(57)【要約】【課題】  少ない時間でキャピラリ内に詰まった物質を取り除いてキャピラリを再生するキャピラリ再生方法とキャピラリを提供する。【解決手段】  キャピラリ１００の尖端１００ａ状態から、キャピラリ１００が再生可能か否かを判断する。再生可能と判断したときに、キャピラリ１００の内部の貫通穴１００ｄに存在する物質２００、４００を溶解させて、物質２００、４００を取り除く。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリの尖端状態から前記キャピラリが再生可能か否かを判断するステップと、再生可能と判断したときに前記キャピラリ内部に存在する物質を溶解させて前記物質を取り除くステップからなるキャピラリ再生方法。
【請求項２】
前記再生可能否かの判断は、前記キャピラリの前記尖端の磨耗が前記キャピラリの未使用の尖端の高さに対して１／４以下であるとき、前記キャピラリが再生可能であるとする請求項１記載のキャピラリ再生方法。
【請求項３】
前記物質は、有機溶剤にて浸した後に、王水を用いて溶解する請求項１又は２に記載のキャピラリ再生方法。
【請求項４】
前記王水を用いて前記物質を溶解する際に、前記王水に超音波振動を与えて溶解する請求項３に記載のキャピラリ再生方法。
【請求項５】
前記物質は、更に強酸を用いて溶解する請求項３又は４に記載のキャピラリ再生方法。
【請求項６】
前記王水は、フッ素加工を施した容器に入れて前記物質を溶解する請求項３乃至５のいずれかに記載のキャピラリ再生方法。
【請求項７】
前記物質を溶解させた後に、圧力を加えた気体を前記キャピラリに噴射して前記物質を取り除く請求項１乃至６のいずれかに記載のキャピラリ再生方法。
【請求項８】
前記１乃至７のいずれかに記載のキャピラリ再生方法を使用して再生するキャピラリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の端子間をワイヤーを用いて電気的に接続するワイヤーボンディング装置に使用される硬脆材のキャピラリ及びキャピラリの再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体組立に於いてパッケージの端子と集積回路側の端子を結ぶには細い金属線を用いている場合が一般的である。金属線を用いて端子間を接続する装置は、ワイヤーボンダー装置と呼ばれる。ワイヤーボンダー装置に用いられる金属線の種類は、大きく分けてアルミ線と金線に分けられる。近年、使われる金属線の傾向としては、金線を用いる場合が増加する傾向がある。また、その直径も細くなり、直径が２０ミクロン以下の金線を用いるワイヤーボンダー装置も増加している。
【０００３】
従来のキャピラリは、キャピラリの側部に継手が累着されている。継手には、他端が気体源に連結された導管が挿入されている。気体源から噴射された気体は、キャピラリ内を通り、キャピラリ先端のワイヤまで届く。これは、ワイヤがキャピラリ内で目詰まりしないようにするためである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、気体を噴出しない通常使用される金線を用いるワイヤーボンダー装置のキャピラリ１００を図１と図３に示す。キャピラリ１００の材質は硬脆材、例えばセラミックやルビー等で出来ているのが一般的である。キャピラリ１００は、先端部１００ａと、斜面部１００ｂと胴部１００ｃからなり、胴部１００ｃから先端部１００ａに向かって、外径が細くなっている。また、キャピラリ１００は、その内部に金線２００を通すために貫通穴１００ｄがあいている。貫通穴１００ｅはテーパー状になっており、先端部１００ａから胴部１００ｃに向かって、貫通穴１００ｅの直径が大きくなる。直径が大きくなっているのは、キャピラリ１００に金線２００を挿入する際に挿入し易くする為である。また、先端部１００ａの先端は平坦な面を有する面取り部１００ｅが設けてある。
【０００５】
