KR20180011249A - 본딩 캐필러리 - Google Patents

Abstract

와이어가 삽입 통과되는 삽입 통과 구멍과, 상기 와이어를 압박하는 제 1 압박면으로서, 상기 삽입 통과 구멍의 주위에 형성된 상기 삽입 통과 구멍이 연장되는 방향에 대하여 경사진 제 1 경사면을 갖는 제 1 압박면과, 상기 와이어를 압박하는 제 2 압박면으로서, 상기 제 1 경사면과 상기 삽입 통과 구멍 사이에 형성된 테이퍼 형상을 갖는 테이퍼면과, 상기 테이퍼면과 상기 제 1 경사면 사이에 형성된 제 2 경사면을 갖는 제 2 압박면을 갖는 본체부를 구비하고, 상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사보다 작은 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리가 제공된다.

Description

본딩 캐필러리

본 발명의 형태는 일반적으로 본딩 캐필러리에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 반도체 소자와 리드 프레임을 본딩 와이어(이하, 「와이어」라고 칭함)에 의해 접속하는 와이어 본딩이 행해진다. 와이어 본딩에 있어서는 본딩 캐필러리를 이용하여 와이어의 일단을 반도체 소자의 전극 패드에 접합한다(퍼스트 본드). 이어서, 와이어를 가이딩하여 리드에 접합한다(세컨드 본드). 와이어를 접합할 때에는 본딩 캐필러리에 의해 와이어를 압박한 상태에서 초음파를 인가하도록 하고 있다.

예를 들면, 세컨드 본드에 있어서는 와이어와 리드의 본접합부(스티치 본드)와, 와이어와 리드의 가접합부(테일 본드)가 형성된다. 이러한 세컨드 본드 후에, 테일 본드로부터 연장되는 와이어가 분단(절단)된다. 그 후에, 와이어로 접속된 반도체 소자와 리드 프레임을 밀봉 수지에 의해 밀봉함으로써 반도체 장치가 제조된다.

최근에는 반도체 장치는, 예를 들면 차재용 전자기기 등에 사용되고, 가혹한 온도 사이클 환경 하에서 사용된다. 반도체 장치가 가혹한 온도 사이클 환경 하에서 사용되는 경우, 밀봉 수지와 금속 사이의 열팽창 차에 의해 밀봉 수지의 박리나 크랙이라고 하는 문제가 생길 수 있다. 이 때문에, 상술한 바와 같이 하여 제조된 반도체 장치에 있어서, 높은 환경 신뢰성(온도 사이클 신뢰성)이 요구되고 있다.

또한, 최근에는 와이어의 재질로서 금보다 저코스트인 구리를 사용하는 시도가 확산되고 있다. 금속과 밀봉 수지의 밀착성의 관점에서, 와이어의 재질을 변경하는 경우에는 밀봉 수지의 재료도 변경된다. 그러나, 와이어에 구리를 사용한 경우에는 높은 환경 신뢰성에 대한 요구를 만족시키기 위해서 새로운 개선이 요구되고 있다.

이에 대하여, 예를 들면 조화 리드 프레임이라고 불리는 리드 프레임을 사용하는 방법이 제안되고 있다. 조화 리드 프레임의 표면에는 니켈 등을 포함하는 두꺼운 도금층이 형성되어 있고, 이 도금층의 표면에는 조화 처리가 실시되어 있다. 표면이 거침으로써, 리드 프레임과 밀봉 수지의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 이러한 조화 리드 프레임을 사용하면, 세컨드 본드를 행할 때에 단단한 구리를 포함하는 와이어를 두꺼운 도금층에 압박하게 된다. 이 때, 두꺼운 도금층에 와이어가 가라앉아 와이어와 리드의 접합성이 저하되는 경우가 있다. 그리고, 세컨드 본드 후에 있어서 와이어의 분단성이 열화한다. 와이어의 분단성이 열화하면, 와이어의 절단시에 접합부가 벗겨지는 불량(필링 불량)이 생기는 문제가 있다. 또한, 표면이 거친 도금층에 본딩 캐필러리를 압박하기 때문에, 본딩 캐필러리가 마모되기 쉬워 본딩 캐필러리의 수명이 열화하는 것이 있다.

일본 특허 공표 2009-540624호 공보 일본 특허 공개 평 2-163951호 공보

본 발명은 이러한 과제의 인식에 의거하여 이루어진 것이고, 접합 강도를 향상시키고 와이어의 분단성을 향상시켜 마모를 억제할 수 있는 본딩 캐필러리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 발명은 와이어가 삽입 통과되는 삽입 통과 구멍과, 상기 와이어를 압박하는 제 1 압박면으로서, 상기 삽입 통과 구멍의 주위에 형성되어 상기 삽입 통과 구멍이 연장하는 방향에 대하여 경사진 제 1 경사면을 갖는 제 1 압박면과, 상기 와이어를 압박하는 제 2 압박면으로서, 상기 제 1 경사면과 상기 삽입 통과 구멍 사이에 형성된 테이퍼 형상을 갖는 테이퍼면과, 상기 테이퍼면과 상기 제 1 경사면 사이에 형성된 제 2 경사면을 갖는 제 2 압박면을 갖는 본체부를 구비하고, 상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사보다 작은 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 본접합시에 있어서 거친 제 1 경사면에서 와이어를 압박할 수 있고, 스티치 본드부의 접합 강도를 확보할 수 있다. 또한, 가접합시에 있어서는 제 2 경사면과 테이퍼면에 의해 와이어를 압박하기 때문에, 본딩 캐필러리와 와이어의 접촉 면적이 증대하여 테일 본드부의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 접합 후에 와이어를 분단시킬 때에는 큰 제곱 평균 제곱근 경사를 갖는 제 1 경사면에 의해 와이어에 큰 인장력이 생긴다. 한편, 작은 제곱 평균 제곱근 경사를 갖는 제 2 경사면에 의해서는 와이어에 인장력이 생기기 어렵다. 이 작용에 의해, 제 1 경사면과 제 2 경사면의 경계 부근에 위치하는 와이어 분단 적소(예를 들면, 와이어의 가장 얇은 부분)에 있어서, 응력이 최대가 된다. 이 때문에, 미소 균열의 발생이 촉진되고, 미소 균열의 변형 형식이 모드 I(개구 모드)가 되어 균열이 진전된다. 이에 따라, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 경사면보다 작은 제곱 평균 제곱근 경사를 갖는 제 2 경사면에 있어서는 와이어를 압박했을 때에 생기는 응력이 분산되어 본딩 캐필러리의 마모를 억제할 수 있다.

