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WO1999033100A1 - Capillaire de microcablage - Google Patents

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WO1999033100A1
WO1999033100A1 PCT/JP1998/005690 JP9805690W WO9933100A1 WO 1999033100 A1 WO1999033100 A1 WO 1999033100A1 JP 9805690 W JP9805690 W JP 9805690W WO 9933100 A1 WO9933100 A1 WO 9933100A1
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wire
hole
wire bonding
diameter
angle
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PCT/JP1998/005690
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Takesi Suzuki
Mamoru Sakurai
Minoru Torihata
Tatsunari Mii
Original Assignee
Toto Ltd.
Kabushiki Kaisha Shinkawa
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a wire bonder cab for wiring between a semiconductor chip and a lead frame.
  • the present invention relates to a wire bonding cable which is suitable for long wire and low loop wiring and has an improved wire sliding resistance (drawing resistance).
  • the wire bonding cable is a ceramic cylinder mounted at the tip of the wire feeding section of the wire bonder.
  • the wire bonding cable normally has a through hole for a bonding wire, a funnel-shaped hole for guiding the wire to the hole, and a chamfer on the exit side of the through hole.
  • the through hole is a portion processed to have the smallest diameter in the wire passage path in the cabillary.
  • Chamfer is generally (in Figure 1, theta reference 2) opening angle of taper machining 4 5 to 6 0 ° have been made. Further, some of them have been processed so as to reduce the angle between the chamfer and the through hole.
  • the following wire bonding capillaries are disclosed in the embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-913 / 38.
  • Wire through hole diameter (corresponding to d in Figure 1): Wire diameter + 8 ⁇ : I 2 ⁇ ra
  • Opening angle of chamfer (corresponding to 6i and ⁇ 2 in Fig. 1): 40-50 °, 10-20 °
  • Length of chamfer (corresponding to 1 ⁇ in Fig. 1): wire diameter X 0.7 to 1.5
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a wire bonding cable which is suitable for long wire and low loop wire wiring and can reduce wire sliding resistance. And Disclosure of the invention
  • a wire bonding cabillary of the present invention has a through hole for a bonding wire, a funnel-shaped hole for guiding a wire reaching the hole, and a chamfered portion on the exit side of the through hole.
  • the insertion hole is the portion processed into the smallest diameter in the wire passage path of the cable, and the length thereof is 1.5 times or less the hole diameter. It is characterized by
  • the shorter the through hole the lower the sliding resistance of the wire.
  • the diameter of the insertion hole is a value obtained by adding a small gap to the diameter of the wire. Therefore, it is preferable to reduce the sliding resistance by making the length of the insertion hole as short as possible. From this point of view, the insertion hole The length is preferably not more than 0.5 times the diameter of the insertion hole.
  • the chamfered portion is formed so that an opening angle increases toward an exit side.
  • the angle between the cable core and the wire to be wired tends to be large, and the wire is sharply bent at the leading end of the cable. Will occur.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a tip portion of a wire bonding capillary according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of an experiment in which the wire pull-out resistance was measured while changing the wire pull-out angle ⁇ for various wire bonding cavities.
  • Fig. 3 is a graph showing the measurement results of the pull-out resistance while changing the bore length ratio and the pull-out angle of the through holes of the capillaries.
  • the horizontal axis indicates the extraction angle, and the vertical axis indicates the extraction resistance.
  • Figure 4 shows the results of the measurement of the pull-out resistance while changing the shape of the chamfered part and the pull-out angle.
  • the horizontal axis indicates the extraction angle, and the vertical axis indicates the extraction resistance.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a distal end portion of a wire rod according to one embodiment of the present invention.
  • the capillary 1 is a cylindrical one made of a sintered body of ceramics.
  • the outer surface 15 of the capillaries 1 has a conical surface that becomes narrower as it goes forward (below the figure).
  • the interior of the cavity 1 includes a funnel-shaped hole 3, a wire insertion hole 5, and a tapered portion 11 in order from the top to the bottom of the figure.
  • the funnel-shaped hole 3 is a hole for guiding the wire 17 toward the insertion hole 5.
  • the through hole 5 is a straight hole that is narrowed to position the wire 17 at a certain position.
  • the chamfered portion 7 is a portion where the wire fed out obliquely downward from the cabillary 1 is curved.
  • the tapered portion 11 is formed in a two-step tapered shape, and includes a first-step chamfer 7 on the through hole side and a second-step chamfer 9 on the outlet side. .
