(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスを含み、前記多結晶セラミックスの中におけるポアの占有率が９０ｐｐｍ以下であり、かつ、径が３μｍ以上のポアが１３個／ｍｍ２以下であることを特徴とするボンディングキャピラリ。
【請求項２】
前記酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が、０．６８μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のボンディングキャピラリ。
【請求項３】
前記酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が、０．３５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のボンディングキャピラリ。
【請求項４】
前記酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が、０．４９以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項５】
前記酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が、０．４０以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項６】
前記多結晶セラミックスのビッカース硬度が、２０９３ＨＶ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項７】
前記多結晶セラミックスのビッカース硬度が、２１６３ＨＶ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項８】
前記多結晶セラミックスの中における前記酸化アルミニウムの割合は、９６．９４ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項９】
前記多結晶セラミックスの中における前記酸化アルミニウムの割合は、９８．９８ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項１０】
前記多結晶セラミックスは、第２族、第３族、および第４族から選択された少なくともいずれかの金属元素の酸化物を含み、
前記多結晶セラミックスの中における前記酸化物の割合は、５０ｐｐｍ以上、６００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項１１】
前記多結晶セラミックスは、第２族、第３族、および第４族から選択された少なくともいずれかの金属元素の酸化物を含み、
前記多結晶セラミックスの中における前記酸化物の割合は、５０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項１２】
前記多結晶セラミックスは、酸化クロムをさらに含み、
前記多結晶セラミックスの中における前記酸化クロムの割合は、０．１ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【請求項１３】
前記多結晶セラミックスは、酸化クロムをさらに含み、
前記多結晶セラミックスの中における前記酸化クロムの割合は、０．１ｗｔ％以上、１．０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のボンディングキャピラリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、一般に、ボンディングキャピラリに関し、具体的には、銅などを含む硬い金属細線（ボンディングワイヤ）を用いる場合に適したボンディングキャピラリに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子とリードフレームのリードとを金属細線で接続するワイヤボンディングにおいては、ボンディングキャピラリを用いて金属細線の一端を電極パッドに接合し（ファーストボンド）、次いで金属細線を引き回してリードに接合する（セカンドボンド）。金属細線を接合する際には、ボンディングキャピラリで金属細線を押圧した状態で超音波を印加するようにしている。
【０００３】
近年では、金属細線の材質として金よりも低コストである銅を用いる試みが広がっている。しかしながら、金よりも硬い銅を含む金属細線を用いる場合には、接合時に印加する超音波の振幅を大きくする必要がある。そのため、金属細線を接合する際にボンディングキャピラリに大きなせん断応力がかかり先端部分の結晶粒子が脱落して磨耗が進行しやすくなる。その結果、金を含む金属細線を用いる場合に比べてボンディングキャピラリの寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を０．１μｍ（マイクロメートル）〜２．５μｍ、二酸化ジルコニウムの結晶粒子の粒子径を０．１μｍ〜１．０μｍ、表面ボイド率を０．１％としたボンディングキャピラリが提案されている（特許文献１）。  
しかしながら、特許文献１に開示された技術を用いる場合であっても、結晶粒子の粒子径が均一でないと、粗大粒子を起点に破壊が進行することがある。単一原料での微粒子化および単一原料での粒子径の均一化は、セラミックスにおいては、一般的に容易ではない。そのため、特許文献１に開示された技術を用いる場合であっても、耐磨耗性の向上に改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６８７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、耐磨耗性の向上を図ることができるボンディングキャピラリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスを含み、前記多結晶セラミックスの中におけるポアの占有率が９０ｐｐｍ以下であり、かつ、径が３μｍ以上のポアが１３個／ｍｍ２以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【０００８】
