形成した
半球形状凹部１１ｄ内において初期の金属ボール１２ａ
が形成されるから、偏心の問題が解消される。また、金
属ボール１２ａの真球度が高いので、バンピング対象１
５上に接合形成されるバンプ電極の形状について超音波
振動方向の拡がりを抑制し、バンプ電極の形状も真円に
近くできるとともに、バンプ電極のバンプ径も小さくな
る。また、組織が粗大化する領域１４が短いので、ネッ
ク切れ部の高さはほぼ一定となり、バラツキは少なくな
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
のキャピラリ１１の場合には、キャピラリ先端面１１ｃ
に形成してあって初期の金属ボール１２ａを収める凹部
１１ｄが半球形状となっているために、金属ワイヤ１２
のストレート部分と真球度の高い金属ボール１２ａとの
連接部であるネック部１２ｂの角度θ1 がほぼ１００度
程度と小さいために、このネック部１２ｂに強いストレ
スがかかりやすく、かつ、この金属ボール１２ａは再結
晶したもので脆くなっているので、金属ボール１２ａが
形成されて冷却される間に金属ボール１２ａが千切れ落
ちたり、あるいはバンピングのときに側方へ飛んでしま
うという不都合がある。さらに、ミスバンピング時には
半球形状凹部１１ｄに金属ボール１２ａがこびりつき、
連続バンピング性が阻害されるという問題がある。ま
た、凹部１１ｄとして半球形状のものを形成すること
は、一般的に非常に高い技術力が要求されるものであ
り、実際上は半球形状凹部１１ｄの形成自体がむずかし
いものである。
【００１８】本発明は、上記のような事情に鑑みて、図
６の転用されたキャピラリ１が有していた問題点および
図１１のキャピラリ１１が有していた問題点を解決する
ことを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１の
バンピング用キャピラリは、ワイヤ挿通路に挿通した金
属ワイヤをキャピラリ先端部のワイヤ保持用ストレート
部に保持させかつこのストレート部の開口部端部である
先端導出口から金属ワイヤの先端部分を突出させた状態
で、この突出部分とトーチ電極との間の放電により金属
ワイヤ突出部分を溶融させ溶け上がらせることにより、
前記キャピラリ先端部で前記先端導出口に連通する状態
で形成されている凹部内において初期の金属ボールを形
成し、押し下げによって金属ボールをバンピング対象に
対して一体化接合し、引き上げることで接合部を金属ワ
イヤから切り離してバンプ電極となすバンピング用キャ
ピラリにおいて、前記ワイヤ保持用ストレート部の長さ
をこのストレート部のホール径の２〜４倍程度に設定し
てあるとともに、前記金属ボールを入れる凹部としてそ
の開口端の先端導出口の直径が前記ストレート部のホー
ル径の１．５〜３倍程度となる先拡がりのテーパー状凹
部に形成されていることを特徴としている。放電により
金属ワイヤ突出部分を溶け上がらせてテーパー状凹部内
で金属ボールを形成するので、金属ボールが金属ワイヤ
と同軸状となり偏心を防止し、連続バンピング性を向上
できるとともに、バンプ電極の形状を真円に近いものと
し、かつ径の小さなものにすることができる。金属ボー
ル形成の際の熱がテーパー状凹部およびワイヤ保持用ス
トレート部を介してキャピラリに充分に吸収される。こ
の場合、ストレート部の長さがホール径の２倍未満であ
れば、残っているストレートな金属ワイヤにおける再結
晶領域の部位がストレート部の範囲を越えてそれよりも
上部となり、引き上げによる金属ワイヤの切断部位にバ
ラツキを生じて、バンプ電極のネック切れ部の高さにバ
ラツキが生じる。また、ストレート部の長さがホール径
の４倍を超えると、ストレート部と金属ワイヤとの摩擦
抵抗が大きくなりすぎ、金属ワイヤの先端部分を突出さ
せるときの金属ワイヤの送り出しが困難または不可能に
なってしまう。これに対して、ワイヤ保持用ストレート
部の長さをホール径の２〜４倍程度の適度な長さに設定
したことにより、残っているストレートな金属ワイヤに
おける再結晶領域の部位がワイヤ保持用ストレート部の
範囲内に収まり、引き上げによる金属ワイヤの切断部位
をストレート部の範囲内の再結晶領域の部位に限定する
