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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-08-05
(45)【発行日】2025-08-14
(54)【発明の名称】ワイヤ・ボンディング・キャピラリ
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20250806BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301G
【請求項の数】
26
(21)【出願番号】P 2023511895
(86)(22)【出願日】2021-08-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-06
(86)【国際出願番号】 US2021046635
(87)【国際公開番号】W WO2022040394
(87)【国際公開日】2022-02-24
【審査請求日】2024-04-25
(31)【優先権主張番号】63/068,231
(32)【優先日】2020-08-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521113623
【氏名又は名称】クラフツ テック，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ロバーツ， ジェフリー シー．
(72)【発明者】
【氏名】テイラー， ジェフリー エル．
【審査官】庄司 一隆
(56)【参考文献】
【文献】実開昭５７－０４８６３４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭５８－０４８４３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－１２３７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５３０８１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５２－０６７２６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１６２２２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４４０５０７４（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワイヤ・ボンディング・キャピラリであって、キャビティを有するスリーブと、
前記スリーブのキャビティ内に配置され、複合体を含むコアであって、前記複合体は、７９体積％を超えるダイヤモンドと、炭化ケイ素を含む結合材とから構成される、コアと、
を含み、
前記コアは、ワイヤを通すための通路を有し、該コアは、該スリーブの硬度よりも高い硬度を有する、ワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項2】
前記スリーブが細長い本体を有し、前記キャビティが、前記細長い本体のワイヤ受け端部から前記細長い本体の先端部まで延在し、前記キャビティを画定する前記スリーブの壁が内径を有する、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項3】
前記スリーブの前記壁の前記内径が、前記細長い本体の前記ワイヤ受け端部に第１のサイズを有し、前記細長い本体の前記先端部に第２のサイズを有し、前記細長い本体の前記ワイヤ受け端部における前記第１のサイズは、前記細長い本体の前記先端部における前記第２のサイズよりも大きい、請求項２に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項4】
前記キャビティを画定する前記壁の前記内径が、前記細長い本体の前記ワイヤ受け端部から前記細長い本体の前記先端部に向かう方向に下方にテーパ状である、請求項２に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項5】
前記キャビティを画定する前記壁の前記内径のテーパが、約０～約５の抜き勾配を有する、請求項４に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項6】
前記コアが、外径を有し、ワイヤ受け端部及び先端部を有する細長い本体を有する、請求項５に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項7】
前記コアの前記外径が、前記コアの前記細長い本体の前記ワイヤ受け端部から前記コアの前記細長い本体の前記先端部に向かう方向に下方に向かってテーパ状である、請求項６に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項8】
