JPS63164228A - 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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- JPS63164228A JPS63164228A JP61312550A JP31255086A JPS63164228A JP S63164228 A JPS63164228 A JP S63164228A JP 61312550 A JP61312550 A JP 61312550A JP 31255086 A JP31255086 A JP 31255086A JP S63164228 A JPS63164228 A JP S63164228A
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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。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
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.In1lI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.In1lI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
□す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。
質材を用いていたが、耐摩耗性等の点から最近はアルミ
□す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。
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5oz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ベ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5oz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ベ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、AI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、AI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(とも先端部を5i90乃至97重量%、特に90乃
至95重量%(窒化物換算)、AI 0.5乃至8重量
%、特に1乃至4重量%(酸化物換算)、YO05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902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(とも先端部を5i90乃至97重量%、特に90乃
至95重量%(窒化物換算)、AI 0.5乃至8重量
%、特に1乃至4重量%(酸化物換算)、YO05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902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AI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。
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。
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Alz03.YzOi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A
I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5iAION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
生成されてもよい。
珪素の結晶相の粒界にAlz03.YzOi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A
I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5iAION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
生成されてもよい。
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の対理論緻密比が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
χ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の対理論緻密比が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
χ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、’ho3.YN等のY化合物、Alz(h
、AIN、^ION等のAI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、インジヱクション成形
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、’ho3.YN等のY化合物、Alz(h
、AIN、^ION等のAI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、インジヱクション成形
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1950℃の温度で焼成して98%以上の予備焼結
体を得る0次に得られた予備焼結体をN2雰囲気中の1
000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1950℃の温度で焼成して98%以上の予備焼結
体を得る0次に得られた予備焼結体をN2雰囲気中の1
000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結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/mm
”異常、靭性(K+c)6MN/m””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/mm
”異常、靭性(K+c)6MN/m””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10
μ鋼以下の微細な結晶で異常粒成長のないことが望まし
い。
μ鋼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。
α−窒化珪素微粉末、酸化アルミニウム、酸化イツトリ
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
結体Nll −4’7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
結体Nll −4’7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 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。
坑■j■U厘皺−
JISR1601に基づいて室温にて4点曲げ法にて測
定した。
定した。
靭性(K+c)
ビッカース圧痕法により鏡面研磨面に対し、荷重20K
gにて測定した。
gにて測定した。
菫然衡呈i入上
3+ue X tsm X 36++ua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へT(八T・加熱温度−2O(℃
))として評価した。
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へT(八T・加熱温度−2O(℃
))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
のもとて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。
のもとて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l1h3 、あるいはAI(酸化物換算)
が0.5重量%を下回るNa5ではいずれもAI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、AI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
、AI線では10倍以上の優れた長寿命を示した。
量%を下回るl1h3 、あるいはAI(酸化物換算)
が0.5重量%を下回るNa5ではいずれもAI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、AI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
、AI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、A110万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る穴詰まりが多く
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24
0万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、A110万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る穴詰まりが多く
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24
0万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。
畝上のように、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St、AI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
第1図は本発明に係るワイヤボンディング用キャビラリ
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。
ャピラリーの少なくとも先端部分をSt、AI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
第1図は本発明に係るワイヤボンディング用キャビラリ
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
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 少なくとも先端部分が Si90乃至97重量%(窒化物換算) Al0.5乃至8重量%(酸化物換算) Y0.5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
5μm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 true JPS63164228A (ja) | 1988-07-07 |
JPH07120685B2 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) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6354479B1 (en) * | 1999-02-25 | 2002-03-12 | Sjm Technologies | Dissipative ceramic bonding tip |
JP2003074012A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | ケーブル制振装置 |
US6651864B2 (en) | 1999-02-25 | 2003-11-25 | Steven Frederick Reiber | Dissipative ceramic bonding tool tip |
CH694754A5 (de) * | 2001-03-15 | 2005-07-15 | Tecan Trading Ag | Pipettenspitze. |
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 |
KR100696414B1 (ko) * | 2005-04-14 | 2007-03-19 | 주식회사 코스마 | 와이어 본딩용 캐필러리 소결체 및 그 제조방법 |
US7389905B2 (en) | 1999-02-25 | 2008-06-24 | Reiber Steven F | Flip chip bonding tool tip |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP61312550A patent/JPH07120685B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6354479B1 (en) * | 1999-02-25 | 2002-03-12 | Sjm Technologies | Dissipative ceramic bonding tip |
US6651864B2 (en) | 1999-02-25 | 2003-11-25 | Steven Frederick Reiber | Dissipative ceramic bonding tool tip |
US6935548B2 (en) | 1999-02-25 | 2005-08-30 | Steven-Frederick Reiber | Dissipative ceramic bonding tool tip |
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 |
CH694754A5 (de) * | 2001-03-15 | 2005-07-15 | Tecan Trading Ag | Pipettenspitze. |
JP2003074012A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | ケーブル制振装置 |
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07120685B2 (ja) | 1995-12-20 |
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