제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 8° 이상이고, 상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 5° 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 제 1 경사면의 제곱 평균 제곱근 경사가 8° 이상임으로써, 와이어 절단시에 제 1 경사면에 의해 와이어에 생기는 인장력을 크게 할 수 있다. 또한, 제 2 경사면의 제곱 평균 제곱근 경사가 5° 이하임으로써, 와이어 분단시에 제 2 경사면에 의해 와이어에 생기는 인장력을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 와이어 분단 적소에 발생하는 미소 균열의 변형 형식이 모드 I(개구 모드)가 되어 균열이 진전된다. 이에 따라, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

제 3 발명은 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 11° 이상이고, 상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 2° 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 제 1 경사면의 제곱 평균 제곱근 경사가 11° 이상이고, 제 2 경사면의 제곱 평균 제곱근 경사가 2° 이하임으로써, 본딩 캐필러리가 마모해도 제 1 경사면의 제곱 평균 제곱근 경사와, 제 2 경사면의 제곱 평균 제곱근 경사의 차를 일정 이상에 유지하기 쉽다. 이 때문에, 제 1 경사면에 의해 와이어에 생기는 인장력과, 제 2 경사면에 의해 와이어에 생기는 인장력의 차의 저하를 억제할 수 있다. 이에 따라, 본딩 캐필러리가 마모해도 와이어 분단 적소에 생기는 미소 균열의 변형 형식이 모드 I가 되어 균열이 진전된다. 따라서, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

제 4 발명은 제 1~제 3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 축 방향을 따라 보았을 때에, 상기 제 2 경사면의 폭은 상기 제 1 압박면의 외경의 2% 이상 8% 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 축 방향을 따라 보았을 때에 제 2 경사면의 폭이 제 1 압박면의 외경의 2% 이상임으로써, 본딩 캐필러리의 선단에 발생하는 최대 응력을 본딩 캐필러리의 소재가 마모하는 한계 응력에 대하여 낮게 할 수 있다. 이에 따라, 본딩 캐필러리의 마모를 대폭 억제할 수 있다. 또한, 축 방향을 따라 보았을 때에 제 2 경사면의 폭이 압박면의 외경의 8% 이하임으로써, 충분한 테일 본드부의 접합 강도를 얻을 수 있는 응력을 발생시킬 수 있다.

제 5 발명은 제 1~제 4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.2마이크로미터 이상이고, 상기 제 2 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.16마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)가 0.2마이크로미터(㎛) 이상임으로써, 제 1 경사면에서 와이어를 압박할 수 있기 때문에 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다. 또한, 제 2 경사면의 최대 높이(Rz)가 0.16마이크로미터 이하임으로써, 와이어와 본딩 캐필러리의 슬라이딩이 촉구된다. 이에 따라, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다. 이상으로부터, 필링 불량의 발생을 억제할 수 있다.

제 6 발명은 제 1~제 5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.3마이크로미터 이상이고, 상기 제 2 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.10마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)가 0.3마이크로미터 이상임으로써, 본딩 캐필러리가 마모해도 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)를 일정 이상으로 유지하기 쉽다. 이에 따라, 본딩 캐필러리가 마모해도 제 1 경사면에서 와이어를 압박할 수 있기 때문에 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다. 또한, 본딩 캐필러리가 마모해도 제 2 경사면의 최대 높이(Rz)가 0.10마이크로미터 이하임으로써, 와이어와 본딩 캐필러리의 슬라이딩을 촉구할 수 있다. 이에 따라, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

제 7 발명은 제 1~제 6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 축 방향에 대하여 수직한 면과 상기 제 2 경사면이 이루는 각도는 상기 축 방향에 대하여 수직한 상기 면과 상기 제 1 경사면이 이루는 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 가접합시에 와이어가 제 2 경사면에 의해 압박될 수 있기 때문에 테일 본드부의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

제 8 발명은 제 1~제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 축 방향에 대하여 수직한 면과 상기 제 2 경사면이 이루는 각도는 11도 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 축 방향에 대하여 수직한 면과 제 2 경사면의 각도가 11도 이하임으로써, 가접합시에 충분한 테일 본드부의 접합 강도를 얻을 수 있는 응력(제 2 압박면이 와이어를 압박하는 힘)을 발생시킬 수 있다.

제 9 발명은 제 1~제 8 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 경사면과 상기 제 2 경사면의 경계는 상기 축 방향을 따라 보았을 때에, 톱 형상인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 제 1 경사면과 제 2 경사면의 경계의 톱 형상에 의해, 본딩 작동시에 와이어에 반복 응력이 발생한다. 이에 따라, 와이어에 미소 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있고, 필링 불량의 발생을 억제할 수 있다.

제 10 발명은 제 1~제 9 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 1 경사면의 스큐니스(skewness)는 -0.3 이하이고, 상기 제 1 경사면의 평균 높이는 0.06마이크로미터 이상 0.3마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 사용 중의 마모에 따른 형상 변화를 적게 할 수 있다. 본딩을 반복해도, 장기간 초기의 와이어 분단성 및 접합 강도를 유지할 수 있다.

제 11 발명은 제 1~ 제 10 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제 2 경사면의 쿨토시스(kurtosis)는 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리이다.

이 본딩 캐필러리에 의하면, 제 2 경사면의 쿨토시스가 5.0 이하임으로 와이어와 본딩 캐필러리의 슬라이딩이 촉진되어 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리를 예시하는 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 모식적 확대도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 모식적 확대도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 모식적인 단면도이다.
도 6은 와이어 본딩의 상태를 예시하는 모식적인 단면도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본딩 와이어 및 리드를 예시하는 사진상이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리에 의한 와이어의 분단을 설명하는 모식도이다.
도 9는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.
도 10은 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.
도 11은 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.
도 12는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.
도 13의 (a) 및 (b)는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 도이다.
도 14는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.
도 15는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하여 상세한 설명은 적당히 생략한다.

(실시형태)

도 1은 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리를 예시하는 모식도이다.

도 2는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단 형상을 예시하는 모식적 확대도이다.

도 1에는 본딩 캐필러리(110)의 전체가 나타내어져 있다. 도 2에는 도 1에 나타내는 영역(A)을 확대한 도가 나타내어져 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본딩 캐필러리(이하, 「캐필러리」라고 칭하는 경우가 있음)(110)는 본체부(10)를 갖는다. 본체부(10)는 통 형상의 부재이고, 삽입 통과 구멍(20)을 갖는다. 삽입 통과 구멍(20)은 본체부(10)의 축 방향(Da)으로 연장되는 관통 구멍이다. 캐필러리의 사용시에 있어서, 와이어는 이 삽입 통과 구멍(20)에 삽입 통과된다.

본체부(10)에는 원통부(11)와, 원통부(11)의 선단측에 설치된 원뿔부(12)와, 원뿔부(12)의 선단측에 설치된 보틀넥부(13)가 설치되어 있다. 삽입 통과 구멍(20)은 이들의 원통부(11), 원뿔부(12) 및 보틀넥부(13)를 관통하도록 형성되어 있다.

또한, 본원 명세서에 있어서, 선단측 또는 선단 방향이란 원통부(11)측의 단부로부터 보틀넥부(13)측의 단부로 향하는 방향을 말한다. 캐필러리(본체부)의 선단이란 보틀넥부(13)측의 단부를 말한다.

원통부(11)는 캐필러리(110)를 본딩 장치에 기계적으로 고정하기 위한 지름을 갖는다.

