(57)【要約】【課題】高い接合強度を得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】軸方向に延びる第１本体部と、前記第１本体部の先端側に設けられ、先端に向かって断面積が小さくなる第２本体部と、前記第２本体部の先端側に設けられたボトルネック部と、前記軸方向に延び、前記第１本体部、前記第２本体部、及び前記ボトルネック部を貫通してワイヤの挿通を可能とする挿通孔と、を備え、前記ボトルネック部は、第１部分と、前記第１部分の先端側に設けられた第２部分と、を有し、前記第２部分は、前記ワイヤを押圧する押圧面を先端に有し、前記第１部分は、前記第２本体部の接線よりも内側に凹み、前記第２部分の最大の断面積は、前記第１部分の最小の断面積よりも大きい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２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる第１本体部と、
前記第１本体部の先端側に設けられ、先端に向かって断面積が小さくなる第２本体部と、
前記第２本体部の先端側に設けられたボトルネック部と、
前記軸方向に延び、前記第１本体部、前記第２本体部、及び前記ボトルネック部を貫通してワイヤの挿通を可能とする挿通孔と、
を備え、
前記ボトルネック部は、第１部分と、前記第１部分の先端側に設けられた第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記ワイヤを押圧する押圧面を先端に有し、
前記第１部分は、前記第２本体部の接線よりも内側に凹み、
前記第２部分の最大の断面積は、前記第１部分の最小の断面積よりも大きいことを特徴とするボンディングキャピラリ。
【請求項２】
前記第１部分の最小の断面積に対する前記第２部分の最大の断面積の比は、１．１２以上２．７９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】
前記第２部分の最大の断面積は、前記第２本体部の最小の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のボンディングキャピラリ。
【請求項４】
前記第２部分の最大の断面積に対する前記第２本体部の最小の断面積の比が２．８２以上５．９８以下であることを特徴とする請求項３記載のボンディングキャピラリ。
【請求項５】
前記第１部分の前記軸方向の長さは、前記第２部分の前記軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜４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】
前記第２部分の前記軸方向の長さに対する前記第１部分の前記軸方向の長さの比は、３．２０以上７．７６以下であることを特徴とする請求項５記載のボンディングキャピラリ。
【請求項７】
前記第２部分の断面形状における真円度公差は、２０マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１〜６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、一般的に、ボンディングキャピラリに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体素子とリードフレームとをボンディングワイヤ（以下、「ワイヤ」と称す）によって接続するワイヤボンディングが行われている（例えば、特許文献１〜３）。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ワイヤの一端を半導体素子の電極（電極パッド）に接合する（ファーストボンド）。次いで、ワイヤを引き回して別の電極（リード）に接合する（セカンドボンド）。
【０００３】
セカンドボンドにおいては、例えば、ワイヤとリードとの本接合部（スティッチボンド）と、ワイヤとリードとの仮接合部（テールボンド）と、が形成される。このようなセカンドボンドの後に、テールボンドから延びるワイヤが分断（切断）される。その後、ワイヤで接続された半導体素子とリードフレームとを封止樹脂によって封止することによって、半導体装置が製造される。
【０００４】
また、ワイヤボンディングでは、ボンディングキャピラリによってワイヤを電極パッドやリードに押し付け、荷重を加えながらボンディングキャピラリに超音波を印加することが行われている。これにより、高速で接合を行った場合にも、強固な接合強度を得ることができ、ボンディングサイクルを短縮することができる。
【０００５】
しかしながら、半導体素子においては、配線間隔の微細化や層間絶縁膜の薄膜化などが進められており、ワイヤボンディング時に半導体素子に加わる応力により、半導体素子を損傷させてしまう可能性が高まっている。特に、電極パッドの直下にＩＣ（Integrated Circuit）があるＢＯＡＣ（Bond Over Active Circuit）デバイスでは、電極パッドの直下のＩＬＤ（Inter Layer Dielectric）層（層間絶縁膜）にクラックが生じてしまう可能性が高まっている。
【０００６】
このため、ボンディングキャピラリでは、半導体素子に加わる応力を低減させつつ、高い接合強度を得られるようにすることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−９９２０２号公報
【特許文献２】特表２００３−５３１７２９号公報
