特開 2016-105513 形状記憶合金ワイヤのウエハ・レベルでの組込方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-105513(P2016-105513A)

(43)【公開日】2016年6月9日

(54)【発明の名称】形状記憶合金ワイヤのウエハ・レベルでの組込方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20160513BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 301D

   H01L21/60 301A

   H01L21/60 301F

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-39342(P2016-39342)

(22)【出願日】2016年3月1日

(62)【分割の表示】特願2013-539798(P2013-539798)の分割

【原出願日】2011年11月22日

(31)【優先権主張番号】1001126-0

(32)【優先日】2010年11月22日

(33)【優先権主張国】SE

(71)【出願人】

【識別番号】505403267

【氏名又は名称】センスエア アーベー

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＮＳＥＡＩＲ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ブラウン、シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ニクラウス、フランク

(72)【発明者】

【氏名】フィッシェル、アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】グラディン、ヘンリク

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044AA14

5F044BB01

5F044BB09

5F044BB15

5F044CC00

5F044FF03

(57)【要約】

【課題】形状記憶合金ワイヤを基板に付着させる方法を提供する。
【解決手段】ワイヤは、基板上の３次元構造の中に機械的に付着される。本発明は、また、基板に付着された形状記憶合金ワイヤを備えたデバイスに関するものであり、ワイヤは基板上の３次元構造の中に機械的に付着されている。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤを基板に付着させる方法において、前記ワイヤは前記基板の一部である３次元構造に対し機械的に付着され、前記３次元構造は１つ以上のクランプ構造を含み、前記方法は、
前記ワイヤの一部と前記３次元構造との間に摩擦力又はアンカを生じさせる工程と、
力を加えることによって前記ワイヤを断ち切る工程と、を備え、
前記ワイヤはアンカによって第１の付着点においてアンカ構造に対し機械的に付着され、前記ワイヤと前記基板上の前記３次元構造との間に摩擦力を生じさせることによって第２の付着点において１つ以上のクランプ構造に対し付着される、方法。

【請求項2】

前記ワイヤ、前記クランプ構造、またはその両方は変形可能である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ワイヤ・ボンダを用いる間に、電気放電によって前記ワイヤの一端に、前記アンカ構造によってアンカされるフリー・エア・ボールを形成する工程と、
前記ワイヤの他端を、前記クランプ構造の少なくとも一対のカンチレバーの間にクランプされるように前記クランプ構造まで導く工程と、をさらに備える請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ワイヤは、ワイヤ・ボンダのボンド・キャピラリとボンド力とによって断ち切られる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記アンカは、前記３次元構造に前記ワイヤの前記一部をフックイン、スクイズ・フィット、または固定することを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記フリー・エア・ボールは、前記３次元構造の一部である変形可能な構造の中にスクイズ・フィットされる、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記フリー・エア・ボールは、Ｖ溝として形成される前記３次元構造の中にスクイズ・フィットされる、請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記フリー・エア・ボールは、ピストンによりスクイズ・フィットされる、請求項３〜７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記３次元構造上に金属膜が積層される、請求項３〜８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記フリー・エア・ボールは、前記３次元構造の中にスクイズ・フィットされ、ワイヤの一端に付着された別のフリー・エア・ボールに結合され、それによって断ち切られる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記フリー・エア・ボールは、接着剤を用いて前記３次元構造に対し固定される、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記３次元構造は、Ｖ溝として形成される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記３次元構造は、スナップイン構造である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記スナップイン構造は、バネ荷重を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

基板に付着されたワイヤを備えたデバイスにおいて、前記ワイヤは前記基板上の３次元構造に対し機械的に付着されるように構成されており、前記基板は１つ以上のクランプ構造を含む固定対を備え、前記ワイヤは少なくとも前記固定対によって前記基板に対し機械的に固定されワイヤ・ボンダのボンド・キャピラリと加えられる力とによって断ち切られるように構成されており、前記ワイヤは第１の付着点においてアンカ構造に対しアンカされ、前記基板上に生じる摩擦力によって第２の付着点において１つ以上のクランプ構造に対し付着される、デバイス。

【請求項16】

前記アンカ構造は、前記ワイヤ・ボンダの電気放電によって形成されるフリー・エア・ボールを有する前記ワイヤの一端にアンカされており、
前記クランプ構造は、前記ワイヤの他端において前記クランプ構造の少なくとも一対のカンチレバーの間にクランプされている、請求項１５に記載のデバイス。

【請求項17】

請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたワイヤ・ボンダであって、基板の一部である３次元構造に対し機械的に付着されるワイヤを供給するためのボンド・キャピラリを備え、１つ以上のクランプ構造を備える、ワイヤ・ボンダ。

【請求項18】

前記ワイヤはＳＭＡワイヤである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記ワイヤはＳＭＡワイヤである、請求項１５または１６に記載のデバイス。

【請求項20】

前記ワイヤはＳＭＡワイヤである、請求項１７に記載のワイヤ・ボンダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状記憶合金ワイヤを基板に付着させる方法と、基板に付着された形状記憶合金ワイヤを含むデバイスとに関する。

【背景技術】

【0002】

形状記憶合金（ＳＭＡ）は、大きな力と仕事とが必要とされるときに微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）において用いる魅力的なアクチュエータ材料である。ＳＭＡは、ＳＭＡが提供する仕事の密度が高いことにより、マイクロスケールにおけるほとんどの他の作動原理よりも性能が１桁を超えて優れている（例えば、非特許文献１参照）。

【0003】

従来、ＳＭＡ材料を微小システムの中に組み込む方法は、主に２つが存在する。第１のアプローチは、ピック・アンド・プレイス・アプローチであり、このアプローチでは、ＳＭＡ材料と微小システムとは別個に製造されて後のステップにおいて組み合わされる（例えば、非特許文献２参照）。このアプローチには、比較的低い材料コストにおいて広範囲の厚さで市販され提供されるＳＭＡのバルク材料の組込が可能であるという利点がある。しかし、ＳＭＡの組込は、デバイスごとのレベルで実行され、その結果、組立てコストが高くなる。第２のアプローチは、薄いＮｉＴｉ膜の微小構造上へのスパッタ蒸着に基づくものであり（例えば、非特許文献３参照）、これは、ウエハ・レベルの処理が可能になるという長所がある。しかし、蒸着を制御するのが困難であるため、この工程は、変態温度と変態歪みとの再現可能性に関して制限があり、ほとんどの場合、ＮｉＴｉスパッタ蒸着は、１０μｍ未満の厚さに適している（例えば、非特許文献４参照）。

