(57)【要約】【課題】ツール本体と先端部材との接合強度を高めると共に、保持部の耐摩耗性の向上を図るのは勿論、溶着による寿命の短縮や半導体装置の短絡などを防ぐことが可能なウェッジツールを提供すること。【解決手段】半導体装置のワイヤボンディングにおいてボンディングワイヤを保持して接合するウェッジツール１０であって、超音波振動手段に取り付けられるツール本体１と、ツール本体１の先端に接合されて配設されている先端部材１１とを備えて構成され、先端部材１１の先端部に上記ボンディングワイヤを保持する保持部２が設けられており、少なくともこの保持部２が、超高硬度焼結体９により形成されていると共に、ツール本体１の先端面と先端部材１１の基端面とに互いに適合する凹凸面が形成されていることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置のワイヤボンディングにおいてボンディングワイヤを保持して接合するウェッジツールであって、
超音波振動手段に取り付けられるツール本体と、該ツール本体の先端に接合されて配設されている先端部材とを備えて構成され、該先端部材の先端部に上記ボンディングワイヤを保持する保持部が設けられており、少なくともこの保持部が、超高硬度焼結体により形成されていると共に、
上記ツール本体の先端面と上記先端部材の基端面とに互いに適合する凹凸面が形成されていることを特徴とするウェッジツール。
【請求項２】
請求項１に記載のウェッジツールにおいて、
上記先端面および基端面の凹凸面は、上記超音波振動手段による振動方向と異なる方向に向かって延在する凸条または凹溝が設けられた面であることを特徴とするウェッジツール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のウェッジツールにおいて、上記先端面および基端面の凹凸面が断面Ｖ字型に形成されていることを特徴とするウェッジツール。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のウェッジツールにおいて、
上記超高硬度焼結体は、ダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体より成ることを特徴とするウェッジツール。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のウェッジツールにおいて、
上記保持部を形成した前記超高硬度焼結体は、その表面が焼結されたままの非研磨状態とされていることを特徴とするウェッジツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＣやパワーデバイスなどの半導体装置の製造工程においてワイヤボンディングを行う際に使用されるウェッジツールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体装置の製造工程において、半導体チップと基板とを電気的に接続する方法として、ウェッジツールを用いた超音波ワイヤボンディングが一般的に知られている。すなわち、この超音波ワイヤボンディングにおいては、上記ウェッジツールのツール本体の先端に配設された先端部材に設けられた楔状の保持部に、ボンディングワイヤを保持して半導体チップや基板のボンディングパッドに密着させ、このツール本体に取り付けられた超音波振動手段によってツール本体を介して上記ボンディングワイヤに超音波振動を印加することにより、ボンディングワイヤをボンディングパッドに接合する。また、このような超音波振動による接合に加えて熱圧着を併用することもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなウェッジツールの先端部材の材質としては、従来より各種の鋼材が用いられていたが、そのようなものでは、ボンディングワイヤを保持してボンディングパッドに密着させた状態で超音波振動が与えられるという使用の状況上、先端部材の保持部が摩耗し易く、これによってボンディングの精度が損なわれてしまうため、ウェッジツールを頻繁に交換しなければならないという問題があった。そこで、最近では、このような保持部の耐摩耗性を向上させるために、先端部材の材質として超硬合金を使用したものも用いられるようになってきているが、このようなウェッジツールでも、長期の使用のうちには保持部に摩耗が生じてボンディング精度が損なわれるのは避けられない。