【特許文献３】特開２０１１−９７０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、高い接合強度を得ることができるボンディングキャピラリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、軸方向に延びる第１本体部と、前記第１本体部の先端側に設けられ、先端に向かって断面積が小さくなる第２本体部と、前記第２本体部の先端側に設けられたボトルネック部と、前記軸方向に延び、前記第１本体部、前記第２本体部、及び前記ボトルネック部を貫通してワイヤの挿通を可能とする挿通孔と、を備え、前記ボトルネック部は、第１部分と、前記第１部分の先端側に設けられた第２部分と、を有し、前記第２部分は、前記ワイヤを押圧する押圧面を先端に有し、前記第１部分は、前記第２本体部の接線よりも内側に凹み、前記第２部分の最大の断面積は、前記第１部分の最小の断面積よりも大きいことを特徴とするボンディングキャピラリである。
【００１０】
ワイヤボンディングにおいては、半導体素子を加熱し、熱と超音波で拡散接合を行う。この際、このボンディングキャピラリによれば、第２本体部の接線よりも内側に凹んだ第１部分、および、第１部分の最小の断面積よりも大きい断面積を有する第２部分をボトルネック部に設けることにより、半導体素子から適切に熱を受け取ることができるとともに、第１部分が細いことと相まって第２部分に適切に熱を留めることができる。これにより、ワイヤと電極との間の温度を高くし、接合強度を向上させることができる。従って、半導体素子に加わる応力を低減させつつ、高い接合強度を得ることができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１部分の最小の断面積に対する前記第２部分の最大の断面積の比は、１．１２以上２．７９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、第１部分の最小の断面積に対する第２部分の最大の断面積の比が１．１２以上であることにより、第１部分２１の最小の断面積が大きくなることが抑えられ、第２部分２２に熱をより適切に留めやすくなる。これにより、接合強度をより向上させることができる。また、第１部分の最小の断面積に対する第２部分の最大の断面積の比が２．７９以下であることにより、第１部分２１の最小の断面積が小さくなることが抑えられ、第１部分２１の剛性が向上する。これにより、超音波伝達効率を向上させることができ、接合強度を向上させることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記第２部分の最大の断面積は、前記第２本体部の最小の断面積よりも小さい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、第２部分が過度に大きくなることを抑制することができる。例えば、第２部分の熱容量が大きくなり、ボンディング時にワイヤと電極との間の温度が低下してしまうことを抑制することができる。従って、より高い接合強度を得ることができる。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、前記第２部分の最大の断面積に対する前記第２本体部の最小の断面積の比が２．８２以上５．９８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、第２部分の最大の断面積に対する第２本体部の最小の断面積の比が２．８２以上であることにより、第２本体部１２の最小の断面積が小さくなることが抑えられ、第２本体部１２の剛性が向上する。これにより、超音波伝達効率を向上させることができ、接合強度を向上させることができる。第２部分の最大の断面積に対する第２本体部の最小の断面積の比が５．９８以下であることにより、第２本体部１２の最小の断面積が大きくなることが抑えられ、ボトルネック部から第２本体部への熱の伝達を抑制することができる。これにより、第２部分に熱をより適切に溜めやすくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００１７】
第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１部分の前記軸方向の長さは、前記第２部分の前記軸方向の長さよりも長い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、第１部分が長いことにより、熱が第２部分から第１部分を介して第２本体部へ伝達することを抑制できる。これにより、第２部分に熱をより適切に溜めやすくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００１９】
第６の発明は、第５の発明において、前記第２部分の前記軸方向の長さに対する前記第１部分の前記軸方向の長さの比は、３．２０以上７．７６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。
【００２０】
このボンディングキャピラリによれば、第２部分の軸方向の長さに対する第１部分の軸方向の長さの比が３．２０以上であることにより、第１部分が短くなることが抑えられ、熱が第２部分から第１部分を介して第２本体部へ伝達することを抑制できる。これにより、第２部分に熱をより適切に溜めやすくなり、接合強度をより向上させることができる。また、第２部分の軸方向の長さに対する第１部分の軸方向の長さの比が７．７６以下であることにより、第１部分が長くなることが抑えられ、第１部分の剛性が向上する。これにより、超音波伝達効率を向上させることができ、接合強度を向上させることができる。
【００２１】
第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記第２部分の断面形状における真円度公差は、２０マイクロメートル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。