ことができ、ネック切れ部の高さをほぼ一定化してバラ
ツキをなくすことができ、さらに、金属ワイヤの送り出
しもスムーズに行える。また、テーパー状凹部の開口端
の先端導出口の直径がホール径の３倍を超えると、金属
ワイヤのストレート部分と金属ボールとの連接部である
ネック部の角度が従来技術の半球形状凹部で作った真球
度の高い金属ボールの場合と同様に１００度程度と小さ
くなり、ネック部で千切れ落ちたり、バンピング時に金
属ボールが側方に飛んでしまう。また、テーパー状凹部
の先端導出口の直径がホール径の１．５倍未満である
と、ネック部の角度が大きすぎ、金属ボールの真球度が
非常に悪く、細長いラグビーボール状となり、バンピン
グ不良を発生する。これに対して、テーパー状凹部の先
端導出口の直径をホール径の１．５〜３倍程度の適当な
範囲に設定したことにより、テーパー状凹部内で形成さ
れる金属ボールの形状を洋梨状とし、そのネック部の角
度においては、千切れ落ちや側方への飛びがなく、良好
にバンピングすることができ、全体として、連続バンピ
ング性を大幅に向上することができる。
【００２０】本発明に係る請求項２のバンピング用キャ
ピラリは、上記請求項１において、ワイヤ挿通路の下端
とストレート部挿通路の上端との連接部が滑らかに面取
りされていることを特徴としている。仮に温度が高すぎ
て再結晶領域が連接部より少し上方に形成されても、連
接部が滑らかに面取りされているので、金属ワイヤの切
断位置が再結晶領域の部位となり、バラツキが少なくて
すみ、歩留まりの向上に有効となる。
【００２１】本発明に係る請求項３のバンピング用キャ
ピラリは、上記請求項１または請求項２において、スト
レート部挿通路の内周面とテーパー状凹部の全面とキャ
ピラリ先端面の面粗さを０．８Ｓ以下に設定してあるこ
とを特徴としている。前記の各面部分に金属ワイヤの材
料が付着しにくく、また内部での目詰まりを抑制するの
で、ワイヤ切れやワイヤ抜けをなくして、ミスバンピン
グを防止する。その結果として、連続バンピング性を一
層向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るバンピング用
キャピラリの実施の形態について、図面に基づいて詳細
に説明する。
【００２３】図１は実施の形態に係るバンピング用キャ
ピラリの先端部分を拡大して示すとともにアーク放電直
後の初期の金属ボールが形成された状態を示す断面図で
ある。図１において、２１はバンピング用キャピラリ、
２１ａはキャピラリ先端部、２１ｂはワイヤ挿通路、２
１ｃはキャピラリ先端面、２１ｄはワイヤ挿通路２１ｂ
の開口部においてキャピラリ先端面２１ｃに形成された
先拡がりのテーパー状凹部、２１ｅはテーパー状凹部２
１ｄの開口端である先端導出口、２１ｆはワイヤ保持用
ストレート部、２１ｇはワイヤ保持用ストレート部２１
ｆにおけるワイヤ挿通路２１ｂであるストレート部挿通
路である。また、２２はワイヤ挿通路２１ｂに挿通され
た金属ワイヤである。この金属ワイヤ２２は、金属ボー
ル２２ｂの形成前の段階では、図２に示すように、先端
導出口２１ｅより下方に所定の長さ（０．６ｍｍ）だけ
送り出されて突出している。２２ａが金属ワイヤ突出部
分であり、２２ｂが金属ワイヤ突出部分２２ａに対する
アーク放電により突出部分２２ａが溶け上がってテーパ
ー状凹部２１ｄ内で形成された初期の金属ボールであ
る。ワイヤ保持用ストレート部２１ｆは、その上下長さ
がストレート部挿通路２１ｇの直径であるホール径の２
〜４倍程度とするのが好ましい。図示のものでは、ホー
ル径が４６μｍで、ストレート部２１ｆの長さはその約
３倍の１４０μｍとなっている。なお、ホール径が４６
μｍの場合に、実用的な長さ範囲であるホール径の２〜
４倍は９２〜１８４μｍ程度となる。先拡がりのテーパ
ー状凹部２１ｄの開口端の先端導出口２１ｅの直径はホ
ール径４６μｍの約２倍の９６μｍとなっている。この
ときの軸線に対するテーパー状凹部２１ｄのテーパー角
αは４５度となっている。したがって、金属ワイヤ２２
のストレート部分と金属ボール２２ｂとの連接部である
ネック部２２ｃの角度θ0 は１３５度となっている。先
拡がりのテーパー状凹部２１ｄの開口端の先端導出口２