このボンディングキャピラリによれば、多結晶セラミックスの組織内に存在するポアの割合を低減させることができるので、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が、０．６８μｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００１０】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が、０．３５μｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００１２】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をさらに向上させることができる。
【００１３】
第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が、０．４９以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００１４】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００１５】
第５の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が、０．４０以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００１６】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をさらに向上させることができる。
【００１７】
第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスのビッカース硬度が、２０９３ＨＶ以上であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００１８】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００１９】
第７の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスのビッカース硬度が、２１６３ＨＶ以上であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００２０】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をさらに向上させることができる。
【００２１】
第８の発明は、第１〜７のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスの中における前記酸化アルミニウムの割合は、９６．９４ｗｔ％以上であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００２２】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００２３】
第９の発明は、第１〜７のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスの中における前記酸化アルミニウムの割合は、９８．９８ｗｔ％以上であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００２４】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をさらに向上させることができる。
【００２５】
第１０の発明は、第１〜９のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスは、第２族、第３族、および第４族から選択された少なくともいずれかの金属元素の酸化物を含み、前記多結晶セラミックスの中における前記酸化物の割合は、５０ｐｐｍ以上、６００ｐｐｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００２６】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００２７】
第１１の発明は、第１〜９のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスは、第２族、第３族、および第４族から選択された少なくともいずれかの金属元素の酸化物を含み、前記多結晶セラミックスの中における前記酸化物の割合は、５０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００２８】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をさらに向上させることができる。
【００２９】
第１２の発明は、第１〜１１のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスは、酸化クロムをさらに含み、前記多結晶セラミックスの中における前記酸化クロムの割合は、０．１ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００３０】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００３１】
第１３の発明は、第１〜１１のいずれか１つの発明において、前記多結晶セラミックスは、酸化クロムをさらに含み、前記多結晶セラミックスの中における前記酸化クロムの割合は、０．１ｗｔ％以上、１．０ｗｔ％以下であることを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００３２】
このボンディングキャピラリによれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の態様によれば、耐磨耗性の向上を図ることができるボンディングキャピラリが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係るボンディングキャピラリを例示する模式的平面図である。
【図２】ボンディングキャピラリの先端部分を例示する模式的斜視図である。
【図３】他の実施形態に係るボンディングキャピラリを例示する模式的平面図である。
【図４】金属細線を接合する際の状態について例示する模式的断面図である。
【図５】結晶粒子の粒子径の大きさと結晶粒子の粒子径の揃いとが耐磨耗性に及ぼす影響を例示する模式的平面図である。