【０００４】
しかも、ボンディングワイヤの材質であるアルミニウムや金は、これら鋼材や超硬合金に対して溶着を生じ易く、上記保持部にこのような溶着が生じると、やはりボンディング精度が損なわれてウェッジツールの寿命の短縮を招く上、溶着したアルミニウムや金が保持部から剥離して半導体チップや基板に付着すると短絡を生じるおそれもあり、そのような半導体装置は使用不可能となるため、製品検査に多くの時間や労力を要したり、製品歩留まりの低下を招くことにもなる。しかも、このような溶着は、上述のように超音波振動に加えて熱圧着を併用した場合に一層顕著となる。
【０００５】
また、本発明の発明者は先に特願２００１−８８４９９において、ウェッジツールをツール本体と、その先端に配設される先端部材とから構成して、ツール本体の先端面に先端部材の基端面をロウ付けなどにより接合することを提案しているが、単にロウ付けしただけではウェッジツールに印加される超音波振動によって、ツール本体と先端部材との接合面が剥離してしてしまい、先端部材が脱落してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたもので、上述のようなワイヤボンディングに使用されるウェッジツールにおいて、ツール本体と先端部材との接合強度を高めると共に、保持部の耐摩耗性の向上を図るのは勿論、溶着による寿命の短縮や半導体装置の短絡などを防ぐことが可能なウェッジツールを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、半導体装置のワイヤボンディングにおいてボンディングワイヤを保持して接合するウェッジツールであって、超音波振動手段に取り付けられるツール本体と、該ツール本体の先端に接合されて配設されている先端部材とを備えて構成され、該先端部材の先端部に上記ボンディングワイヤを保持する保持部が設けられており、少なくともこの保持部が、超高硬度焼結体により形成されていると共に、上記ツール本体の先端面と上記先端部材の基端面とに互いに適合する凹凸面が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係るウェッジツールによれば、保持部に超高硬度焼結体を用いることにより、超硬合金などに比べても硬質であって耐摩耗性が高く、極めて長期の使用においても摩耗が生じることはない上、アルミニウムや金などのボンディングワイヤ材質に対する耐溶着性も高く、たとえ熱圧着を併用した超音波ワイヤボンディングでも保持部への溶着を防ぐことができる。
また、ツール本体の先端面に形成された凹凸面と先端部材の基端面に形成された凹凸面とを互いに適合させ、ツール本体の先端に先端部材を接合して配設させるので、たとえば従来のように平面同士をロウ付けによって接合して配設させた場合より、強固に接合させることができる。つまり、ツール本体の凹凸面と先端部材の凹凸面とが互いに係合し合うと共に、接合面積が増加することによるロウ付け強度の向上によって、ツール本体と先端部材との接合強度が増加するのである。
【０００９】
また、上記ウェッジツールにおいて、上記先端面および基端面の凹凸面は、上記超音波振動手段による振動方向と異なる方向に向かって延在する凸条または凹溝が設けられた面であることを特徴とする。
この発明に係るウェッジツールによれば、凹凸面の形状として凸条または凹溝が設けられ、かつ凸条または凹溝が超音波振動手段による振動方向と異なる方向に向かって延在するように設けられているので、振動方向と同方向に向かって延在するように凸条または凹溝を設けて凹凸面が形成されている場合より、接合強度を向上させることができる。
【００１０】
また、上記ウェッジツールにおいて、上記先端面および基端面の凹凸面が断面Ｖ字型に形成されていることを特徴とする。
この発明に係るウェッジツールによれば、一方の凹凸面の断面形状が凸状Ｖ字型で、他方の凹凸面の断面形状が凹状Ｖ字型に形成されているので、互いに適合させてツール本体の先端に先端部材を接合させる場合に、ツール本体の中心軸と先端部材の中心軸とを容易に一致させることができる。
【００１１】
また、上記ウェッジツールにおいて、上記超高硬度焼結体は、ダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体より成ることを特徴とする。
