(57)【要約】【課題】ボンディングを確実に行うことができるワイヤーボンディング用キャピラリーおよび電子部品組立装置を提供する。【解決手段】中心軸線ｏ−ｏに略沿って貫通する中空部１２を形成した筒状をなす本体１１と；中空部の先端開口周囲１２ａに位置して突出部１３を形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と段差ａをもって形成されたフェイス面１４を有するフェイス部１５と；を具備するワイヤーボンディング用キャピラリー１０を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線に略沿って貫通する中空部を形成した筒状をなす本体と；
中空部の先端開口周囲に位置して突出部を形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と段差をもって形成されたフェイス面を有するフェイス部と；
を具備することを特徴とするワイヤーボンディング用キャピラリー。
【請求項２】
前記突出部の突出面は、中空部の先端開口周囲直近からフェイス面に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成したことを特徴とする請求項１記載のワイヤーボンディング用キャピラリー。
【請求項３】
導電体ワイヤーが挿通された請求項１または２記載のワイヤーボンディング用キャピラリーと；
ワイヤーボンディング用キャピラリーが設けられる装置本体と；
を具備することを特徴とする電子部品組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の電子部品の組み立て工程に用いられるワイヤーボンディング用キャピラリーおよび電子部品組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種、半導体等の電子部品の組み立て工程は、基板上に配設された電極に、キャピラリーを介して金線の先端に金ボールを形成し、金ボールを電極に溶着する１次ボンディングと、１次ボンディングされた金線をインナーリードに直接押し当てて溶着する２次ボンディングから構成されている。
【０００３】
これら１次および２次ボンディングを確実に行うために、各種の改良が行われている。例えば、下記の特許文献１には、キャピラリーの底面中央に略円錐形空間のインナーチャンバーを形成し、インナーチャンバーの下端周縁からキャピラリー底面外縁にかけて傾斜状の傾斜押圧面を形成し、インナーチャンバーの円錐角度を約１３０度、傾斜押圧面の傾斜角度を約４度として、１次ボンディングにおける金ボールの押圧を確実に行うと共に、２次ボンディングで金線を押し潰す押圧力が均等にかかるようにして溶着効果を向上させるものが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２８４５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記工程によりボンディングされた金線の引張り強度試験を行うと、２次ボンディングを行った側が剥離して断線状態となるケースが多く発生する。これは、１次ボンディングでは金ボールを形成し、それを押し潰して溶着させるために溶着面積を広く取ることができ引張り強度が強くなる。一方、２次ボンディングでは金線のほんの一部を溶着させることから、金線の溶着量が少なくなり溶着面積が小さくなって溶着不良が生じ強度が弱くなる。また、２次ボンディングでは最後に金線を引っ張って切断するために、溶着部分に剥離方向の応力が働き、溶着不良が生じて一層引張り強度が弱くなるためである。
【０００５】
このため、この種、半導体等の電子部品の組み立て工程におけるワイヤーボンディングにおいては、如何に２次ボンディングを確実に行い、その引っ張り強度を向上させるかが重要な課題となっている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ボンディングを確実に行うことができるワイヤーボンディング用キャピラリーおよび電子部品組立装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のワイヤーボンディング用キャピラリーの発明は、中心軸線に略沿って貫通する中空部を形成した筒状をなす本体と；中空部の先端開口周囲に位置して突出部を形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と段差をもって形成されたフェイス面を有するフェイス部と；を具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、中空部の先端開口周囲に位置して突出部を形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と段差をもって形成されたフェイス面を有するフェイス部により、ボンディングにおいて、溶着させるワイヤーの溶着量を多くして溶着面積を広くすることが可能となる。
【０００８】