【図６】酸化アルミニウムの結晶粒子の脱落を例示する模式的平面図である。
【図７】レーザー顕微鏡を用いたポアの評価結果の一例を例示する写真図である。
【図８】耐磨耗性の評価を説明する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
（ボンディングキャピラリの形態）  
図１は、本発明の実施の形態に係るボンディングキャピラリを例示する模式的平面図である。  
図１（ａ）は、ボンディングキャピラリを例示する模式的平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ部の模式的拡大図である。  
図２は、ボンディングキャピラリの先端部分を例示する模式的斜視図である。
【００３６】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ボンディングキャピラリ１１０は、本体部１０を備えている。本体部１０の内部には、金属細線を通すための孔１１ｈ（図２を参照）が軸方向に貫通するようにして設けられている。  
本体部１０は、円筒部１１と、円錐台部１２と、ボトルネック部１３と、を有する。  
円筒部１１の外形は、円柱状を呈する。円筒部１１は、ワイヤボンディング装置に機械的に固定される。円筒部１１の断面寸法は、ワイヤボンディング装置に機械的に固定するのに適したものとなっている。
【００３７】
円錐台部１２の外形は、円錐台状を呈する。円錐台部１２は、円筒部１１の端部であって金属細線を接合する側の端部に設けられている。  
円錐台部１２の断面寸法は、先端側に向かうに従い小さくなる。円錐台部１２の円筒部１１側の断面寸法は、円筒部１１の断面寸法とほぼ等しくなっている。
【００３８】
ボトルネック部１３の外形は、円錐台状を呈する。ボトルネック部１３は、円錐台部１２の端部であって金属細線を接合する側の端部に設けられている。  
ボトルネック部１３の金属細線を接合する側の端面が先端面５０となる。  
ボトルネック部１３は、既に配線されている隣の金属細線を避けて所定の位置に金属細線を接合することができるような断面寸法を有する。ボトルネック部１３の断面寸法は、円錐台部１２側から先端面５０側に向けて徐々に小さくなる。
【００３９】
ボトルネック部１３を設けるようにすれば、金属細線の配線ピッチが短い場合であっても、金属細線を接合する際にボンディングキャピラリ１１０と配線済みの金属細線とが干渉するのを防止することができる。  
例えば、ボトルネック部１３の断面寸法を小さくすることで、金属細線を接合する位置（接合位置）のピッチ寸法が、例えば、５０μｍ以下と短い場合であってもボンディングキャピラリ１１０と配線済みの金属細線とが干渉するのを防止することができる。
【００４０】
図２に示すように、ボンディングキャピラリ１１０の先端面５０側には、金属細線を通すための孔１１ｈが開口している。孔１１ｈの開口部分には、面取り部１３ｃ（チャンファー部）が設けられている。面取り部１３ｃの壁面は、例えば、曲面とすることができる。また、先端面５０は、傾斜面となっており、面取り部１３ｃ側が突出している。
【００４１】
図３は、他の実施形態に係るボンディングキャピラリを例示する模式的平面図である。  図３に示すように、ボンディングキャピラリ１１０ａは、本体部１０ａを備えている。本体部１０ａの内部には、金属細線を通すための孔１１ｈが軸方向に貫通するようにして設けられている。  
本体部１０ａは、円筒部１１と、円錐台部１２と、を有する。  
すなわち、ボンディングキャピラリ１１０ａは、ボトルネック部１３が設けられていない場合である。  
この場合、円錐台部１２の金属細線を接合する側の端面が先端面５０となる。ボンディングキャピラリ１１０ａの先端面５０側には、金属細線を通すための孔１１ｈが開口している。孔１１ｈの開口部分には、面取り部１３ｃが設けられている。面取り部１３ｃの壁面は、例えば、曲面とすることができる。  
なお、ボンディングキャピラリの形態は図１〜図３に例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００４２】
次に、金属細線を接合する際の状態について説明する。  
なお、ここではボンディングキャピラリ１１０の場合について説明するが、ボンディングキャピラリ１１０ａの場合も同様である。  
図４は、金属細線を接合する際の状態について例示する模式的断面図である。  
なお、図４においては、リードに接合する（セカンドボンド）際の状態を例示する。
【００４３】
ボンディングキャピラリ１１０の孔１１ｈに通された金属細線ＢＷは、まず、図示しない半導体素子に設けられた電極パッドに接合される（ファーストボンド）。その後、ボンディングキャピラリ１１０を所定の軌道でリード２５０上まで移動させて、金属細線ＢＷをループ状にする。
【００４４】
次に、図４に示すように、ボンディングキャピラリ１１０をリード２５０の上に押圧して、金属細線ＢＷを先端面５０とリード２５０との間に挟み込む。先端面５０は傾斜面となっているため、先端面５０とリード２５０との間隔は、先端面５０の外側から内側にかけて狭くなる。そのため、先端面５０とリード２５０との間に挟まれた金属細線ＢＷの厚みは、先端面５０の外側から内側にかけて薄くなる。
【００４５】
先端面５０とリード２５０との間で金属細線ＢＷを挟み込んだ状態で、ボンディングキャピラリ１１０に、例えば超音波を印加する。これにより、金属細線ＢＷをリード２５０に接合する（セカンドボンド）。そして、金属細線ＢＷは、面取り部１３ｃの縁の位置で分断される。金属細線ＢＷを分断した後にボンディングキャピラリ１１０を上昇させる。これにより、電極パッドとリード２５０との間に金属細線ＢＷが接続される。
【００４６】
このようなワイヤボンディングにおいて、金よりも硬い銅を含む金属細線ＢＷを用いる場合には、接合時に印加する超音波の振幅を大きくする必要がある。そのため、金属細線ＢＷを接合する際にボンディングキャピラリ１１０に大きなせん断応力がかかり、先端部分の結晶粒子が脱落して磨耗が進行しやすくなる。その結果、金を含む金属細線ＢＷを用いる場合に比べてボンディングキャピラリ１１０の寿命が短くなるおそれがある。
【００４７】
そこで、以下に説明する多結晶セラミックスを含むボンディングキャピラリとすることで耐磨耗性を向上させるようにしている。  
この場合、以下に説明する多結晶セラミックスを含むボンディングキャピラリとすれば、ボンディングキャピラリの形態にかかわらず耐磨耗性の向上を図ることができる。