また、上記ウェッジツールにおいて、上記保持部を形成した前記超高硬度焼結体は、その表面が焼結されたままの非研磨状態とされていることを特徴とする。この発明に係るウェッジツールによれば、表面が非研磨状態の超高硬度焼結体よりなる保持部により、その表面粗さが大きくなるため、保持部によってボンディングワイヤを確実に保持することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１ないし図５は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態においてウェッジツール１０は、軸線Ｏを中心とする略円柱状に形成された超硬合金製のツール本体１と、ツール本体１の先端に配設された先端部材１１とを有して構成されている。図１ないし図３に示すようにツール本体１は、その一方の側面に平坦面１ａが設けられているとともに、先端部が軸線Ｏを中心とした四角錐状に面取りされて先端側（図１および図２において下側）に向かうに従い幅および厚さとも漸次小さくなる先細りの楔状をなしている。なお、この楔状をなす先端部を画成する上記四角錐の４つの錐面３，３，４，４は、軸線Ｏを挟んで互いに反対側に位置する一対の錐面３，３が、他の一対の錐面４，４よりも後端側から、この他の一対の錐面４，４よりも軸線Ｏに対して小さな角度で傾斜するように形成されており、これによりツール本体１の先端部がなす上記四角錐は、正四角錐よりも厚さ方向（図２、図５における左右方向）に偏平した形状をなし、軸線Ｏに直交する断面においてもこの厚さ方向に偏平した長方形状を呈することとなる。
【００１３】
また、先端部材１１の側面には上記偏平した四角錐の錐面３，３，４，４に連続するように側面５，５，６，６が形成されている。図４および図５に示すように、上記偏平した四角錐の幅方向（図１、図４における左右方向）を向く側面５，５は、この四角錐の上記他の一対の錐面４，４と同傾斜の傾斜面で、先端側に向かうに従い軸線Ｏ側に向かう傾斜面とされる。一方、上記厚さ方向を向く側面６，６は、上記一対の錐面３，３と同傾斜の傾斜面６ａ，６ａと、傾斜面６ａ，６ａから曲折して軸線Ｏに等距離をおいて平行となるように、かつ互いにも平行となるとともに側面５，５に対しては垂直となるように形成された平行面６ｂ，６ｂとからなっており、従って平行面６ｂ，６ｂが形成されている部分において先端部材１１の厚さは一定とされている。また、先端部材１１の先端部に設けられている保持部２は、上記幅方向における両端部が軸線Ｏに垂直な平坦面とされる先端面７と、先端面７の幅方向の中央部に形成されている上記厚さ方向視に軸線Ｏを中心とした断面Ｖ字状をなして平行面６ｂ，６ｂに開口する凹溝部８と、凹溝部８と平行面６ｂ，６ｂとを連続的な曲面で繋ぐように形成されているアール面８ａ，８ａとを有している。
【００１４】
そして、本実施形態では、図４、図５に示すようにツール本体１の先端面１２は、幅方向視に軸線Ｏを中心とした断面凸状Ｖ字型をなしており、凹溝部８が延在する方向に対して直交する方向に向かって延在するように凸条状に形成されている。つまり、先端面１２は、錐面３，３から曲折して軸線Ｏに向かう一対の平面部１２ａ，１２ａから構成されており、一対の平面部１２ａ，１２ａのなす角度αは１２０°〜１５０°とされている。また、先端部材１１の基端面１３は、ツール本体１の先端面１２に適合する断面凹状Ｖ字型をなしており、傾斜面６ａ，６ａから鋭角に曲折して軸線Ｏに向かう一対の平面部１３ａ，１３ａから構成され、一対の平面部１３ａ，１３ａのなす角度は、一対の平面部１２ａ，１２ａのなす角度αと同角度である。そして、先端面１２と基端面１３とを適合させた状態でツール本体１に先端部材１１がロウ付けなどで接合されている。
【００１５】
また、先端部材１１の保持部２全体が、ダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体より成る超高硬度焼結体９によって形成されており、より具体的には、上記側面６，６が曲折して平行面６ｂ，６ｂが形成される部分より軸線Ｏ方向先端側が上記超高硬度焼結体によって形成されているとともに、後端側が超硬合金によって形成されている。ここで、上記保持部２をこのような超高硬度焼結体によって形成するには、例えば焼結前の圧粉成形時において、先端部材１１の保持部２となる部分に超高硬度焼結体９の原料粉末を充填するとともに、これよりも後端側には超硬合金の原料粉末を充填しておいて、これらを一体に焼結することによって形成する。また、本実施形態では、少なくともこの超高硬度焼結体９によって形成された保持部２の表面は、当該超高硬度焼結体９が焼結されたままの非研磨の状態、すなわち焼結地肌のままの状態であって、その表面粗さは、例えばＪＩＳ　Ｂ　０６０１における最大高さＲｙにおいて０．８μｍ〜３．２μｍの範囲とされている。