원뿔부(12)의 지름은 선단측을 향하는 것에 따라서 작아진다. 원뿔부(12)는, 예를 들면 원뿔대 형상을 갖는다. 원뿔부(12)의 원통부(11)측의 단부의 지름은 원통부(11)의 지름과 거의 동일하다.

보틀넥부(13)의 지름은 원뿔부(12)의 지름보다 작다. 예를 들면, 보틀넥부(13)의 지름은 선단 방향을 따라 서서히 작아진다. 보틀넥부(13)의 지름이 작음으로써, 이미 배선되어 있는 이웃 와이어를 피해서 소정의 위치에 와이어 본딩을 행할 수 있다.

또한 캐필러리(110)는, 예를 들면 세라믹으로 형성된다. 캐필러리(110)의 재료로서, 예를 들면 알루미나 등을 사용할 수 있다. 또한, 캐필러리(110)의 재료로서, 알루미나와, 산화지르코늄 및 크로미아 중 적어도 어느 하나를 포함하는 복합 재료 등을 사용해도 좋다.

도 3은 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 모식적 확대도이다. 도 3은 도 2에 나타낸 캐필러리의 선단을 비스듬히 아래로부터 본 사시도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본체부(10)는 축 방향에 있어서의 단부에 설치된, 제 1 압박면(51) 및 제 2 압박면(52)을 갖는다.

제 1 압박면(51)은 본체부(10)의 선단에 있어서, 삽입 통과 구멍(20)의 주위에 설치된다. 제 1 압박면(51)은 보틀넥부(13)의 표면의 일부이고, 예를 들면 곡면 형상이다.

제 2 압박면(52)은 삽입 통과 구멍(20)과 제 1 압박면(51) 사이에 설치된다. 제 2 압박면(52)은 보틀넥부(13)의 표면의 일부이고, 제 1 압박면(51)과 연속한 면이다.

후술하는 바와 같이, 제 1 압박면(51) 및 제 2 압박면(52)은 와이어 본딩에 있어서 와이어를 리드 프레임에 압박하는 면이다. 예를 들면, 제 1 압박면(51)은 본접합을 형성하는 압박면이고, 제 2 압박면(52)은 가접합을 형성하는 압박면이다.

제 1 압박면(51) 및 제 2 압박면(52)의 형상의 상세에 대해서 더욱 설명한다.

도 4(a), 도 4(b) 및 도 5는 본 실시형태에 따른 본딩 캐필러리의 선단을 예시하는 모식적인 단면도이다.

도 4(a)는 도 3에 나타낸 A1-A2선에 있어서의 단면을 나타내고 있다. 즉, 도 4(a)은 축 방향(Da)에 평행한 평면에 있어서의 단면을 나타낸다. 도 4(b)는 도 4(a)에 나타낸 영역(B)을 확대한 단면을 예시하고 있다.

도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 삽입 통과 구멍(20)은 테이퍼 형상 구멍(21)과 직선 형상 구멍(22)을 갖는다. 테이퍼 형상 구멍(21)은 직선 형상 구멍(22)의 선단측에 형성되고, 직선 형상 구멍(22)과 접속되어 있다. 테이퍼 형상 구멍(21)의 지름은 선단측을 향함에 따라 커지고 있다.

제 1 압박면(51)은 삽입 통과 구멍(20)의 주위에 설치된 제 1 경사면(51s)을 갖는다. 제 1 경사면(51s)은 축 방향(Da) 및 지름 방향(축 방향(Da)에 대하여 수직한 방향)에 대하여 경사되어 있다. 그리고, 제 1 경사면(51s)의 지름은 본체부(10)의 선단측을 향함에 따라 작아지고 있다. 즉, 삽입 통과 구멍(20)의 중심축(20a)과 제 1 경사면(51s) 사이의 거리는 선단 방향을 따라 짧아진다. 이 예에서는 도 4(b)에 있어서의 제 1 경사면(51s)의 단면 형상은 곡선 부분을 포함하지만, 직선 형상이어도 좋고, 직선과 곡선으로 구성되어 있어도 좋다.

제 2 압박면(52)은 테이퍼면(52t)과 제 2 경사면(52f)을 갖는다.

테이퍼면(52t)은 제 1 경사면(51s)과 삽입 통과 구멍(20) 사이에 있어서, 삽입 통과 구멍(20)의 주위에 설치되어 있다. 테이퍼면(52t)은 제 2 압박면(52) 중, 테이퍼 형상 구멍(21)에 면한 부분이다. 테이퍼면(52t)은 선단을 향하여 넓어지는 테이퍼 형상을 갖는다. 즉, 삽입 통과 구멍(20)의 중심축(20a)과 테이퍼면(52t) 사이의 거리는 선단 방향을 따라 길게 되어 있다.

제 2 경사면(52f)은 테이퍼면(52t)과 제 1 경사면(51s) 사이에 설치되어 있다. 제 2 경사면(52f)은 테이퍼면(52t) 및 제 1 경사면(51s)과 연속한 면이고, 보틀넥부(13)의 가장 선단측에 위치한다. 이 예에서는, 제 2 경사면(52f)은 축 방향(Da)에 대하여 수직한 평면에 따라 연장되어 있다(즉, 후술하는 θ1=0°). 단, 제 2 경사면(52f)은 축 방향(Da)에 대하여 수직한 평면으로부터 약간 경사되어 있어도 좋다(θ1>0).

본 실시형태에 있어서, 제 1 압박면(51)의 표면은 제 2 압박면(52)의 표면보다 거칠게 형성되어 있다. 즉, 제 2 경사면(52f) 및 테이퍼면(52t)은 제 1 경사면(51s)보다 매끄럽다. 제 2 경사면(52f)의 표면의 요철 형상은 제 1 경사면(51s)의 표면의 요철 형상보다 작고, 테이퍼면(52t)의 표면의 요철 형상은 제 1 경사면(51s)의 표면의 요철 형상보다 작다. 구체적으로는, 제 2 경사면(52f)의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)는 제 1 경사면(51s)의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)보다 작다. 또한, 예를 들면 테이퍼면(52t)의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)는 제 1 경사면(51s)의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)보다 작다. 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)는 표면의 요철 형상을 나타내고, 요철의 경사의 크기에 대응한 파라미터이다.

도 5는 도 4(b)를 더욱 확대한 단면을 예시하고 있다. 도 5에 나타낸 예에서는 제 2 경사면(52f)의 지름은 본체부(10)의 선단측을 향함에 따라 작아지고 있다. 즉, 삽입 통과 구멍(20)의 중심축(20a)과 제 2 경사면(52f) 사이의 거리는 선단 방향을 따라 짧아진다. 예를 들면, 테이퍼면(52t)과 제 2 경사면(52f)의 교점(교선)이 본체부(10)의 가장 선단에 위치한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 각도(θ1)는 각도(θ2)보다 작다. 여기에서, 각도(θ1)는 축 방향(Da)에 대하여 수직한 면(P1)과 제 2 경사면(52f)이 이루는 각도이다. 각도(θ2)는 축 방향(Da)에 대하여 수직한 면(P1)과 제 1 경사면이 이루는 각도이다. 각도(θ1)는 0도 이상 11도 이하인 것이 바람직하다. 각도(θ2)는, 예를 들면 2도 이상 45도 이하가 바람직하다.

