JPH0267741A - ワイヤボンディング用キャピラリー - 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】 産業上の利用分野 本発明はＬＳＩ、ＩＣなどの半導体装置のワイヤボンデ
ィングに使用する高強度のキャピラリーに関するもめで
ある 従来の技術 ＩＣの製造工程において、半導体チップの電極とパリゲ
ージのリードフレームのリード電極とを、直径００１５
〜０．１ｍｍ程度の金又はアルミニウムのｍｌ線でボン
ディングする工程がある。

このワイヤボンデインク工程はｍｌ線を直径００１５〜
０．１ｍ−程度の細孔を先端に有するキャピラリーの中
に挿通し、このキャピラリーを半導体チップの電極とパ
リゲージのリード電極間に交互に移動させながらそれぞ
れの所定位置にワイヤを溶接する工程である。

この工程時にキャピラリーの先端部分は半導体チップや
リードフレームと極めて高速で衝突するし、又ワイヤー
の先端を溶融してボール状物を形成する時に瞬時１１０
０°Ｃの高温と対向する。従って、キャピラリーの材質
の要求される特性は耐磨耗性、耐衝撃性、耐熱衝撃性等
である。

特に最近では半導体チップの小型化に伴い高密度のワイ
ヤボンディング、すなわち多ピン化か要請され、キャピ
ラリーの先端部を細くし、ワイヤボンディング時にキャ
ピラリーが隣のワイヤに接触しないようにしつつあるボ
１−ルネック型、サイドカット型と称するもので外径５
０μ−程度のものまで求められている。

ボＩ・ルネック型のキャピラリーを使え４よ１００μｍ
ピッチのボンディング・パッドを接続できるが、耐久性
が低く、量産に向いてない。

ギヤピラリ−とししてはアルミナ多結晶焼結体又はルビ
ー、サファイアなどのアルミナ単結晶で形成したものが
広く用いられている。

発明が解決しようとする課題 ｌ、テ来のアルミナ多結晶セラミックス製ギヤピラリ−
の場合、結晶サイスが１μｍ以上あり、機械的強度が充
分高いとはいえず使用時に先端部分にクラ・・ｌり等の
欠陥か多々生ずる。

特に高密度のワ・イヤーボンイデングの必要性から先端
部外径が細くなるにしながい、通常のアルミナ多結晶焼
結体では強度不足か否めず先端クラックか多発せざるを
得ない。

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汲
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。

更にルビーやサファイヤはアルミナ多結晶焼結体に比べ
てコスＩ・か高いという問題かある。

本発明の目的は耐磨耗性、熟及び機械的強度を向上させ
たワイヤーホンディング用キャピラリーを提ｆ共するこ
とにある２ 課題を解決するための手段 本発明は前記目的のためキャピラリーをアルミナ多結晶
焼結体で構成すると共に、その平均結晶粒子径を１μｍ
以下とし、かつ焼結体の密度を理論値の９９％以上とし
たものである。

結晶粒子径か１μｍを越えると機械的特性すなわち曲は
強度か低下し、また密度が理論値の９９％未満ではボア
ーかあり、衝撃に対して弱い。

。特にＴｌしいのは殆ど全部の結晶粒子径が１μｍ以下
である。

キャピラリーは図１に示すように中空孔１１を有する本
体１及び細孔２１を有する先端部２がら成っている。通
常本体１の外径は１５〜３ＩＩＩ１１、中空孔１１の径
は約０．８１１１１前後であり、先端部の細孔は００１
５〜０．１ｍ−である。全体の長さは通常０９〜１３■
−て゛ある。

本発明の焼結体はその先端部だけでもよい。その場合は
通常池のキャピラリーと接続して使用される。

本発明のワイヤボンディング用キャピラリーの製造法は
例えばバイヤーアルミナを微粉砕し、望ましくは１μＩ
以下に粉砕し、これにＭ（１０、Ｎｉ０５ＣＩ−２０３
、Ｔｉｅ□、ＭｎＯ，、等のアルミナの結晶成長抑制材
を添加し、更にワックス、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等の一次結合材を加えて混練し、これを中心にマンド
レルを有する射出成形機等によりキャピラリーに成形す
る。成形は焼結時の収縮を考慮して最終目標の２０　％
程度大きくする。

製造法は上記の他ツルゲル法を利用した例えばベーマイ
トを酸で溶解してゾルとし、これにαアルミナの超微粉
を種子として加えた原料を用いることも出来る（特開昭
６Ｏ−２３１４６２）。

焼成は１２００〜１３００℃で行え平均結晶粒子径が１
μ園を越えないようにする。

実施例 平均結晶粒子が１μｍ以下とＩＪｉｎ＋以上の多結晶ア
ルミナ焼結体を以下の如く作成し、その特性比較を第１
表に、ワイヤーボンディングの評価試験結果を第２表に
示す。