  • the opening angle of the double-sided chamfer (angle of Canon Villari axis and the chamfered portion, in FIG, theta 2), the direction of delivery side is large summer. The value will be described later.
  • Figure 2 is a diagram showing the outline of an experiment in which the wire pullout resistance was measured for various wire bonding cavities while changing the wire pullout angle ⁇ .
  • the capillaries 1 were set with the tip side up, and the wires 17 were inserted through them.
  • the wire 17 used had a diameter of 30 / im.
  • Figure 3 is a graph of the value obtained by dividing the length of the through hole of the capillaries by the diameter (bore length ratio) and the pull-out resistance while changing the pull-out angle.
  • the horizontal axis shows the pull-out angle
  • the vertical axis shows the pull-out resistance.
  • the bore length ratio is shown with different plot symbols in the figure.
  • the withdrawal resistance suddenly increases when the withdrawal angle exceeds 60 °.
  • the pullout angle increases, but at that time, the resistance of the kyaryri becomes high, and the smoothness of wire feeding is easily lost.
  • the smaller the through hole length ratio the lower the extraction resistance. This indicates that the resistance in the narrow through-hole is large, and that the resistance decreases when the length of the through-hole is shortened. From this figure, it is preferable that the bore length ratio is 1.5 or less at which the withdrawal resistance value is 4. Og or less at a 75 ° withdrawal angle.
  • the pull-out resistance value becomes 3.6 g or less at a pull-out angle of 75 °, more preferably 1.0 or less. Furthermore, it can be seen that the withdrawal resistance value of 3. O g or less at a withdrawal angle of 75 ° is most preferably 0.5 or less.
  • the lower limit of the bore length ratio is preferably 0.2 or more from the viewpoint of preventing the eccentricity of the press-bonded ball.
  • Figure 4 shows the results of the measurement of the pull-out resistance while changing the shape of the chamfered part and the pull-out angle. The horizontal axis indicates the extraction angle, and the vertical axis indicates the extraction resistance. The shapes of the chamfers are shown with different plot symbols.
  • the cavities of the embodiment have a two-step taper (15 °, 45 °) and a bore length ratio of 0.7.
  • the cavities of Comparative Example 1 had a one-step taper (45 °) and a bore length ratio of 3.0.
  • the cavities of Comparative Example 2 had a one-step taper (45 °) and a bore length ratio of 2.0.
  • the example has a significantly lower extraction resistance than the comparative examples 1 and 2. Also, even if the pull-out angles are 75 ° and 90 °, the pull-out resistance does not increase significantly.
  • the pull-out resistance is remarkably increased as the pull-out resistance is increased as a whole and the force and the pull-out angle are increased. From this, it can be understood that the drawing resistance can be reduced by forming the tapered portion from which the wire is drawn out so as to become wider toward the outlet side.
  • ⁇ j is 40-60 °, preferably around 45 °
  • Theta 2 is. 10 to 25 °, around preferably 1 5 °
  • Material example Alumina-based ceramics, ruby, silicon nitride-based ceramics, etc.
  • Molding method Press molding, hydrostatic molding, injection molding
  • the wire bonding cable of the present embodiment in a case where the wire is fed obliquely downward, the cable serves as a guide, so that the wire can be smoothly fed out and wire bonding defects related to variations in loop height can be prevented.
  • the cable serves as a guide, so that the wire can be smoothly fed out and wire bonding defects related to variations in loop height can be prevented.