前記コアの前記外径のテーパが、前記スリーブの前記キャビティを画定する前記壁の前記内径の前記テーパに対応する、請求項６に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項9】
前記スリーブの前記壁の内径は、少なくとも前記壁の長さに沿って、前記コアが前記スリーブの前記キャビティ内に配置される前の対応する長さに沿った前記コアの前記外径よりも小さい、請求項６に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項10】
前記コアと前記スリーブとの間の締まりばめを更に含む、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項11】
前記コアの前記先端部が、前記スリーブの前記先端部を越えて延在する、請求項６に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項12】
前記コアは、２，８００ｋｇ／ｍｍ
２
以上の硬度を有する、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項13】
前記コアは、３０００ｋｇ／ｍｍ
２
以上の硬度を有する、請求項１２に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項14】
前記コアは、多結晶ダイヤモンドを含む、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項15】
前記コアがシャフト及び先端部を含む、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項16】
前記先端部が、ろう付けによって前記シャフトに永続的に固定される、請求項１５に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項17】
前記先端部が、チタン合金ろう付けによって前記シャフトに永続的に固定される、請求項１６に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項18】
前記スリーブが金属を含む、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項19】
前記金属が、炭化タングステン、アルミニウム又は鋼を含む、請求項１８に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項20】
前記スリーブが、前記コアの破壊靭性よりも大きい破壊靱性を有する、請求項１に記載のワイヤ・ボンディング・キャピラリ。
【請求項21】
ワイヤ・ボンディング・キャピラリを作製する方法であって、スリーブのキャビティ内に、複合体を含むコアを配置することを含み、
前記複合体は、７９体積％を超えるダイヤモンドと、炭化ケイ素を含む結合材とから構成され、前記コアは、前記スリーブの硬度よりも高い硬度を有する、ワイヤ・ボンディング・キャピラリを作製する方法。
【請求項22】
前記スリーブの前記キャビティ内に前記コアを配置することが、前記スリーブを所望の温度まで加熱することと、前記コアを前記スリーブの前記キャビティ内に挿入することと、を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記コアを前記スリーブのキャビティ内に配置する前の、前記スリーブの前記キャビティを画定する壁の内径が、前記コアの外径よりも小さい、請求項２１に記載の方法。
【請求項24】
前記コアを前記スリーブの前記キャビティ内に配置した後に前記コアの先端部を機械加工することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項25】
前記コアの前記先端部を機械加工することが、前記コアの前記先端部から前記スリーブの一部を除去することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記コアの前記先端部が、前記スリーブの先端部を越えて延びる、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、微細なワイヤボンディングに使用されるワイヤ・ボンディング・キャピラリに関し、より詳細には、様々な硬度の異なる材料のために形成されたマルチパートワイヤ・ボンディング・キャピラリに関する。
【背景技術】
【0002】
今日の電子デバイスのいくつかは、集積回路又は半導体を有する回路基板を含む。ワイヤボンディングは、集積回路と基板上の他の接点との間の相互接続を行う方法である。キャピラリは、ワイヤボンディング機において基板の接点を接続するために使用される工具である。