【0004】

ＳＭＡワイヤのシリコン微小構造上へのウエハ・レベルでの組込は、ウエハ・レベルでの組込とＳＭＡのバルク材料の使用との両者の点で利点があり、マイクロアクチュエータに関して優れた性能を有することが示されている（例えば、非特許文献５参照）。しかし、標準的な製作工程は、現時点では、まだ確立もまたは提案もされていない。ワイヤの配置には、手動でのワイヤ取扱い、位置合わせおよび組込による特別設計のツールが要求される。これと対照的に、ワイヤ・ボンディングは、電気的な相互接続のための、極めて成熟し、コスト効率に優れ、広く利用可能なバックエンド工程である（例えば、非特許文献６参照）。信頼性、スループットおよび配置精度の点でのその非常に優れた利用可能性と高い性能のために、ボンディング速度が１秒当たり最大２２回かつ配置精度が２μｍ以内であるこの標準的な技術を用いることは非常に魅力的である。しかし、ＮｉＴｉのＳＭＡワイヤの直接的なワイヤ・ボンディングは、ＮｉＴｉ材料のビッカース硬度が金およびアルミニウムなどの一般的なワイヤ・ボンディング材料と比較して１桁高いため、適当ではない（非特許文献７参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】コール（Ｍ． Ｋｏｈｌ）ら： “Ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ”， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ， ｐｐ． ２３−２４， （２００４）

【非特許文献2】スクロバネク（Ｋ． Ｓｋｒｏｂａｎｅｋ）ら： “Ｓｔｒｅｓｓ−ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅｓ”， ＭＥＭＳ Ｐｒｏｃ．， ｐｐ． ２５６−２６１， （１９９７）

【非特許文献3】クルレビッチ（Ｐ． Ｋｒｕｌｅｖｉｔｃｈ）ら： “Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ”， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ． Ｓｙｓｔ．， ｖｏｌ． ５， ｎｏ． ４， ｐｐ． ２７０ − ８２ （１９９６）

【非特許文献4】ミヤザキ（Ｓ． Ｍｉｙａｚａｋｉ）ら： “Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｓｐｕｔｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ＴｉＮｉ−ｂａｓｅ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ”， Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｐｒｏｃ．， ｐｐ．３７２−３７７ （２００８）

【非特許文献5】クラウジ（Ｄ． Ｃｌａｕｓｉ）ら： “Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＭＡ ｗｉｒｅ ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ”， ＪＭＥＭＳ， ｖｏｌ． １９， ｎｏ． ４ （２０１０）

【非特許文献6】グレイグ（Ｗ．Ｊ． Ｇｒｅｉｇ）ら： “Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｃｋａｇｉｎｇ， ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ”， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ， ｐｐ．１０３−１２８， （２００７）

【非特許文献7】ゴール（Ｋ． Ｇａｌｌ）ら： “Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｍｉｃｒｏ−ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＮｉＴｉ ｓｈａｐｅ−ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙｓ”， Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ， ｖｏｌ． ４９， ｎｏ． １６， ｐｐ． ３２０５−３２１７ （２００１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、従来型のワイヤ・ボンディング・ツールを用いて、ＮｉＴｉのＳＭＡワイヤのシリコン基板上への第１のウエハ・レベルでの組込概念を提示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

ワイヤ・ボンダを用いたＳＭＡワイヤのウエハ・レベルでの組込により、ワイヤの高速な配置と固定とが可能になる。追加的な位置合わせのステップは必要とされない。ＮｉＴｉワイヤの硬さのために、標準的な金またはアルミニウムのパッドへのこれらのワイヤの直接的なワイヤ・ボンディングは適当ではない。本発明の教示によると、ワイヤは、その代わりに、Ｓｉのクランピング構造およびアンカ構造によって、ウエハに機械的に固定される。これらの機械的固定構造により、標準的であり修正のなされていないワイヤ・ボンダを用いることにより、ＮｉＴｉワイヤの組込が可能になる。

【0008】

ＳＭＡワイヤは、１つのアンカと１つのクランプの構造の補助により機械的に固定され、それぞれの固定対は、ウエハ・エッジの両側に配置される。
本発明の教示によると、ワイヤ・ボンダを用いる間に、電気放電によってフリー・エア・ボールが形成され、次いでこのボールがそのアンカリング構造にアンカされ、ＳＭＡワイヤが与えられ全体のウエハ領域を跨いでその第２の固定構造まで導かれ、ＳＭＡワイヤは、複数のシリコン・カンチレバーの間にクランプされ、ボンド・キャピラリおよび大きなボンド力によってワイヤを断ち切ることによって最終的に切断される。

【発明の効果】

【0009】

本発明による方法およびデバイスに最も関連する効果は、標準的なワイヤ・ボンダを用いてＳＭＡワイヤのシリコン・ベースのＭＥＭＳ構造の中への第１の組込が提供されることである。このアプローチにより、ＮｉＴｉベースのＳＭＡワイヤのシリコン・ベースのＭＥＭＳへの高速で効率的な配置、位置合わせおよび機械的付着が可能になる。ワイヤは、ウエハ上の深堀エッチングされたシリコン構造の中に機械的にアンカされクランプされる。配置の精度は、平均偏差が４μｍの高さであり、機械的クランピングは強力で、ＳＭＡワイヤの成功裏な付勢が可能になる。

【0010】

次に、本発明による方法および装置を、以下の添付の図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ウエハ・レベルでの組込概念の図。

【図2】組込フローの断面図。

【図3】３つのステップでの非等方性と等方性とが組み合わされた深堀反応性イオン・エッチングによって製造されたアンカ構造のＳＥＭ画像。

【図4】あるクランプ形状についての拡大図を伴うクランプ固定のＳＥＭ画像。

【図5】断ち切られたＳＭＡワイヤのＳＥＭ画像。

【図6】ＳＭＡワイヤの位置合わせ精度のための白色光干渉測定データを伴うグラフ。

【図7】（ａ）提示されたワイヤ固定アプローチの機械的安定性の検証を示した、赤い破線の輪郭線が高温状態にあるチップを表す断面図、（ｂ）提示されたワイヤ固定アプローチの機械的安定性の検証を示した、摂氏７０度のホットプレート上で僅かに付勢されたデバイスの画像、（ｃ）提示されたワイヤ固定アプローチの機械的安定性の検証を示した、摂氏９０度でのさらなる付勢状態にあるデバイスの画像。