【００４８】
ボンディングキャピラリの材質が、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の結晶を主相とする多結晶セラミックス（第１の多結晶セラミックスの一例に相当する）である場合を説明する。
【００４９】
ボンディングキャピラリの先端面５０の近傍にポア（pore：ボイド、空孔などとも称される）があると、応力集中が発生するので結晶粒子の脱落が生じやすくなる。  
本発明者らの得た知見によれば、結晶粒子の脱落の起点となるポアの占有率を小さくし、ポアの個数を少なくするようにすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。なお、ポアの占有率とは、ボンディングキャピラリの任意の断面における断面の面積に対するポアの面積の割合（面積比）である。
【００５０】
後述するように、ボンディングキャピラリが酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスを含み、ポアの占有率が９０ｐｐｍ以下となるようにすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。この場合、耐磨耗性をより向上させるために、ポアの占有率が５２ｐｐｍ以下となるようにすることがより好ましく、ポアの占有率が２２ｐｐｍ以下となるようにすることがさらに好ましい。
【００５１】
また、１ｍｍ２当たりにおける径が３μｍ以上のポアの数が１３個以下（１３個／ｍｍ２以下）となるようにすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。この場合、耐磨耗性をより向上させるために、１ｍｍ２当たりにおける径が３μｍ以上のポアの数が７個以下（７個／ｍｍ２以下）となるようにすることがより好ましく、１ｍｍ２当たりにおける径が３μｍ以上のポアの数が３個以下（３個／ｍｍ２以下）となるようにすることがさらに好ましい。
【００５２】
また、本発明者らの得た知見によれば、ボンディングキャピラリの磨耗は、先端部分にある酸化アルミニウムの結晶粒子の脱落により進行するため、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を小さくすれば耐磨耗性を向上させることができる。  
すなわち、ボンディングキャピラリの磨耗は、先端部分にある酸化アルミニウムの結晶粒子の脱落により進行すると考えられるので、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を小さくすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。
【００５３】
後述するように、ボンディングキャピラリが酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスを含み、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が０．６８μｍ以下となるようにすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。この場合、耐磨耗性をより向上させるために、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が０．４２μｍ以下となるようにすることがより好ましく、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が０．３５μｍ以下となるようにすることがさらに好ましい。
【００５４】
また、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を小さくし、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を揃えるようにすれば、耐磨耗性をより向上させることができる。  
図５は、結晶粒子の粒子径の大きさと結晶粒子の粒子径の揃いとが耐磨耗性に及ぼす影響を例示する模式的平面図である。  
図６は、酸化アルミニウムの結晶粒子の脱落を例示する模式的平面図である。  
なお、図５（ａ）は、結晶粒子の粒子径が大きく、結晶粒子の粒子径が揃っていないことが耐磨耗性に与える影響を例示する模式的平面図である。図５（ｂ）は、結晶粒子の粒子径が小さく、結晶粒子の粒子径が揃っていることが耐磨耗性に与える影響を例示する模式的平面図である。  
図５（ａ）および図５（ｂ）に表した矢印Ｆは、超音波を印加することでボンディングキャピラリの先端面５０に生じるせん断力を表している。  
図５（ａ）に表した矢印Ｆ１および図５（ｂ）に表した矢印Ｆ２は、結晶粒子の粒界面に生じるせん断力を表している。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、結晶粒子の粒子径が大きく、結晶粒子の粒子径が揃っていない場合には、粒界の比表面積が小さくなり、結晶粒子１個あたりの粒界面に生じるせん断力Ｆ１が大きくなる。  
これに対して、図５（ｂ）に示すように、結晶粒子の粒子径が小さく、結晶粒子の粒子径が揃っている場合には、粒界の比表面積が大きくなり、結晶粒子１個あたりの粒界面に生じるせん断力Ｆ２を小さくすることができる。そのため、ボンディングキャピラリの先端部分にある結晶粒子の脱落をより抑制することができるので、耐磨耗性をより向上させることができる。
【００５６】
後述するように、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が０．４９以下となるようにすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。この場合、耐磨耗性をより向上させるために、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が０．４５以下となるようにすることがより好ましく、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が０．４０以下となるようにすることがさらに好ましい。
【００５７】
また、酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスの硬度を高くすれば、ボンディングキャピラリの先端部分が磨耗しにくくなる。  
