(57)【要約】基板に細いワイヤをボンディングするための減衰制御式ボンディングツール。上記ボンディングツールは、実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分（１３０２）と、該第１の直径よりも小さい実質的に均一な第２の直径を有する第２の円筒部分（１３０４）を有している。上記第２の円筒部分は、上記第１の円筒部分の一端部に連結され、上記第２の円筒部分の長さの少なくとも一部に沿って、平面領域（１３０３，１３０５）を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に細いワイヤをボンディングするためのボンディングツールにおいて、
実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分と、
上記第１の円筒部分の一端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、ｉ）上記第１の直径よりも小さい実質的に均一な第２の直径と、ｉｉ）上記第２の円筒部分の長さの少なくとも一部に沿った平面領域とを備えた第２の円筒部分と、を有していることを特徴とするボンディングツール。
【請求項２】
上記平面領域は、上記第２の円筒部分の両側の実質的に互いに平行な２つの平面領域であることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項３】
第１のテーパを有する第３の部分であって、その第１の端部が上記第２の円筒部分の第２の端部と連結される第３の部分を更に有していることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項４】
上記第１のテーパが、約１７°と３１°との間の角度を有していることを特徴とする請求項３記載のボンディングツール。
【請求項５】
上記第３の部分が、第２のテーパを有するテーパ部を有し、該テーパ部は、上記第３の部分に対して該第３の部分の第２の端部で連結されていることを特徴とする請求項３記載のボンディングツール。
【請求項６】
上記第１のテーパが約２０°の角度を有し、上記第２のテーパが約１０°の角度を有していることを特徴とする請求項５記載のボンディングツール。
【請求項７】
更に、上記ボンディングツールの第１の端部から第２の端部まで、該ボンディングツールの長手軸に沿って延びる軸方向の通路を有していることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項８】
上記軸方向の通路が、上記第１の円筒部分の第１の端部における第１の直径と、上記第１のテーパの先端部における第２の直径を有しており、該第１の直径が第２の直径よりも大きいことを特徴とする請求項７記載のボンディングツール。
【請求項９】
上記第１の円筒部分と第２の円筒部分との間に連結される移行部を有していることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項１０】
上記移行部が、テーパ部分及び湾曲部分のうちのいずれかであることを特徴とする請求項９記載のボンディングツール。
【請求項１１】
上記ボンディングツールが、酸化アルミニウム，窒化珪素，炭化珪素，炭化タングステン，ルビー，セラミック及び酸化ジルコニウムからなるグループの少なくとも１つから構成されることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項１２】
上記第２の円筒部分の第１の端部が、上記ボンディングツールの先端部から所定の距離にあることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項１３】
上記距離が、約０．２００インチ（５．０８ｍｍ）と０．２７９インチ（７．０８６６ｍｍ）との間であることを特徴とする請求項１２記載のボンディングツール。
【請求項１４】
上記ボンディングツールが、材料の単一部品から形成されることを特徴とする請求項１記載のボンディングツール。
【請求項１５】
基板に細いワイヤをボンディングするためのボンディングツールにおいて、
実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分と、
上記第１の円筒部分の第１の端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、ｉ）上記第１の円筒部分の第１の直径に実質的に等しい直径と、ｉｉ）上記第２の円筒部分の長さの少なくとも一部に沿った平面領域とを備えた第２の円筒部分と、
第１のテーパを有し、その第１の端部が上記第２の円筒部分の一端部に連結される第３の部分と、を有していることを特徴とするボンディングツール。
【請求項１６】
上記平面領域は、上記第２の円筒部分の両側の実質的に互いに平行な２つの平面領域であることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項１７】
上記平面領域間の距離は、約０．０３４５インチ（０．８７６３ｍｍ）と約０．０６２５インチ（１．５８７５ｍｍ）との間であることを特徴とする請求項１６記載のボンディングツール。