【図8】基板における、ＳＭＡワイヤをフックインするためのフックイン構造を準備する概念の概略的な図。

【図9】ＳＭＡワイヤの先端のスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図10】非等方性エッチングによって製造されたシリコン基板におけるＶ溝の中へのＳＭＡワイヤの先端のスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図11】弾性変形可能な構造の中へのＳＭＡワイヤの先端のスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図12】機械的および電気的相互接続のために基板上に金属ライナを伴うＳＭＡワイヤの先端のスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図13】機械的および電気的相互接続のために基板上に金属ライナを伴うＶ溝の中へのＳＭＡワイヤの先端のスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図14】機械的および電気的相互接続のために基板上に金属ライナを伴う弾性変形可能な構造の中へのＳＭＡワイヤの先端のスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図15】フリー・エア・ボールの接着固定の概略的で単純化された図。

【図16】Ｖ溝の中へのフリー・エア・ボールの接着固定の概略的で単純化された図。

【図17】フリー・エア・ボールのスナップ固定の概略的で単純化された図。

【図18】バネ荷重を伴うフリー・エア・ボールのスナップ固定の概略的で単純化された図。

【図19】ＳＭＡワイヤのスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図20】非等方性エッチングによって製造されたシリコン基板におけるＶ溝の中へのＳＭＡワイヤのスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図21】弾性変形可能な構造の中へのＳＭＡワイヤのスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図22】機械的および電気的相互接続のために基板上に金属ライナを伴うＳＭＡワイヤのスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図23】機械的および電気的相互接続のために基板上に金属ライナを伴うＶ溝の中へのＳＭＡワイヤのスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図24】機械的および電気的相互接続のために基板上に金属ライナを伴う弾性変形可能な構造の中へのＳＭＡワイヤのスクイズ・フィットの概略的で単純化された図。

【図25】金属ライナを伴うスクイズ・フィット構造とＳＭＡワイヤとの上にボール・ボンドを備えた追加的な固定の概略的で単純化された図。

【図26】直線的なトレンチにおけるＳＭＥワイヤの接着固定の概略的で単純化された図。

【図27】Ｖの形状の溝におけるＳＭＥワイヤの接着固定の概略的で単純化された図。

【図28】クランプ・サポートとして第２の基板を備えた（ａ）直線的および（ｂ）Ｖの形状のトレンチにおけるＳＭＥワイヤの接着固定の概略的で単純化された図。

【図29】クランプ・サポートとしての第２の基板の金属ベースのボンディングを伴うスクイズ・フィット構造の概略的で単純化された図。

【図30】ワイヤのスナップ固定の概略的で単純化された図。

【図31】バネ荷重を伴うワイヤのスナップ固定の概略的で単純化された図。

【図32】ワイヤ・ボンダを用いてＳＭＡワイヤを組み込むための方法スキーム。

【図33】ワイヤ・ボンダを用いてＳＭＡワイヤを組み込み、ピストンによりワイヤをスクイズするための方法スキーム。

【発明を実施するための形態】

【0012】

ここで、ウエハ・レベルでの組込概念を図解している図１を参照して、本発明について説明する。ＳＭＡワイヤは、アンカ構造とクランプ構造との補助によって、機械的に固定される。それぞれの固定対は、ウエハ・エッジの両側に配置される。

【0013】

基本的な組込概念が、図１に示されている。ＳＭＡワイヤの組込は、ウエハ・レベルの組込とチップ・レベルの組込とに分けられる。ウエハ・レベルの組込は、シリコン・ウエハ上におけるＳＭＡワイヤの位置合わせと固定とを組み合わせたものである。次いで、最終的な機械的および電気的組込は、アクチュエータ自体を形成するために、チップ・レベルで実行することができる。

【0014】

図２は、組込フローの断面図を示している。第１に、フリー・エア・ボールが、電気放電によって形成される（ａ）。次に、このボールが、そのアンカ構造の中にアンカされる。ＳＭＡワイヤ（直径３７．５μｍ）が与えられ、全体のウエハ領域を跨いでその第２の固定構造まで導かれる（ｂ）。ＳＭＡワイヤは、複数のシリコン・カンチレバーの間にクランプされ、ボンド・キャピラリと大きなボンド力とによって断ち切られることによって、最終的に切断される（ｃ）。

【0015】

ウエハ・レベルでは、ＳＭＡワイヤは、ウエハ全体における高度な配置精度をもって、画定された位置に２つの異なる機械的構造を用いて付着される。ボールウェッジ・ワイヤ・ボンディング工程に基づき、図１ａに示されているように、フリー・エア・ボールが形成され、その次に第１の組込構造にアンカされる。ＳＭＡワイヤは、ＳＭＡワイヤが機械的に付着されている様子を示す図１ｂに示されているように、固定され、クランプ構造の方向にウエハをわたって導くことができる。このウエハ・レベルの組込によって、第２のステップにおいて、チップ・レベルでのさらなる付着も可能になる。しかし、本発明の焦点は、ウエハ・レベルの組込の設計および開発に存在する。

【0016】

この組込概念を用いて、ウエハの全体に、高い配置精度でＳＭＡワイヤを設置することができる。さらに、ワイヤ・ボンダを用いると、この組込工程の高いスループットおよび高い再現性が得られる。ＳＭＡワイヤの完全な組込が室温で行われるので、典型的には摂氏９０度という高い温度で生じるＳＭＡの変態を引き起こすことが回避できる。従って、このようにして、予め歪んだＳＭＡワイヤの組込が可能になる。さらに、この組込概念はＣＭＯＳ互換であるから、微小電気デバイスとマイクロアクチュエータとの組込に対する可能性も提供する。

【0017】

例えば、ワイヤ・フックおよびクランプ構造を１００ｍｍのシリコン基板上に製造することができることが示される。ロクスヘッドら（Ｎ． Ｒｏｘｈｅｄ ｅｔ ａｌ．）による出版物である“Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔａｐｅｒｅｄ ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｂｏｓｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ”， ＪＭＭ， ｖｏｌ． １７， ｐｐ． １０８７−１０９２， （２００７）には、両方のタイプの構造を、一連の非等方性および等方性のＤＲＩＥのステップによって実現可能であることが示されている。両方の組込構造のエッチングは、ＳＴＳ
ＩＣＰエッチング反応器の中で実行された。

【0018】

この例では、両方の固定構造の製造には、リソグラフィおよびＤＲＩＥの一工程がそれぞれ要求される。第１のリソグラフィは、スピン・コーティングによって塗布される標準的なフォトレジストを用いて実行された。第２のフォトレジストの塗布は、第１のＤＲＩＥ工程によって作成された深堀のエッチング構造が完全に保護されることを確実にするために、希釈されたレジストのスプレイ・コーティングによって実行された。最終ステップとして、フォトレジストの残留分はすべて、プラズマ・アッシングによって除去された。