後述するように、ボンディングキャピラリが酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスを含み、多結晶セラミックスのビッカース硬度を２０９３ＨＶ以上とすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。この場合、耐磨耗性をより向上させるために、ビッカース硬度が２１２１ＨＶ以上となるようにすることがより好ましく、ビッカース硬度が２１６３ＨＶ以上となるようにすることがさらに好ましい。
【００５８】
本実施形態の金属酸化物は、焼成プロセス時において、酸化アルミニウムとの共晶反応により低融点の液相を形成し、酸化アルミニウムの結晶粒子同士を引き寄せる。
【００５９】
酸化アルミニウムの結晶を主相として含む多結晶セラミックスであって、酸化アルミニウムが単独で存在する多結晶セラミックスの場合には、酸化アルミニウムの結晶粒子を高温・高圧で成長させ、粒界に存在する空隙を埋める。  
これに対して、酸化アルミニウムの結晶を主相とし、極微量（例えば６００ｐｐｍ以下）の金属酸化物（例えば酸化マグネシウム）を含む多結晶セラミックスの場合には、酸化アルミニウムが単独で存在する多結晶セラミックスの場合と比較して、金属酸化物の効果（共晶反応）により酸化アルミニウムの結晶粒子を高温・高圧で成長させることなく、結晶粒子間の空隙を埋め、焼結させることができる。
【００６０】
なお、上記記載の効果は、酸化マグネシウムに限定される効果ではなく、共晶反応が起こりうる元素ならば限定されずに得られる効果である。周期表第２、３、および４族のいずれかに属する元素（例えば、周期表第２族ならばＣａ、Ｓｒ、周期表第３族ならばＹ、周期表第４族ならＴｉなど）の酸化物ならば、粒子を成長させることなく、空隙を埋め、焼結させることが可能である。
【００６１】
これにより、結晶粒子１個あたりにかかるワイヤボンディング時の応力を低減することができる。そのため、ボンディングキャピラリの先端部分にある結晶粒子の脱落をより抑制することができるので、耐磨耗性をより向上させることができる。また、結晶粒子間の空隙が埋まることで多結晶セラミックスの組織内に存在するポアの割合を低減させることができるので、ボンディングキャピラリの耐磨耗性をより向上させることができる。
【００６２】
後述するように、酸化アルミニウムの結晶を主相とし、さらに金属酸化物が添加された多結晶セラミックスを含み、第２族、第３族、および第４族から選択された少なくともいずれかの金属元素の酸化物を含み、多結晶セラミックスの中における酸化物の割合を５０ｐｐｍ以上、６００ｐｐｍ以下にすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるためには、酸化物の割合は５０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることが望ましい。  
なお、ポアの占有率、ポアの個数、結晶粒子の平均粒子径、結晶粒子の粒子径の分布の変動係数、および多結晶セラミックスの硬度に関する詳細については後述する。
【００６３】
また、本発明者らの得た知見によれば、酸化クロムを添加すれば酸化アルミニウムの焼結性を改善することができるので硬度を高くすることができる。そして、硬度を高くすることができれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。  
しかしながら、酸化クロムの添加量が過剰になると、酸化クロムの相が生成されることになる。酸化クロムの相が生成されると、機械的な特性が悪くなり、耐磨耗性が低下することになる。
【００６４】
後述するように、ボンディングキャピラリが酸化アルミニウムの結晶を主相とし、酸化クロムがさらに添加された多結晶セラミックスを含み、酸化クロムの割合を０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下とすれば、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。この場合、耐磨耗性をより向上させるために、酸化クロムの割合が０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下となるようにすることがより好ましく、酸化クロムの割合が０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下となるようにすることがさらに好ましい。  
なお、ポアの占有率、ポアの個数、結晶粒子の平均粒子径、結晶粒子の粒子径の分布の変動係数、および多結晶セラミックスの硬度に関する詳細については後述する。
【００６５】
次に、ボンディングキャピラリの実施例について説明する。  
（ボンディングキャピラリの製造方法）  
まず、酸化アルミニウムと、溶媒と、分散剤と、を添加しボールミルで混合することで、酸化アルミニウムを微粒化する。一方、微量の金属酸化物と、溶媒と、分散剤と、を添加しボールミルで解砕し微粒化する。なお、微量の金属酸化物については、金属酸化物に限定されず、焼成することで金属酸化物を形成する水酸化物や塩化物等を用いても良い。金属酸化物を微粒化することで、金属酸化物と酸化アルミニウムとを混合する際に均一に金属酸化物を分散させることが可能となり、酸化アルミニウムを均一にすることが可能となる。
【００６６】
その後、酸化アルミニウムと金属酸化物とを混合する。酸化アルミニウムと金属酸化物とを混ぜる際、金属酸化物に対して全量の酸化アルミニウムを加えるのではなく、金属酸化物に対して少量の酸化アルミニウムを加える。たとえば、添加する酸化アルミニウムの量を１００％とすると、その量の約３０％以下の酸化アルミニウムを加える（予備混合）。このようにすることで、金属酸化物の分散性が向上し、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を均一にすることが可能である。また、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径が小さく均一になることで、結晶粒子間の空隙が最小化される。これにより、多結晶セラミックスの組織内に存在するポアの割合を低減させることができる。
【００６７】