本発明のワイヤーボンディング用キャピラリーは、ＬＳＩ、ＩＣ、ＬＥＤ等の半導体の組み立て工程に用いられることが好適であるが、半導体以外の例えば、チップ部品等小型の他の電子部品に用いられてもよい。
【０００９】
本発明において、本体は、ルビー、サファイヤなどのアルミナ単結晶体、アルミナ粉末を焼結して得られたアルミナ多結晶体、さらにはＳｉＣ単結晶体等で構成されたものが許容され、形状は円筒形をなしていることが好ましいが、４角形、６角形、８角形等の角形の筒体でもよく、要は、中心軸線に略沿って貫通する中空部を形成した筒形の形状をなしていればよい。
【００１０】
中空部は、金線等の導電体ワイヤーを挿通させるための貫通した孔で構成したものが許容され、その孔の断面形状は円形や楕円形でも、４角形、６角形、８角形等の角形でもよく導電体ワイヤーが自由に移動できるような形状をなしていればよい。
【００１１】
フェイス部は、中空部の先端開口周囲に位置して形成した突出部により、１次ボンディングにおいて導電体ワイヤーのボールを押し潰して溶着すると共に、２次ボンディングにおいて、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と段差をもって形成されたフェイス面により空間部を形成し、溶着させる導電体ワイヤーの溶着量を多くして溶着面積を広くすることを可能となすものであり、突出部の突出寸法、換言すれば、段差の高さ寸法は、導電体ワイヤーの線径より小さく形成されたものであればよい。
【００１２】
フェイス面の形状は、略水平な平坦な面で形成されていることが好ましいが、表面を粗く加工してもよい。また、軸心を中心に溝を放射状に多数形成してもよい。水平でなく本体外周に向けて広がるように傾斜させた平坦な面、若しくは粗く加工した面で構成してもよい。さらに、段差を２段、３段等、複数段に形成し、本体の外周に向かい段階的に段差が大きくなるように形成してもよい。
【００１３】
突出部の突出面は、中空部の先端開口周囲直近からフェイス面に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成することが好ましいが、円弧でなく角をもった形状で連続して突出するように形成したものであってもよい。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のワイヤーボンディング用キャピラリーにおいて、前記突出部の突出面は、中空部の先端開口周囲直近からフェイス面に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成したことを特徴とする。
【００１５】
突出面の略円弧状をなす形状は、突出面全てが略円弧をなす形状で連続していても、一部に略直線状をなす部分が含まれて連続したものであってもよい。また、略円弧状をなす形状は、μｍ単位の微細な加工を行う微小なキャピラリーを構成する際に、必然的に形成される略円弧状をなす形状であってもよい。
【００１６】
請求項３記載の電子部品組立装置の発明は、導電体ワイヤーが挿通された請求項１または２記載のワイヤーボンディング用キャピラリーと；ワイヤーボンディング用キャピラリーが設けられる装置本体と；を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、中空部の先端開口周囲に位置して突出部を形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と段差をもって形成されたフェイス面を有するフェイス部により、ボンディングにおいて、溶着させるワイヤーの溶着量を多くして溶着面積を広くすることが可能となり引張り強度を強くすることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、突出部の突出面は、中空部の先端開口周囲直近からフェイス面に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成したので、磨耗により消耗し易い角部分がなく突出部の所期の形状が長期にわたり確保されると共に、加工し易いワイヤーボンディング用キャピラリーを提供することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、導電体ワイヤーが挿通された請求項１または２記載のワイヤーボンディング用キャピラリーと、ワイヤーボンディング用キャピラリーが設けられる装置本体により、ボンディングにおいて、溶着させるワイヤーの溶着量を多くして溶着面積を広くすることが可能となり引張り強度を強くすることができる電子部品組立装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るワイヤーボンディング用キャピラリーおよび電子部品組立装置の実施形態につき図に従って説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例のワイヤーボンディング用のキャピラリー１０を示し、筒状をなす本体１１と、本体に形成した中空部１２と、中空部に形成した突出部１３および突出部の外周に形成されたフェイス面１４を有するフェイス部１５で構成する。