다음에, 본딩 캐필러리를 사용한 접합(세컨드 본딩)에 대해서 설명한다.

도 6은 와이어 본딩의 상태를 예시하는 모식적인 단면도이다.

캐필러리(110)의 삽입 통과 구멍(20)에 삽입 통과된 와이어(BW)는 도면에 나타내지 않은 반도체 소자의 전극 등에 퍼스트 본딩된다. 그 후에, 캐필러리(110)를 소정의 궤도에서 리드(200) 위까지 가이딩하여 와이어(BW)에 루프가 형성된다. 다음에, 와이어(BW)를 리드(200)에 접합하는 세컨드 본딩이 행해진다. 도 6에서는 리드 프레임의 리드(200)와 와이어(BW)를 접합하는 세컨드 본딩의 상태가 나타내어져 있다.

본 실시형태에 사용되는 리드 프레임은, 예를 들면 조화 리드 프레임이다. 즉, 리드(200)의 표면에는 조화 처리가 실시된 두꺼운 Ni 도금층 등이 설치되어 있다. 도금층의 두께는, 예를 들면 20㎛ 정도이다. 또한, 와이어(BW)의 재료로서, 예를 들면 구리가 사용되고 있다.

세컨드 본딩에 있어서는, 캐필러리(110)는 리드(200) 위에 압박된다. 이에 따라, 와이어(BW)는 제 1 압박면(51)(제 1 경사면(51s))과 리드(200) 사이에 끼워 넣어진다. 또한, 와이어(BW)는 제 2 압박면(52)과 리드(200) 사이에 끼워 넣어진다.

제 1 경사면(51s)은 제 2 경사면(52f)를 향하여 경사되어 있기 때문에, 제 1 경사면(51s)과 리드(200)의 간격은 캐필러리(110)의 내측을 향하는 방향을 따라 좁아진다. 따라서, 제 1 경사면(51s)과 리드(200) 사이에 끼워진 와이어(BW)의 두께는 캐필러리(110) 내측을 향하는 방향을 따라 얇아진다.

그리고, 와이어(BW)의 두께는 제 2 경사면(52f)과 리드(200) 사이에 있어서 가장 얇아진다. 테이퍼면(52t)은 테이퍼 형상을 갖기 때문에, 테이퍼면(52t)과 리드(200)의 간격은 캐필러리(110)의 내측을 향하는 방향을 따라 넓어진다. 따라서, 테이퍼면(52t)과 리드(200) 사이에 끼워진 와이어(BW)의 두께는 캐필러리(110)의 내측을 향하는 방향을 따라 두꺼워진다.

이와 같이, 캐필러리(110)와 리드(200) 사이에 와이어(BW)를 끼워 넣은 상태에서 캐필러리(110)에, 예를 들면 초음파를 인가한다. 이에 따라, 와이어(BW)를 리드(200)에 압착한다. 제 1 압박면(51)(제 1 경사면(51s))과 리드(200) 사이에 있어서는 본접합부(스티치 본드부(SB))가 형성되고, 제 2 압박면(52)(제 2 경사면(52f) 및 테이퍼면(52t))과 리드(200) 사이에 있어서는 가접합부(테일 본드부(TB))가 형성된다.

와이어(BW)를 압착한 후, 캐필러리(110)에 의해 와이어(BW)를 클램프한 상태에서 캐필러리(110)를 상승시킨다. 이에 따라, 와이어(BW)는 테일 본드부(TB)로부터 분단된다. 예를 들면, 제 2 경사면(52f)과 테이퍼면(52t)의 교점(교선)은 비교적 예리하게 형성되어 있기 때문에, 이 교점에 압박된 부분에 있어서 와이어(BW)가 분단된다.

도 7(a) 및 도 7(b)은 본딩 와이어 및 리드(200)를 예시하는 사진상이다. 도 7(a) 및 도 7(b)에서는 세컨드 본딩을 행한 후의 접합부를 확대하여 나타낸다.

도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 캐필러리(110)를 사용한 세컨드 본딩 후에는, 와이어(BW)는 리드(200)와 접합되고 테일 본드부(TB)로부터 분단되어 있다.

이러한 세컨드 본딩에 있어서, 조화 리드 프레임을 사용한 경우에는 캐필러리를 리드에 압박했을 때에 리드에 와이어가 가라앉기 쉽다. 이 때문에, 접합 강도가 열화되어 와이어의 분단성이 열화되는 경우가 있다.

도 7(b)은 와이어의 분단성이 열화했을 경우에 보이는 불량을 예시하고 있다. 와이어의 분단성이 열화되면, 도 7(b)에 나타낸 영역(C)과 같이, 와이어를 분단시킬 때에 접합부(예를 들면, 스티치 본드부(SB))의 일부가 벗겨져 필링이나 피시 테일이라고 불리는 불량이 발생하는 경우가 있다.

이에 대하여, 본 실시형태에 따른 캐필러리(110)에 있어서는 캐필러리(110)의 선단에, 거친 표면 상태를 갖는 제 1 경사면(51s)이 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 경사면(51s)에 의해 와이어(BW)를 효율 좋게 리드(200)에 압박시킬 수 있다. 따라서, 스티치 본드부(SB)의 접합 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 캐필러리(110)에 있어서는 캐필러리(110)의 선단에, 매끈매끈한 제 2 경사면(52f) 및 테이퍼면(52t)이 형성되어 있다. 와이어(BW)는 이들의 제 2 경사면(52f) 및 테이퍼면(52t)에 의해 리드(200)에 압박될 수 있다. 이 때문에, 제 2 경사면(52f)이 형성되지 않는 경우와 비교하여, 캐필러리(110)와 와이어(BW)의 접촉 면적이 증대하여 테일 본드부(TB)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 접합 후에 와이어를 분단시킬 때에는 거친 제 1 경사면(51s)에 의해 와이어(BW)가 압박되고, 매끈매끈한 제 2 경사면(52f)에 의해 와이어(BW)와 캐필러리(110)의 슬라이딩이 촉진된다. 이에 따라, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

도 8(a) 및 도 8(b)은 실시형태에 따른 본딩 캐필러리에 의한 와이어의 분단을 설명하는 모식도이다.

도 8(a)은 와이어를 분단시킬 때에 있어서의 캐필러리의 작용을 설명하는 개념도이다. 도 8(a)에는 제 1 경사면(51s)과 제 2 경사면(52f)의 경계 부근에 있어서, 캐필러리(110)와 와이어(BW)가 접하고 있는 영역의 확대 단면을 나타내고 있다. 이 영역은 와이어(BW)의 와이어 분단 적소, 즉 가장 와이어(BW)가 얇은 부분에 해당하다.