また、酸化クロムを添加する場合には、酸化クロムと溶媒と分散剤とを事前に添加しボールミルで解砕し微粒化する。なお、酸化クロムについては、焼成することで酸化クロムを形成する水酸化物や塩化物等を用いても良い。酸化クロムを微粒化することで、酸化アルミニウムや金属酸化物と混合する際に均一に酸化クロムを分散させることが可能となる。  
その後、微粒化した酸化クロムと酸化アルミニウムや金属酸化物とを混合する。酸化クロムと酸化アルミニウムや金属酸化物とを混ぜる際、酸化クロムに対して全量の酸化アルミニウムや金属酸化物を加えるのではなく、酸化クロムに対して少量の酸化アルミニウムや金属酸化物を加える。たとえば、添加する酸化アルミニウムや金属酸化物の量を１００％とすると、その量の約３０％以下の酸化アルミニウムや金属酸化物を加える（予備混合）。このようにすることで、酸化クロムの分散性が向上し、酸化アルミニウムの焼結性を改善することが出来るので硬度を高くすることができる。
【００６８】
ボールミルを用いた粉砕においては、粗大粒子を含まない状態まで粉砕する。この際、ボールの大きさ、ボールの数、回転数、時間などを適宜調整することで、所望の粒子の大きさとなるように粉砕することができる。
【００６９】
次に、スプレードライヤー法を用いて造粒を行う。  
次に、造粒された粉末にバインダーを混ぜて混練しコンパウンドを生成する。  
次に、生成されたコンパウンドを射出成形して細い柱状の成形体を形成する。
【００７０】
次に、成形体を脱脂し、その後、焼成する。  
焼成温度は、例えば、１３５０℃以上とすることができる。  
次に、熱間静水圧プレス（HIP；Hot Isostatic Pressing ）を行う。  
熱間静水圧プレスの条件は、例えば、雰囲気をアルゴンガス、温度を１３５０℃以上、圧力を１００ＭＰａ以上とすることができる。  
次に、研削加工などの機械加工を施すことでボンディングキャピラリを形成する。
【００７１】
ここで、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径、および酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数などは、例えば、前述した原料を適切に選択し、粉砕の条件や焼成の条件を適宜調整することで得ることができる。  
また、ポアの占有率、ポアの個数、多結晶セラミックスの硬度などは、例えば、前述した原料を適切に選択し、粉砕の条件、原料の混合手順、焼成の条件や熱間静水圧プレスの条件を適宜調整することで得ることができる。
【００７２】
次に、このようにして製造されたボンディングキャピラリの評価について説明する。  
（多結晶セラミックスの組織評価の方法）  
まず、多結晶セラミックスの組織評価の方法について説明する。  
ボンディングキャピラリ１１０、１１０ａの先端面５０を傷のない鏡面に仕上げる。鏡面仕上げは、例えば、ダイヤモンドラップ法を用いて行うことができる。そして、鏡面仕上げされた先端面５０をサーマルエッチングする。サーマルエッチングは、例えば、１３００℃以上の温度で行うことができる。
【００７３】
次に、サーマルエッチングした先端面５０を走査型電子顕微鏡（SEM；Scanning Electron Microscope）を用いて撮影し、多結晶セラミックスの組織評価を行う。  
例えば、以下の手順により多結晶セラミックスの組織評価を行うことができる。  
まず、走査型電子顕微鏡（例えば、日立製作所、Ｓ−８００）を用い、加速電圧を１５ｋＶ、ワーキングディスタンスを１５ｍｍ、倍率を１５０００倍として、サーマルエッチングした先端面５０を撮影する。
【００７４】
次に、撮像された画像を印刷し、粒界に線を引く。  
粒界に線を引く際には、例えば、黒ボールペン（例えば、ペン先太さ０．５ｍｍ）を用いることができる。
【００７５】
次に、画像解析ソフトウェアを用いて粒界に線を引いた画像を解析する。  
例えば、粒界に線を引いた画像をグレースケール設定にてスキャナーで読み込み、画像解析ソフトウェアを用いて画像を解析することができる。  
画像解析ソフトウェアは、例えば、Ｗｉｎ−ＲＯＯＦＶｅｒ６．５（三谷商事）とすることができる。
【００７６】
Ｗｉｎ−ＲＯＯＦＶｅｒ６．５を用いた画像解析は、以下のようにすることができる。  評価範囲は、例えば、６μm×６μmの領域を６箇所とすることができる。  
スキャナーで読み込んだ画像をモノクロ化し、単色閾値３０〜１２０の範囲内で二値化する。  
そして、Ｗｉｎ−ＲＯＯＦＶｅｒ６．５のコマンドにある「細線化」を実施し、粒界に引いた線を最小化した後、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径、および酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径を算出する。なお、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径を算出する際には、評価範囲の線上にかかる結晶粒子については、評価対象から除外する。
【００７７】
この場合、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径は、Ｗｉｎ−ＲＯＯＦＶｅｒ６．５の「円相当径」により算出することができる。  
そして、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径は、算出された複数の円相当径の相加平均を算出することで求めることができる。
【００７８】
また、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の標準偏差は、以下の式により算出することができる。  
【数１】
0005614603.tif 000002
なお、σは標準偏差、ｎはサンプル数、Ｘｉ（μｍ）は酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径、Ｘ（μｍ）は酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径である。  
さらに、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数は、以下の式により算出することができる。
【数２】
0005614603.tif 000003
【００７９】
（ポアの評価方法）  
次に、ポアの評価方法について説明する。  