【請求項１８】
上記平面領域が上記第３の部分の一部上に延びていることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項１９】
上記第１のテーパが約１７°と３１°との間の角度を有していることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項２０】
上記テーパが、第２のテーパを有するテーパ部を有しており、該テーパ部は、上記第３の部分に対して該第３の部分の第２の端部で連結されていることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項２１】
上記第１のテーパが約２０°の角度を有し、上記第２のテーパが約１０°の角度を有していることを特徴とする請求項２０記載のボンディングツール。
【請求項２２】
更に、上記ボンディングツールの第１の端部から第２の端部まで、該ボンディングツールの長手軸に沿って延びる軸方向の通路を有していることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項２３】
上記軸方向の通路が、上記第１の円筒部分の第１の端部における第１の直径と、上記テーパの先端部における第２の直径を有しており、該第１の直径が第２の直径よりも大きいことを特徴とする請求項２２記載のボンディングツール。
【請求項２４】
上記第２の円筒部分の第１の端部が、上記ボンディングツールの一端部から所定の距離にあることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項２５】
上記距離が、約０．２００インチ（５．０８ｍｍ）と０．２７９インチ（７．０８６６ｍｍ）との間であることを特徴とする請求項２４記載のボンディングツール。
【請求項２６】
上記ボンディングツールが、材料の単一部品から形成されることを特徴とする請求項１５記載のボンディングツール。
【請求項２７】
トランスデューサと併用されるボンディングツールにおいて、
実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分と、
上記第１の円筒部分の一端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、ｉ）上記第１の直径よりも小さい実質的に均一な第２の直径と、ｉｉ）上記第２の円筒部分の長さの少なくとも一部に沿った平面領域とを備えた第２の円筒部分と、
上記第１の円筒部分の第１の端部に配置されるガイドであって、上記トランスデューサないでボンディングツールを位置決めするガイドと、を有していることを特徴とするボンディングツール。
【請求項２８】
上記ガイドは、上記第１の円筒部分の上側部に沿って形成される平面部及び孔部のいずれかであることを特徴とする請求項２７記載のボンディングツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
この発明は、概して、半導体デバイスに対するワイヤのボンディングに使用するツールに、より詳しくは、制御される減衰特性を備えたボンディングツールに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
近年の電子装置は、その上に半導体チップ又は集積回路（ＩＣ）が設けられたプリント基板に大きく依存している。チップと基板との間の機械的及び電気的な接続は、チップ設計者にとっての課題となる。ＩＣを基板に相互接続させるための技術として、ワイヤボンディング，テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）及びフリップチップの３つがよく知られている。
【０００３】
これらの技術の主流は、ワイヤボンディングである。ワイヤボンディングにおいては、複数の接合用パッドが、基板の上面に所定のパターンで配置される。ここでは、チップが、接合用パッドのパターン中央に設けられ、また、チップの上面が、基板の上面と対向しない。（アルミニウム又は金のワイヤ等の）良好なワイヤが、チップの上面における接触素子と、基板の上面における接触素子との間に接続される。詳細には、接続ワイヤが、更に後述するキャピラリ，ボンディングツールを通じて、チップや基板に対して供給され接合される。
【０００４】
キャピラリは、電子デバイス，詳しくは半導体デバイスの接合パッドに対して、ワイヤをボールボンディングするために用いられる。かかるキャピラリは、一般的には、セラミック材，主として、酸化アルミニウム，炭化タングステン，ルビー，ジルコン添加アルミナ（ＺＴＡ），アルミナ添加ジルコン（ＡＴＺ）及び他の材料から形成される。一般的に約１ミル（１／１０００インチ＝０．０２５４ミリメートル（ｍｍ））の金，銅又はアルミニウム製のワイヤ等の非常に細いワイヤが、キュピラリ内の軸方向の通路を通され、この場合に、そのワイヤの端部には小さなボールが形成され、また、ボールはキャピラリ先端部の外部に配置される。第１の目的は、ボールを半導体デバイス上のパッドに対して接合し、その後、ワイヤに沿ったそれ以上の部分を、リードフレーム等に接合することである。ボンディングサイクルの間に、キャピラリは、複数の機能を実行する。