次に、金属線２００を用いて両端子間を電気的に接続する場合について、図３を用いて説明する。金属線２００を用いて両端子間を電気的に接続する場合は、先ずキャピラリ１００の貫通孔１００ｅに金線２００を通す。先端部１００ａから出た金線２００の尖端を放電により溶かして金球２００ａを作る。出来た金球２００ａを素子３００の第１の接合場所３１０に押しつける。超音波振動を加えながら、金球２００ａと第１の接合場所３１０を接合させる。次に、キャピラリ１００が金線２００を延ばしながら第２の接合場所３２０に移動する。キャピラリ１００は、第２の接合場所３２０で金線２００を押しつける。超音波振動を加えて、金線２００と第２の接合場所３２０を接合させる。最後に、金線２００をクランプ２００ｂして引きちぎる。この動作を繰り返す事でボンディングを遂行する。
【特許文献１】特開平５−４７８２４号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、金線にこの様な異物が付着している場合はその塵を金線が引きずって行く為、キャピラリに於ける金線の入り口では直径が大きいため塵が通過できても、金線の出口では直径が狭まるため、塵が詰まってしまい、結局金線が通過出来ずに破損する結果がしばしば発生する。金線に気体を吹付けたキャピラリを使用しても、金線がキャピラリ内に詰まってしまうことがある。キャピラリに金線が詰まる原因となる異物は、ボンディング用の金線の他に多種に渡る。例えば、油脂や繊維質異物の様な有機質の異物、金属片や石質等の無機質の異物など様々な異物がキャピラリ内に入り込み、金線の移動を妨げるためである。
【０００７】
金線が詰まってしまうと、金銭を取り除くには手間や時間を要するため、キャピラリは消耗品と位置付けられ、金銭を除去して再生されておらず、廃棄処分となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のキャピラリ再生方法は、キャピラリの尖端状態から前記キャピラリが再生可能か否かを判断するステップと、再生可能と判断したときに前記キャピラリ内部に存在する物質を溶解させて前記物質を取り除くステップからなる。
【０００９】
本発明のキャピラリ再生方法は、前記再生可能否かの判断が、前記キャピラリの前記尖端の磨耗が前記キャピラリの未使用の尖端の高さに対して１／４以下であるとき、前記キャピラリが再生可能であるとするものである。
【００１０】
本発明のキャピラリ再生方法は、前記物質が有機溶剤にて浸した後に、王水を用いて溶解する。
【００１１】
本発明のキャピラリ再生方法は、前記王水を用いて前記物質を溶解する際に、前記王水に超音波振動を与えて溶解する。
【００１２】
本発明のキャピラリ再生方法は、前記物質を更に強酸を用いて溶解する。
【００１３】
本発明のキャピラリ再生方法は、フッ素加工を施した容器に前記王水を入れて前記物質を溶解する。
【００１４】
本発明のキャピラリ再生方法は、前記物質を溶解させた後に、圧力を加えた気体を前記キャピラリに噴射して前記物質を取り除く。物質を完全に溶解させずに、その一部分を溶解させ、その後に、圧力を加えた空気、窒素などの気体を噴射して、前記物質を取り除く。
【００１５】
本発明のキャピラリは、上記のキャピラリ再生方法を使用して再生するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、従来と比べて少ない時間でキャピラリ内に詰まった金線を取り除くことができる。これにより、従来は廃棄となっていたキャピラリが、効率よく再生することができる。
【００１７】
金線を用いるワイヤーボンダーは２４時間稼働するものに付いては、日に１本の割合でキャピラリを交換する場合が多い。本発明を実施する際に交換した使用済みキャピラリを分類した結果、ほぼ７割が本発明の再生可能なキャピラリに分類された。本発明に依って再生されたキャピラリは尖端の摩耗等の原因で新品と同じ寿命を持たないが、再生をすることで本来捨てていたキャピラリを再利用する事が出来、本発明の再生作業は安価な為半導体後工程の生産コストを下げる事に寄与する効果を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
実施例１では、油脂によって金線がキャピラリ内に詰まった場合における、キャピラリの再生方法を図４から図６に基づいて説明する。
【００２０】
実施例１で再生に用いたキャピラリ１００の使用前の形状を図４（Ａ）に示す。キャピラリ１００の外形部分に於けるテーパ部１００ａ、１００ｂは２段に分かれる。実施例１で用いたキャピラリ１００はアルミナとジルコニアを混合したセラミックで作られており、金線の出口１００ｄの直径が２５ミクロン、使用する金線２００の直径を２０ミクロンとするものである。再生を試みた使用済みキャピラリ１００の外観を見ると、大きく分けて２分される。先ず、尖端１００ａが若干斜面上１００ｆに削られた形状（以下「形状１」という。）のキャピラリ１００である。この形状１の側面外観を図４（Ｂ）に示す。もう一つは、尖端１００ａが第２テーパ１００ｂ近くまで摩耗した形状（以下「形状２」という。）のキャピラリである。