図７は、レーザー顕微鏡を用いたポアの評価結果の一例を例示する写真図である。  
ボンディングキャピラリ１１０、１１０ａの円筒部１１を傷のない鏡面に仕上げる。鏡面仕上げは、例えば、ダイヤモンドラップ法を用いて行うことができる。  
次に、鏡面に仕上げた円筒部１１をレーザー顕微鏡（例えば、オリンパス、ＯＬＳ４０００）を用いて観察し、ポアの評価を行う。
【００８０】
レーザー顕微鏡を用いた観察では、例えば、対物レンズの倍率を２０倍、ズーム倍率を１倍、１視野を０．６５ｍｍ×０．６５ｍｍとし８視野を評価範囲とすることができる。そして、ポアがあった場合には、対物レンズの倍率を１００倍、ズーム倍率を４倍としてポアを観察するとともに、ポアの長さを測定することができる。  
レーザ顕微鏡を用いた観察を行ったときの写真図は、図７に表した通りである。図７に表したように、ポア部１５は、周囲と異なる色で観察され、小さな点として観察される。
【００８１】
ポアの長さの測定においては、最大長さをそのポアの径とした。  
ここで、本発明者らの得た知見によれば、径が３μm以上のポアと耐磨耗性との間には相関関係が見られた。  
そのため、径が３μm以上のポアは、すべて径が３μmのポアとみなし、径が３μm以上のポアの数を数えて以下の式によりポアの占有率を求めることにした。  
【数３】
0005614603.tif 000004
また、径が３μｍ以上のポアの数を数え、以下の式により１ｍｍ２当たりにおける径が３μｍ以上のポアの数を求める。  
【数４】
0005614603.tif 000005
【００８２】
（ビッカース硬度の評価方法）  
次に、ビッカース硬度の評価方法について説明する。  
ボンディングキャピラリ１１０、１１０ａの先端部を傷のない鏡面に仕上げる。ボンディングキャピラリ１１０、１１０ａの先端部とは、先端面５０から軸に沿って円筒部１１の方向へ移動した部分であって、先端面５０から３００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲の部分である。つまり、ビッカース硬度の評価については、先端面５０から軸に沿って円筒部１１の方向へ移動した部分であって、先端面５０から３００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲の部分を切断した面において行う。鏡面仕上げは、例えば、ダイヤモンドラップ法を用いて行うことができる。  
ビッカース硬度は、ＪＩＳ  Ｒ１６１０に基づき測定する。  
この際、測定点の数は１０箇所とした。ビッカース硬度の測定には、例えば、アカシ製のＭＶＫ−Ｅを使用した。
【００８３】
（組成分析の方法）  
次に、組成分析について説明する。  
酸化アルミニウムおよび酸化クロムの組成分析には、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（例えば、株式会社島津製作所、ＥＤＸ−７００）を使用することができる。また、周期表の第２族、第３族、および第４族に属する元素の酸化物の分析には、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（例えば、株式会社堀場製作所、ＵＬＴＩＭＡ２）を使用することができる。
【００８４】
（耐磨耗性の評価方法）  
ボンディングキャピラリ１１０、１１０ａをワイヤボンディング装置（例えば、新川、ＵＴＣ−３０００）に取り付け、超音波を印加した状態でリードフレームに擦りつけて、加速磨耗試験を行った。  
この際、超音波出力を２５０、超音波印加時間を２１ｍｓｅｃとした。
【００８５】
図８は、耐磨耗性の評価を説明する模式的断面図である。  
図８中の破線の位置は、加速磨耗試験後の先端面５０の位置を表している。  
初期状態における面取り部１３ｃの開口寸法Ｌと、加速磨耗試験後における面取り部１３ｃの開口寸法Ｌ’と、を測定し、耐磨耗性を以下の式を用いて求めることで耐磨耗性の評価を行った。
【数５】
0005614603.tif 000006
なお、開口寸法Ｌと開口寸法Ｌ’の測定にはデジタルマイクロスコープ（例えば、ＫＥＹＥＮＣＥ、ＶＷ−６０００）を用いた。
【００８６】
耐摩耗性の評価結果を表１〜表３に示す。  
【表１】
0005614603.tif 000007
表１に表したように、実施例１〜４および比較例１、２について、ポアおよび耐摩耗性の評価を実施した。実施例１〜４および比較例１、２において、酸化アルミニウムの割合は、９７．４６ｗｔ％以上である。実施例１〜４および比較例１、２では、酸化マグネシウム、二酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムの少なくともいずれかが金属酸化物として選択されている。金属酸化物の割合は、１００ｐｐｍ以上、４００ｐｐｍ以下である。実施例１〜４および比較例１、２では、酸化クロムが添加されている。酸化クロムの割合は、０．５ｗｔ％以上、２．５ｗｔ％以下である。
【００８７】
表１から分かるように、ポアの占有率が９０ｐｐｍ以下である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、ポアの占有率が５２ｐｐｍ以下であることがより好ましく、ポアの占有率が２２ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。
【００８８】
表１から分かるように、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数が１３個／ｍｍ２以下である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数が７個／ｍｍ２以下であることがより好ましく、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数が３個／ｍｍ２以下であることがさらに好ましい。
【００８９】
なお、本願明細書において、酸化アルミニウム、金属酸化物、および酸化クロムの「割合」とは、ボンディングキャピラリが製造された後の状態において、蛍光Ｘ線分析装置や誘導結合プラズマ発光分光分析装置を用いて測定される酸化アルミニウム、金属酸化物、および酸化クロムのそれぞれの割合（ｗｔ％またはｐｐｍ）をいう。
【００９０】
【表２】
0005614603.tif 000008