【００１６】
しかるに、このように構成されたウェッジツール１０においては、先端部材１１の保持部２によってボンディングワイヤを保持してボンディングパッドに密着させ、ツール本体１が取り付けられた超音波振動手段によって、凹溝部８の延在する方向に超音波振動を印加してボンディングワイヤとボンディングパッドとを接合するのに、ツール本体１の先端面１２と先端部材１１の基端面１３とが互いに適合させた状態で接合されているので、先端面１２と基端面１３とが互いに係合し合うと共に、接合面積が増加することによるロウ付け強度の向上によって、ツール本体１と先端部材１１とが強固に接合され、先端部材１１が脱落することを防止することができる。
【００１７】
また、ツール本体１の先端面１２と先端部材１１の基端面１３とに形成されている凹凸面が、超音波振動の方向に直交する方向に向けて延在する凸状Ｖ字型および凹状Ｖ字型とされているので、接合面におけるせん断方向以外の方向で振動による力を受けることができ、接合面の剥離が抑制され、さらに先端部材１１が脱落することを防止することができる。
また、先端面１２が凸状Ｖ字型で、基端面１３が凹状Ｖ字型であるので、ツール本体１に先端部材１１を接合する際に、互いの中心軸を容易に一致させることができ、ボンディングワイヤとボンディングパッドとの接合において誤差を減少させることができる。
【００１８】
また、保持部２が、硬質なダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体より成る超高硬度焼結体９によって形成されているので、極めて長期間このような超音波ワイヤボンディングに使用してもこの保持部２に生じる摩耗は少なく、従ってかかる摩耗によるボンディング精度の劣化も抑えることができる。このため、当該ウェッジツールの寿命の大幅な延長を図ることが可能となって、逆にボンディング装置におけるツール交換回数は削減することができ、交換作業や交換後のツールの調整作業に要する時間や労力の軽減を促すとともに、効率的かつ円滑なワイヤボンディングを行うことができる。
【００１９】
また、このようなダイヤモンド焼結体やｃＢＮ焼結体等の超高硬度焼結体９は、超硬合金などに比べてボンディングワイヤ材質となるアルミニウムや金との溶着性が低く、従ってこのような材質よりなるボンディングワイヤの接合に長期間使用しても、またボンディングの際に熱圧着を併用したりしても、ワイヤの溶着によるボンディング精度の劣化が生じたり、溶着物が剥離して半導体装置に付着することにより短絡が生じたりすることもない。このため、上記構成のウェッジツールによれば、このような溶着によるボンディング精度の劣化によってツールの交換を余儀なくされたり、あるいは頻発する短絡によって半導体装置の検査作業に多大な時間や労力を要し、また製品歩留まりが低下したりするような事態を防止することができる。
【００２０】
また、本実施形態のウェッジツールでは、この超高硬度焼結体９によって形成された保持部２の表面が、当該超高硬度焼結体９を焼結によって成形した際のままの非研磨あるいは未研磨の状態とされていて、その表面粗さが焼結したダイヤモンド粒子やｃＢＮ粒子径の大きさに準じた大きなものとされている。そして、本実施形態によれば、このような超高硬度焼結体９によって形成された保持部２がボンディングワイヤを保持することになるため、当該ウェッジツールによるボンディングワイヤの保持力の向上を図ることができ、ボンディングの際にワイヤを確実に保持してボンディングパッドに接合することが可能となる。
【００２１】
ただし、このように保持部２を形成する超高硬度焼結体９の表面が非研磨であるとしても、上記ダイヤモンド粒子やｃＢＮ粒子の粒子径が小さくて保持部２の表面粗さも比較的小さい場合には、このような効果を確実に奏することができなくなるおそれがある一方、逆にこの粒子径が大きすぎて表面粗さも過大となると、保持部２の表面によってボンディングワイヤが削られることにより、この削られたボンディングワイヤが粉体となって保持部２に付着したり清浄な環境が要求される半導体装置の製造工程を汚染したりするおそれがある。このため、上記非研磨の状態におけるこの超高硬度焼結体９より成る保持部２の表面粗さは、本実施形態のように最大高さＲｙにおいて０．８μｍ〜３．２μｍの範囲に設定されるのが望ましい。