【0003】
キャピラリは、軸方向通路を含み、それを通って先端部で終端する。細いワイヤが、キャピラリの軸方向通路を通って先端部に供給される。このワイヤは非常に薄く、約１ミルの厚さを有し得る。ワイヤの端部は、キャピラリの先端部に位置する小さなボールに形成される。キャピラリは、ボールを回路基板の接点に押し下げ、ボールは、超音波力、負荷、熱等のうちの１つ又は複数を使用して接点に結合される。ボールが取り付けられた後、キャピラリは、ループを形成するために使用され、キャピラリは、ワイヤを第２の接点に搬送し前進させる。次いで、キャピラリを使用してスティックボンドを形成して、ワイヤを第２の接点に接合し、それによって２つの接点間を接続する。
【0004】
ワイヤボンディング工程は、非常に高速で行われ、キャピラリは回路基板に１秒に数回繰り返し接触している。この繰り返しの接触及びキャピラリにかかる他の力のために、キャピラリ先端部は通常摩耗する。キャピラリは、１ミル程度になり得る材料で動作しているため、精度が非常に望まれる。キャピラリ先端部のわずかな摩耗は、所望の精度を著しく低下させる可能性があり、したがって摩耗は非常に望ましくない。
【0005】
したがって、耐摩耗性キャピラリが依然として必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
第１の態様では、ワイヤ・ボンディング・キャピラリは、キャビティを有するスリーブを含む。キャピラリはまた、スリーブのキャビティ内に配置されたコアを含む。コアは、ワイヤを通すための通路を有する。スリーブは第１の材料から作製され、コアは少なくとも部分的に第２の材料から作製される。第２の材料は、第１の材料の硬度よりも大きい硬度を有する。
【0007】
別の態様では、ワイヤ・ボンディング・キャピラリを作製する方法は、スリーブのキャビティ内にコアを配置することを含む。スリーブは、第１の材料から作製され、コアは、少なくとも部分的に第２の材料から作製され、第２の材料は、第１の材料の硬度よりも大きい硬度を有する。
【0008】
更に別の態様では、ワイヤ・ボンディング・キャピラリは、第１の材料で作製されたシャフトと、第２の材料で作製された先端部とを含み、第２の材料は第１の材料よりも硬い。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
ここで図面を参照すると、図１及び図２は、回路基板を製造するためにワイヤボンディングすることができるワイヤ・ボンディング・キャピラリ１０の一実施形態を示す。キャピラリ１０は、ワイヤ受け端部１２及び先端部１４を有する。使用時には、ワイヤがキャピラリ１０の通路１６に通され、キャピラリを使用してボールボンディング、ループ及び／又はステッチボンディングによって回路基板上の接点を接続することができる。
【0011】
図２を参照すると、キャピラリ１０は、スリーブ１８と、スリーブ１８のキャビティ２２内に配置されたコア２０とを含む。以下でより詳細に説明するように、スリーブ１８は、第１の材料で作製されてもよく、コア２０は、第１の材料の硬度よりも大きい硬度を有する第２の材料で少なくとも部分的に作製されてもよい。本開示の構造により、キャピラリ、特にキャピラリの先端部１４を極めて硬質な材料で構成することができる。非常に硬い材料を使用することは、このような材料が耐摩耗性であるため有利である。しかしながら、非常に硬い材料は、望ましくないことに非常に脆くなることが多く、それに繰り返し圧力を加えることによって破壊、欠け、及び／又は亀裂が生じる傾向がある。例えば、非常に硬質で非常に脆い材料は、材料の脆性が、回路基板にワイヤをボンディングするときにキャピラリが受ける絶えず繰り返される衝撃に起因して破断を引き起こすため、キャピラリには使用されておらず、過去にはそのような使用は考慮されていなかった。驚くべきことに、硬質材料がコア２０及び先端部１４として使用され、コア２０が、コア２０の材料よりも硬度が低く、脆性が低い材料のスリーブ１８によって囲まれている場合、極めて硬質の材料がキャピラリに使用されてもよいことが見出された。
【0012】