【０００５】
ボールが形成された後、キャピラリは、まず、接合パッドの照準のために、キャピラリ内で、ボールをある程度中央に合わせる必要がある。最初のボンディングステップにより、ボールは、半導体デバイス上のパッドに接合される。キャピラリが、接合パッド上に落ちるようにボールに接触する場合に、ボールは潰れ平らになる。接合パッドは一般的にアルミニウムから作られることから、接合パッドの表面上には薄い酸化物が形成される。適切な接合をなすために、酸化物の表面を壊し、アルミニウムの面を露出させることが好ましい。酸化物を壊す効果的な方法は、ワイヤボールで酸化物の面をこすることである。ワイヤボールは、酸化アルミニウムの面上に置かれ、キャピラリは、キャピラリに取り付けられた超音波ホーン内に配置された圧電素子の伸縮によって、直線方向に敏速に移動する。接合パッドを通じて加えられる熱に加え、敏速な動作が、ワイヤと接合パッドとの間に効果的な接合をもたらす。
【０００６】
その後、キャピラリは、ルーピング（looping）の間にワイヤを操作し、キャピラリ内外の両方へ接合ワイヤを円滑に搬送する。キャピラリは、ステッチ（stitch）ボンディング及びタック（tack）又はテール（tail）ボンディングをなす。
【０００７】
現在、サーモソニックワイヤボンディングが、半導体デバイスのそれらの支持基板に対する相互接続用に、選択される処理である。サーモソニックボンディング処理は、可動であるボンドヘッドに取り付けられたトランスデューサから、半導体デバイス又は支持基板に溶接されるボール又はワイヤへの、例えばキャピラリ又はウェッジ等のツールを通じた超音波エネルギーの移動にある程度依存している。
【０００８】
従来のキャピラリ（ボンディングツール）では、ボール／ワイヤの相互接続パッドの海面領域へのエネルギー移動を変更するために、ボンディングツールの機械的な構造が設計されることはなかった。本願発明者は、ツールの超音波の減衰の制御が、ボンディング処理及びその性能を制御するのに重要であると判断した。
【０００９】
しかしながら、従来のボンディングツールの設計は不完全であり、これは、従来のボンディングツールの設計が、相互接続の間隔やワイヤ接合のループ高さに基づくものであり、また、超音波の減衰を制御することを考慮しないことからである。
【００１０】
図１は、従来のボンディングツールを示す図である。図１に示されるように、ボンディングツール１００は、円筒部１０２と、テーパ部１０４とを有している。軸方向の通路１０８が、ボンディングツール１００の端部１１０から先端部１０４まで延びている。ボンディングワイヤ（不図示）が、基板（不図示）上での結果としてのボンディングのために、軸方向の通路１０８及び先端部１０６を通過する。
【００１１】
（発明の概要）
前述した従来のボンディングツールの問題点を解決するために、本発明は、ツールの減衰の方向及びゲイン（gain）を制御し得るボンディングツールに関する。
【００１２】
ボンディングツールは、実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分と、該第１の円筒部分の一端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、上記第１の直径よりも小さい実質的に均一な第２の直径を有する第２の円筒部分と、所定のテーパを有し、その第１の端部が上記第２の円筒部分の一端部に連結される第３の部分と、を有している。
【００１３】
本発明の別の様相によれば、ボンディングツールは、実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分と、該第１の円筒部分の第１の端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、ｉ）上記第１の円筒部分の第１の直径に実質的に等しい直径と、ｉｉ）上記第２の円筒部分の長さの少なくとも一部に沿った平面領域とを備えた第２の円筒部分と、所定のテーパを有し、その第１の端部が上記第２の円筒部分の一端部に連結される第３の部分と、を有している。
【００１４】
本発明の更に別の様相によれば、ボンディングツールは、実質的に均一な第１の直径を有する第１の部分であって、その長さの少なくとも一部に沿って形成された平面部を備えた第１の部分と、該第１の部分の一端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、上記第１の直径にほぼ等しい実質的に均一な第２の直径を有する第２の円筒部分と、所定のテーパを有し、その第１の端部が上記第２の円筒部分の第２の端部に連結される第３の部分と、を有している。
【００１５】
本発明の更に他の様相によれば、ボンディングツールは、実質的に均一な第１の直径を有する第１の円筒部分と、該第１の円筒部分の一端部に連結される第１の端部を有する第２の円筒部分であって、ｉ）上記第１の直径よりも小さい実質的に均一な第２の直径と、ｉｉ）上記第２の円筒部分の長さの少なくとも一部に沿った平面領域とを備えた第２の円筒部分と、を有している。
【００１６】