【００２２】
また、図６に示す変形例のように、一対の平面部１２ａ，１２ａを曲面部１２ｂによって連続的な曲面で繋ぎ、対応するように一対の平面部１３ａ，１３ａを曲面部１３ｂで繋いで凹凸面を形成することで、角部が形成された場合などに考えられる応力集中による欠損を防止することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、先端面１２が凸状Ｖ字型で、基端面１３が凹状Ｖ字型とされているが、たとえば先端面１２には複数の凸条が設けられ、基端面１３には先端面１２に適合する複数の凹溝が形成されていてもよい。また、凸条および凹溝の延在する方向が直交する方向でなくても、超音波振動の方向と同方向でなければよい。また、先端面１２と基端面１３とが平面でなく、互いに適合する凹凸面であれば、どのような形状でもよい。
また、超高硬度焼結体９は、ボンディングワイヤを保持する先端部材１１先端部の上記保持部２を少なくとも形成するようにされていればよいが、例えば先端部材１１の全てが超高硬度焼結体９によって形成するようにしてもよい。この場合に先端部材１１を超硬合金製のツール本体１に接合するには、活性ロウ材を用いることが望ましい。
また、本実施形態ではツール本体１の材質として超硬合金を用いているが、これ以外にもＳｉＣやＳｉ３Ｎ４などのセラミックスを用いることも可能である。さらに、上述した実施形態のウェッジツール１０の保持部２を含めた形状はあくまでも一例であり、これとは異なる形状のツール本体および先端部材を有するウェッジツールに本発明を適用することも、勿論可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディングに使用されるウェッジツールにおいて、ツール本体の先端面の凹凸面と先端部材の基端面の凹凸面とが互いに適合するので、ツール本体と先端部材とを強固に接合させることができ、先端部材の脱落を防止することができる。また、超音波振動手段による振動方向と異なる方向に向かって延在するような凸条または凹溝が設けられて凹凸面を形成することによって、さらに接合強度を向上させることができる。また、ツール本体の先端面の凹凸面が凸状Ｖ字型、先端部材の基端面の凹凸面が凹状Ｖ字型に形成されているので、ツール本体の中心軸と先端部材の中心軸とを容易に一致させることができ、ウェッジツールによる作業の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、先端部材の保持部を、超高硬度焼結体によって形成することにより、この保持部の耐摩耗性の向上を図って長期に渡ってボンディング精度を安定かつ正確に維持することができる。また、たとえボンディングの際に熱圧着を併用したりしたとしても、ボンディングワイヤの保持部への溶着が生じるのを抑えることができ、このような溶着によってボンディング精度が損なわれたり、溶着物の剥離によって半導体装置に短絡が生じたりするのも防ぐことができる。
これらにより、ウェッジツール寿命の延長を図るとともに、円滑なボンディング作業を促すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す上記厚さ方向視の平面図である。
【図２】図１に示す実施形態の上記幅方向視の側面図である。
【図３】図１に示す実施形態を後端側から見た背面図である。
【図４】図１に示す実施形態の先端部材を示す拡大平面図である。
【図５】図１に示す実施形態の先端部材を示す拡大側面図である。
【図６】凹凸面の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１　ツール本体
２　保持部
９　超高硬度焼結体
１０　ウェッジツール
１１　先端部材
１２　先端面
１３　基端面
【図１】
2004087822.tif 000003
【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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