【００２２】
本体１１は、セラミック体からなり中心軸線ｏ−ｏに略沿って貫通する中空部１２を形成した円筒状をなしている。中空部１２は、後述する金線等の導電体ワイヤーを挿通させるための貫通した孔で構成し、孔の断面形状は円形をなし、導電体ワイヤーが自由に移動できるように構成する。
【００２３】
中空部１２の先端開口周囲１２ａに位置してリング状の突出部１３を一体に形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と小さな段差ａをもって略水平な平坦な面からなるフェイス面１４を形成しフェイス部１５を構成する。突出部１３の突出寸法、換言すれば、段差ａの高さ寸法Ａは、導電体ワイヤーの線径より小さく、本実施例では、線径Φ１が約２０〜３０μｍの金線に対して、約５〜１２μｍの寸法に形成する。突出部１３の突出面１３ａは、中空部１２の先端開口周囲１２ａ直近からフェイス面１４に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成する（図１（ｃ））。
【００２４】
次に、上記に構成されたワイヤーボンディング用キャピラリー１０を用いた本発明の電子部品組立装置を構成する半導体組立装置について図２に従い説明する。半導体組立装置２０は、ワイヤーボンディング用キャピラリー１０が設けられる装置本体Ｍで構成される。すなわち、装置本体Ｍには基板２１が設置され、基板上にシリコンチップ２２が配設される。チップの上面にアルミニウムからなる複数個の電極２２ａが形成され、チップの周囲にアルミニウムからなるインナーリード２３が配設されている。また、チップの上方に位置して上記構成のキャピラリー１０が設置され、キャピラリーには、金、銅などの導電体からなるワイヤー、本実施例では線径Φ１が約２０〜３０μｍの金線２４が使用され、貫通する中空部１２内に挿通されている。
【００２５】
図中、２５は金線２４を保持すると共に金線を上下に移動させるためのクランパ、２６は金線の先端に金ボールを形成するためのアーク発生器、２７はキャピラリーの本体１１に超音波振動を与え超音波溶接を行うための超音波発生装置である。
【００２６】
次に、上記のように本発明のワイヤーボンディング用キャピラリー１０を組み込んだ半導体組立装置２０により半導体を組み立てる工程について説明する。先ず、図３（ａ）に示すようにキャピラリー１０の中空部１２の先端開口周囲１２ａから突出した金線２４の先端部に向かってアーク発生器２６からアークを発生させ、金線の先端に球状をなす金ボール２４ａを形成する。
【００２７】
この際、突出部１３の突出面１３ａは、中空部１２の先端開口周囲１２ａ直近からフェイス面１４に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成されており、金ボール２４ａの上面は突出面１３ａの略円弧状をなす面に沿って成長し中空部の先端開口周囲１２ａに囲まれるようにして形成される。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、キャピラリー１０を下降させる。これにより、中空部の先端開口周囲１２ａに形成された突出部１３の外周に、突出部の先端が最も突出するように突出部と小さな段差ａをもって形成されたフェイス面１４を金ボール２４ａの上面に押し当てながら、金ボールの下面をチップの電極２２ａ上面に向かって押圧し、金ボールを押し潰してスタッドバンプ２４ｂを形成する。その後、直ちに超音波発生装置２７を作動させてキャピラリー１０を超音波振動させ、スタッドバンプ２４ｂを電極２２ａに超音波溶接して溶着させ１次ボンディングを行う（図４）。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に示すように、キャピラリー１０を上方に引き上げインナーリード２３の上方に移動させて２次ボンディングが行われる。すなわち、キャピラリー１０を、金線２４を繰り出しながらインナーリード２３の上方に移動させ、さらにキャピラリー１０を下降させる。これにより、図３（ｄ）および図５に示すように金線２４の途中部分が、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と小さな段差ａをもって形成されたフェイス面１４内に収容されながら、その一部（先端部分）が突出部１３および突出部と段差ａをもって形成されたフェイス面１４によってインナーリード２３の上面に押し当てられる。その後、直ちに超音波発生装置２７を作動させてキャピラリー１０を超音波振動させ、金線の途中をインナーリード２３の上面に超音波溶接して溶着する。
【００３０】