本発明の１つの様相によれば、ボンディングツールは、材料の単一部品から形成される。
【００１７】
本発明の他の様相によれば、移行部が、上記第１の部分と第２の部分との間に連結される。
【００１８】
本発明の更に別の様相によれば、上記テーパ部が、その一端部にて、別のテーパ部を有している。
【００１９】
本発明の更に他の様相によれば、位置決めガイドが、上記ボンディングツールの第１の部分の第２の端部に配置される。
【００２０】
これら及び他の発明の様相は、本発明の例示的な実施態様の図面及び記載を参照しつつ、以下に説明される。
【００２１】
（詳細な説明）
本発明は、ボンディングツールの長さに沿った重量分布を変化させることにより、従来のキャピラリのボンディングツールの欠点を克服する。最終的なボンディングツールは、従来のボンディングツールと比較して、基板上にボンドを形成するための超音波エネルギーが少なくて済む。超音波減衰の方向は、ここに記述される適切な設計により制御され調整され得る。
【００２２】
超音波ボンディングツールの設計は、超音波トランスデューサにより駆動されるツールの動作を数学的に記述することにより実現され得る。かかるシステムは、数式（１）に示されるように、片持り梁（cantilever beam）によりあらわされる。
数式（１）
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ここで、Ｅは弾性率であり、Ｉは慣性モーメントであり、ｍは重量分布であり、ｚは可動支持体からの距離であり、ｘは上記梁に垂直な変位であり、ｘ０は上記可動支持体の動作を表している。
【００２３】
数式（１）の境界条件は、
2004531897.tif 000004
ここで、ｌは片持ち梁の長さであり、Ｖは剪断である。
【００２４】
図２は、数式（１）によるボンディングツールのレスポンスを示している。図２に示されるように、ボンディングツールの設計に関して、片持ち梁２００は、ボンディングツール，符号２０４で示すトランスデューサ２０２の動作ｘ０、及び、符号２０６で示すボンディングツールのレスポンス動作ｘ（ｚ，ｔ）を表している。重量及び慣性モーメントが梁に沿って変化可能であることから、これらのパラメータは、所望のボンディング超音波動作を実施すべく、ボンディングツールの構成及び“形状”を設計するために用いられ得る。
【００２５】
前述したように、従来の設計においては、所望の相互接続の間隔及びワイヤ接合のループ高さを許容することを別にすれば、慣性モーメントＩ及び重量分布ｍが、超音波減衰の目的で制御されなかった。本発明の実施形態では、断面形状及び重量分布が、超音波減衰の方向及び／又はゲインを制御するために特定されている。
【００２６】
エリア慣性モーメントＩ及び重量分布を設計する効果の例を幾つか示す。表１は、この概念の立証に関する実験の要約である。
【表１】
2004531897.tif 000005
【００２７】
図３Ａ−３Ｇは、本発明の第１の実施形態に係るキャピラリボンディングツールの種々の図である。図３Ａ及び３Ｄは、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係るボンディングツール３００の側面図及び斜視図である。図３Ａに示されるように、ボンディングツール３００は、上側の円筒部３０２，下側の円筒部３０４及び円錐部３０６を有している。上側の円筒部３０２と下側の円筒部３０４との間には、移行領域３１２が位置している。この実施形態では、移行領域３１２が勾配付きの形状を有している。しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、移行領域３１２は、図３Ｅに示される湾曲形状３１２Ａ等の他の形状を有することもできる。しかし、移行領域３１２を介したエネルギーの円滑な移行を維持するには、移行領域３１２が、それが、上側円筒部３０２と下側円筒部３０４との間の単なる“段下げ（step down）”からなる場合にもたらされるような鋭い縁部を有しないことが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、ボンディングツール３００の全長３０１が約０．３００と０．６００インチとの間（７．６２〜１５．７４８ｍｍ）であり、好ましくは、約０．４３７インチ（１１．０ｍｍ）である。上側の円筒部３０２は、約０．０６２５と０．０８６６インチとの間（１．５８７５〜２．２０ｍｍ）の、好ましくは、約０．０６２５インチ（１．５９ｍｍ）の直径３０８を有している。下側の円筒部３０４は、約０．０３４２と０．０６２５インチとの間（０．８６８６８〜１．５８７５ｍｍ）の直径３１４を有し、ボンディングツール３００の端部３３２から約０．０２０と０．２７９インチ（５．０８〜７．０８６６ｍｍ）との間の位置３２８にて始まる。本発明の好適な実施形態では、直径３１４が約０．０３４２インチ（０．８６８ｍｍ）である。移行領域３１２の角度３１３は約９０°である。
【００２９】