この形状２の側面外観を図４（Ｃ）に示す。形状２を示すキャピラリ１００はボンディング行程で尖端１００ａが破損したものが大半である。形状２のキャピラリ１００に付いて尖端１００ａを研磨して、新たに尖端部分１００ａだけ接着やその他の手法を用いて接合する事は不可能ではないが、先端部１００ａの強度が十分確保できるかとか、接合作業がかなり難しい。加えて、それに伴う加工金額が高額になり、再生するという観点でこれらを考慮に入れて、実施例１では再生不可能品として扱った。
【００２１】
図５は、キャピラリ１００を尖端側１００ａから見た図である。図５（Ａ）は使用前のキャピラリ１００の尖端１００ａの状態を示す。多くの場合、尖端部１００ａの内面はバリ防止の面取り１００ｅが施されており、その中は空洞１００ｄとなっている。この空洞１００ｄは内部がテーパ状で反対側、つまり金線を挿入する部分まで空洞となっている。しかし、形状１のキャピラリ１００の尖端１００ａは、図５（Ｂ）に示す様に金属線２００が切れて詰まり、その回りを塵の様な物質４００が取り囲んで詰まっている状態となる。又は、図５（Ｃ）に示す様に金属線２００の破断面は見えず、油脂で塵が固まった様な物質４００が詰まった様な状態もあり得る。
【００２２】
図５（Ｂ）の場合と図５（Ｃ）の場合において、金線等２００、４００を取り除くために、キャピラリ１００の尖端１００ａから、金線等２００、４００に対して物理的に力を加えただけでは簡単に金線等２００、４００を除去出来ないほど硬く詰まっている。金属線２００の目詰まりは、ワイヤーボンディングに使用される金線２００が浮遊塵などの塵を巻き込んでテーパが最も細くなったキャピラリ１００の出口部分１００ｄで詰まり、その結果、金線２００が破損されたと想定される為、詰まったものは金線２００の場合が最も多い。金線２００を含んだ目詰まり物質を取り除くには、キャピラリ１００の尖端１００ａから機械的な圧力、例えば尖端の細くなった針や金属線で突く方法や圧搾空気を注入する方法、を加えて目詰まりを押し出す方法が考えられる。しかし、この方法だと尖端を破損する可能性があり、２５ミクロンと非常に小さい孔に針を当てる作業は効率が悪く、量産再生に向かない。反面、金線２００は顕微鏡観察で光沢や破断面の状態から判断出来る。従って、金線２００を化学的に溶かす方法を用いる。
【００２３】
キャピラリの再生工程を図８のフローチャートに基づいて説明する。先ず、使用済みのキャピラリ１００を用意する（行程２０１）。用意したキャピラリ１００の再生可否を判断する（行程２０２）。まず、再生可能なキャピラリ１００は、図４（Ｂ）に示す外観を有し、図５（Ｂ）と図５（Ｃ）に示すような金線等２００、４００によってキャピラリ１００の内部が目詰まりしたものである。つまり、再生可能と判断される使用済みキャピラリ１００は、尖端１００ａの摩耗以外には損傷がなく、且つ、尖端の摩耗１００ｆが第１テーパ部１００ａの四分の一以下のキャピラリとした。第１テーパ部１００ａの摩耗を四分の一以下に規定した事由は、キャピラリ１００の内部キャベティーはキャピラリ１００ａの尖端に向かって細くなるテーパ形状をしており、尖端の内部径が大きくなると狙った場所にワイヤーを打てない不具合が発生する為である。
【００２４】
次に、再生可能と判断されたキャピラリ１００を有機溶剤に浸して脱脂をする（行程２０３）。キャピラリ１００の内部に金属線２００と共に詰まった有機塵４００は、通常油脂分を含んでいる。この油脂分が次に行う金線２００を溶かす為に用いる溶剤の浸食を妨げる為に、油脂分を除く事が金線２００の溶解を早め、作業の効率化を促進する。有機溶剤としてはアセトン、ＩＰＡ等のアルコール類やベンゼン等の芳香族有機溶剤も使用可能である。なお、本実施例では有機溶剤としてアセトンを用いた。また、脱脂を早める為にキャピラリ１００を綿の上に置き、超音波振動を加えて６時間掛けて脱脂した。
【００２５】