도면 중의 캐필러리(110)의 좌측은 큰 RΔq(제곱 평균 제곱근 경사)를 갖는 제 1 경사면(51s)에 대응하고, 우측은 작은 RΔq를 갖는 제 2 경사면(52f)에 대응한다. 요철 형상을 나타내는 RΔq가 큰 쪽이 와이어 표면에 대한 요철의 경사가 큰 모양을 나타내고 있다. 즉, 예를 들면 도 8(a)에 나타내는 각도(θ3)는 각도(θ4)보다 크다.

와이어(BW)를 분단시킬 때에는 도 8(a)과 같이 캐필러리(110)가 와이어(BW)에 접촉한 상태에서 초음파가 인가된다. 이에 따라, 캐필러리(110)에 힘이 가해진다. 예를 들면, 제 1 경사면(51s)에는 수평 방향의 힘(벡터(F1))이 인가되고, 제 2 경사면(52f)에는 수평 방향의 힘(벡터(F2))이 인가된다. 여기에서는 설명의 편의상, 벡터(F1)의 크기 및 방향은 벡터(F2)의 크기 및 방향과 동일한 것으로 하고 있다.

예를 들면, 벡터(F2)는 벡터(F21)와 벡터(F22)로 분해될 수 있다. 벡터(F21)는 제 2 경사면(52f)의 표면에 따른 방향의 벡터이다. 벡터(F22)는 벡터(F21)에 대하여 수직한 방향의 벡터이다. 여기에서, 벡터(F21)는 RΔq가 작을수록 커진다. 즉, RΔq가 작으면, 벡터(F21)와 같이 상방으로 빗나가는 성분이 커진다. 이 때문에, 캐필러리(110)의 표면으로부터 와이어(BW)에 전해지는 힘이 작아진다. 따라서, RΔq가 작은 제 2 경사면(52f)에 의해 와이어(BW)에 생기는 인장력(FT2)은 비교적 작다.

마찬가지로, 벡터(F1)는 벡터(F11)와 벡터(F12)로 분해될 수 있다. 벡터(F11)는 제 1 경사면(51s)의 표면에 따른 방향의 벡터이다. 벡터(F12)는 벡터(F12)에 대하여 수직한 방향의 벡터이다. 제 1 경사면(51s)에서는 RΔq가 크기 때문에, 벡터(F11)와 같이 상방으로 빗나가는 성분이 작다. 이 때문에, RΔq가 큰 제 1 경사면(51s)에 의해 와이어(BW)에 생기는 인장력(FT1)은 크다.

본 실시형태에 따른 캐필러리(110)에서는 RΔq가 큰 제 1 경사면(51s)과, RΔq가 작은 제 2 경사면(52f)이 인접하도록 설치되어 있다. 이 때문에, 제 1 경사면(51s)과 제 2 경사면(52f)의 경계 부근에 위치하는 와이어 분단 적소에 있어서, 인장력(FT1)과 인장력(FT2)의 차에 의해 큰 응력이 생긴다. 이 때문에, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 제 1 경사면(51s)과 제 2 경사면(52f)의 경계 부근에서 미소 균열의 발생이 촉진된다. 그리고, 발생한 미소 균열에 있어서는 미소 균열의 변형 형식이 도 8(b)과 동일한 모드 I(개구 모드)가 된다. 이에 따라, 도 8(a)의 영역(D)와 같이, 균열이 진전되어 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 필링 등의 불량의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 조화 리드 프레임의 표면은 조도 때문에 캐필러리를 압박함으로써 캐필러리의 선단이 마모되기 쉽다. 이에 대하여, 제 2 경사면(52f)은 리드(200)의 표면에 대하여 대략 평행이 되도록 설치되어 있다. 또한, 제 2 경사면(52f)의 RΔq는 작기 때문에, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 제 2 경사면(52f)의 볼록부의 선단각(θ5)은 크다. 예를 들면 선단각(θ5)은 제 1 경사면(51s)의 볼록부의 선단각(θ6)보다 크다. 이 때문에, 캐필러리(110)의 선단에 있어서의 응력의 집중을 억제하여 캐필러리의 마모를 억제할 수 있다.

이하, 본딩 캐필러리에 관한 평가 결과를 참조하여, 본 실시형태에 따른 캐필러리(110)의 실시예에 대해서 설명한다.

또한, 본원 명세서에 있어서, 캐필러리 표면의 요철 형상(RΔq, Rz, Rc, Rsk, Rp, Rku 등)은 JIS B 0601-2001에 근거하여 산출된다. 또한, 각 평가에 있어서는 이하의 조건에 있어서 조도 곡선을 측정했다. 조도 곡선의 측정 결과로부터, 요철 형상이 산출된다.

측정 기기: 레이저 현미경(Olympus Corporation 제작, OLS 4000)

측정 배율: 50배

평가 길이: 125㎛~400㎛

컷오프(위상 보상형 고역 필터)(λc): 25㎛

도 9는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.

도 9는 제 1 경사면(51s)의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)(°)와, 제 2 경사면(52f)의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)(°)의 조합이 다른 예(비교예 1~4, 실시예 1~8)의 평가 결과를 나타낸다. 본 평가에서는 제 1 경사면(51s)의 RΔq를 5.4°~ 12.4°로 했다. 또한, 제 2 경사면(52f)의 RΔq를 1.8°~ 13.4°로 했다. 또한, 테이퍼면(52t)의 RΔq는 제 2 경사면(52f)의 RΔq와 동일하게 했다.

또한, 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사(RΔq)는 이하의 식(1)에 의거하여 산출할 수 있다. l은 기준 길이이고, Z(x)는 조도 곡선에 있어서의 높이의 값이다.

도 9는 필링 불량의 발생 빈도의 평가 결과를 나타낸다. 여기에서, 「Peeling 발생 빈도」의 항목은 세컨드 본딩 후의 필링의 발생 빈도를 나타낸다. 도 9에 나타낸 비교예 1~4 및 실시예 1~8의 각각에 대해서, 샘플수를 32 또는 128로 했다. 「×」는 32개의 샘플 중에서, 필링이 발생 한 것을 나타낸다. 즉, 「×」는 필링의 발생 빈도가 1/32 이상인 것을 나타낸다. 「○」은 32개의 샘플 중에서는 필링이 발생하지 않았지만, 샘플수를 늘리면 필링이 발생한 것을 나타낸다. 「○」은 필링의 발생 빈도가 1/127 이상 1/32 미만인 것을 나타낸다. 「◎」은 128개의 샘플 중에서, 필링이 발생하지 않은 것을 나타낸다. 즉, 「◎」은 필링의 발생 빈도가 1/128 미만인 것을 나타낸다.

비교예 1~3과 같이, 제 1 경사면(51s)의 RΔq 및 제 2 경사면(52f)의 RΔq가 함께 크고 또는 함께 작은 경우에는 필링이 발생하기 쉬운 것을 알았다.