この際、図５（ａ）に示されるように、突出部１３の外周に突出部と段差ａをもって形成されたフェイス面１４により、基板２１との間に空間部ｓが形成され、金線２４の途中部分が長めに収容されるので、溶着させる金線２４の溶着量を多くすることができる。これにより、溶着面積を広くすることができる。同時に、突出部１３の突出寸法、換言すれば、段差の高さ寸法Ａが金線２４の線径Φ１より小さく形成されているので、金線を十分に圧着することができると共に、突出部１３の突出面１３ａによりさらに十分に圧着される。さらに、フェイス面１４は平坦な面で構成されており、金線は略均等に圧着される。
【００３１】
次に、上記のように金線２４の途中をインナーリード２３の上面に超音波溶接して溶着した後、図３（ｅ）に示すように、キャピラリー１０を引き上げ、さらにクランパ２５により金線２４を引っ張り上げる。これにより、図５（ｂ）に示すように、突出部１３により圧着された部分と金線２４の圧着されていない部分（金線の中空部１２に挿通された側の部分）との境界部分ｘで切断される。この際、境界部分は、突出部１３で十分に圧着されることから、フェイス面１４で圧着された溶着部分より薄い状態で溶着されており、フェイス面１４による溶着部分に剥離方向の応力をかけることなく簡単かつ確実に切断される。
【００３２】
上記工程を繰り返すことにより、シリコンチップ２２に多数形成された電極２２ａと、多数のインナーリード２３とが金線２４により溶着され接続されて半導体が組み立てられる。
【００３３】
以上、本実施例によれば、中空部１２の先端開口周囲１２ａに位置して突出部１３を形成し、突出部の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と小さな段差ａをもって形成されたフェイス面１４により、基板２１との間に空間部ｓが形成され、２次ボンディングにおいて溶着させる金線２４の溶着量を多くすることができる。これにより、溶着面積を広くすることが可能となり金線２４とインナーリード２３との溶着を確実に行うことができ、引張り強度を強くすることができる。
【００３４】
なお、１次ボンディングにおいては、図４に示すように、突出部１３を金ボール２４ａの上面に押し当てながら、電極２２ａ上面に向かって押圧し、金ボールを押し潰してスタッドバンプ２４ｂを形成するために、スタッドバンプに凹部２４ｃが形成されることから一部に薄い溶着部分が生じて引張り強度が多少低下する。しかし、その分２次ボンディングによる金線２４とインナーリード２３との引張り強度が上昇して、１次ボンディングと２次ボンディングによる引張り強度のバランスをとることができる。このため、引張り試験を行っても、１次、２次ボンディングにおける溶着部分が剥離することが少なく、金線自体の破断が生じるようになり、溶着部分の強度がバランスよく確保できた状態になる。
【００３５】
因みに、特許文献１にも示されるような従来のキャピラリーを用いた構成と、本発明のキャピラリーを用いた構成とを、全く同じ条件（スピード、押し付け圧、超音波溶着発振振幅／周波数／時間等）でボンディングを行い、引張り強度を測定したところ、本発明では１次ボンディングを行った部分で、従来に比し平均で約２０％程度の強度低下が起こるが、ほとんどの場合、溶着部分が剥離することなく金線自体の破断が生じており、実用上十分な引張り強度を有している。また、２次ボンディング部分では従来に比し平均約６０％程度の強度の向上を図ることができた。
【００３６】
また、本実施例によれば、突出部１３の突出寸法、換言すれば、段差の高さ寸法Ａが金線２４の線径Φ１より小さく形成されているので、１次および２次ボンディングにおいて、フェイス面１４による空間部ｓに収容された金ボール２４ａまたは金線２４を十分に圧着することができると共に、突出部１３の突出面１３ａによりさらに十分に圧着され、さらに、フェイス面１４は平坦な面で構成されているので金ボール２４ａまたは金線２４は略均等に圧着され、特に、２次ボンディングにおいて、金線２４とインナーリード２３とをより一層確実に溶着することができる。
【００３７】
２次ボンディングにおいて、金線２４を切断する際、溶着部分との境界部分ｘは、突出部１３で十分に圧着された薄い状態で溶着されており、フェイス面１４による溶着部分に剥離方向の応力をかけることなく簡単かつ確実に切断されるので引張り強度を低下させることがない。
【００３８】
さらに、突出部１３の突出面１３ａは、中空部１２の先端開口周囲１２ａ直近からフェイス面１４に向けて略円弧状をなし連続して突出するように形成されており、金ボール２４ａの上面は突出面１３ａの略円弧状をなす面に沿って成長し中空部１２の先端開口周囲１２ａに囲まれるようにして形成され、金線２４の先端に確実に金ボール２４ａを形成することができる。また、磨耗により消耗し易い角部分がなく突出部１３の所期の形状が長期にわたり確保されると共に、加工し易いワイヤーボンディング用キャピラリーを提供することができる。
【００３９】
因みに、図６（ａ）に示すように、角ｃによって突出部１３が形成された場合、図６（ｂ）に示すように長年の使用で角ｃの部分が削れて消耗し、突出部１３の突出寸法、換言すれば、段差の高さ寸法Ａ´が低くなり、空間部ｓが狭くなって所定の量の溶着量を確保できなくなる恐れがある。
【００４０】