１ｅの直径は、ホール径の１．５〜３倍程度とするのが
好ましい。金属ワイヤ２２としては、直径が４０μｍの
ものを用いている。この場合のアーク放電によって形成
された初期の金属ボール２２ｂの直径（幅）は１１５μ
ｍとなっている。
【００２４】以下、図２〜図５を用いて、本実施の形態
のバンピング用キャピラリ２１によるバンピングの動作
を説明する。
【００２５】図２に示すように、Ｓｎ，Ｐｂを主材料に
した直径が４０μｍの金属ワイヤ２２をバンピング用キ
ャピラリ２１のワイヤ挿通路２１ｂおよびストレート部
挿通路２１ｇに挿通し、先端導出口２１ｅから下方に突
出させる。金属ワイヤ突出部分２２ａの突出長さは０．
６ｍｍ＝６００μｍである。突出部分２２ａの直上の金
属ワイヤ２２のストレート部分はワイヤ保持用ストレー
ト部２１ｆによって保持されている。金属ワイヤ突出部
分２２ａに対して側方から還元ガス気流２３を吹き付け
た状態で、金属ワイヤ２２を正極性にし、トーチ電極２
４を負極性にして、両者明らかなように高電圧を印加し
アーク放電を行うことによって、金属ワイヤ２２の突出
部分２２ａを融点以上に高温加熱して溶融させる。溶融
した金属ワイヤ部分は、表面張力によって収縮し、ボー
ル状になって上昇し、この溶け上がりの結果、図３に示
すように、金属ボール２２ｂの上半部分がバンピング用
キャピラリ２１のテーパー状凹部２１ｄに収まる状態で
初期の金属ボール２２ｂが作られる。この溶け上がりの
際に、金属ワイヤ２２のストレート部分も一部溶融し、
直後の冷却過程で、再結晶領域が形成されるが、金属ボ
ール２２ｂがテーパー状凹部２１ｄに接触し、そのすぐ
上の金属ワイヤ２２のストレート部分が比較的に長いワ
イヤ保持用ストレート部２１ｆに接触しているから、熱
が有効にキャピラリ２１に吸収され、その結果として、
ワイヤ保持用ストレート部２１ｆの範囲内で金属ワイヤ
２２のストレート部分に再結晶領域２２ｄが形成される
ことになる。そして、初期の金属ボール２２ｂがテーパ
ー状凹部２１ｄに収まる状態で形成されることによっ
て、金属ワイヤ２２の軸線に対して金属ボール２２ｂの
偏心は生じない。なお、図３において、２５は半導体チ
ップや外部リードなどのバンピング対象である。
【００２６】次に、キャピラリ２１を押し下げて金属ボ
ール２２ｂをバンピング対象２５に当接させ、バンピン
グ対象２５を加熱した状態で、当接部に超音波および荷
重を加え、超音波熱圧着により金属ボール２２ｂをバン
ピング対象２５に一体化接合する。そして、金属ワイヤ
２２の上方の部分を図示しないクランパでクランプし、
引き上げると、金属ワイヤ２２にはその再結晶領域２２
ｄの部位にストレスがかかり、図４に示すように金属ワ
イヤ２２が必ずワイヤ保持用ストレート部２１ｆの範囲
内において再結晶領域２２ｄの部位で切断されることに
なる。以上により、バンピング対象２５上にバンプ電極
２６が接合形成される。２６ａはバンプ電極２６のネッ
ク切れ部であるが、金属ワイヤ２２が切断される部位が
必ず再結晶領域２２ｄの部位であるので、ネック切れ部
２６ａの高さは常にほぼ一定となる。つまり、ネック切
れ部２６ａの高さバラツキが少なくなる。また、バンプ
径も小さい。
【００２７】次いで、図５に示すように、金属ワイヤ２
２が先端導出口２１ｅから下方へ向けて、金属ワイヤ突
出部分２２ａの長さが所定寸法６００μｍとなるまで送
り出され、待機状態となり、以降、図２のアーク放電か
らの動作を繰り返す。つまり、ワイヤボンディングのよ
うに半導体チップと外部リードとの間にループを作るの
ではなく、バンプ電極２６のみを形成する過程を連続的
に繰り返す。これが連続バンピングである。
【００２８】従来のワイヤボンディング用のキャピラリ
をバンピング用キャピラリに転用した場合の図１０の場
合と比較すると、図１０の場合では、初期の金属ボール
２ｂがキャピラリ先端面１ｅから１１０μｍと大きく突
出しているのに対して、本実施の形態の場合には、図１
のとおり初期の金属ボール２２ｂがキャピラリ先端面２
１ｃから突出しているのは９０μｍと小さく、金属ボー
ル２２ｂの上半部分がテーパー状凹部２１ｄに入ってい
る。したがって、特に低融点金属ワイヤにおいて、従来