次に、脱脂が終わったキャピラリ１００を乾燥させ、有機溶剤成分を取り除く（行程２０４）。本実施例ではアセトンを用いた為、揮発性が高く、自然乾燥とした。次に硝酸１と塩酸３の割合で混合して王水７２０を製造する（行程２０５）。次に前行程で製造された王水７２０を容器７１０に移し、（行程２０６）、容器７１０の中に脱脂したキャピラリ１００を入れる（行程２０６）。容器に超音波振動を加えて金線を溶かす（行程２０７）。本実施例で使用した容器７１０は、フッ素加工製のものを使用した。王水７２０が金線２００を溶かす際に超音波振動７４０を加えた方が溶解速度が増す。しかし、超音波振動７４０でキャピラリ１００が王水７２０の中で跳ねると、キャピラリ尖端１００ａが破損することが有る為、キャピラリ１００を乗せる緩衝剤が必要となる。ところが、反応性の高い王水７２０に対して耐久性を示す緩衝剤は少なく、フッ素加工の容器７１０用いる事で容器と緩衝剤と両方の機能を持たせる事が出来た。なお、王水７２０も加熱する事で金線２００の溶解速度を増す事が可能であるが、溶液温度は摂氏５０度以内に押さえる事が好ましい。本実施例では王水は常温のまま使用した。金線２００の溶解時間はキャピラリ内部の目詰まり状態に依って異なる為、個々によって異なるが、本実施例では２昼夜掛かった。
【００２６】
金属線溶解の作業を終えたキャピラリは水洗いを施し、王水成分７２０を洗い流す（行程２０８）。キャピラリ１００の内部の目詰まりは金線２００が解けてしまうと、超音波振動の影響で目詰まり物質が取れてしまう。もし、目詰まり物質が取れていない場合はキャピラリの尖端側から圧搾空気を吹き付けて目詰まり物質を押し出す（行程２０９）。通常であれば、目詰まり物質を押し出す必要が少ないが、目詰まり物質を除く事も出来る。次にアルコールを用いて洗浄する（行程２１０）。本実施例ではエタノールを使用した。キャピラリ１００を乾燥させ（行程２１１）、梱包する（行程２１２）。梱包には塩化ビニール系の箱を用いて梱包箱とした。
【００２７】
なお、キャピラリ１００の目詰まりが金線２００のみである場合、キャピラリ１００を有機溶剤で脱脂する工程（工程２０４）と、キャピラリ１００を乾燥させる工程（工程２０５）を省略することもできる。
【実施例２】
【００２８】
次に、キャピラリの目詰まりの原因が金線２００及び有機塵４００以外の場合におけるキャピラリ１００の再生方法について図＊説明する。キャピラリの目詰まりの原因は、金線２００及び有機塵４００以外にも多数想定出来る。例えば、ワイヤーボンダー装置の可動部分が摩耗して金属片を出し、それが目詰まりとなった場合や潤滑油が固化して、それが目詰まりの原因となる場合が考えられる。本実施例は、この様に金属の種類を特定出来ない場合について説明する。
【００２９】
キャピラリ１００を用意する（行程３０１）。なお、用意するキャピラリ１００は、実施例１で目詰まりを除去出来なかったキャピラリであっても構わない。また、実施例１の判断工程（工程２０２）で、目詰まりの原因が金線２００及び有機塵４００以外有機溶剤では溶けないと判断したキャピラリ１００でもよい。
【００３０】
次に、金属を溶かす溶剤を入れた容器の中にキャピラリ１００を入れる（行程３０２）。
一般的に金属を溶かす溶剤は、熱濃硫酸、シアン酸、熱濃燐酸等の強酸などが用いられる。本実施例ではシアン酸を用いた。容器に超音波振動を加えて金属目詰まりを溶かす（行程３０３）。シアン酸の容器は、実施例１同様にフッ素加工を施したものを用いた。作業時間は２昼夜おこなった。
【００３１】
溶剤を洗い流す（行程３０４）。実施例１と同様、金属部分が溶解したが、目詰まり物質が取れていない場合は、キャピラリの尖端側から圧搾空気を吹き付ける（行程３０５）。このようにすることで、目詰まり物質を除く事も出来る。
【００３２】
次にアルコールを用いて洗浄する（行程３０６）。本実施例ではエタノールを使用した。キャピラリを乾燥させ（行程３０７）、キャピラリ１００を梱包する（行程３０８）。
【実施例３】
【００３３】
次に、キャピラリ１００の尖端１００ａが変形した場合におけるキャピラリ１００の再生方法に付いて、図１０から図１２に基づき説明する。キャピラリ尖端１００ａの変形は、ワイヤーボンディングを行う際にキャピラリ尖端１００ａをボンディング面に押しつける為に摩耗して起こる。摩耗したキャピラリ尖端は、図４（Ｂ）に示すように片減り形状が一般的である。この片減りが極端な鋭角となっている場合、再生後のキャピラリ１００は、正常にワイヤーを打つ事が出来ない可能性があるので、摩耗面１００ｆを平坦に加工する必要がある。