【００２２】
このボンディングキャピラリによれば、ワイヤと電極との接合強度に方向の依存性が生じることを抑制し、接合強度のばらつきを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の態様によれば、高い接合強度を得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】
【００２４】
【図１】本実施形態に係るボンディングキャピラリを表す正面図である。
【図２】本実施形態に係るボンディングキャピラリの先端形状を拡大して表す拡大断面図である。
【図３】シミュレーション結果の一例を表す説明図である。
【図４】シミュレーション結果の一例を表す説明図である。
【図５】ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。
【図６】ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。
【図７】ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。
【図８】ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るボンディングキャピラリを表す正面図である。  
図１に表したように、ボンディングキャピラリ１０は、第１本体部１１と、第２本体部１２と、ボトルネック部１３と、挿通孔１４と、を備える。
【００２７】
ボンディングキャピラリ１０は、例えば、ボールボンディングに用いられる。より詳しくは、銅を含むワイヤを用いたボールボンディングに用いられる。ボンディングキャピラリ１０は、例えば、銅線用のボンディングキャピラリである。
【００２８】
ボンディングキャピラリ１０の各部には、例えば、セラミックが用いられる。第１本体部１１、第２本体部１２、ボトルネック部１３、及び挿通孔１４の各部は、同一の材料により、一体的に形成される。ボンディングキャピラリ１０の材料は、例えば、アルミナである。ボンディングキャピラリ１０の材料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、及びクロミアの少なくともいずれかを含む複合材料などでもよい。
【００２９】
第１本体部１１は、軸方向Ｄａに延びる。第１本体部１１の軸方向Ｄａと直交する断面における断面形状は、円形状である。すなわち、第１本体部１１の外形形状は、円柱形状である。第１本体部１１の断面形状は、円形状に限ることなく、楕円形状や多角形状などでもよい。第１本体部１１の外形形状は、円柱形状に限ることなく、軸方向Ｄａに延びる任意の形状でよい。
【００３０】
ボンディングキャピラリ１０の軸方向Ｄａの長さは、例えば、１１ｍｍ（７ｍｍ以上１５ｍｍ以下）である。第１本体部１１の直径（軸方向Ｄａと直交する方向の幅）は、例えば、１．６ｍｍ（１ｍｍ以上２ｍｍ以下）である。また、第１本体部１１において「円形状」とは、例えば、真円度公差において０．１ｍｍ以下の状態である。
【００３１】
第２本体部１２は、第１本体部１１の先端側（図１における下側）に設けられる。この例において、第２本体部１２は、第１本体部１１の先端に連続して設けられている。換言すれば、第２本体部１２は、第１本体部１１の先端に接している。第２本体部１２の軸方向Ｄａと直交する断面の断面積は、先端に向かって小さくなる。第２本体部１２の外形形状は、円錐状である。従って、第２本体部１２の直径は、先端に向かって小さくなる。第２本体部１２の外形形状は、楕円錐状や角錐状などでもよい。第２本体部１２の断面形状は、例えば、第１本体部１１の断面形状に対応した任意の形状でよい。
【００３２】
第２本体部１２の断面積は、先端に向かって連続的に減少する。第２本体部１２の外側面は、先端に向かって実質的に一定の傾きで傾斜した傾斜面である。第２本体部１２の外側面は、上記に限ることなく、例えば、凸曲面状あるいは凹曲面状に湾曲していてもよい。第２本体部１２の断面積は、先端に向かって段階的に減少してもよい。第２本体部１２の外側面は、階段状の形状を有していてもよい。
【００３３】
ボトルネック部１３は、第２本体部１２の先端側に設けられる。ボトルネック部１３は、例えば、第２本体部１２の先端に連続して設けられる。「ボトルネック部」とは、本実施形態に係る技術の分野において、電極間ピッチが狭い場合に、主に隣接ワイヤとの干渉の回避や超音波伝達性の調整などの目的で、第２本体部１２の下端（先端）側に設けられるくびれ部である。ボトルネック部の軸方向の長さは、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下程度である。ボトルネック部の径（例えば後述する第１部分の径）は、０．０４ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下程度である。
【００３４】
挿通孔１４は、軸方向Ｄａに延びる。挿通孔１４は、第１本体部１１、第２本体部１２、及びボトルネック部１３のそれぞれを貫通し、ワイヤの挿通を可能とする。挿通孔１４は、軸方向Ｄａに沿って一直線状に延び、第１本体部１１の基端面からボトルネック部１３の先端面まで一直線状に貫通する。
【００３５】
挿通孔１４の軸方向Ｄａと直交する断面の断面形状は、例えば、円形状である。また、挿通孔１４の中心軸は、第１本体部１１、第２本体部１２、及びボトルネック部１３のそれぞれの中心軸と実質的に同軸である。すなわち、第１本体部１１は、円筒状であり、第２本体部１２は、円錐筒状である。第１本体部１１は、換言すれば、円筒部である。第２本体部１２は、換言すれば、円錐部（コーン部）である。
【００３６】