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Description

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1
明細書 ワイヤボンディングキヤビラリ
技術分野
本発明は、 半導体チップとリードフレームとの間の配線等を行うワイヤボンダ用のキヤビラ リに関する。 特には、 長ワイヤ ·低ループのワイヤ配線を行うのに適し、 ワイヤ摺動抵抗 （引 き出し抵抗） を低くできるよう改良を加えたワイヤボンディングキヤビラリに関する。 背景技術
ワイヤボンディングキヤビラリは、 ワイヤボンダのワイヤ繰り出し部先端に装備されたセラ ミック製の筒体である。 このワイヤボンディングキヤビラリは、 通常、 ボンディングワイヤの 揷通孔、 該孔に至るワイヤを案内するロート状孔、 及び、 揷通孔の出側の面取り部、 を有する。 ここで揷通孔は、 キヤビラリにおけるワイヤ通過経路中で最も細径に加工された部分である。 面取り部は、 一般的には、 開口角度 （図 1の 、 Θ 2 参照） が 4 5〜6 0 ° のテーパー加工 がなされている。 さらに、 面取り部と揷通孔との間の角を落とすような加工の施されたものも ある。 特開昭 5 9— 1 9 1 3 3 8号の実施例中には、 次のようなワイヤボンディングキヤピ ラリが開示されている。 この実施例のキヤビラリは、 ワイヤ揷通孔の径 （図 1の に相当） が 4 3 / m で、 面取り部の開口角度 （図 1の Θ！ 、 Θ 2 に相当） が 4 5。 、 1 5 ° である。 実公平 1—4 2 3 4 9号には、 次のようなワイヤボンディングキヤビラリが好ましいものと して開示されている。
ワイヤ揷通孔の径 （図 1の d , に相当） ： ワイヤ径 + 8〜： I 2〃ra
面取り部の開口角度 （図 1の 6 i 、 θ 2 に相当） ： 4 0〜5 0 ° 、 1 0〜2 0 °
面取り部の長さ （図 1の 1^ に相当） ： ワイヤ径 X 0 . 7〜1 . 5
しかしながら、 これら 2件の先行技術には、 揷通孔の長さについては一切記載されていなレ、。 また、 次に述べる長ワイヤ ·低ループボンディングという技術傾向及びそれに伴う問題点につ いても記載されていない。
ところで最近、 超 L S I等において高集積の目的からチップの縮小化及び多ピン化がますま す進み、 ワイヤボンディングにおけるループ形状の長ワイヤ ·低ループの要求が強まってきて いる。
従来のワイヤボンダ用ツールを用いて、 長ワイヤ '低ループボンディングを行った場合、 通 常の 2倍以上の長さのワイヤをキヤビラリ揷通孔から繰り出す必要があるため、 ワイヤの引つ 掛かりによるたるみや引き攣れによるループ高さのバラツキが発生し易レ、。 ループのたるみは 隣接するワイヤ同士の接触を引き起こし、 ショート不良につながる。 また、 ループの引き攣れ は圧着したボールのネック部に過大なス トレスを与え、 断線不良を発生させる。 いずれの不良 もワイヤボンディング工程における致命的な欠陥であって根絶されるべきものである。
本発明は、 このような問題点に鑑みてなされたもので、 長ワイヤ '低ループのワイヤ配線を 行うのに適した、 ワイヤ摺動抵抗を低くできるワイヤボンディングキヤビラリを提供すること を目的とする。 発明の開示
上記課題を解決するため、 本発明のワイヤボンディングキヤビラリは、 ボンディングワイ ャの揷通孔、 該孔に至るワイヤを案内するロート状孔、 及び揷通孔の出側の面取り部、 を有す るワイヤボンディングキヤビラリであって； 上記挿通孔は、 キヤビラリのワイヤ通過経路中 で最も細径に加工された部分であり、 その長さが孔径の 1 . 5倍以下とされていることを特徴 とする。
後述する実験の結果、 基本的には揷通孔の長さが短いほどワイャの摺動抵抗が小さいことが 分った。 挿通孔の径は、 ワイヤの位置決め精度の関係から、 ワイヤの径にある微小な隙間を加 えた値となっており、 狭いところをワイヤを引き出すこととなり抵抗が高い。 したがって、 挿 通孔の長さをできるだけ短く して摺動抵抗を下げることが好ましい。 この観点からは、 挿通孔 長さは挿通孔径の 0 . 5倍以下が好ましい。
本発明のワイヤボンディングキヤビラリにおいては、 上記面取り部が、 出側に向かって開口 角度が広くなるように形成されていることが好ましい。 長ワイヤ ·低ループのワイヤを配線す る際にはキヤビラリの軸芯と配線されるワイヤとの角度が大きくなりやすく、 キヤビラリの先 端部でワイヤが鋭く曲げられ、 ここで大きなワイヤ引き出し抵抗が生じることとなる。