【0019】

本発明は、図１ａおよび図３に示されているように、ワイヤの始点を固定するアンカ構造を提案している。このアンカ構造は、ランド領域とアンカ部分という２つの機能部分から構成される。ランド領域により、ＳＭＡボールをアンカ構造の中に下ろし、それに続いて、隣接するアンカ部分の中に固定することが可能になる。エッチングの幾何学的形状が、ＳＭＡボールの適切なアンカリングのためには重要である。ＳＭＡボールのアンカリングは、アンカ構造自体の特定のアンダーカット・エッチ・プロファイルによって、達成される。第１に、非等方性トレンチがエッチングされ、それに、垂直方向の側壁のパッシベーションが続く。次に、等方性エッチングにより、非等方性エッチ・プロファイルの下側にアンダーカットが作成される。

【0020】

ワイヤ端部のためのシリコン構造によって、２つの機能部分、すなわち、クランプ構造とカットオフ領域とが組み合わされる。図１ｂおよび図４には、１対の対向する垂直カンチレバーを有するクランプ構造が示されている。２対の対向する垂直カンチレバーが、ＳＭＡワイヤを、それらの間でクランプする。第１の対は、ＳＭＡワイヤを固定して位置合わせする。第２の対は、断ち切るために、ＳＭＡワイヤを安定化させる。クランプ構造の非等方性エッチ・プロファイルは、短い等方性エッチングによって実現するカンチレバーの上方部分における小さなチャンファを含む。このチャンファにより、図４に示されているように、クランプにおけるＳＭＡワイヤの高さが一定になることが保証される。

【0021】

ワイヤを組み込むために、デルボテック（Ｄｅｌｖｏｔｅｃ）５４１０などの半自動のワイヤ・ボンダを用いることが可能である。これは、直径が３７．５μｍであり変態温度が摂氏９０度であるフレキシノール（Ｆｌｅｘｉｎｏｌ（登録商標））などの、市販されている予め歪んだＮｉＴｉのＳＭＡワイヤと共に用いることができる。このワイヤは既に予め歪んでいるために、ワイヤに予め歪みを与える特別のツールは必要でなかった。図２に示されているワイヤの組込は、ボンド・キャピラリの先端において局所的にワイヤを融解させる電気放電によって生じるフリー・エア・ボールを形成することで開始する。ＳＭＡワイヤの端部における液体の金属が丸くなり、フリー・エア・ボールが形成される。ヘリウム雰囲気においてエレクトリカル・フレーム・オフ（ＥＦＯ）が実行されるが、これは、ＴｉＮｉ合金は、グロー放電による急速な融解の間に、空気中で酸化する傾向を有するからである。これについては、ゴリクズカら（Ｔ． Ｇｏｒｙｃｚｋａ ｅｔ ａｌ．）による“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｉｄｅｄ／ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ＮｉＴｉ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ”， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ， ｖｏｌ． ５４， ｐｐ．
１５１−１５４， （２００７）を参照のこと。次に、フリー・エア・ボールはランド領域の中に下げられ、それに続いて、その隣接するアンカ部分の中に引っかけられる。ワイヤ・ボンダを用いることによって、ＳＭＡワイヤは、ウエハをわたってクランピング構造に配置され、そこで対向するカンチレバーの対間に押し込まれる。最後に、ＳＭＡワイ
ヤは、ボンド・キャピラリと大きなボンド力を用いてワイヤを断ち切ることによって、切断される。

【0022】

ＳＭＡワイヤのためのこの組込アプローチは、チップ・レベルでの広範囲で異なる組込方法を開き、この場合、それらの方法を使用して、例えばまた、ＳＭＡワイヤを個々のチップに固定するために、ポリマ固定を用いて、またはクランプ構造を用いることによって、高性能のアクチュエータを製造することができる。

【0023】

図３は、３つの後続のステップにおいて非等方性および等方性の深堀反応性イオン・エッチングを組み合わせることによって製造されたアンカ構造を示している。アンダーエッチングされた（面外）側壁構造とテーパ状（面内）の設計との両方によって、ＳＭＡワイヤが安全にそのアンカに固定される。この設計は、不均一に形成されたおよび／または不均一なサイズを有するフリー・エア・ボールに対して非常に寛容性の度合いが高く、従って、ＳＭＡワイヤの信頼性の高いアンカリングが保証される。

【0024】

図４は、１つのクランプの外観についての拡大図によるクランプ固定のＳＥＭ画像である。ワイヤが、ワイヤ・ボンダの補助によって、カンチレバーの対向する対の間に押し込まれることが提示されている。４つの同様のクランプを、それぞれのワイヤの固定に用いることができる。

【0025】

図４に示されている５０×５００×２２０μｍというカンチレバーの寸法を備えたクランプ構造がＳＭＡワイヤを機械的に最も安定的に固定することが発見された。ワイヤをクランプ構造の中にスナップするには、ｘｘｘ ｍＮの力が必要であった。

【0026】

ワイヤ組込の最後のステップはワイヤの断ち切りであり、これは、ステッチ・ボンドと同様に行うことができる。しかし、ｘｘｘ ｍＮという非常に大きなボンド力と超音波とを用いることの結果としてワイヤの直線的な切断が生じ、また、従来型のワイヤ・ボンディングとは対照的に、図５に示されているように、変形やワイヤの表面へのマイクロ溶接は生じない。このことはまた、従来のワイヤ・ボンディングによってＳＭＡワイヤを固定することは適切でないことを示している。

【0027】

大きなボンド力と超音波とを用いることの結果として、ワイヤの直線的な切断が生じ、また、従来型のワイヤ・ボンディングとは対照的に、図５に示されているように、変形やワイヤの表面へのマイクロ溶接は生じない。

【0028】

提示されているウエハ・レベルの組込方法は、また、チップ・レベルでのＳＭＡワイヤの位置合わせを含む。この組込方法の配置精度は、光学プロファイルメータであるＷｙｋｏ ＮＴ９３００を用いて分析された。図６に示されているように、理想的な幾何学的なアンカからクランプへの中心線からの面内のワイヤ配置のズレと、ワイヤから基板すなわちチップ・レベルの距離との両方が、決定された。サンプルである、直径が３７．５μｍで長さが７５ｍｍであるＳＭＡワイヤが、１００ｍｍのシリコン基板において組み込まれた。面内の平均偏差は４．１９±４．２２（σ）μｍであり、最大で１３．９μｍである。図６に示されているように、基板までのＳＭＡワイヤの面外の距離は、平均で、１５．６±４．５（σ）μｍであり、最大で２３．２μｍである。これは、例えば後続のステップで、Ｎｉ電気メッキを用いて実行されうるＳＭＡワイヤのチップ・レベルでの固定の設計にとって重要な測定値である。クラウジら（Ｄ． Ｃｌａｕｓｉ ｅｔ ａｌ．）による“Ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＭＡ ｗｉｒｅｓ ｔｏ ｓｉｌｉｃｏｎ ＭＥＭＳ
ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ”， ＭＥＭＳ Ｐｒｏｃ． （２０１１）を参照のこと。