挿通孔１４の直径は、例えば、１５μｍ（マイクロメートル）以上８０μｍ以下である。挿通孔１４の直径は、挿通されるワイヤの直径よりも大きく設定される。例えば、ワイヤの直径が２５μｍである場合、挿通孔１４の直径は、３０μｍ程度に設定される。
【００３７】
挿通孔１４の断面形状は、円形に限ることなく、任意の形状でよい。挿通孔１４の断面形状は、第１本体部１１の断面形状や第２本体部１２の断面形状と同じでもよいし、異なってもよい。
【００３８】
図２は、本実施形態に係るボンディングキャピラリの先端形状を拡大して表す拡大断面図である。  
図２は、図１のＡ１−Ａ２線断面を表す。すなわち、図２は、軸方向Ｄａと平行かつ各部の中心軸を通る平面で切断したボンディングキャピラリ１０の断面を表す。
【００３９】
図２に表したように、ボトルネック部１３は、第１部分２１と、第２部分２２と、を有する。第２部分２２は、第１部分２１の先端側に設けられる。換言すれば、第１部分２１は、第２本体部１２と第２部分２２との間に設けられる。第１部分２１は、例えば、第２本体部１２の先端に連続して設けられる。第２部分２２は、例えば、第１部分２１の先端に連続して設けられる。
【００４０】
第２部分２２は、ワイヤを押圧する押圧面２２ａを先端に有する。押圧面２２ａは、換言すれば、ボトルネック部１３の先端面である。挿通孔１４の一端は、押圧面２２ａに設けられる。
【００４１】
ボンディングキャピラリ１０においては、第１本体部１１側から挿通孔１４にワイヤを挿通し、ボトルネック部１３の押圧面２２ａからワイヤの先端を露出させる。そして、放電などによってワイヤ先端を溶融させることにより、ワイヤ先端にボールを形成する。この際、ボールの直径は、挿通孔１４の開口端の直径よりも大きくする。ボンディングキャピラリ１０は、押圧面２２ａでボールを電極に押圧し、熱、超音波、圧力によってボール（ワイヤ）を電極に接合する。これにより、ワイヤと半導体素子の電極との接合（ファーストボンド）が完了する。ワイヤの直径が２５μｍである場合、押圧した後のボールの直径は、５０μｍ程度である。
【００４２】
第１部分２１は、第２本体部１２の接線ＴＬよりも内側に凹んでいる。換言すれば、第１部分２１は、第２本体部１２の延長線よりも内側に凹んでいる。接線ＴＬは、例えば、軸方向Ｄａと平行かつ挿通孔１４の中心軸を通る平面における第２本体部１２の接線である。また、接線ＴＬは、例えば、第２本体部１２の外側面において、軸方向Ｄａの位置の変化に対する傾きの変化が最も小さい位置における接線である。接線ＴＬは、例えば、第２本体部１２の軸方向Ｄａの中央の位置における接線である。第１部分２１は、例えば、軸方向Ｄａと平行かつ挿通孔１４の中心軸を通る平面において、第２本体部１２の基端（後端）と先端とを結ぶ線分の延長線よりも内側に凹んでいるとしてもよい。
【００４３】
第１部分２１の軸方向Ｄａと直交する断面における断面形状は、円形状である。第２部分２２の軸方向Ｄａと直交する断面における断面形状は、円形状である。第１部分２１及び第２部分２２は、円筒形状である。第１部分２１の断面形状及び第２部分２２の断面形状は、円形状に限ることなく、第２本体部１２の断面形状などに応じた任意の形状でよい。また、第１部分２１の直径は、先端に向かって小さくなる。第１部分２１の外形形状は、円錐台状である。第１部分２１の直径は、基端から先端まで実質的に一定でもよい。
【００４４】
軸方向Ｄａと直交する断面において、第２部分２２の最大の断面積は、第１部分２１の最小の断面積よりも大きい。この例では、第２部分２２の最大の直径Ｒ２が、第１部分２１の最小の直径Ｒ１よりも大きい。従って、上述のように、第２部分２２の最大の断面積が、第１部分２１の最小の断面積よりも大きくなる。第２部分２２の最大の断面積は、例えば、第２部分２２の基端の軸方向Ｄａに対して垂直な断面の形状において、外郭面積（外周で囲まれた面積）から内郭面積（内周で囲まれた面積）を差し引いた面積である。第１部分２１の最小の断面積は、例えば、第１部分２１の先端の軸方向Ｄａに対して垂直な断面の形状において、外郭面積から内郭面積を差し引いた面積である。例えば、押圧面２２ａの面積は、第１部分２１の最小の断面積よりも大きい。
【００４５】
また、軸方向Ｄａと直交する断面において、第２部分２２の最大の断面積は、第２本体部１２の最小の断面積よりも小さい。第２本体部１２の最小の断面積は、例えば、第２本体部１２の先端の軸方向Ｄａに対して垂直な断面の形状において、外郭面積から内郭面積を差し引いた面積である。
【００４６】
第１部分２１の軸方向Ｄａの長さＬ１は、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さＬ２よりも長い。第１部分２１の長さＬ１は、例えば、第２部分２２の長さＬ２の２倍以上２０倍以下である。
【００４７】
ボトルネック部１３の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ１＋Ｌ２）は、例えば、１５０μｍ（１００μｍ以上４００μｍ以下）である。第１部分２１の長さＬ１は、例えば、１２５μｍ（１００μｍ以上３５０μｍ以下）である。第２部分２２の長さＬ２は、例えば、２５μｍ（１５μｍ以上５０μｍ以下）である。
【００４８】
第１部分２１の直径Ｒ１は、例えば、６０μｍ（４０μｍ以上３５０μｍ以下）である。第２部分２２の直径Ｒ２は、例えば、１００μｍ（６０μｍ以上４００μｍ以下）である。第２部分２２の直径Ｒ２は、例えば、第１部分２１の直径Ｒ１の１．５倍（１．０５倍以上２．０倍以下）である。第１部分２１及び第２部分２２において「円形状」とは、例えば、真円度公差において２０μｍ以下の状態である。
【００４９】
図３は、シミュレーション結果の一例を表す説明図である。  