이에 대하여, 실시예 1~8과 같이, 제 1 경사면(51s)의 RΔq가 8° 이상이고, 또한 제 2 경사면(52f)의 RΔq가 5° 이하인 경우에는 필링의 발생 빈도가 낮다. 또한, 실시예 7, 8과 같이, 제 1 경사면(51s)의 RΔq가 11° 이상이고, 또한 제 2 경사면(52f)의 RΔq가 2° 이하인 경우에는 필링의 발생을 더욱 억제할 수 있다. 이것은 도 8(a) 및 도 8(b)에 관해서 설명한 바와 같이, 제 1 경사면(51s)에 의한 인장력이 크고, 또한 제 2 경사면(52f)에 의한 인장력이 작은 것에 의한다고 생각된다. 와이어 분단 적소에 있어서, 미소 균열의 발생이 촉진되고, 미소 균열의 변형 형식이 모드 I(개구 모드)가 되어 균열이 진전된다. 이에 따라, 와이어의 분단성은 향상된다.

또한, 제 1 경사면(51s)의 RΔq를 11° 이상으로 하고, 또한 제 2 경사면(52f)의 RΔq를 2° 이하로 한 경우에는 본딩 캐필러리가 마모했다고 해도, 제 1 경사면(51s)의 RΔq와 제 2 경사면(52f)의 RΔq의 차를 일정 이상으로 유지하기 쉽다. 이 때문에, 인장력의 차에 의한 와이어(BW)에 생기는 응력을 유지할 수 있다.

도 10은 본딩 캐필러리의 평가 결과를 나타내는 도이다.

도 10은 캐필러리(110)의 선단 지름(T)에 대한, 제 2 경사면(52f)의 폭(W1)을 변화시켰을 경우의 평가 결과를 도시한 도면이다.

여기에서, 제 2 경사면(52f)의 폭(W1)이란 캐필러리(110)를 축 방향을 따라 보았을 때의 제 2 경사면(52f)의 폭이다. 제 2 경사면(52f)의 형상은 축 방향을 따라 보면, 외경(D1) 및 내경(D2)을 갖는 환상이다(도 4(a) 및 도 4(b)를 참조). 이 때, 폭(W1)은 외경(D1)과 내경(D2)의 차의 1/2배이다. 또한, 외경이 둘레 방향을 따라 변화되는 경우에는 외경(D1)으로서 둘레 방향에 있어서의 평균값을 사용해도 좋다. 내경이 둘레 방향을 따라 변화되는 경우에는 내경(D2)으로서 둘레 방향에 있어서의 평균값을 사용해도 좋다.

캐필러리(110)의 선단 지름(T)은 축 방향을 따라 보았을 때에, 환상의 제 1 경사면(51s)(제 1 압박면(51))의 외경이다. 구체적으로는, 예를 들면 제 1 경사면(51s)의 외경이란 보틀넥부(13)의 외주면의 연장면과, 제 2 경사면(52f)을 포함하는 평면을 교차시킬 수 있는 가상 원(Cr)의 지름이다(도 4(a) 및 도 4(b)를 참조).

도 10은 필링 불량의 발생 빈도의 평가 결과를 나타낸다. 여기에서, 「Peeling 발생 빈도」의 항목은 세컨드 본딩 후의 필링의 발생 빈도를 나타낸다. 본 평가에서는 도 10에 나타낸 선단 지름(T)에 대한 폭(W1)의 비율의 각각에 대해서 샘플수를 32로 한다. 「○」은 필링이 발생하지 않은 것을 나타낸다. 즉, 「○」은 필링의 발생률이 1/32 미만인 것을 의미한다. 「×」는 필링이 발생한 것을 나타낸다. 즉, 「×」는 필링의 발생률이 1/32 이상인 것을 의미한다. 또한, 평가에 있어서는 지름이 25㎛인 와이어를 사용했다. 또한, 캐필러리(110)의 선단 지름(T)을 75㎛로 했다.

도 10에 나타낸 평가 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 선단 지름(T)에 대한 폭(W1)의 비율이 2% 이상 8% 이하일 때에 필링이 발생하지 않았다. 즉, 제 2 경사면(52f)의 폭(W1)은 선단 지름(T)의 2% 이상 8% 이하인 것이 바람직하다. 폭(W1)의 선단 지름(T)에 대한 비율이 8%보다 크면, 캐필러리(110)의 선단에 충분한 응력을 발생시키기 어려워 접합 강도가 저하한다. 한편, 폭(W1)의 선단 지름(T)에 대한 비율이 2% 미만이면, 캐필러리(110)의 선단에 발생하는 응력이 커져 캐필러리(110)의 선단이 마모되기 쉬워진다. 실시형태에서는 폭(W1)의 선단 지름(T)에 대한 비율을 2% 이상 8% 이하로 함으로써, 캐필러리(110)의 마모를 억제하면서 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다.

도 11은 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.

도 11은 제 1 경사면(51s)의 최대 높이(Rz) 및 제 2 경사면(52f)의 최대 높이(Rz)의 조합이 다른 예(비교예 5~9, 실시예 9~14)의 평가 결과를 나타낸다. 또한, 테이퍼면(52t)의 최대 높이(Rz)는 제 2 경사면(52f)의 최대 높이(Rz)와 동일하게 했다. 최대 높이(Rz)는 기준 길이에 있어서의 산 높이의 최대값과 골짜기 깊이의 최대값의 합이다.

도 11은 필링 불량의 발생 빈도의 평가 결과를 나타낸다. 「Peeling 발생 빈도」의 항목은 도 9에 있어서의 설명과 마찬가지로, 세컨드 본딩 후의 필링의 발생 빈도를 나타낸다. 즉, 각 예(각 조건)에 있어서, 「◎」은 128 샘플 중에 필링이 발생하지 않은 것을 나타내고, 「○」은 32 샘플 중에 필링이 발생하지 않은 것을 나타내고, 「×」는 32 샘플 중에 필링이 발생한 것을 나타낸다.

도 11에 나타낸 평가 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 경사면(51s)에 있어서의 최대 높이(Rz)가 0.2㎛ 이상이고, 또한 제 2 경사면(52f)에 있어서의 최대 높이(Rz)가 0.16㎛ 이하일 때에 필링 발생 빈도는 「○」이다. 또한, 실시예 13, 14과 같이, 제 1 경사면(51s)의 최대 높이(Rz)가 0.3㎛ 이상이고, 또한 제 2 경사면(52f)의 최대 높이(Rz)가 0.10㎛ 이하일 때에는 필링 발생 빈도가 「◎」이 된다.

제 1 경사면(51s)의 최대 높이(Rz)가 0.2㎛ 이상임으로써, 제 1 경사면(51s)에서 와이어(BW)를 압박할 수 있기 때문에 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다. 또한, 제 2 경사면(52f)의 최대 높이(Rz) 및 테이퍼면(52t)의 최대 높이(Rz)가 각각 0.16㎛ 이하임으로써, 와이어(BW)와 본딩 캐필러리의 슬라이딩이 촉진된다. 이에 따라, 와이어(BW)의 분단성을 향상시킬 수 있다. 이상에 의해, 필링 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 경사면(51s)의 최대 높이(Rz)가 0.3㎛ 이상이고, 또한 제 2 경사면(52f)의 최대 높이(Rz)가 0.10㎛ 이하일 때에는 캐필러리가 마모해도 최대 높이(Rz)를 일정 이상으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기와 마찬가지로, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

도 12는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.