【0029】

さらに、アンカおよびクランプ構造の機械的堅牢性の基本的な評価が、単純なアクチュエータを実装することによって実行された。このアクチュエータは、冷温状態にリセットされたときには長さが１００ｍｍで幅が２ｍｍであり、付勢時には２つの平行な組み込まれた７５ｍｍの長さのＳＭＡワイヤを備えている、厚さが３００μｍのシリコン・カンチレバーに基づく。エネルギ入力は、熱的な接触を強化するためにアクチュエータの一方の側がその上に固定されているホットプレートによってもたらされる。

【0030】

図７ａは、付勢状態とアイドル状態との両方におけるアクチュエータの断面図を図解している。図７ｂは半付勢状態における、図７ｃは完全付勢状態におけるアクチュエータを示している。どのＳＭＡワイヤ固定要素でも、ワイヤ・データ・シートによると２００ｍＮであるＳＭＡワイヤによって生成される力に耐えることが判明している。例えば、ダイナロイ社（ＤＹＮＡＬＬＯＹ， Ｉｎｃ．）による“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆｌｅｘｉｎｏｌ ａｃｔｕａｔｏｒ ｗｉｒｅｓ”， Ｄａｔａｓｈｅｅｔ， Ｆ１１４０Ｒｅｖ Ｈ， ｐｐ． ６を参照のこと。なお、付勢は、失敗なく数百回実行された。

【0031】

図６は、また、長さが７５ｍｍで直径が３７．５μｍのＳＭＡワイヤの位置合わせの精度のための白色光干渉計の測定データを示している。この図面に示されているように、面外の測定値（青色の直線グラフ）が、ワイヤと基板との間の距離を決定し、面内の測定値（赤色の破線グラフ）が、理想的な幾何学的なアンカからクランプへの中央線からの横方向のワイヤの配置ズレを決定する。

【0032】

提示されているワイヤ固定アプローチの機械的安定性を検証するため、図７に図解されているように、２本の長さ７５ｍｍのＳＭＡワイヤが、３×１００ｍｍのサイズを有するシリコン・チップの上に平行に組み込まれている。図７ａは、断面図であり、赤色の破線の輪郭線が高温状態にあるチップを表している。図７ｂは、温度が摂氏７０度のホットプレートの上の僅かに付勢されたデバイスの画像を示し、図７ｃは、摂氏９０度でのさらなる付勢状態にあるデバイスを示している。

【0033】

標準的なワイヤ・ボンダを用いた形状記憶合金ワイヤのウエハ・レベルでの組込が、以上で、成功裏の内に示された。半自動式のワイヤ・ボンダを用いてＳＭＡワイヤの組込が行われたが、この作業では、優れた配置精度を達成することができた。光学的なパターン認識および位置合わせシステムを用いた全自動式のワイヤ・ボンダを用いることにより、潜在的には、これらの結果をさらに改善することができ、大量生産のために本技術を実装することが可能になる。ＳＭＡワイヤのアンカおよびクランプ操作は優れた堅牢性を示し、これは、この組込概念をチップ／アクチュエータ・レベルに応用可能であることを示している。

【0034】

次に、形状記憶合金ワイヤの電気的接続に関するものだけではなく、機械的固定のための異なる複数の実施形態を示す。
ワイヤは、ワイヤ・ボンダのボンド・キャピラリを通過して与えられる。ワイヤを引っ張ることを可能にするためには、ワイヤの先端を基板上に固定しなければならない。この概念では、ワイヤの先端を変形させることにより、ワイヤの先端の直径が、残りのワイヤおよびボンド・キャピラリの直径よりも大きくなるようにする。これにより、ワイヤの先端をフックインすること、または、ワイヤを基板における押込嵌合（スクイズ・フィット）構造の中に押し込むこと（スクイズ）が可能になる。

【0035】

図８には、図１、２および３との関係で既に示した１つの概念が図解されている。図８ａではフックイン構造が基板に形成され、次に図８ｂでフリー・エア・ボールが形成され
て、図８ｃで基板の構造の中にフックインされ、図８ｄでは、ＳＭＡワイヤを、ボンド・キャピラリを通過して引っ張ることが可能になる。

【0036】

別の概念は、図９に概略的に図解されているように、基板上のスクイズ・フィット構造の中へのフリー・エア・ボールのスクイズ・フィットを用いたアンカ動作である。ＳＭＡワイヤ（９０１）がボンド・キャピラリ（９０２）を通過して与えられ、フリー・エア・ボール（９０３）が形成される。基板（９０４）では、その直径がフリー・エア・ボールの直径よりも小さくなるように、トレンチ（９０５）が形成される（図９ａ）。フリー・エア・ボールの直径は、ボンド・キャピラリの直径よりも大きく、それにより、フリー・エア・ボールを基板のトレンチの中にスクイズすることが可能になる（図９ｂ）。ＳＭＡワイヤの先端は、基板のトレンチの中へのフリー・エア・ボールのスクイズ・フィットによってアンカされる（図９ｃ）。

【0037】

図１０に概略的に図解されているように、例えば特別の工程でシリコン基板をエッチングするときに得られるようなＶ形状のトレンチの中にフリー・エア・ボールをスクイズ・フィットするのにも、同じ概念が適している。ＳＭＡワイヤ（１００１）は、ボンド・キャピラリ（１００２）を通過して与えられて、フリー・エア・ボール（１００３）が形成される。基板（１００４）では、Ｖ形状のトレンチ（１００５）が形成される（図１０ａ）。フリー・エア・ボールの直径は、ボンド・キャピラリの直径よりも大きく、それにより、基板のトレンチの中にフリー・エア・ボールをスクイズすることが可能になる（図１０ｂ）。ＳＭＡワイヤの先端は、基板のトレンチの中へのフリー・エア・ボールのスクイズ・フィットによって、アンカされる（図１０ｃ）。