図３Ｂは、ボンディングツール３００の縦断面説明図である。図３Ｂに示されるように、軸方向の通路３２０が、ボンディングツール３００の端部３２２から端部３３２へ延びている。この実施態様では、軸方向の通路３２０が、約２°と５°との間の、好ましくは約２°と３°との間の所定角度３２６を有する実質的に連続したテーパ形状を有している。しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、軸方向の通路３２０が、実質的に一定の直径を有する、若しくは、ボンディングツール３００の長さの一部のみにわたってテーパ部分を有することも考えられる。ボンディングツール３００の上端部３２２におけるワイヤ挿入を容易にするには、後者が好ましい。軸方向の通路の代替案が、図３Ｆ及び３Ｇに示されている。図３Ｆに示されるように、軸方向の通路３２０は、ボンディングツール３００の長さの大部分に沿って、実質的に一定の直径３３０を有している。図３Ｇでは、軸方向の通路３２０が、ボンディングツール３００の長さの大部分に沿って、実質的に一定の直径３４０を有し、また、ボンディングツール３００の端部３２２の近傍に、テーパ部分３４２を有している。
【００３０】
ボンディングツール３００の構造上の特性を維持するには、ボンディングツール３００の設計の間に、軸方向の通路３２０と外壁部３２７との間の距離が考慮されなければならない。本願発明者は、この距離を“最小壁厚”（MWT：Minimum Wall Thickness）と呼ぶ。図３Ｈには、ＭＷＴを詳細に示すボンディングツール３００の拡大断面図が示される。好適な実施形態では、ボンディングツール３００のＭＷＴ３２４が、約０．０００４と０．０１６２５インチとの間（０．０１ｍｍ〜０．４０ｍｍ）である。
【００３１】
図３Ｃには、円錐部３０６の詳細な断面説明図が示される。この図３Ｃから分かるように、先端部３１０は、円錐部３０６の下端部から延びている。本実施形態では、先端部３１０の外側角度３１８が約５°と２０°との間、好ましくは約１０°であり、また、一方、円錐部３０６の外側角度３１６は約１７°と３１°との間である。このため、移行部３３４が円錐部３０６と先端部３１０との間の移行のために用いられる。図３Ｃに示されるように、軸方向の通路３２０の角度は、円錐部３０６の長さ及び先端部３１０の長さの大部分にわたって実質的に一定のままである。しかしながら、先端部３１０の下端部では、長手軸に対する軸方向の通路３２０の角度は、約０°まで小さくなり、その結果、実質的に均一な直径の通路３３６が先端部３１０の残りの部分を通じてもたらされる。
【００３２】
前述したように、酸化アルミニウム，酸化ジルコニウム，窒化珪素，炭化珪素，炭化タングステン，ルビー，ＺＴＡ及びＡＴＺを含む材料が、キャピラリボンディングツールを構成するために用いられる。例示的なボンディングツールは、前述した材料を機械加工及び／又は成形することにより、単一部品として形成されることが考えられる。
【００３３】
第１の実施形態と第２の実施形態との間の顕著な差異は、下側部４０４が、その両側で互いに平行な平面部４０３，４０５を有することである。本実施形態では、平面部４０３と４０５との距離４１４が約０．０３４５と０．０６２５インチとの間（０．８７６３〜１．５８７５ｍｍ）である。別の差異は、下側部４０４が、上側部４０２の直径４０８と実質的に同じ直径を有することである。好適な実施形態では、下側部４０４の直径が、上側部４０２のそれに同じである。図４Ｃは、下側部４０４の平面部４０３，４０５と直径４０８との関係を示す、図４ＡのＣ−Ｃ線に沿った断面説明図である。
【００３４】
図４Ｂは、ボンディングツール４００の縦断面説明図である。図４Ｂに示されるように、軸方向の通路４２０は、ボンディングツール４００の端部４２２から端部４３２まで延びている。本実施形態では、軸方向の通路４２０が、約２°と５°との間の、好ましくは約２°と３°との間の所定角度４２６（図４Ｄにて詳細に示される）を有する実質的に連続したテーパ形状を有している。しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、軸方向の通路４２０が、上記第１の実施形態と同様に、実質的に一定の直径を有する、又は、ボンディングツール４００の長さの一部のみにわたりテーパを有することが考えられる。上記第１の実施形態と同様に、移行領域４１２，４１３が、それぞれ、平面部４０３，４０５の領域において、上側円筒部４０２から下側部４０４への移行のために用いられる。移行領域４１２，４１３は、勾配付き形状（平面）を有するように図４Ｂに示されるものの、図３Ｄに示されるものと同様の湾曲面等の非平面が用いられ得る。
【００３５】
本願発明者は、非対称形状を有することにより、第２の実施形態によるボンディングツールが、ｙ軸に沿った剛性と比較して、ｘ軸に沿った異なる剛性を有することを見出した。この差は、平面部４０３，４０５の長さ及び／又は幅を変えることにより制御され得る。当業者に理解されるように、平面部４０３，４０５の幅は、それらの距離４１４に直接に関係している。つまり、平面部４０３，４０５の幅が大きくなるほど、それらの距離４１４は小さくなる。
【００３６】
他の全ての点で、第２の実施形態は、上記第２の実施形態と同様である。
【００３７】