図３に表したように、シミュレーションでは、図１及び図２に関して説明した本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０と、参考例１及び参考例２のボンディングキャピラリＲＥＦ１、ＲＥＦ２について、特性の比較検討を行った。
【００５０】
参考例１のボンディングキャピラリＲＥＦ１は、ボトルネック部が、第２部分２２を有していない。参考例１のボンディングキャピラリＲＥＦ１では、ボトルネック部の直径が先端に向かって連続的に小さくなる。本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０のボトルネック部１３において、第１部分２１の直径は、ボンディングキャピラリＲＥＦ１のボトルネック部の同じ部分の直径よりも小さい。そして、第２部分２２の直径は、ボンディングキャピラリＲＥＦ１のボトルネック部の同じ部分の直径よりも大きい。参考例１のボンディングキャピラリＲＥＦ１の他の部分の構成は、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０の構成と実質的に同じである。
【００５１】
参考例２のボンディングキャピラリＲＥＦ２は、第１本体部の部分に溝ＧＲを有する。換言すれば、ボンディングキャピラリＲＥＦ２は、第１本体部と第２本体部との間の部分に、溝ＧＲを有する。参考例２のボンディングキャピラリＲＥＦ２の他の形状などは、参考例１のボンディングキャピラリＲＥＦ１と実質的に同じである。
【００５２】
シミュレーションは、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析によって行った。このシミュレーションでは、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０、参考例１のボンディングキャピラリＲＥＦ１、及び参考例２のボンディングキャピラリＲＥＦ２について、同じ圧力でボールを押圧し、同じ強さの超音波を印加した時に、電極とボールとの間に生じる温度を求めた。シミュレーションでは、ワイヤ（ボール）に銅線を用いた。
【００５３】
図３に表したように、参考例のボンディングキャピラリＲＥＦ１及びＲＥＦ２では、電極とボールとの間に生じる温度が、１４０．６℃であった。これに対して、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０では、電極とボールとの間に生じる温度が、１８９．３℃であった。
【００５４】
このように、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０では、参考例のボンディングキャピラリＲＥＦ１及びＲＥＦ２と比べて、電極とボールとの間に生じる温度を高くすることができる。これにより、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０では、参考例のボンディングキャピラリＲＥＦ１及びＲＥＦ２と比べて、拡散接合を促進し、接合強度を向上させることができる。
【００５５】
ワイヤボンディング時には、半導体素子を加熱し、この熱と超音波で拡散接合を行う。熱は、ボンディングキャピラリを通じて拡散していく。この際、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０では、ワイヤに干渉しない範囲で断面積が大きくなっている第２部分２２に対し、第１部分２１の断面積を小さくすることにより、熱の拡散を抑制し、電極とボールとの間に熱を留めることができると推察される。従って、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０では、参考例のボンディングキャピラリＲＥＦ１及びＲＥＦ２と比べて、電極とボールとの間に生じる温度を高くすることができたと推察される。
【００５６】
図４は、シミュレーション結果の一例を表す説明図である。  
このシミュレーションでは、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０と参考例３のボンディングキャピラリＲＥＦ３とについて、上記と同様に、電極とボールとの間に生じる温度を求めた。
【００５７】
参考例３のボンディングキャピラリＲＥＦ３は、ボトルネック部と第２本体部との間に、中間部ＭＰを有する。中間部ＭＰは、ボトルネック部の最大の断面積よりも大きく、かつ第２本体部の最小の断面積よりも小さい断面積を有する。参考例３のボンディングキャピラリＲＥＦ３では、中間部ＭＰを設けることにより、ボトルネック部の過度なしなり（傾斜）を抑制する。参考例３のボンディングキャピラリＲＥＦ３の他の形状などは、参考例１のボンディングキャピラリＲＥＦ１と実質的に同じである。
【００５８】
図４に表したように、参考例３のボンディングキャピラリＲＥＦ３では、電極とボールとの間に生じる温度が、１４２．７℃であった。このように、本願発明者は、ボトルネック部と第２本体部との間に、ボトルネック部よりも大きい断面積を有する部分（中間部ＭＰ）を設けたとしても、電極とボールとの間に生じる温度には、あまり寄与しないことを見出した。
【００５９】
以上、説明したように、ワイヤボンディングにおいては、半導体素子を加熱し、熱と超音波で拡散接合を行う。この際、本実施形態に係るボンディングキャピラリ１０では、第１部分２１の最小の断面積よりも大きい断面積を有する第２部分２２をボトルネック部１３に設けることにより、半導体素子から適切に熱を受け取ることができるとともに、第１部分２１が細いことと相まって第２部分２２に適切に熱を留めることができる。これにより、ワイヤと電極との間の温度を高くし、接合強度を向上させることができる。従って、半導体素子に加わる応力を低減させつつ、半導体素子に加わる応力を低減させつつ、高い接合強度を得ることができる。
【００６０】