【0038】

図１１には、スクイズ・フィット概念の別の変形が概略的に図解されており、この場合は、ＳＭＡワイヤの直径の変動を許容する変形可能なクランプ構造が基板に形成される。ＳＭＡワイヤ（１１０１）が、ボンド・キャピラリ（１１０２）を通過して与えられ、フリー・エア・ボール（１１０３）が形成される。基板（１１０４）では、変形可能なクランプ構造（１１０５）が形成される（図１１ａ）。フリー・エア・ボールの直径はボンド・キャピラリの直径よりも大きく、それにより、基板における変形可能な構造の中にフリー・エア・ボールをスクイズすることが可能になる（図１１ｂ）。クランプ構造は、フリー・エア・ボールのスクイズの間に弾性変形し（図１１ｂ）、それにより、ＳＭＡワイヤの直径の変動に適応し、それらをしかるべき位置に保持することになる（図１１ｃ）。

【0039】

図９〜図１１に概略的に図解されているすべての概念は、機械的固定が実行されるのと同時に、ＳＭＡワイヤの電気的接触を可能にするように適応させることができる。これにより、単純な接触と、変換温度を超える温度までＳＭＡワイヤをジュール加熱することとが可能になる。図１２〜図１４に、この概念が概略的に図解されている。ＳＭＡワイヤ（１２０１、１３０１、１４０１）は、ボンド・キャピラリ（１２０２、１３０２、１４０２）を通過して与えられ、フリー・エア・ボール（１２０３、１３０３、１４０３）が形成される。基板（１２０４、１３０４、１４０４）上では、トレンチ（１２０５、１３０５）または変形可能なクランプ構造（１４０５）が形成される。最後に、金属膜（１２０６、１３０６、１４０６）が基板の上に積層される（図１２ａ、１３ａ、１４ａ）。フリー・エア・ボールの直径はボンド・キャピラリの直径よりも大きく、それにより、基板のトレンチの中にフリー・エア・ボールをスクイズすることが可能になる（図１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）。スクイズ動作をする間、ＳＭＡ上の自然酸化物が破壊され、ＳＭＡは基板上の金属と直接に接触する。従って、ＳＭＡに、金属膜を介して電気的に接触すること（１２０７、１３０７、１４０７）が可能になる（図１２ｃ、１３ｃ、１４ｃ）。

【0040】

図９〜図１４に図解されているように、金属ライナと共におよび／または金属ライナを伴わずにスクイズ・フィットを用いる代わりに、フリー・エア・ボールとワイヤとをトレ
ンチの中に接着的にアンカするために、基板におけるトレンチを接着剤で充填することができる。図１５および図１６には、図９と類似の直線的なトレンチについては図１５を用いて、図１０に類似のＶ形状のトレンチについては図１６を用いて、この概念が図解されている。ＳＭＡワイヤ（１５０１、１６０１）がボンド・キャピラリ（１５０２、１６０２）を通過して与えられ、フリー・エア・ボール（１５０３、１６０３）が形成される。基板（１５０４、１６０４）には、直線的な（１５０５）またはＶ形状の（１６０５）トレンチが形成され、次に、これらは、接着剤（１５０６、１６０６）で部分的に充填される（図１５ａ、図１６ａ）。フリー・エア・ボールの直径はボンド・キャピラリの直径よりも大きく、これにより、基板のトレンチにおける接着剤の中にフリー・エア・ボールをスクイズすることが可能になる（図１５ｂ、図１６ｂ）。フリー・エア・ボールは接着剤に埋め込まれ、接着剤が硬化され（１５０７、１６０７）、それによりフリー・エア・ボールをアンカする（図１５ｃ、図１６ｃ）。

【0041】

スクイズ・フィットおよび接着剤によるアンカリングとは別に、フリー・エア・ボールを内部にスナップするために、スナップイン構造を製造することができる。図１７には、この概念が図解されている。ＳＭＡワイヤ（１７０１）がボンド・キャピラリ（１７０２）を通過して与えられて、フリー・エア・ボール（１７０３）が形成される。基板（１７０４）においてトレンチ（１７０５）が形成され、基板の上により薄い層が形成されて（１７０６）、これがトレンチ（１７０５）を部分的に被覆するが、トレンチの中央に開口を有しており、このことにより、スナップイン構造（１７０７）が作成される（図１７ａ）。フリー・エア・ボールの直径は、ボンド・キャピラリの直径よりも大きく、それにより、トップ層（１７０５）の開口を通過してフリー・エア・ボールを基板におけるトレンチの中に押し込むことが可能になる（図１７ｂ）。トップ層は、フリー・エア・ボールをしかるべき位置にスナップ・バックし（１７０７）保持する（図１７ｃ）。

【0042】

図１７に概略的に図解されている概念の変形として、トップ層におけるスナップ構造に対してフリー・エア・ボールを押しつけるバネをトレンチの中に提供することがある。図１８には、この概念が概略的に図解されている。ＳＭＡワイヤ（１７０１）がボンド・キャピラリ（１７０２）を通過して与えられ、フリー・エア・ボール（１７０３）が形成される。基板（１７０４）においては、トレンチ（１７０５）が形成され、基板の上により薄い層が形成されて（１７０６）、これがトレンチ（１７０５）を部分的に被覆するが、トレンチの中央に開口を有しており、このことにより、スナップイン構造（１７０７）が作成される（図１８ａ）。トレンチ（１７０５）の底部には、弾性変形可能な層（１８０８）が形成される。フリー・エア・ボールを、スナップイン構造を通過してスクイズした後で、フリー・エア・ボールが変形可能な層（１８０８）を圧縮する（図１８ｂ）。ボンド・キャピラリを除去すると、弾性変形した層が、フリー・エア・ボールをスナップイン構造の中に押し込むのであるが、スナップイン構造は、弾性変形した層によって生成される力に耐えることができるだけの十分な強度がある（図１８ｃ）。

【0043】

フリー・エア・ボールを用いてワイヤの先端を固定した後で、ワイヤはボンド・キャピラリを通過して引っ張られ、基板をわたって次のクランプ構造までスパンされる。このクランプ構造において、ワイヤはクランプされ、従って、図９〜図１８に示されている概念はすべて適応可能である。

【0044】

図１９〜図２１には、ＳＭＡワイヤのスクイズ・フィッティングに適応されたスクイズ・フィット方式が概略的に図解されている。ワイヤ・ボンダを用いて、ＳＭＡワイヤ（１９０１、２００１、２１０１）が、基板（１９０３、２００３、２１０３）に形成されているトレンチ（１９０２、２００２、２１０２）の上方に配置される。ここで、トレンチの直径は、ＳＭＡワイヤの直径よりも小さい（図１９ａ、図２０ａ、図２１ａ）。図１９および２０には、直線的なトレンチとＶ形状のトレンチとのそれぞれとのスクイズ・フィ
ッティングが図解されている。図２１は、図１１に示されている概念に基づいていて、ＳＭＡワイヤの様々な直径を許容する、基板における変形可能なクランプ構造（２１０５）という特徴を示している。ワイヤは、ピストン（１９０４、２００４、２１０４）を用いて、トレンチおよび／または変形可能なクランプ構造の中にスクイズされる。ここで、ピストンは、例えば、ウエハ・ボンダにおけるワイヤおよび第２の基板の上に押しつけられる第２の基板でありうる（図１９ｂ、図２０ｂ、図２１ｂ）。次にピストンが取り除かれるが、図９、図１０および図１１に示されている概念と同じ原理に従い、ワイヤはトレンチの中に残る（図１９ｃ、図２０ｃ、図２１ｃ）。