図５には、グラフ５００が示される。図５では、グラフ５００が、トランスデューサ取付け部（不図示）から自由な接合端部（先端部３１０，４１０）までの、ボンディングツール３００，４００の長さに沿った超音波の負荷による、ボンディングツール３００，４００の変位２０６（図２に示される）における下側部３０４，４０４の減少した重量の効果をプロットする。図５では、縦軸が、インチであらわすトランスデューサの底部からの位置であり、横軸が、μｍであらわすボンディングツールの変位である。グラフ５００は、下側部３０４，４０４の位置及び幾何学構造が異なる種々のボンディングツールに関してプロットされたものである。図５では、固定周波数における超音波エネルギーによる０変位のツール動作の位置が、節（node）５０２として示されている。本発明では、下側部３０４，４０４の重量が、ボンディングツール３００，４００の節を５０２に位置決めすべく調整される。本願発明者は、節を５０２に位置決めすべく下側部３０４，４０４の重量を調整することが、ボンディングツールの効率を最大にすると判断した。図５では、プロット５０４が、従来の（基準の）ボンディングツールのレスポンスを示し、また、プロット５０６−５１８が、本発明の実施形態によるボンディングツールのレスポンスを示している。
【００３８】
図６では、グラフ６００が、一定のツール先端部の変位に関した共鳴周波数に対する超音波エネルギーをプロットしている。図６では、共鳴点６０２−６２４が示され、曲線６２６としてプロットされている。図６に示されるように、点６２４は、従来の基準のツールをあらわし、（点６０２−６２２として示される）本発明によるツールと比較して、著しく高いエネルギーの要求を示している。グラフ６００は、下側部３０４，４０４におけるボンディングツール３００，４００の重量を調整することが、エネルギーの要求を相当に小さくすることを示している。
【００３９】
図７では、グラフ７００が、本発明によるボンディングツール及び従来のボンディングツールの変位をプロットしている。図７に示されるように、本実施形態にて示される形状物の機械加工による、その幾何学構造がエリア慣性モーメントＩの制御により最適化されたボンディングツールの変位は、標準的なシャンク（shank）ボンディングツールのそれよりも大きい。図７からは、ワイヤボンディングに関し、先端部の変位のプロットが、本発明による制御された幾何学構造のキャピラリの使用前（曲線７０２）及び使用後（曲線７０４）の両方にて、標準的なボンディングツールのそれ（曲線７０６）よりも大きいことが分かる。
【００４０】
本願発明者は、また、例示的なボンディングツールの制御された減衰により一層高品位の接合がもたらされると判断した。表２は、種々のボンディングツール，ボンディング（超音波）エネルギー，接合力、及び、接合を壊すのに要される剪断力をあらわすデータの集まりである。明示されるように、例示的なボンディングツールは、従来のボンディングツールの５０％よりも小さいエネルギーを用いつつ、優れた剪断抵抗をあらわす接合をもたらした。
【表２】
2004531897.tif 000006
【００４１】
表３は、従来のボンディングツールと比較して、本発明によるボンディングツールにより形成される接合の優れた引っ張り抵抗を示すデータの集まりである。
【表３】
2004531897.tif 000007
【００４２】
図８は、超音波トランスデューサ８００を備えた例示的なボンディングツール３００，４００の相互関係を示す図である。図８に示されるように、ボンディングツール３００，４００は、超音波トランスデューサ８００の孔部８０４内に挿入される。
【００４３】
第２の実施形態に関して前述されたボンディングツール４００は、下側部４０４における平面領域４０３，４０５の位置決めによる方向特性を有している。結果として、効率的な方法で、直交軸に対し、１本の軸に沿ってより多くの超音波エネルギーを指向させるには、超音波トランスデューサ８００内でボンディングツール４００を方向付けることが好ましい。適切な方向付けを保証する１つの方法は、超音波トランスデューサ上の同様の位置決め手段（locator）と噛み合うボンディングツール４００上の位置決め手段を配置することである。幾つかの手段が、図９Ａ−９Ｆを参照して説明される。
【００４４】
図９Ａ−９Ｆには、超音波トランスデューサ８００（図８に示す）内でトランスデューサ４００を方向付けるための手段が示される。図９Ａでは、ボンディングツール４００の上側部に沿って配置された位置決め用平坦部９００が示される。図９Ｂでは、ボンディングツール４００の上側部に沿って置かれた勾配付きの位置決め用平坦部９０２が示される。勾配付き平面は、ボンディングツール４００の長手軸に対して角度γで形成される。
【００４５】
図９Ｃには、ボンディングツール４００の上側部に沿って配置される位置決め用鍵穴９０４が示される。本実施形態では、鍵穴９０４が、長手軸に直交する均一の深さを有している。しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、図９Ｄ−９Ｆに示されるように、上記鍵穴は、鍵穴９０６等の勾配付きの形状，湾曲した若しくは楕円の形状９０８、又は、刻み目形状９１０を有してもよい。前述した方向付けの手段に関して、位置決め手段（９００，９０２，９０４，９０６等）は、特定のボンディング条件に依存して、平面部４０３，４０５と同じ平面に沿って、若しくは、それに直交して配置され得る。このように、エネルギー効率は、所望の方向にて最大にされ得る。