また、ボンディングキャピラリ１０では、第２部分２２の最大の断面積が、第２本体部１２の最小の断面積よりも小さい。これにより、第２部分２２が過度に大きくなることを抑制することができる。例えば、第２部分２２の熱容量が大きくなり、ボンディング時にワイヤと電極との間の温度が低下してしまうことを抑制することができる。従って、より高い接合強度を得ることができる。
【００６１】
また、ボンディングキャピラリ１０では、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さＬ１が、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さＬ２よりも長い。これにより、第１部分２１が過度に短くなることが抑えられ、熱が第１部分２１を介して、第２部分２２から第２本体部１２へ伝達することを抑制できる。これにより、第２部分２２に熱をより溜めやすくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００６２】
また、ボンディングキャピラリ１０では、第２部分２２の最大の直径が、第１部分２１の最小の直径よりも大きい。これにより、半導体素子に加わる応力や、ワイヤと電極との間の温度の分布に、方向の依存性が生じることを抑制することができる。これにより、どの方向にも実質的に同じ品質のボンディングができる。
【００６３】
図５は、ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。  
この評価では、本実施形態に係るボンディングキャピラリについて、第１部分２１及び第２部分２２の形状を変化させることにより、実施例１〜２４のボンディングキャピラリを用意した。図５に表したように、実施例１〜２４のボンディングキャピラリは、第１部分２１の最小の断面積（Ｓ２１（μｍ２））に対する、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２（μｍ２））の比（＝Ｓ２２／Ｓ２１）において、互いに異なる。
【００６４】
実施例１〜８は、例えば６５μｍのＢＰＰ（ボンドパッドピッチ）に対応したボンディングキャピラリである。ＢＰＰとは、２つの隣接するボンドパッドの中心間距離である。例えば、ＢＰＰの大きさに応じて、ボンディングキャピラリの先端のサイズ（長さや径）を設計することができる。実施例１〜８においては、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２）を３８０９（μｍ２）とし、第１部分２１の最小の断面積（Ｓ２１）を変化させている。
【００６５】
実施例９〜１６は、例えば８５μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２）を９６４４（μｍ２）とし、第１部分２１の最小の断面積（Ｓ２１）を変化させている。  
実施例１７〜２４は、例えば３００μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリでり、最大の断面積（Ｓ２２）を８８４８３（μｍ２）とし、第１部分２１の最小の断面積（Ｓ２１）を変化させている。
【００６６】
実施例１〜２４のボンディングキャピラリのそれぞれに関して、複数回のボンディングを行い、その接合強度（せん断強度）を測定した。各実施例のボンディングキャピラリに関して、接合強度の工程能力指数（Ｃｐｋ）を算出した。
【００６７】
図５（及び後述の図６〜８）の評価において、接合強度の工程能力指数（Ｃｐｋ）は、次式によって算出される。  
Ｃｐｋ＝（Ａｖｅ．−ＬＳＬ）／３σ  
ここで、Ａｖｅ．は測定された接合強度の平均値であり、σは測定された接合強度の標準偏差である。ＬＳＬは下限規格値である。６５μｍのＢＰＰの場合ＬＳＬ＝１０グラム重（ｇｆ）とし、８５μｍのＢＰＰの場合ＬＳＬ＝１５（ｇｆ）とし、３００μｍのＢＰＰの場合ＬＳＬ＝４０（ｇｆ）とした。
【００６８】
また、図５（及び後述の図６〜８）において、「◎」は２．３３≦Ｃｐｋを表し、「〇」は２．０≦Ｃｐｋ＜２．３３を表し、「△」は１．６７≦Ｃｐｋ＜２．０を表し、「×」はＣｐｋ＜１．６７を表す。
【００６９】
図５に表したように、いずれのＢＰＰにおいても、１．１２≦Ｓ２２／Ｓ２１≦２．７９のときＣｐｋは「△」であり、１．２３≦Ｓ２２／Ｓ２１≦１．９５のときＣｐｋは「〇」であり、１．３１≦Ｓ２２／Ｓ２１≦１．７７のときＣｐｋは「◎」である。
【００７０】
したがって、実施形態においては、第１部分２１の最小の断面積に対する、第２部分２２の最大の断面積の比（Ｓ２２／Ｓ２１）は、１．１２以上かつ２．７９以下であることが望ましい。Ｓ２２／Ｓ２１が１．１２以上である場合、第１部分２１の最小の断面積が大きくなることが抑えられ、第２部分２２に熱をより適切に留めやすくなる。これにより、接合強度をより向上させることができる。Ｓ２２／Ｓ２１が２．７９以下である場合、第１部分２１の最小の断面積が小さくなることが抑えられ、第１部分２１の剛性が向上する。これにより、超音波伝達効率を向上させることができ、接合強度を向上させることができる。
【００７１】
第１部分２１の最小の断面積に対する、第２部分２２の最大の断面積の比（Ｓ２２／Ｓ２１）は、１．２３以上かつ１．９５以下であることがより好ましく、１．３１以上かつ１．７７以下であることがさらに好ましい。
【００７２】
図６は、ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。  
この評価では、本実施形態に係るボンディングキャピラリについて、第２部分２２及び第２本体部１２の形状を変化させることにより、実施例２５〜４８のボンディングキャピラリを用意した。図６に表したように、実施例２５〜４８のボンディングキャピラリは、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２（μｍ２））に対する、第２本体部１２の最小の断面積（Ｓ１２（μｍ２））の比（＝Ｓ１２／Ｓ２２）において、互いに異なる。