そこで、 キヤビラリの先端部に、 出側に向かって開口角度が広くなるような面取り部を形成 することにより、 ワイヤをスムーズに湾曲させながら導くことができ、 抵抗を下げることがで さる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の 1実施例に係るワイヤボンディングキヤビラリの先端部を示す断面図であ る。
図 2は、 各種のワイヤボンディングキヤビラリについてワイヤの引き出し角度 αを変えなが ら、 ワイヤの引き出し抵抗を計測した実験の概要を示す図である。
図 3、 キヤビラリの揷通孔のボア長比及び引き出し角度を変えながら引き出し抵抗を測定し た結果のグラフである。 横軸は引き出し角度を、 縦軸は引き出し抵抗を示す。
図 4は、 面取り部の形状及び引き出し角度を変えながら引き出し抵抗を測定した結果のダラ フである。 横軸は引き出し角度を、 縦軸は引き出し抵抗を示す。
図中の主要な符号の名称を以下に列記する。
3 ロート状孔 5 ワイヤ揷通孔
7 第 1段面取り部 9 第 2段面取り部
1 1 テーパー部 1 3 下端面
1 5 外面 1 7 ワイヤ 発明実施の形態
以下、 図面を参照しつつ説明する。
図 1は、 本発明の 1実施例に係るワイヤボ： リの先端部を示す断面図であ る。
キヤビラリ 1はセラミックスの焼結体からなる筒状のものである。 キヤビラリ 1の外面 1 5 は先 （図の下） にいくほど細い円錐面となっている。
キヤビラリ 1の内部は、 図の上から下に向かって順に、 ロート状孔 3、 ワイヤ挿通孔 5、 テーパー部 1 1となっている。
ロート状孔 3は、 ワイヤ 1 7を挿通孔 5に向けて導くための孔である。 揷通孔 5は、 ワイヤ 1 7をある位置に位置決めするために細くなつているストレート孔である。
面取り部 7は、 キヤビラリ 1から斜め下方に繰り出されるワイヤが湾曲する部分である。 こ の実施例のキヤビラリ 1では、 テーパー部 1 1は、 2段テーパー状に形成されており、 揷通孔 側の第 1段面取り部 7と、 出側の第 2段面取り部 9とからなる。 両面取り部の開口角度 （キヤ ビラリ軸芯と面取り部のなす角、 図中の 、 Θ 2 ) は、 出側の方が大きくなつている。 その 値については後述する。
このような構造によりワイヤ湾曲部でのストレスを軽減しスムーズなワイヤ繰り出しを実現 している。 次に、 各部の角度や寸法を最適化するための実験例を説明する。
図 2は、 各種のワイヤボンディングキヤビラリについて、 ワイヤの引き出し角度 αを変えな がら、 ワイヤの引き出し抵抗を計測した実験の概要を示す図である。
キヤビラリ 1を先端側を上としてセットし、 その中にワイヤ 1 7を挿通した。 ワイヤ 1 7は、 径 3 0 /i m のものを用いた。
ワイヤ 1 7の下端には 0 . 6 gの重り 3 1を吊り下げた。 キヤビラリ 1の先から、 斜めにヮ ィャ 1 7を引き出し、 ワイヤ 1 7の先のテンションゲージ 3 3に連結した。 この状態で、 ワイ ャ 1 7を一定速度 （0. 3國 sec.) で引っ張りながら引き出し抵抗力を測定した。 ここで、 キヤビラリ 1の軸芯とワイヤ 1 7の引っ張り方向とのなす角 （引き出し角度 α) を 30° 、 6 0° 、 7 5° 、 90° と変えて実験した。
図 3は、 キヤビラリの揷通孔の長さを径で割った値 （ボア長比） 及び引き出し角度を変えな がら引き出し抵抗を測定した結果のグラフである。 横軸は引き出し角度を、 縦軸は引き出し抵 抗を示す。 ボア長比については図中でプロット記号を変えて示してある。
なお、 この実験のキヤビラリの面取り部形状は、 開口角度 6！ =45° であり、 面取り部と 揷通孔との角を落とすような加工を施したものである。
この図から分るように、 引き出し抵抗は、 引き出し角度が 60° を越えるあたりから急に高 くなる。 すなわち、 長ワイヤ ·低ループのワイヤボンディングを行うと引き出し角度が高くな るが、 その時にキヤビラリの抵抗が高くなつてワイヤ繰り出しのスムーズさが失われやすいこ とが如実に示されている。 揷通孔ボア長比は、 小さいほど引き出し抵抗が低いことが分る。 こ れは、 狭い揷通孔での抵抗が大きく、 揷通孔の長さを短くすれば抵抗が下がることを示してい る。 この図から、 ボア長比は、 引き出し角度 7 5° で引き出し抵抗値が 4. O g以下となる 1. 5以下が好ましい。 さらに、 引き出し角度 7 5° で引き出し抵抗値が 3. 6 g以下となる 1. 0以下がより好ましい。 さらには、 引き出し角度 7 5° で引き出し抵抗値が 3. O g以下とな る 0. 5以下が最も好ましいことが読み取れる。 なお、 ボア長比の下限値については、 圧着 ボールの偏心防止の観点から 0. 2以上が好ましい。 図 4は、 面取り部の形状及び引き出し角度を変えながら引き出し抵抗を測定した結果のダラ フである。 横軸は引き出し角度を、 縦軸は引き出し抵抗を示す。 面取り部形状についてはプロ ット記号を変えて示してある。