のキャピラリで形成されたバンプ電極よりもバンプ径が
小さく、超音波振動方向に拡がる傾向が少なくなる。例
えば、従来キャピラリを使用して形成されたバンプのバ
ンプ径は約２００μｍ（図８参照）であるのに対して、
本実施の形態のバンピング用キャピラリ２１を使用した
場合は、図４に示すようにバンプ径は約１６０μｍと小
さくなる。また、金属ボール２２ｂは金属ワイヤ２２の
ストレート部分に対して同軸状となり、偏心していない
ので、連続バンピング性が向上する。また、バンプ電極
２６の形状を真円に近いものとすることができる。
【００２９】また、従来の転用したキャピラリ１では、
図１０のように溶け上がった金属ボール２ｂが先端導出
口１ｃに保持されたとき、金属ボール２ｂのネック部２
ｃの安定性はホール径に依存するために、そのホール径
を４８μｍとしていたのに対し、図１に示す本実施の形
態のキャピラリ２１においては、テーパー状凹部２１ｄ
において初期の金属ボール２２ｂを保持できるため、ホ
ール径は４６μｍとやや小さくてよい。つまり、金属ワ
イヤ２２とストレート部挿通路２１ｇとのギャップが従
来より狭くなり、エアテンションがかかって金属ワイヤ
２２が振動したとしても、その振幅が従来より小さくな
るので余分なストレスがかからない。
【００３０】ワイヤ保持用ストレート部２１ｆの長さを
ストレート部挿通路２１ｇのホール径の２〜４倍程度に
設定してあることは、次の利点をもたらす。すなわち、
ストレート部２１ｆの長さがホール径の２倍未満であれ
ば、残っているストレートな金属ワイヤ２２における再
結晶領域の部位がストレート部２１ｆの範囲を越えてそ
れよりも上部となり、引き上げによる金属ワイヤ２２の
切断部位にバラツキを生じて、バンプ電極２６のネック
切れ部２６ａの高さにバラツキが生じる。また、ストレ
ート部２１ｆの長さがホール径の４倍を超えると、スト
レート部２１ｆと金属ワイヤ２２との摩擦抵抗が大きく
なりすぎ、金属ワイヤ２２の先端部分２２ａを突出させ
るときの金属ワイヤ２２の送り出しが困難または不可能
になってしまう。これに対して、本実施の形態の場合に
は、ワイヤ保持用ストレート部２１ｆの長さをホール径
の２〜４倍程度の適度な長さに設定したことにより、残
っているストレートな金属ワイヤ２２における再結晶領
域２２ｄの部位がワイヤ保持用ストレート部２１ｆの範
囲内に収まり、引き上げによる金属ワイヤ２２の切断部
位を必ずストレート部２１ｆの範囲内の再結晶領域２２
ｄの部位に限定することができ、図４のバンプ電極２６
のネック切れ部２６ａの高さをほぼ一定化してバラツキ
をなくすことができる。
【００３１】さらに、テーパー状凹部２１ｄの先端導出
口２１ｅの直径をストレート部挿通路２１ｇのホール径
の１．５〜３倍程度に設定してあることは、次の利点を
もたらす。すなわち、テーパー状凹部２１ｄの開口端の
先端導出口２１ｅの直径がホール径の３倍を超えると、
金属ワイヤ２２のストレート部分と金属ボール２２ｂと
の連接部であるネック部２２ｃの角度θ0 が従来技術の
半球形状凹部１１ｄ（図１１参照）で作った真球度の高
い金属ボール１２ａの場合と同様に１００度程度と小さ
くなり、ネック部２２ｃで千切れ落ちたり、バンピング
時に金属ボール２２ｂが側方に飛んでしまう。また、テ
ーパー状凹部２１ｄの先端導出口２１ｅの直径がホール
径の１．５倍未満であると、ネック部２２ｃの角度θ0
が大きすぎ、金属ボール２２ｂの真球度が非常に悪く、
細長いラグビーボール状となり、バンピング不良を発生
する。これに対して、本実施の形態の場合には、テーパ
ー状凹部２１ｄの先端導出口２１ｅの直径をホール径の
１．５〜３倍程度の適当な範囲に設定してあることによ
り、テーパー状凹部２１ｄ内で形成される金属ボール２
２ｂの形状を洋梨状とし、そのネック部２２ｃの角度θ
0 においては、千切れ落ちや側方への飛びがなく、良好
にバンピングすることができ、全体として、連続バンピ
ング性を大幅に向上することができる。
【００３２】以上の相乗として、従来の転用されたキャ
ピラリでは連続バンピング数が数千バンプであったのに
対して、本実施の形態のキャピラリ２１によって数万バ
ンプへと向上する。