【００７３】
実施例２５〜３２は、例えば６５μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２）を３８０９（μｍ２）とし、第２本体部１２の最小の断面積（Ｓ１２）を変化させている。  
実施例３３〜４０は、例えば８５μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２）を９６４４（μｍ２）とし、第２本体部１２の最小の断面積（Ｓ１２）を変化させている。  
実施例４１〜４８は、例えば３００μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の最大の断面積（Ｓ２２）を８８４８３（μｍ２）とし、第２本体部１２の最小の断面積（Ｓ１２）を変化させている。
【００７４】
実施例２５〜４８のボンディングキャピラリのそれぞれに関して、複数回のボンディングを行い、その接合強度（せん断強度）を測定した。各実施例のボンディングキャピラリに関して、接合強度の工程能力指数（Ｃｐｋ）を算出した。
【００７５】
図６に表したように、いずれのＢＰＰにおいても、２．８２≦Ｓ１２／Ｓ２２≦５．９８のときＣｐｋは「△」であり、４．１８≦Ｓ１２／Ｓ２２≦５．５９のときＣｐｋは「〇」であり、４．３９≦Ｓ１２／Ｓ２２≦５．３０のときＣｐｋは「◎」である。
【００７６】
したがって、実施形態においては、第２部分２２の最大の断面積に対する、第２本体部１２の最小の断面積の比（Ｓ１２／Ｓ２２）は、２．８２以上かつ５．９８以下であることが望ましい。Ｓ１２／Ｓ２２が２．８２以上である場合、第２本体部１２の最小の断面積が小さくなることが抑えられ、第２本体部１２の剛性が向上する。これにより、超音波伝達効率を向上させることができ、接合強度を向上させることができる。Ｓ１２／Ｓ２２が５．９８以下である場合、第２本体部１２の最小の断面積が大きくなることが抑えられ、ボトルネック部１３から第２本体部１２への熱の伝達を抑制することができる。これにより、第２部分に熱をより適切に溜めやすくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００７７】
第２部分２２の最大の断面積に対する、第２本体部１２の最小の断面積の比（Ｓ１２／Ｓ２２）は、４．１８以上かつ５．５９以下であることがより好ましく、４．３９以上かつ５．３０以下であることがさらに好ましい。
【００７８】
図７は、ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。  
この評価では、本実施形態に係るボンディングキャピラリについて、第１部分２１及び第２部分２２の形状を変化させることにより、実施例４９〜７２のボンディングキャピラリを用意した。図７に表したように、実施例４９〜７２のボンディングキャピラリは、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ２（μｍ））に対する、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ１（μｍ））の比（＝Ｌ１／Ｌ２）において、互いに異なる。
【００７９】
実施例４９〜５６は、例えば６５μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ２）を３３（μｍ）とし、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ１）を変化させている。  
実施例５７〜６４は、例えば８５μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ２）を３９（μｍ）とし、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ１）を変化させている。  
実施例６５〜７２は、例えば３００μｍのＢＰＰに対応したボンディングキャピラリであり、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ２）を４５（μｍ）とし、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さ（Ｌ１）を変化させている。
【００８０】
実施例４９〜７２のボンディングキャピラリのそれぞれに関して、複数回のボンディングを行い、その接合強度（せん断強度）を測定した。各実施例のボンディングキャピラリに関して、接合強度の工程能力指数（Ｃｐｋ）を算出した。
【００８１】
図７に表したように、いずれのＢＰＰにおいても、３．２０≦Ｌ１／Ｌ２≦７．７６のときＣｐｋは「△」であり、４．３１≦Ｌ１／Ｌ２≦７．１５のときＣｐｋは「〇」であり、４．６９≦Ｌ１／Ｌ２≦６．４７のとき「◎」である。
【００８２】
したがって、実施形態においては、第２部分２２の軸方向Ｄａの長さに対する、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さの比（Ｌ１／Ｌ２）は、３．２０以上かつ７．７６以下であることが望ましい。Ｌ１／Ｌ２が３．２０以上である場合、第１部分２１が短くなることが抑えられ、熱が第２部分２２から第１部分２１を介して第２本体部１２へ伝達することを抑制できる。これにより、第２部分２２に熱をより適切に溜めやすくなり、接合強度をより向上させることができる。Ｌ１／Ｌ２が７．７６以下である場合、第１部分２１が長くなることが抑えられ、第１部分２１の剛性が向上する。これにより、超音波伝達効率を向上させることができ、接合強度を向上させることができる。