【００４６】
図１０Ａ−１０Ｄには、ボンディングツール（図９Ａ及び９Ｂに示される）との噛合いに関した超音波トランスデューサ８００の詳細部が示される。図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ、超音波トランスデューサ８００の端部の平面図及び縦断面図である。図１０Ａ及び１０Ｂから分かるように、超音波トランスデューサ８００には、位置決め用平坦部９００（図９Ａに示される）と噛合うべく、平坦部１００２を有する孔部１０００が形成されている。これにより、ボンディングツール４００が超音波トランスデューサ８００内で適切に方向付けられ、所望の接合方向に沿って優れたエネルギー効率がもたらされる。同様に、図１０Ｃは、勾配付きの位置決め用平坦部９０２（図９Ｂに示される）と噛合うべく、勾配付きの平坦部１００６を有する孔部１００４を示している。図１０Ｃに示されるように、孔部１００４の平坦部１１０６は、勾配付き平坦部９０２の角度と同様の角度γをなすように形成されている。図１０Ｄは、孔部１０００，１００４を示す超音波トランスデューサ８００の端部の斜視図である。
【００４７】
同様に、図１１Ａ−１１Ｅは、適切な位置決め用鍵穴９０４，９０６，９０８，９１０（図９Ｃ−９Ｆに示される）と噛合うべく、突出部１１０２，１１０４，１１０６を有する超音波トランスデューサ８００における孔部１１００を示している。これらの図には示されないが、突出部１１０２は、勾配付きの鍵穴９０６（図９Ｄに示される）と噛合うべく、所定の角度をなすように形成されてもよいことが理解される。また、特に図示しないが、鍵穴９０８，９１０は、ボンディングツールの長手方向に対して所定の角度をなすように形成されてもよいことが理解される。これに対して、突出部１１０４，１１０６が、それぞれ、これらの勾配付きの鍵穴と噛合うべく、適切な角度をなすように形成されてもよい。
【００４８】
本発明の第３の実施形態が、図１２Ａ−１２Ｃに示されている。図１２Ａは、本発明の第３の実施形態によるボンディングツール１２００の縦断面説明図である。図１２Ａに示されるように、ボンディングツール１２００は、上側部１２０２，下側円筒部１２０４及び円錐部１２０６を有している。平面領域１２０３が、上側部１２０２の長さ方向に沿って広がる。この実施形態では、平面領域１２０３が、ボンディングツール１２００の重量及び慣性モーメントの両方を変えるために有用であり、また、超音波トランスデューサ内でボンディングツール１２００を位置合わせするための手段をもたらす。
【００４９】
本実施形態では、平面領域１２０３の長さが、約０．１７７インチ（４．５０ｍｍ）であり、下側円筒部１２０４の直径が、約０．０６２５インチ（１．５９ｍｍ）であり、また、平面領域１２０３と該平面領域の反対側にある上側部１２０２の外壁部との間の距離は、少なくとも０．０５インチ（１．２７ｍｍ）である。上記第１の実施形態について前述したように、平面領域１２０３と軸方向の通路１２２０の内壁部との間のＭＷＴ（例えば図３Ｈに示される）は、ツールの品位のために維持される必要がある。その他の全ての点では、この実施形態は、上記第１及び第２の実施形態と同様である。
【００５０】
本発明の第４の実施形態が、図１３Ａ−１３Ｄに示されている。図１３Ａは、本発明の第４の実施形態によるボンディングツール１３００の側面図である。図１３Ａに示されるように、ボンディングツール１３００は、上側円筒部１３０２，下側部１３０４及び円錐部１３０６を有している。平面領域１３０３，１３０５が、下側部１３０２の長さ方向に沿って広がる。第４の実施形態は、上記第１及び第２の実施形態の組合せである。この実施形態では、下側部及び平面領域１３０３，１３０５が、ボンディングツール１３００の重量及び慣性モーメントを変え、これにより、ボンディングツール１３００の減衰が作用される。
【００５１】
図１３Ｂは、孔部１３２０を示すボンディングツール１３００の縦断面説明図である。図１３Ｃは、上側円筒部１３０２，下側部１３０４及び平面領域１３０３，１３０５巻の関係を示すボンディングツール１３００の平面図であり、また、図１３Ｄは、ボンディングツール１３００の斜視図である。上記第１の実施形態について前述したように、平面領域１３０３と軸方向の通路１３２０の内壁部との間のＭＷＴ（例えば図３Ｈに示される）は、ツールの品位のために維持される必要がある。その他の全ての点では、この実施形態は、上記第１及び第２の実施形態と同様である。
【００５２】
本発明は、幾つかの実施形態に関して説明されたが、これに限定されることはない。むしろ、添付された特許請求の範囲は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、当業者によりなされ得る本発明の他の変形及び態様を含むように構成されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来のボンディングツールの側面図である。