（イ）平均粒子径０．１７ｉｎ＋、純度９９９９％の高
純度アルミナ粉に同粒子径及び純度の酸化マグネシウム
粉を０．０Ｇ％（重量％、以下同じ）添加し、ボールミ
ルで湿式混合する。この混合物を８０℃で２４時間乾燥
する。

この乾燥粉１００重量部に分子量的１０００のワ・ソク
スを２０重量部添加し、ニーダで３０分間混練りし、更
に押出機で１２０°Ｃの条件下で５回押出し、混練りし
た。

この混練物を焼結後寸法より２０％大きいキャピラリー
形状のマンドレル挿入射出成形金型に、１４０°Ｃ１４
０ｋｇ／’ｃＪの射出圧条件で射出成形しな。成形体は
本体の外径２．６　ｍ、内径０９−１長さ１２５個であ
り、テーパー状をなす先端部は長さ２００μ譜で、細孔
は径３０μｍ、長さ１００μ■である。

この成形体を空気中で室温から１０００’Ｃ迄焼成した
。ついで加湿水素雰囲気中で１３００°Ｃで２　ｈ　ｒ
　（”ｉ持し、焼結した。

（ロ）ベーマイｌ−＜Ａｔ２０．　　・Ｈ２Ｏ）２０ｇ
、表面積５０ｍ２／ｇのｕ−Ａ１２ｏ、の微粉を０２ｇ
を１００ｃｃの水中に投入し攪拌し、ＨＮＯ，でＰＨ２
前後に調整し、ツルｒヒする。

このゾル化物を６０°□Ｘ１２１−ｚ−１１２０°Ｃ’
＜２４１＋ｒゲル化、乾燥し、ブロック状に成形後、６
００°Ｃ〉、２ｈｒでγＡ　ｌ　２０ｖ　（ヒした・ これより図１で示すような丸棒を旋盤で切り出し、それ
を昇温速度１００　’Ｃ，／’　ｈ　ｒで１３００°Ｃ
に加熱し、１時間保持し、焼結した９ 焼結後ダイヤモンドドリルで図１に示すような中空孔及
び細孔をあけた。

比較例 平均粒子径０４μｌ、純度９９９９％の高純度アルミナ
粉と前記の酸化マグネシウム粉を上記（イ）と同様に混
合、成形、焼成した。

更に加湿水素雰囲気で１５００°Ｃｌ２ｔ＋ｒ保持し、
焼結してキャピラリーを得な。

第　　１ 表 第１表から明らかなように、本発明実施例である（イ）
、（ロ）のキャピラリーは、比較例のキャピラリーに比
べ、平均粒子径がｌｐｍより小さく、曲げ強度が大きい
。

次に、これらのキャピラリー及びルビーより形成したキ
ャピラリーを用いてワイヤポンディング試験を行なった
。

それぞれのキャピラリーを５個用意し、同一条件のもと
に金線でポンディングを行ない、ポンディング回数と導
線の接続状態の関係を調べた結果、それぞれの平均値は
第２表の通りであった。

第２表 ０：異常なし、Δ：ワイヤーの接続不良が若干発生×：
ワイヤーの接続不良が多発し、使用不能〔発明の効果〕 ワイヤポンディング用キャピラリーの少なくとも先端部
を平均結晶粒子径がＩｐｍ以下、密度が理論密度の３９
％以上のアルミナ多結晶セラミックスにより形成したこ
とによって１強度、耐摩耗性が大きく、欠けや寿命が長
くなり、従来の粒径の大きいアルミナ多結晶セラミック
ス或はアルミナ単結晶より優れている。

アルミナ単結晶の場合は、いったんクラックが発生する
と、！ｉｍｌ、熱衝撃を受けて、すぐ伝播する。又平均
結晶粒子径の大きいアルミナ多結晶セラミックスは強度
があまり大きくないこと、ポアーが存在することで、ク
ラックはアルミナ単結晶に比して、発生しやすいが、伝
播しにくいと推定される。

これらに比べて、結晶の平均粒子径がｌｐｍより小さい
緻密なアルミナ多結晶セラミックスは、強度が大きく、
クラックも発生しに〈〈、又ボアーも少ない為クラック
の伝播も少ない為と考えられる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明のワイヤポンディング用キャピラリーの正
面図である。 ｌ・・・・・・本体、２・・・・・・先端部、１１・・
・・・・中空孔２１・・・・・・細孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも先端部が平均結晶粒子径１μｍ以下、密度が
   理論密度の９９％以上のアルミナ多結晶焼結体からなる
   ワイヤボンディング用キャピラリー