도 12는 제 2 경사면(52f)의 각도(θ1)(도 5을 참조)를 변화시킨 경우의 평가 결과를 나타낸다. 본 평가에서는 각도(θ1)를 0.5도 이상 17도 이하로 했다. 또한, 제 1 경사면의 각도(θ2)를 20도로 하고, 제 2 경사면(52f)의 폭(W1)을 4㎛로 했다.

도 12의 「Peeling 발생 빈도」의 항목은 도 9에 있어서의 설명과 마찬가지로, 세컨드 본딩 후의 필링의 발생 빈도를 나타낸다. 즉, 각도(θ1)의 각 조건의 샘플수를 32로 하여 평가했을 때에, 「○」은 필링이 발생하지 않은 것을 나타내고, 「×」는 필링이 발생한 것을 나타낸다.

각도(θ1)는 각도(θ2)보다 작은 것이 바람직하다. 이에 따라, 가접합시에 제 2 경사면(52f)이 와이어를 압박할 수 있기 때문에, 테일 본드부의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 12에 나타낸 평가 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 각도(θ1)가 0.5도 이상 11도 이하인 경우에, 필링 불량이 발생하지 않는다. 각도(θ1)가 11도 이하이면, 가접합시에 제 2 경사면(52f)에 의해 와이어를 압박할 수 있다. 이에 따라, 충분한 테일 본드부의 접합 강도를 얻을 수 있는 응력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 필링 불량의 발생을 억제할 수 있다.

도 13(a) 및 도 13(b)은 실시 형태에 따른 본딩 캐필러리를 예시하는 도이다.

도 13 (a) 및 도 13(b)은 본딩 캐필러리(110)의 선단(제 1 압박면(51) 및 제 2 압박면(52))을 축 방향을 따라 보았을 때의 형상을 나타낸다. 도 13(a)은 레이저 현미경상이고, 도 13(b)은 도 13(a)에 대응하는 평면도이다.

제 1 경사면(51s)과 제 2 경사면(52f)의 경계(B1)는 도 13(b)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 중심축(20a)을 중심으로 한 대략 원형이다. 단, 축 방향을 따라 보았을 때에, 경계(B1)의 형상은 진원(또는 타원)이 아니고, 톱 형상(톱니 형상, 들쭉날쭉)이다. 즉, 중심축(20a)으로부터 경계(B1) 상의 점까지의 거리(L1)는 둘레 방향(Dc)을 따라 변화된다. 구체적으로는, 경계(B1)상의 점은 경계(B1)의 형상 근사(또는 평활화)에 의해 얻어지는 원(또는 타원)으로부터, 예를 들면 1.5㎛ 이내의 범위로 흩어져서 존재한다.

도 8(a) 및 도 8(b)에 관해서 설명한 바와 같이, 와이어(BW)는 제 1 경사면(51s)과 제 2 경사면(52f)의 경계(B1)와 접촉하고 있는 부근에 있어서, 캐필러리로부터 큰 응력을 받는다. 그리고, 도 13(a) 및 도 13(b)과 같이, 경계(B1)가 톱 형상임으로써, 경계(B1)는 와이어(BW)와 보다 접촉하게 된다. 즉, 큰 응력을 와이어(BW)에 생기게 하는 경계(B1)와 와이어(BW)의 접촉 부분이 늘어난다. 이에 따라, 예를 들면 초음파를 인가할 때에, 와이어(BW)에 응력이 반복 발생한다. 이상에 의해, 미소 균열이 생기기 쉬워 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

도 14는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.

도 14는 제 1 경사면(51s)의 요철 형상이 다른 예(비교예 10~12, 실시예 15~20)에 있어서의 접합 강도의 판정 결과를 나타낸다. 이 평가에서는 제 1 경사면(51s)의 요철 형상으로서, 조도 곡선 요소의 평균 높이(Rc), 조도 곡선의 스큐니스(Rsk) 및 조도 곡선의 최대 산 높이(Rp)를 변화시키고 있다.

평균 높이(Rc)는 이하의 식(2)에 의해 구해진다. 스큐니스(Rsk)는 이하의 식(3)에 의해 구해진다.

식(2)에 있어서, m은 윤곽 곡선 요소의 수, Zti는 윤곽 곡선 요소의 높이의 평균값이다. 식(3)에 있어서, Zq는 제곱 평균 제곱근 높이, Zn은 조도 곡선에 있어서의 높이의 값이다. 최대 산 높이(Rp)는 조도 곡선에 있어서의 높이의 최대값이다.

스큐니스(Rsk)는 요철 형상의 산(볼록)과 골짜기(오목)의 대칭성을 나타내고 있다. 요철 형상이 정현 분포이면, 스큐니스(Rsk)는 0이 된다. 스큐니스(Rsk)가 마이너스란 산(볼록)의 면적이 골짜기(오목)의 면적보다 큰 것(볼록부의 뾰족이 오목부의 뾰족보다 작은 것)을 의미하고 있다.

도 14에는 각 예(각 조건)에 있어서의 평균 높이(Rc), 스큐니스(Rsk) 및 최대 산 높이(Rp)가 나타내어져 있다. 이 평가에서는 접합 강도의 공정 능력 지수(Cpk)에 근거하여 접합 강도의 판정을 행했다. 도 14에 나타낸 각 예에 있어서, 와이어(BW)의 접합 강도의 평균을 Ave, 접합 강도의 하한 규격을 3그램중(gf)으로 한 경우, Cpk=(Ave-3gf)/3σ로 계산된다. 접합 강도는 세컨드 본드에 있어서의 풀 테스트(pull test)에서의 강도이다. 샘플수는 30이다. 일반적으로, 와이어 본딩에 있어서의 접합 강도의 Cpk는 1.67 이상이 요구된다.

도 14의 「접합 강도 판정」의 항목에서는 Cpk가 1.67 이상인 경우에 「ＯＫ」를 나타내고, Cpk가 1.67 미만인 경우에 「ＮＧ」를 나타내고 있다. 각 예(Rc, Rsk 및 Rp의 각 조합)에 있어서, 초기 와이어 본딩을 50만회 행한 후, 와이어 본딩을 100만회 행한 후, 및 와이어 본딩을 150만회 행한 후에 판정을 행했다.