【００３４】
摩耗は尖端部の極わずかな部分で有る為、その是正は化学研磨加工するのが一般的である。キャピラリの材質はセラミックまたはアルミナの単結晶が一般的で有る為、研磨剤はコロイダルシリカ系の研磨剤が適する。化学研磨法は機械研磨法と異なり、研磨面周辺にチッピングを起こしにくい特徴があり、また研磨エッジは面取りした様に丸みを帯びる為、キャピラリ尖端を化学研磨加工をした場合、平坦化と面取りが一度に出来る利点がある。
図１２に示すフローチャートに基づき、本実施例で行った化学研磨行程について説明する。先ず、尖端が変形したキャピラリ１００を用意する（行程４０１）。用意するキャピラリ１００は、尖端１００ａの摩耗以外には損傷がなく、且つ、尖端の摩耗１００ｆが第１テーパ部１００ａの四分の一以下のキャピラリとした。第１テーパ部１００ａの摩耗を四分の一以下に規定した事由は、キャピラリ１００の内部キャベティーはキャピラリ１００ａの尖端に向かって細くなるテーパ形状をしており、尖端の内部径が大きくなると狙った場所にワイヤーを打てない不具合が発生する為である。
キャピラリをセット冶具９００に装着する（行程４０２）。この冶具９００は、キャピラリ１００の尖端の削り過ぎを防止するとともに、研磨面１００ｆに対してキャピラリ１００を垂直に保つ。
次に、研磨パッド９２０を張った研磨盤９１０を回転させ、研磨剤９３０を流しながら冶具９００にセットされたキャピラリを研磨パッドに押しつけながら、キャピラリの尖端を研磨する（行程４０３）。化学研磨は通常、化学研磨剤と研磨パッドの組み合わせで行われる。研磨剤には中心粒径４０ナノメートルのコロイダルシリカのアルカリ性水溶液を用い、研磨パッドには硬質ナイロン系の研磨パッドを用いた。また、研磨剤は加工する部分で摂氏５０度になる様に加熱し、研磨剤を循環しながら研磨する循環研磨法を用いた。
【００３５】
研磨が完了したキャピラリをアルコールで洗浄し（行程４０４）、乾燥させる（行程４０５）。本実施例ではエタノールを用いた。研磨完了したキャピラリの尖端を検査する（行程４０６）。検査は外観検査であり、実体顕微鏡を用いて外観形状を観察する。観察内容はキャピラリ尖端の平行度、尖端周辺のチッピングの状態及び割れ等である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】金線ワイヤーボンダー用キャピラリの形状を表した図で、（Ａ）はキャピラリの外観形状図、（Ｂ）はキャピラリを尖端から見た図である。
【図２】キャピラリの内部構造と金線の形状を示す図である。
【図３】金線ワイヤーに依るワイヤーボンディングの方法を表した図で、（Ａ）は熱して金球を形成する状態、（Ｂ）は第１ボンディング状態、（Ｃ）は金線の引き回し状態、（Ｄ）は第２ボンディング状態、（Ｅ）は金線切断と作業の完結状態を表す。
【図４】キャピラリとその破損及び摩耗状態を表した図であり、（Ａ）は使用前のキャピラリの外形図、（Ｂ）は尖端の摩耗が軽度なキャピラリ外形図、（Ｃ）は尖端破損又は摩耗過度のキャピラリの外形図である。
【図５】キャピラリの目詰まりとその状態を示す図であり、（Ａ）は使用前キャピラリの状態、    （Ｂ）は金属線の目詰まり状態、（Ｃ）は有機塵での目詰まり状態を示す。
【図６】再生可能なキャピラリの外形図である。
【図７】王水による金線の溶解処理の模式図である。
【図８】キャピラリ再生行程を示すフローチャートである。
【図９】金線以外の物質を溶かすときのフローチャートである。
【図１０】キャピラリ尖端校正用冶具とその装着方法の外形図であり、（Ａ）は校正用冶具の側面図で、（Ｂ）は校正用冶具を下から見た図である。
【図１１】キャピラリ尖端校正研磨加工の模式図である。
【図１２】キャピラリ尖端校正のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１００  キャピラリ
２００  金線
４００  有機塵
７１０  容器
７２０  王水
７３０  電熱器
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005197417.tif 000013
【図１２】
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