【図２】トランスデューサ動作に関したボンディングツールのレスポンスを示す図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第１の図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第２の図である。
【図３Ｃ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第３の図である。
【図３Ｄ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第４の図である。
【図３Ｅ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第５の図である。
【図３Ｆ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第６の図である。
【図３Ｇ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第７の図である。
【図３Ｈ】本発明の第１の実施態様によるボンディングツールの第８の図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施態様によるボンディングツールの第１の図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施態様によるボンディングツールの第２の図である。
【図４Ｃ】本発明の第２の実施態様によるボンディングツールの第３の図である。
【図４Ｄ】本発明の第２の実施態様によるボンディングツールの第４の図である。
【図４Ｅ】本発明の第２の実施態様によるボンディングツールの第５の図である。
【図５】本発明の一実施形態によるボンディングツールに関する超音波エネルギーの効果をプロットしたグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるボンディングツールに関する共鳴周波数に対する超音波エネルギーをプロットしたグラフである。
【図７】本発明の一実施形態によるボンディングツールに関するキャピラリの変位をプロットしたグラフである。
【図８】超音波トランスデューサとのボンディングツールの相互関係を示す図である。
【図９Ａ】超音波トランスデューサ内における、ボンディングツール方向付け手段の第１の図である。
【図９Ｂ】超音波トランスデューサ内における、ボンディングツール方向付け手段の第２の図である。
【図９Ｃ】超音波トランスデューサ内における、ボンディングツール方向付け手段の第３の図である。
【図９Ｄ】超音波トランスデューサ内における、ボンディングツール方向付け手段の第４の図である。
【図９Ｅ】超音波トランスデューサ内における、ボンディングツール方向付け手段の第５の図である。
【図９Ｆ】超音波トランスデューサ内における、ボンディングツール方向付け手段の第６の図である。
【図１０Ａ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第１の図である。
【図１０Ｂ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第２の図である。
【図１０Ｃ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第３の図である。
【図１０Ｄ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第４の図である。
【図１１Ａ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第５の図である。
【図１１Ｂ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第６の図である。
【図１１Ｃ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第７の図である。
【図１１Ｄ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第８の図である。
【図１１Ｅ】図９Ａ−９Ｆのボンディングツールとの噛合せに関した、超音波トランスデューサの詳細部を示す第９の図である。
【図１２Ａ】本発明の第３の実施態様によるボンディングツールの第１の図である。
【図１２Ｂ】本発明の第３の実施態様によるボンディングツールの第２の図である。
【図１２Ｃ】本発明の第３の実施態様によるボンディングツールの第３の図である。
【図１３Ａ】本発明の第４の実施態様によるボンディングツールの第１の図である。
【図１３Ｂ】本発明の第４の実施態様によるボンディングツールの第２の図である。
【図１３Ｃ】本発明の第４の実施態様によるボンディングツールの第３の図である。
【図１３Ｄ】本発明の第４の実施態様によるボンディングツールの第４の図である。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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