一実施形態では、スリーブの第１の材料は、例えば、炭化タングステン、硬化工具鋼、アルミニウム等であってもよい。スリーブの材料はまた、ＡＳＴＭ Ｅ１８２０－１８ｂｅに基づいて、コア２０の材料よりも高い破壊靱性を有してもよい。コア２０は、スリーブ１８よりも高い硬度を有する材料から作製されてもよい。一実施形態では、コア２０の材料は、約２，８００ｋｇ／ｍｍ２以上のビッカース硬さを有することができる。他の実施形態では、材料のビッカース硬さは、約３，０００ｋｇ／ｍｍ２以上、又は約４，０００ｋｇ／ｍｍ２以上であってもよい。一実施形態では、コア２０の材料は炭化ケイ素を含むことができる。他の実施形態では、コア２０の材料はダイヤモンド材料を含むことができる。例えば、コア２０のダイヤモンド材料は、７９体積％を超える量であってもよく、又は８５体積％を超える量であってもよく、又は８５体積％～９５体積％の量であってもよい。ダイヤモンド材料は、例えば、セラミックダイヤモンド材料、多結晶ダイヤモンド材料、又は任意の他の適切なダイヤモンド材料であってもよい。また、コア２０の材料は、ダイヤモンド材料と結合剤とを含む複合体であってもよい。そのような結合剤は、コバルト、炭化ケイ素、及び他の適切な結合剤材料を含むことができる。結合剤は、材料が電子放電加工プロセスを使用して機械加工され得るように、材料が相対的な導電性を有することを可能にし得る。この処理及び他の処理は、ワイヤの通過、ボールへのワイヤ端部の形成、及び／又はワイヤの切断を可能にするコア２０及びコア先端部の完成した特徴部を形成するために使用することができる。更に、耐摩耗性に加えて、ダイヤモンド材料は摩擦係数が低く、ワイヤがコア２０に付着するのを防ぐのを助けることができる。
【0013】
図２及び図３を参照すると、コア２０は、ワイヤ受け端部２６及び先端部２８を有する細長い本体３０を含む。コア２０はまた、キャピラリ１０の通路１６を画定する通路１６ａを含む。この通路１６ａは、ボンディングワイヤがそれを通過するように構成されている。ボンディングワイヤは、１ミル程度であってもよく、通路１６ａは、約０．０２ミル～約０．１ミルの内径を有してもよい。更に、通路１６ａの内径は、コア２０の先端部２８に向かってテーパ状であってもよい。
【0014】
コア２０は、約０．５ミル～約２．５ミルであり得る外径を含む。一実施形態では、外径は、細長い本体３０のワイヤ受け端部２６に第１のサイズＯＤａを有し、細長い本体３０の先端部２８に第２のサイズＯＤｂを有する。第１のサイズＯＤａは、第２のサイズＯＤｂよりも大きくてもよい。一実施形態では、コア２０の細長い本体３０の外径は、ワイヤ受け端部２６から先端部２８に向かう方向に下方に先細になるテーパを有することができる。テーパは、約０度～約５度の抜き勾配を有することができる。抜き勾配は連続的であってもよく、又はコアの長さに沿って変化してもよい。例えば、抜き勾配は、５度から始まり、コア２０の長さに沿って約２度又は１度まで縮小してもよい。例えば、一実施形態では、外径の第１のサイズＯＤａは０．８９ミルであってもよく、外径の第２のサイズＯＤｂは０．４９ミルであってもよい。更に、テーパの抜き勾配は、２度程度であってもよい。
【0015】
スリーブ１８は、ワイヤ受け端部３２及び先端部３４を有する細長い本体３０を含む。スリーブ１８は、コア２０が配置されるキャビティ２２を含む。一実施形態では、細長い本体３０は、受け端部３２から先端部３４まで延在するキャビティ２２を画定する。
【0016】
キャビティ２２を画定するスリーブの壁２３は、約０．５ミル～約２．５ミルの間であり得る内径を含む。一実施形態では、壁２３の内径は、細長い本体３０のワイヤ受け端部３２に第１のサイズＩＤａを有し、細長い本体３０の先端部３４に第２のサイズＩＤｂを有する。第１のサイズＩＤａは、第２のサイズＩＤｂよりも大きくてもよい。一実施形態では、スリーブ１８のキャビティ２２を画定する壁２３の内径は、ワイヤ受け端部３２から先端部３４に向かう方向に下方に先細になるテーパを有することができる。テーパは、約０度～約５度の抜き勾配を有することができる。抜き勾配は、連続的であってもよく、又はスリーブ１８の長さに沿って変化してもよい。例えば、抜き勾配は、５度から始まり、スリーブ１８の長さに沿って約２度又は１度まで先細になり得る。一実施形態では、内径の第１のサイズＩＤａは０．８９ミルであり得、内径の第２のサイズＩＤｂは０．４９ミルであり得る。更に、テーパの抜き勾配は、２度程度であってもよい。
【0017】
スリーブ１８の壁２３の内径とコア２０の外径との間の公差は、スリーブ１８とコア２０との間に締まりばめが形成されるようなものであり得る。例えば、一実施形態では、コア２０がスリーブ１８のキャビティ２２内に配置される前に、スリーブ１８の壁２３の内径は、コア２０の外径よりも約０．００１～約０．００３ミル小さくてもよい。更に、壁２３の内径及びコア２０の外径の各々が抜き勾配を含む場合、抜き勾配は、スリーブ１８の壁２３及びコア２０の少なくともいくつかの対応する部分に沿って相補的又は同等であってもよい。以下で更に詳細に説明するように、キャピラリ１０を形成するためにスリーブ１８及びコア２０を組み立てる一方法では、コア２０をスリーブ１８に挿入することができるように、スリーブを加熱してスリーブを膨張させることができる。スリーブが冷却すると、スリーブはコア内に変形するか又は湾曲して、締まりばめを形成することができる。この構造では、コア２０及びスリーブ１８は、ユニット化された単一の実体として機能する。コア２０を取り囲むスリーブ１８の靱性は、コア２０の非常に硬い材料（例えば、ダイヤモンド様材料）が使用中の衝撃を吸収することを可能にし、コアの破壊及び欠けのリスクを低減するシステムを作り出す。更に、スリーブ１８は、キャピラリを容易に取り扱うことができるようにコア２０の捕捉を可能にする。例えば、アセンブリは、チッピングに対するリスクを最小限に抑えて使用を終了するために製造作業を通じて移行することができる。