表２に表したように、実施例５〜８および比較例３について、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径の分布の標準偏差、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数、および耐摩耗性の評価を実施した。実施例５〜８および比較例３において、酸化アルミニウムの割合は、９７．４６ｗｔ％以上である。実施例５〜８および比較例３では、酸化マグネシウム、二酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムの少なくともいずれかが金属酸化物として選択されている。金属酸化物の割合は、１００ｐｐｍ以上、４００ｐｐｍ以下である。実施例５〜８および比較例３では、酸化クロムが添加されている。酸化クロムの割合は、０．５ｗｔ％以上、２．５ｗｔ％以下である。
【００９１】
表２から分かるように、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が０．６８μｍ以下である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が０．４２μｍ以下であることがより好ましく、酸化アルミニウムの結晶粒子の平均粒子径が０．３５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００９２】
表２から分かるように、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が０．４９以下である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が０．４５以下であることがより好ましく、酸化アルミニウムの結晶粒子の粒子径の分布の変動係数が０．４０以下であることがさらに好ましい。
【００９３】
なお、実施例５〜８において、ポアの占有率は６７ｐｐｍ以下であり、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数は１０個／ｍｍ２以下である。比較例３において、ポアの占有率は２１３ｐｐｍであり、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数は３０個／ｍｍ２である。
【００９４】
【表３】
0005614603.tif 000009
表３に表したように、実施例９〜１３および比較例４、５について、ビッカース硬度および耐摩耗性の評価を実施した。
【００９５】
表３から分かるように、ビッカース硬度が２０９３ＨＶである場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、ビッカース硬度が２１２１ＨＶ以上であることがより好ましく、ビッカース硬度が２１６３ＨＶ以上であることがさらに好ましい。
【００９６】
表３から分かるように、酸化アルミニウムの割合が９６．９４ｗｔ％以上である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、酸化アルミニウムの割合が９８．９８ｗｔ％以上であることがより好ましい。
【００９７】
表３から分かるように、酸化マグネシウムの割合が５０ｐｐｍ以上、６００ｐｐｍ以下である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、酸化マグネシウムの割合が５０ｐｐｍ以上、２００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。  
金属酸化物は、酸化マグネシウムに限定されず、周期表の第３族のイットリアの酸化物（酸化イットリウム）でもよく、周期表の第４族のジルコニウムの酸化物（二酸化ジルコニウム）でもよい。この場合でも、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。また、金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、および二酸化ジルコニウムに限定されず、これらと同等の効果を期待できる周期表の第２族、第３族、および第４族に属する他の金属元素の酸化物であってもよい。
【００９８】
表３から分かるように、酸化クロムの割合が０．１ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下である場合に、ボンディングキャピラリの耐磨耗性を向上させることができる。耐磨耗性をより向上させるために、酸化クロムの割合が０．１ｗｔ％以上、２．０ｗｔ％以下であることがより好ましく、酸化クロムの割合が０．１ｗｔ％以上、１．０ｗｔ％以下であることがさらに好ましい。
【００９９】
なお、実施例９〜１３において、ポアの占有率は６７ｐｐｍ以下であり、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数は１０個／ｍｍ２以下である。比較例４、５において、ポアの占有率は２４２ｐｐｍであり、単位面積当たりの３μｍ以上のポア数は３４個／ｍｍ２である。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。  
例えば、ボンディングキャピラリの形態、製造手順などは例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【０１０１】
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１０２】
１０、１０ａ 本体部、  １１ 円筒部、  １１ｈ 孔、  １２ 円錐台部、  １３ ボトルネック部、  １３ｃ 面取り部、  ５０ 先端面、  １１０、１１０ａ ボンディングキャピラリ、  ２００、２１０ 結晶粒子、  ２２０ クラスター、  ２５０ リード
【要約】
【課題】耐磨耗性の向上を図ることができるボンディングキャピラリを提供する。
【解決手段】酸化アルミニウムの結晶を主相とする多結晶セラミックスを含み、前記多結晶セラミックスの中におけるポアの占有率が９０ｐｐｍ以下であり、かつ、径が３μｍ以上のポアが１３個／ｍｍ２以下であることを特徴とするボンディングキャピラリが提供される。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図７】
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