【0045】

図１９〜図２１に概略的に図解されている概念は、機械的固定が実行されるのと同時にＳＭＡワイヤの電気的接触を可能にするように適応可能である。これにより、ＳＭＡワイヤの単純な接触と変換温度よりも高くジュール加熱することとが可能になる。図２２〜図２４には、この概念が概略的に図解されている。ＳＭＡワイヤ（２２０１、２３０１、２４０１）は、基板（２２０３、２３０３、２４０３）に形成され金属ライナ（２２０４、２３０４、２４０４）で被覆されているトレンチ（２２０２、２３０２、２４０２）の上に配置されている。トレンチの直径は、ＳＭＡワイヤの直径よりも小さい（図２２ａ、図２３ａ、図２４ａ）。図２２および図２３には、それぞれ、直線的およびＶ形状のトレンチとのスクイズ・フィッティングが図解されている。図２４は、図１１および図２１に示されている概念に基づいていて、ＳＭＡワイヤの様々な直径を許容する基板における変形可能なクランプ構造（２４０７）という特徴を示している。ワイヤは、ピストン（２２０５、２３０５、２４０５）を用いて、トレンチおよび／または変形可能なクランプ構造の中にスクイズされる。ここで、ピストンは、例えば、ウエハ・ボンダにおけるワイヤと第２の基板との上に押しつけられる第２の基板でありうる（図２２ｂ、図２３ｂ、図２４ｂ）。スクイズの間に、ＳＭＡ上の自然酸化物が破壊され、ＳＭＡは基板上の金属と直接に接触する。これにより、ＳＭＡは、金属膜を介して電気的に接触されうる（２２０６、２３０６、２４０６）（図２２ｃ、図２３ｃ、図２４ｃ）。

【0046】

図２２から図２４に示されているクランプ構造上に金属ライナを用いる概念は、図２５に図解されているように、ボール・ボンドにより改善することができる。図２２〜２４の最終構造の上の金属に、複数のフリー・エア・ボールが結合され、クランプ構造の中へのワイヤのクランピングを機械的にサポートする。ＳＭＡワイヤ（２５０１）は、ボンド・キャピラリ（２５０２）を通過して与えられ、フリー・エア・ボール（２５０３）が形成される（図２５のａ、ｂ、ｃの左側）。フリー・エア・ボールがクランプされたワイヤ（２５０４）と基板（２５０６）上の隣接する金属ライナ（２５０５）との上に結合される（図２５ｂ）。次いで、ワイヤは、高いボンドエネルギ（２５０７）を用いて切断される（図２５ｃ）。

【0047】

図１５〜図１６に図解されていた概念と同様に、基板におけるトレンチは、ワイヤをトレンチに接着的にアンカする接着剤を用いて充填することができる。図２６および図２７にはこの概念が概略的に図解されているが、図２６は直線的なトレンチの場合であり、図２７はＶ形状のトレンチの場合である。ＳＭＡワイヤ（２６０１、２７０１）は、基板（２６０３、２７０３）に形成され接着剤（２６０４、２７０４）を用いて部分的に充填されているトレンチ／溝（２６０２、２７０２）の上方に配置されている（図２６ａ、図２７ａ）。ワイヤは、ピストン（２６０５、２７０５）を用いて、トレンチにおける接着剤の中にスクイズされる。ここで、ピストンは、例えば、ウエハ・ボンダにおけるワイヤと第２の基板との上に押しつけられる第２の基板でありうる（図２６ｂ、２７ｂ）。次いで、ワイヤは、接着剤の中に埋め込まれ、接着剤は硬化され（２６０６、２７０６）、それにより、ワイヤをアンカする（図２６ｃ、２７ｃ）。

【0048】

図２６および図２７に図解されている接着アンカの概念は、ワイヤのクランプをサポー
トする接着ウエハ・ボンディングと組み合わせることができる。図２８に、直線的およびＶ形状のトレンチのいずれに対しても同様であるこの概念が図解されている。ＳＭＡワイヤ（２８０１）は、基板（２８０４）に形成され接着剤（２８０４）を用いて部分的に充填されているトレンチ／溝（２８０２、２８０３）の上方に配置される。ワイヤは、接着剤（２８０６）で被覆されワイヤと第１の基板（２８０３）との上に押しつけられる第２の基板（２８０５）を用いて、トレンチにおける接着剤の中にスクイズされる。次に、すべての接着剤が硬化され、ワイヤは接着剤とその上にある第２の基板との両方によってアンカされる。このようなアプローチは、金属ライナを有するクランプ構造を用いるスクイズ・フィットにも適している。図２９には、この概念が図解されている。ワイヤ（２９０１）は、第１の基板（２９０４）における金属ライナ（２９０２）を有するトレンチ（２９０３）の上方に配置される。ワイヤは、金属（２９０６）で被覆されワイヤと第１の基板（２９０４）との上に押しつけられる第２の基板（２９０５）を用いて、金属ライナを有するトレンチ中にスクイズされる。次いで、第２の基板が、その金属を用いて、第１の基板上の金属に結合される。これにより、ＳＭＡは、金属膜を介して電気的に接触されることが可能であり、クランプは結合された第２の基板によってサポートされる。

【0049】

図１７および図１８に図解されている概念と同様に、ワイヤを中にスナップするために、スナップイン構造を製造することができる。図３０は、この概念を概略的に図解している。基板（３００１）にトレンチ（３００２）が形成され、基板上には、トレンチを部分的に被覆するがトレンチの中央に開口を有するより薄い層が形成され（３００３）、それにより、スナップイン構造（３００４）が作成される。ＳＭＡワイヤ（３００５）は、スナップイン構造の上方に配置される（図３０ａ）。ワイヤは、ピストン（３００６）を用いて、トップ層の開口を通過し基板のトレンチの中へスクイズされる。なお、ピストンは、例えば、ワイヤとウエハ・ボンダの第２の基板とに押しつけられる第２の基板でありうる（図３０ｂ）。トップ層は、ワイヤをスナップ・バックし（３００７）、しかるべき位置に保持する（図３０ｃ）。