【００８３】
第２部分２２の軸方向Ｄａの長さに対する、第１部分２１の軸方向Ｄａの長さの比（Ｌ１／Ｌ２）は、４．３１以上かつ７．１５以下であることがより好ましく、４．６９以上かつ６．４７以下であることがさらに好ましい。
【００８４】
図８は、ボンディングキャピラリの評価結果を表す表である。  
この評価では、本実施形態に係るボンディングキャピラリについて、第２部分２２の形状を変化させることにより、実施例７３〜８１のボンディングキャピラリを用意した。図８に表したように、実施例７３〜８１のボンディングキャピラリは、第２部分２２の真円度公差（μｍ）において、互いに異なる。
【００８５】
なお、第２部分２２の真円度公差とは、軸方向Ｄａに対して垂直な断面における第２部分２２の外郭形状（外周の形）についての真円度である。例えばＪＩＳ Ｂ ０６２１に基づいて算出された真円度を用いることができる。
【００８６】
実施例７３〜８１のボンディングキャピラリのそれぞれに関して、複数回のボンディングを行い、その接合強度（せん断強度）を測定した。各実施例のボンディングキャピラリに関して、接合強度の工程能力指数（Ｃｐｋ）を算出した。
【００８７】
図８に表したように、第２部分２２の真円度公差が２０μｍ以下のときＣｐｋは「△」である。第２部分２２の真円度公差が１０μｍ以下のときＣｐｋは「〇」である。第２部分２２の真円度公差が５μｍ以下のときＣｐｋは「◎」である。
【００８８】
したがって、実施形態においては、第２部分２２の真円度公差は、０μｍ以上かつ２０μｍ以下であることが望ましい。第２部分２２の真円度公差を２０μｍ以下とすることにより、ワイヤと電極との接合強度に方向の依存性が生じることを抑制し、接合強度のばらつきを抑えることができる。
【００８９】
第２部分２２の真円度公差は、０μｍ以上かつ１０μｍ以下であることがより好ましく、０μｍ以上かつ５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００９０】
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１０などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、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。  
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】
【００９１】
１０ ボンディングキャピラリ、  １１ 第１本体部、  １２ 第２本体部、  １３ ボトルネック部、  １４ 挿通孔、  ２１ 第１部分、  ２２ 第２部分
【図１】
2018093159.tif 000003
【図２】
2018093159.tif 000004
【図３】
2018093159.tif 000005
【図４】
2018093159.tif 000006
【図５】
2018093159.tif 000007
【図６】
2018093159.tif 000008
【図７】
2018093159.tif 000009
【図８】
2018093159.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月8日(2017.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
軸方向に延びる第１本体部と、
前記第１本体部の先端側に設けられ、先端に向かって断面積が小さくなる第２本体部と、
前記第２本体部の先端側に設けられたボトルネック部と、
前記軸方向に延び、前記第１本体部、前記第２本体部、及び前記ボトルネック部を貫通してワイヤの挿通を可能とする挿通孔と、
を備え、
前記ボトルネック部は、第１部分と、前記第１部分の先端側に設けられた第２部分と、を有し、
前記第２部分は、前記ワイヤを押圧する押圧面を先端に有し、
前記第１部分は、前記第２本体部の接線よりも内側に凹み、
前記第２部分の最大の断面積は、前記第１部分の最小の断面積よりも大きく、
前記第１部分の直径は、先端に向かって小さくなり、
前記第１部分の外形形状は、円錐台状であることを特徴とするボンディングキャピラリ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第１の発明は、軸方向に延びる第１本体部と、前記第１本体部の先端側に設けられ、先端に向かって断面積が小さくなる第２本体部と、前記第２本体部の先端側に設けられたボトルネック部と、前記軸方向に延び、前記第１本体部、前記第２本体部、及び前記ボトルネック部を貫通してワイヤの挿通を可能とする挿通孔と、を備え、前記ボトルネック部は、第１部分と、前記第１部分の先端側に設けられた第２部分と、を有し、前記第２部分は、前記ワイヤを押圧する押圧面を先端に有し、前記第１部分は、前記第２本体部の接線よりも内側に凹み、前記第２部分の最大の断面積は、前記第１部分の最小の断面積よりも大きく、前記第１部分の直径は、先端に向かって小さくなり、前記第１部分の外形形状は、円錐台状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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
第１部分２１の軸方向Ｄａと直交する断面における断面形状は、円形状である。第２部分２２の軸方向Ｄａと直交する断面における断面形状は、円形状である。第１部分２１及び第２部分２２は、円筒形状である。第１部分２１の断面形状及び第２部分２２の断面形状は、円形状に限ることなく、第２本体部１２の断面形状などに応じた任意の形状でよい。また、第１部分２１の直径は、先端に向かって小さくなる。第１部分２１の外形形状は、円錐台状である。