【００３３】なお、ワイヤ挿通路２１ｂの下端とストレ
ート部挿通路２１ｇの上端との連接部２１ｈを滑らかに
面取りしてあるので、バンプ電極２６のネック切れ部２
６ａの高さのバラツキの低減をより有利にできる。すな
わち、図１０の従来キャピラリの場合には、ワイヤ挿通
路１ｂの下端とストレート部１ｄとの連接部１ｆが滑ら
かでなかったことと再結晶領域２ｃが連接部１ｆより上
にくることにより、金属ワイヤ２の切断位置にバラツキ
が生じていた。これに対して、図１の場合には、仮に温
度が高すぎて再結晶領域２２ｄが連接部２１ｈより少し
だけ上方に形成されても、連接部２１ｈが滑らかに面取
りされているので、金属ワイヤ２２の切断位置が再結晶
領域２２ｄの位置となり、バラツキが少なくてすむので
ある。
【００３４】また、ストレート部挿通路２１ｇの内周面
全面とテーパー状凹部２１ｄの全面とキャピラリ先端面
２１ｃの面粗さを０．８Ｓ以下に設定してあるので、そ
れらの面部分に対する金属ワイヤ２２の金属成分のこび
りつきや、キャピラリ詰まりを低減でき、仮にキャピラ
リ詰まりを起こした場合でも、再バンピングすることに
より、容易に正常状態へ復帰する。したがって、ワイヤ
切れやワイヤ抜けを防止することができ、連続バンピン
グ性を一層向上することができる。
【００３５】以上のことから、バンピング条件の許容範
囲が広くなり、常に非常に安定したバンピングが可能に
なり、連続バンピング性の大幅な改善が図られた。
【００３６】
【発明の効果】本発明に係る請求項１のバンピング用キ
ャピラリによれば、溶け上がった初期の金属ボールを入
れる凹部として先拡がりのテーパー状凹部を形成してあ
るので、テーパー状凹部内で金属ボールを金属ワイヤと
同軸状に形成でき、偏心を防止できるとともに、金属ボ
ールが小さくなるので、バンプ電極の形状を真円に近く
かつ小径のものとすることができる。そして、金属ボー
ル形成の際の熱がテーパー状凹部およびワイヤ保持用ス
トレート部を介してキャピラリに速やかに吸収されて残
っているストレートな金属ワイヤにおける再結晶領域が
形成されるときに、ワイヤ保持用ストレート部の長さを
ホール径の２〜４倍程度の適度な長さに設定したことに
より、再結晶領域の部位が必ずワイヤ保持用ストレート
部の範囲内に収まり、引き上げによる金属ワイヤの切断
部位をストレート部の範囲内の再結晶領域の部位に限定
することができ、接合形成されたバンプ電極のネック切
れ部の高さをほぼ一定化してバラツキをなくすことがで
きるとともに、金属ワイヤの先端部分を突出させるとき
の金属ワイヤの送り出しをスムーズに行うことができ
る。また、テーパー状凹部の先端導出口の直径をホール
径の１．５〜３倍程度の適当な範囲に設定したことによ
り、テーパー状凹部内で形成される金属ボールの形状
を、真球状よりは細く、かつ、細長いラグビーボール状
よりは太い洋梨状とすることができ、そのネック部の角
度においては、金属ボールの千切れ落ちや側方への飛び
がなくなり、良好にバンピングすることができる。以上
の相乗として、連続バンピング性を大幅に向上すること
ができる。
【００３７】本発明に係る請求項２のバンピング用キャ
ピラリによれば、仮に温度が高すぎて再結晶領域が連接
部より少し上方に形成されても、ワイヤ挿通路の下端と
ストレート部挿通路の上端との連接部が滑らかに面取り
されているので、金属ワイヤの切断位置が再結晶領域の
部位となり、バラツキが少なくてすみ、歩留まりの向上
に有効となる。
【００３８】本発明に係る請求項３のバンピング用キャ
ピラリによれば、面粗さを０．８Ｓ以下に設定したスト
レート部挿通路の内周面やテーパー状凹部の全面やキャ
ピラリ先端面に対して金属ワイヤの材料が付着しにく
く、また内部での目詰まりを抑制するので、ワイヤ切れ
やワイヤ抜けをなくして、ミスバンピングを防止し、連
続バンピング性を一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバンピング用キャピ
ラリの先端部分を拡大した断面図である。
【図２】実施の形態のバンピング用キャピラリにおいて
金属ワイヤを突出させた状態でアーク放電を行うときの
動作の説明図である。