【0050】

図３０に概略的に図解されている概念の変形として、トップ層におけるスナップ構造に対してワイヤを押しつけるバネをトレンチの中に提供することがある。図３１には、この概念が概略的に図解されている。基板（３１０１）において、トレンチ（３１０２）が形成され、基板の上により薄い層が形成されて（３１０３）、これがトレンチを部分的に被覆するが、トレンチの中央に開口を有していることにより、スナップイン構造（３１０４）が作成される。トレンチの底部には、弾性変形可能な層（３１０５）が形成される（図３１ａ）。ワイヤ（３１０６）を、ピストン（３１０７）を用いてスナップイン構造を通過させてスクイズした後では、ワイヤが変形可能な層（３１０８）を圧縮する（図３１ｂ）。ピストンを除去すると、弾性変形した層が、ワイヤをスナップイン構造の中に押し込むのであるが、スナップイン構造は、弾性変形した層によって生成される力に耐えることができるだけの十分な強度がある（図３１ｃ）。

【0051】

図３２および図３３は、ワイヤ・ボンダを用いたＳＭＡワイヤの組込の処理スキームを示している。図３２におけるフローは、第１の固定がフリー・エア・ボールをアンカすることによって提供される方法を図解している。次に、それ以後に要求される固定は、すべて、ワイヤ・ボンダを用いてワイヤをクランプ構造の中にクランプすることによって、実行される。あるラインにおける最後のクランプ構造の後では、ワイヤは、基板の表面への高エネルギのウェッジ／ステッチ・ボンドによって切断される。必要な場合には、これらのステップは、さらに多くのワイヤを組み込むために反復することができる。そうでない場合には、ワイヤは組み込まれ、さらに処理されうる。

【0052】

図３３のフローは、第１の固定がフリー・エア・ボールをアンカすることによって提供される方法を図解している。次に、ワイヤがラインにおけるすべてのクランプ構造をわた
ってスパンされ、最終的には、ワイヤは、基板の表面への高エネルギのウェッジ／ステッチ・ボンドによって切断される。必要な場合には、これらのステップは、さらに多くのワイヤを配置するために反復することができる。すべてのワイヤがしかるべき位置にある場合には、ピストンを用いて、これらすべてのワイヤは、下位にあるクランプ構造の中にスクイズされる。クランピングの強度が十分である場合には、基板をさらに処理することができる。そうでない場合には、クランプ構造のワイヤの上に追加的なボール・ボンドを配置することができるし、または、スクイズの間に、第２の基板をワイヤおよび第１の基板の上に、結合することができる。

【0053】

本発明は、上述したおよび図解されている例示的な実施形態には限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲内で修正が可能であることを理解すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【手続補正書】

【提出日】2016年4月4日

【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】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤを基板に付着させる方法において、前記ワイヤは前記基板の一部である３次元構造に対し機械的に付着され、前記３次元構造は１つ以上のクランプ構造を含み、前記方法は、
前記ワイヤの一部と前記３次元構造との間に摩擦力又はアンカを生じさせる工程と、
力を加えることによって前記ワイヤを断ち切る工程と、を備える、方法。

【請求項2】

前記ワイヤはアンカによって第１の付着点においてアンカ構造に対し機械的に付着され、前記ワイヤと前記基板上の前記３次元構造との間に摩擦力を生じさせることによって第２の付着点において１つ以上のクランプ構造に対し付着される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ワイヤ、前記クランプ構造、またはその両方は変形可能である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

ワイヤ・ボンダを用いる間に、電気放電によって前記ワイヤの一端に、前記アンカ構造によってアンカされるフリー・エア・ボールを形成する工程と、
前記ワイヤの他端を、前記クランプ構造の少なくとも一対のカンチレバーの間にクランプされるように前記クランプ構造まで導く工程と、をさらに備える請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記ワイヤは、ワイヤ・ボンダのボンド・キャピラリとボンド力とによって断ち切られる、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記アンカは、前記３次元構造に前記ワイヤの前記一部をフックイン、スクイズ・フィット、または固定することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記フリー・エア・ボールは、前記３次元構造の一部である変形可能な構造の中にスクイズ・フィットされる、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記フリー・エア・ボールは、Ｖ溝として形成される前記３次元構造の中にスクイズ・フィットされる、請求項４に記載の方法。

【請求項9】

前記フリー・エア・ボールは、ピストンによりスクイズ・フィットされる、請求項４に記載の方法。

【請求項10】

前記３次元構造上に金属膜が積層される、請求項４に記載の方法。

【請求項11】

前記フリー・エア・ボールは、前記３次元構造の中にスクイズ・フィットされ、ワイヤの一端に付着された別のフリー・エア・ボールに結合され、それによって断ち切られる、請求項７に記載の方法。

【請求項12】

前記フリー・エア・ボールは、接着剤を用いて前記３次元構造に対し固定される、請求項４に記載の方法。

【請求項13】

前記３次元構造は、Ｖ溝として形成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記３次元構造は、スナップイン構造である、請求項４に記載の方法。

【請求項15】

前記スナップイン構造は、バネ荷重を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

請求項１に記載の方法を実行するように構成されたワイヤ・ボンダであって、基板の一部である３次元構造に対し機械的に付着されるワイヤを供給するためのボンド・キャピラリを備え、１つ以上のクランプ構造を備える、ワイヤ・ボンダ。

【請求項17】

前記ワイヤはＳＭＡワイヤである、請求項１に記載の方法。

【請求項18】

基板に付着されたワイヤを備えたデバイスにおいて、前記ワイヤは前記基板上の３次元構造に対し機械的に付着されるように構成されており、前記基板は１つ以上のクランプ構造を含む固定対を備え、前記ワイヤは少なくとも前記固定対によって前記基板に対し機械的に固定されワイヤ・ボンダのボンド・キャピラリと加えられる力とによって断ち切られるように構成されている、デバイス。

【請求項19】

前記ワイヤは第１の付着点においてアンカ構造に対しアンカされ、前記基板上に生じる摩擦力によって第２の付着点において１つ以上のクランプ構造に対し付着される、請求項１８に記載のデバイス。

【請求項20】

前記アンカ構造は、前記ワイヤ・ボンダの電気放電によって形成されるフリー・エア・ボールを有する前記ワイヤの一端にアンカされており、
前記クランプ構造は、前記ワイヤの他端において前記クランプ構造の少なくとも一対のカンチレバーの間にクランプされている、請求項１９に記載のデバイス。