以上、本実施例において、突出部１３の外周に突出部の先端が最も突出するように突出部と小さな段差ａをもって形成されたフェイス面１４は、略水平な平坦な面で形成したが、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、表面を粗く加工して粗面ｙを形成してもよい。また、図７（ｄ）（ｅ）に示すように、溝幅が金線２４の線径Φ１よりも狭く所定の角度Ｄを持って傾斜する溝ｇを、軸心ｏ−ｏを中心に放射状に多数形成してもよい。これら図７に示される構成によれば、キャピラリー１０を下降して金線２４を圧着した際に、金線が粗面ｙや溝ｇにも食い込み、溶着させるための金線２４の溶着量をさらに増やすことができる。
【００４１】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、略水平ではなく本体外周に向けて所定の角度Ｅをもって広がるように傾斜させた平坦な面、若しくは粗面で構成して溶着させるための金線２４の溶着量をさらに増やすようにしてもよい。さらに、図８（ｃ）（ｄ）に示すように、段差を２段に形成し、本体１１の外周に向かい段階的に段差が大きくなるように形成してもよい。段差ａの高さ寸法はＡ、段差ｂの高さ寸法はＢに構成している（Ａ＜Ｂ）。これによれば、溶着させるための金線２４の溶着量を増やすことができると共に、シリコンチップ２２の厚さに応じて調整するキャピラリー１０の下降寸法の誤差を吸収することが可能となる。
【００４２】
すなわち、キャピラリー１０の下降寸法は、溶着の際の圧力を一定にするために、チップ２２の厚さに応じて設定する必要がある。しかし、チップ自体が約１０μｍ程度の寸法であり、その調整は極めて難しく多少の誤差が発生する。しかし、フェイス面１４を段階的に段差が大きくなるように形成することにより、例えば、下降寸法が大きくなるような誤差が生じた場合には、不足する金線２４の溶着量を、大きな高さ寸法Ｂを有する段差ｂの空間部ｓ１で確保する。また、下降寸法が小さくなるような誤差が生じた場合には、不足する押圧力を、小さな高さ寸法Ａを有する段差ａ（空間部ｓ２）で補うように調整することができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るワイヤーボンディング用キャピラリーを示し、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は（ａ）の底面図、（ｃ）は（ａ）の要部を拡大して示す断面図。
【図２】同じくワイヤーボンディング用キャピラリーを用いた半導体組立装置の概略を示す説明図。
【図３】同じく半導体組立装置による半導体の組立工程を概略的に示す説明図で、（ａ）は金ボールを形成する状態を示す図、（ｂ）は金ボールをシリコンチップの電極に押圧して溶着し１次ボンディングを行った状態を示す図、（ｃ）は２次ボンディングを行うためにキャピラリーをインナーリードの上方に移動する状態を示す図、（ｄ）は金線をインナーリードに溶着し２次ボンディングを行ったた状態を示す図、（ｅ）は金線を切断した状態を示す図。
【図４】同じく図３（ｂ）における溶着部分を拡大して示す断面図。
【図５】同じく図３（ｄ）における溶着部分を拡大して示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は溶着部分を上方から見た上面図。
【図６】同じく角によって突出部が形成された状態を説明するために要部を拡大して示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は角部分が消耗した状態を示す断面図。
【図７】ワイヤーボンディング用キャピラリーの変形例を示し、（ａ）は第１の変形例を示す（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は（ａ）の底面図、（ｃ）は（ａ）のフェイス面を拡大して示す断面図、（ｄ）は第２の変形例を示す（ｅ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｅ）は（ｄ）の底面図。
【図８】ワイヤーボンディング用キャピラリーの変形例を示し、（ａ）は第３の変形例を示す（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は（ａ）の底面図、（ｃ）は第４の変形例を示す（ｄ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｄ）は（ｃ）の底面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０  キャピラリー
１１  本体
１２  中空部
１２ａ  先端開口周囲
１３  突出部
１３ａ  突出面
１４  フェイス面
１５  フェイス部
２０  電子部品組立装置
Ｍ    装置本体
ａ    段差
ｏ−ｏ  中心軸線
【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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