実施例のキヤビラリは 2段テーパー （1 5° 、 45° ) 、 ボア長比 0. 7である。 比較例 1 のキヤビラリは 1段テーパー （45° ) 、 ボア長比 3. 0である。 比較例 2のキヤビラリは 1 段テーパー （45° ) 、 ボア長比 2. 0である。 図 4から分るように、 実施例は比較例 1、 2と比べて、 有意に引き出し抵抗が低い。 また、 引き出し角度 75° 、 90° となっても、 著しくは引き出し抵抗が増大しない。 一方、 比較例 は、 全体として引き出し抵抗が高いばかり力、 引き出し角度の増大とともに引き出し抵抗が著 しく増大する。 これから、 ワイヤの引き出されるテーパー部を出側に向かって広くなるように 形成することにより引き出し抵抗を低減できることが分る。
本発明者らの行った実験を総合したところ以下の結果が得られた。
Θ j は 40〜 60° 、 好ましくは 45 ° 近辺
Θ 2 は 10〜 25 ° 、 好ましくは 1 5 ° 近辺
揷通孔径 11 はワイヤ径 d+ (6〜1 5) m ：好ましくは d+ 1 2 im 近辺、 挿通孔長さ h2 は X (0. 2〜1. 5) 、 好ましくは X 0. 7近辺の関係が良好であった。 なお、 下方面取り部 9、 上方面取り部 7、 ワイヤ挿通用穴の境界部のエッジを微小 R形状と することにより最良の結果が得られた。
次に、 本実施例のワイヤボンディングキヤビラリの材質 ·製造方法例について説明する。 材質例：アルミナ系セラミックス、 ルビー、 窒珪素系セラミックス等 成形方法：プレス成 形、 静水圧成形、 射出成形
揷通孔加工方法：研摩加工
テーパー部加工方法：研削加工、 研摩加工
本実施例のワイヤボンディングキヤビラリを用いれば、 ワイヤを斜め下方に繰り出すケース において、 キヤビラリがガイ ドの役目を成すことにより、 繰り出しが滑らかになり、 ループ高 さのバラツキに係るワイヤボンディング不良を解決することができた。
以上の説明から明らかなように、 本発明によれば、 長ワイヤ ·低ループのワイヤ配線を行う のに適した、 ワイヤ引き出し抵抗を低くできるワイヤボンディングキヤビラリを提供できる。 その結果、 超 LS Iのさらなる高集積化に対応できるワイヤボンダ用キヤビラリを提供できる。

Claims

請求の範囲
1. ボンディングワイヤの挿通孔、 該孔に至るワイヤを案内するロート状孔、 及び、 揷通孔 の出側の面取り部、 を有するワイヤボンディングキヤビラリであって；
上記揷通孔は、 キヤビラリにおけるワイャ通過経路中で最も細径に加工された部分であり、 その長さが孔径の 1. 5倍以下とされていることを特徴とするワイヤボンディングキヤビラリ。
2. 上記揷通孔の長さが孔径の 1. 0倍以下とされていることを特徴とする請求の範囲第 1項 記載のワイヤボンディングキヤビラリ。
3. 上記揷通孔の長さが孔径の 0. 2倍以上とされていることを特徴とする請求の範囲第 1項 又は第 2項記載のワイヤボンディングキヤビラリ。
4. 上記面取り部が、 出側に向かって開口角度が広くなるように形成されていることを特徴 とする請求の範囲第 1項記載のワイヤボンディングキヤビラリ。
5. 上記面取り部が 2段テーパ状に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載 のワイヤボンディングキヤビラリ。
6. 上記面取り部が 2段テーパ状に形成されており、 揷通孔側の面取り部の開口角度が 10 〜25° 、 出側の面取り部の開口角度が 40〜 60° であることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載のワイヤボンディングキヤビラリ。
7. 上記揷通孔の長さが孔径の 0. 2〜1. 5倍とされており、 上記面取り部が 2段テー パー状に形成されており、 揷通孔側の面取り部の開口角度が 10〜25° 、 出側の面取り部の 開口角度が 40〜 60° であることを特徴とする請求の範囲第 1記載
ャビラリ。
8. 上記挿通 径プラス 6〜1 5 μπι であることを特徴とする 請求の範囲第 1項記載のワイヤボ
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