실시예 15~20 및 비교예 10~12에 있어서, 초기의 접합 강도 판정은 모두 「ＯＫ」이다. 와이어 본딩 50만회 후에 있어서는, 실시예 15~20은 「ＯＫ」이지만, 비교예 10~12는 모두 「ＮＧ」로 되어 있다. 와이어 본딩 100만회 후에 있어서는 실시예 15~17, 19 및 20은 「ＯＫ」이고, 실시예 18 및 비교예 10~12는 「ＮＧ」로 되어 있다. 와이어 본딩 150만회 후에 있어서는 실시예 19 및 20은 「ＯＫ」이고, 실시예 15~18 및 비교예 10~12는 「ＮＧ」로 되어 있다.

이상의 결과로부터, 제 1 경사면(51s)의 스큐니스(Rsk)는 약 -1.2 이상, -0.3 이하이고, 또한 제 1 경사면(51s)의 평균 높이(Rc)는 0.06㎛ 이상 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 높이(Rc)가 0.06㎛ 이상이면 그립력이 작고, 특히 동선의 와이어(BW)를 사용하는 경우에는 충분한 접합 강도를 얻을 수 없다. 또한, 평균 높이(Rc)가 0.3㎛를 초과하면, 스큐니스(Rsk)로서 -0.3 이하의 요철을 형성하는 것이 곤란해진다. 또한, 보다 바람직하게는 선단면(50)의 스큐니스(Rsk)는 약 -1.2 이상, -0.43 이하이고, 또한 선단면(50)의 평균 높이(Rc)는 0.16㎛ 이상 0.3㎛ 이하이다. 이에 따라, 본딩 초기로부터 150만회 후에서도 초기의 접합 강도를 유지할 수 있다.

또한, 제 1 경사면(51s)의 최대 산 높이(Rp)는 평균 높이(Rc)의 0.9배 이하(Rp/Rc≤0.9)인 것이 바람직하다. 또한, Rp/Rc는 0.5배 이상으로 할 수 있다. Rp/Rc가 0.9를 초과하면, 초기의 접합 강도를 장기간 유지하는 것이 곤란해진다. 한편, Rp/Rc가 0.9 이하이면, 사용 중에 마모에 따른 형상 변화가 적어 장기간 초기의 접합 강도가 유지된다.

도 15는 본딩 캐필러리의 평가 결과를 예시하는 도이다.

도 15는 제 2 경사면(52f)의 조도 곡선의 쿨토시스(Rku)가 다른 예(비교예 13, 14, 실시예 21~23)의 평가 결과를 나타낸다. 쿨토시스(Rku)는 이하의 식(4)에 의해 구해진다.

Rq는 조도 곡선의 제곱 평균 제곱근 높이이고, lr은 기준 길이이고, Z(x)는 조도 곡선(산 높이)이다. 즉, 쿨토시스(Rku)란 기준 길이에 있어서의 Z(x)의 4승 평균을 제곱 평균 제곱근의 4승으로 나눈 것이다. 쿨토시스(Rku)는 조도 곡선의 「뾰족도」를 나타내고 있다. 면의 요철은 Rku가 클수록 뾰족해지고 있다.

도 15의 「Peeling 빈도」의 항목은 도 9에 있어서의 설명과 마찬가지로, 세컨드 본딩 후의 필링의 발생 빈도를 나타낸다. 즉, 각 예의 샘플수를 32로 하여 평가했을 때에, 「○」은 필링이 발생하지 않은 것을 나타내고, 「×」은 필링이 발생한 것을 나타낸다.

도 15의 결과로부터, 제 2 경사면(52f)의 쿨토시스(Rku)는 5.0 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3.0 이하이다. 제 2 경사면(52f)의 쿨토시스(Rku)가 5㎛ 이하임으로써, 와이어를 분단시킬 때에 와이어(BW)와 제 2 경사면(52f)의 슬라이딩이 촉진된다. 이에 따라, 와이어의 분단성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들의 기술에 한정되는 것은 아니다. 상술의 실시예에 관해서, 당업자가 적당히 설계 변경을 추가한 것도, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들면, 삽입 통과 구멍, 제 1 압박면 및 제 2 압박면 등이 구비하는 각 요소의 형상, 치수, 재질, 배치, 설치 형태 등은 예시한 것에 한정되는 것은 아니고, 적당히 변경된 수 있다. 또한, 상술한 각 실시예가 구비하는 각 요소는 기술적으로 가능한 한 조합시킬 수 있고, 이들을 조합시킨 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.

(산업상 이용가능성)

본 발명의 형태에 의하면, 접합 강도를 향상시키고, 와이어의 분단성을 향상시켜 마모를 억제할 수 있는 본딩 캐필러리가 제공된다.

10 본체부, 11 원통부,
12 원뿔부, 13 보틀넥부,
20 삽입 통과 구멍, 20a 중심축,
21 테이퍼 형상 구멍, 22 직선 형상 구멍,
51 제 1 압박면, 51s 제 1 경사면,
52 제 2 압박면, 52f 제 2 경사면,
52t 테이퍼면, 110 본딩 캐필러리,
200 리드, A, B, C, D 영역,
B1 경계,
F1, F11, F12, F2, F21, F22 벡터, BW 와이어,
Cr 가상 원, Da 축 방향,
Dc 둘레 방향, D1 외경,
D2 내경, P1 면,
SB 스티치 본드부, TB 테일 본드부,
T 선단 지름, W1 폭,
θ1~6 각도

Claims (11)

1. 와이어가 삽입 통과되는 삽입 통과 구멍과,
   상기 와이어를 압박하는 제 1 압박면으로서, 상기 삽입 통과 구멍의 주위에 형성된 상기 삽입 통과 구멍이 연장되는 축 방향에 대하여 경사진 제 1 경사면을 갖는 제 1 압박면과,
   상기 와이어를 압박하는 제 2 압박면으로서, 상기 제 1 경사면과 상기 삽입 통과 구멍 사이에 형성된 테이퍼 형상을 갖는 테이퍼면과, 상기 테이퍼면과 상기 제 1 경사면 사이에 형성된 제 2 경사면을 갖는 제 2 압박면을 갖는 본체부를 구비하고,
   상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사보다 작은 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 8° 이상이고,
   상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 5° 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 11° 이상이고,
   상기 제 2 경사면의 조도 곡선 요소의 제곱 평균 제곱근 경사는 2° 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축 방향을 따라 보았을 때에, 상기 제 2 경사면의 폭은 상기 제 1 압박면의 외경의 2% 이상 8% 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.2마이크로미터 이상이고,
   상기 제 2 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.16마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.3마이크로미터 이상이고,
   상기 제 2 경사면의 최대 높이(Rz)는 0.10마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축 방향에 대하여 수직한 면과 상기 제 2 경사면이 이루는 각도는 상기 축 방향에 대하여 수직한 상기 면과 상기 제 1 경사면이 이루는 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축 방향에 대하여 수직한 면과 상기 제 2 경사면이 이루는 각도는 11도 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 경사면과 상기 제 2 경사면의 경계는 상기 축 방향을 따라 보았을 때에, 톱 형상인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 경사면의 스큐니스는 -0.3 이하이고,
    상기 제 1 경사면의 평균 높이는 0.06마이크로미터 이상 0.3마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 경사면의 쿨토시스는 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 캐필러리.

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