【0018】
図１、図２、及び図３に戻ると、コア２０がスリーブ１８と組み立てられると、コアの先端部２８は、スリーブ１８を越えて、又はスリーブから外に延びることができる。この図に示すように、先端部２８は、スリーブ１８の先端部３４を越えて延びている。したがって、先端部２８は、ボールボンディング及びステッチングの際に回路基板に接触する工具の作用部となるように露出している。先端部２８は、所望の用途に応じて所望に応じて機械加工又は成形することができる。
【0019】
図４を参照すると、ワイヤ・ボンディング・キャピラリ１１０の別の実施形態が示されている。キャピラリ１１０は、キャピラリ１０と実質的に同様であり、上述の構造、公差、テーパ、サイズ等のいずれかを含むことができる。しかしながら、この実施形態では、コア１２０は、シャフト１２２及び先端部１２４を含む。シャフト１２２及び先端部１２４は、異なる材料で作製されてもよい。したがって、スリーブ１１８は、上述の第１の材料で作製されてもよく、先端部１２４は、上述の第２の材料で作製されてもよく、シャフト１２２は、第３の材料で作製されてもよい。第１及び第３の材料は、同じ材料であってもよい。更に、第１及び第３の材料は、第２の材料の硬度よりも低い硬度を有する。スリーブ１１８の第１の材料及びシャフト１２２の第３の材料はまた、ＡＳＴＭ Ｅ１８２０－１８に基づいて、先端部１２４の第２の材料よりも大きい破壊靱性を有してもよい。
【0020】
先端部１２４は、接着によってシャフト１２２に接続されてもよい。好ましくは、接合は、ユニット化された一体ユニットを形成するように、シャフト１２２及び先端部１２４を互いに永続的に固定する。接合は、例えば、ろう付けであってもよい。一実施形態では、ろう付けは合金ろう付けであってもよい。合金ろう付けは、チタン、銀、ニッケル、アルミニウム、インジウム、スズ、及び／又は銅の元素を含むことができる。シャフト１２２及び先端部１２４は、エポキシ、焼きばめ、圧入、機械的等の他の方法でも接続することができる。図４を参照すると、先端部１２４は、先端部１２４とシャフト１２２との間のろう付け継手１２６によってシャフト１２２に接続されてもよい。
【0021】
本主題によるキャピラリを作製する１つの方法では、上述のコアがスリーブのキャビティ内に配置される。上述したように、スリーブは第１の材料から作製され、コアは少なくとも部分的に第２の材料から作製され、第２の材料は第１の材料の硬度よりも大きい硬度を有する。コアをスリーブ内に配置する１つの代替形態では、スリーブは所望の温度に加熱され、コアはスリーブのワイヤ受け端部からスリーブのキャビティ内に挿入される。スリーブの加熱は、コアがスリーブの内径よりも大きい外径を有する場合に有益であり得る。スリーブを加熱すると、キャビティの内径が拡大し、コアをスリーブに挿入するのに役立つ。コアが挿入された後、スリーブは冷却される。スリーブが冷却されると、スリーブはコアへと変形するか又は湾曲して、締まりばめを形成する。
【0022】
コアがスリーブ内に配置された後、コアの先端部は、所望の用途に応じて所望の形状及びサイズに機械加工されてもよい。キャピラリを作製する１つの方法では、コアがスリーブ内に配置されると、スリーブはコアの先端部を越えて延在し、及び／又はコアの先端部を覆ってもよい。コアの先端部の機械加工中に、スリーブの先端部を機械加工して、コアの先端部が露出し、及び／又はスリーブを越えて若しくはスリーブから延びるように、キャピラリから所望の量のスリーブを除去することもできる。機械加工の前にコアの先端部を覆うスリーブは、コアの先端部の取り扱い及び機械加工を支援し、機械加工中の破砕又はチッピングを防止するのに役立ち得る。
【0023】
図５は、キャピラリがスリーブを含まないことを除いて、図４と同様のキャピラリ２１０を示す。キャピラリは、上述のシャフト１２２の材料のいずれかであり得るシャフト２２２と、上述の先端部１２２／コア２０の硬質材料のいずれかであり得る先端部２２４とを含む。更に、シャフト２２２及び先端部２２４は、ろう付け継手２２６等、上述の接合方法のいずれかによって接合されてもよい。
【0024】
このように装置を説明してきたが、当業者には様々な修正及び変更が思い浮かぶであろう。この修正及び変更は、添付の特許請求の範囲によって定義される装置の範囲内である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】