【図３】実施の形態のバンピング用キャピラリにおいて
アーク放電により金属ボールを形成しながら溶け上がら
せてテーパー状凹部に入れた状態を示す説明図である。
【図４】実施の形態のバンピング用キャピラリにおいて
バンピングを行った後に金属ワイヤを切断した状態を示
す説明図である。
【図５】実施の形態のバンピング用キャピラリにおいて
バンピング後に再度金属ワイヤを突出させた状態を示す
説明図である。
【図６】従来のワイヤボンディング用のキャピラリをバ
ンピング用に転用した場合のアーク放電を行うときの動
作の説明図である。
【図７】従来の転用したキャピラリにおいてアーク放電
により金属ボールを溶け上がらせてキャピラリ先端面に
当接させた状態を示す説明図である。
【図８】従来の転用したキャピラリにおいてバンピング
を行った後に金属ワイヤを切断した状態を示す説明図で
ある。
【図９】従来の転用したキャピラリにおいてバンピング
後に再度金属ワイヤを突出させた状態を示す説明図であ
る。
【図１０】図７の一部を拡大した断面図である。
【図１１】別の従来の技術に係るバンピング用キャピラ
リの先端部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
２１……バンピング用キャピラリ ２１ａ…キャピラリ先端部 ２１ｂ…ワイヤ挿通路 ２１ｃ…キャピラリ先端面 ２１ｄ…テーパー状凹部 ２１ｅ…先端導出口 ２１ｆ…ワイヤ保持用ストレート部 ２１ｇ…ストレート部挿通路 ２１ｈ…連接部 ２２……金属ワイヤ ２２ａ…金属ワイヤ突出部分 ２２ｂ…金属ボール ２２ｃ…金属ボールのネック部 ２２ｄ…再結晶領域 ２３……還元ガス気流 ２４……トーチ電極 ２５……バンピング対象 ２６……バンプ電極 ２６ａ…ネック切れ部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤ挿通路に挿通した金属ワイヤをキ
    ャピラリ先端部のワイヤ保持用ストレート部に保持させ
    かつこのストレート部の開口部端部である先端導出口か
    ら金属ワイヤの先端部分を突出させた状態で、この突出
    部分とトーチ電極との間の放電により金属ワイヤ突出部
    分を溶融させ溶け上がらせることにより、前記キャピラ
    リ先端部で前記先端導出口に連通する状態で形成されて
    いる凹部内において初期の金属ボールを形成し、押し下
    げによって金属ボールをバンピング対象に対して一体化
    接合し、引き上げることで接合部を金属ワイヤから切り
    離してバンプ電極となすバンピング用キャピラリにおい
    て、前記ワイヤ保持用ストレート部の長さをこのストレ
    ート部のホール径の２〜４倍程度に設定してあるととも
    に、前記金属ボールを入れる凹部としてその開口端の先
    端導出口の直径が前記ストレート部のホール径の１．５
    〜３倍程度となる先拡がりのテーパー状凹部に形成され
    ていることを特徴とするバンピング用キャピラリ。
  2. 【請求項２】 ワイヤ挿通路の下端とストレート部挿通
    路の上端との連接部が滑らかに面取りされていることを
    特徴とする請求項１に記載のバンピング用キャピラリ。
  3. 【請求項３】 ストレート部挿通路の内周面とテーパー
    状凹部の全面とキャピラリ先端面の面粗さを０．８Ｓ以
    下に設定してあることを特徴とする請求項１または請求
    項２に記載のバンピング用キャピラリ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000045430A1 (en) * 1999-01-29 2000-08-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electronic parts mounting method and device therefor
CN112652549A (zh) * 2019-10-10 2021-04-13 中芯长电半导体（江阴）有限公司 垂直打线设备及打线方法

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