(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺金属細線の巻き戻し手段と、床面に対して垂直に保持されたキャピラリを有し、該キャピラリの入口側に設置した金属細線張力制御手段と、金属細線をキャピラリ中心に真直に導入可能な金属細線位置制御用ガイドと、該キャピラリの出口側に位置移動可能に配設した金属細線の張力測定器と、その後方に配設した長尺金属細線を巻き取る手段とを備えてなる金属細線のすべり抵抗測定装置。
【請求項２】
上記張力測定器の位置移動方法が、回転移動又は直線移動であることを特徴とする請求項１記載の金属細線のすべり抵抗測定装置。
【請求項３】
長尺金属細線の巻き戻し手段から引き出された金属細線に張力を付加すると共に、金属細線位置制御用ガイドに沿わせて、床面に対し垂直に保持されたキャピラリ中に真直に導入し、該キャピラリ出口側の張力測定器を回転移動又は直線移動させることによりキャピラリ中心軸とキャピラリ出口側の金属細線のなす角度を１０度から１６０度の範囲に設定し、長尺金属細線を巻取りながらキャピラリ出口側で張力測定を行うことを特徴とするすべり抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディングワイヤとして用いられる金属細線とキャピラリ間のすべり抵抗の測定装置及びこれを用いた測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体装置の実装に於いて、半導体チップ上の電極と外部リードを接続する方法としてワイヤボンディング法が普及しており、該方法の中でも熱圧着式または超音波併用熱圧着式ボンダーを用いたワイヤボンディングが一般的である。
【０００３】
前記何れの方式においても、繰り出された金属細線は、床面に対して垂直に保持されたボンディング治具となるセラミックス製キャピラリ中に真直に導入される。次いで、キャピラリ出口側に導出された金属細線の先端にボールを形成し、該ボールを半導体チップ上の電極に押圧した後、前記キャピラリをＸＹＺ方向（前後，左右，上下方向）に移動させて所定のループ形状を形成し、外部リードにボンディングした後金属細線を切断してワイヤボンディングする方法がとられている。
【０００４】
一方、最近の半導体チップの多ピン化、ワイヤボンディング作業の高速化等の為に、金属細線に要求される性能も高まっており、該要求性能の中で、所定のループ形状を安定して形成する事が重要なボンディング特性の一つとなっている。該ループ形状に影響を与える因子としては、金属細線の物理的特性、機械的特性、金属細線とキャピラリのすべり抵抗（以下すべり抵抗という）等があるが、とりわけ重要な因子はすべり抵抗である。
【０００５】
該すべり抵抗が重視される理由は、前記キャピラリがＸＹＺ方向に移動して所定のループ形状が形成される際、キャピラリ中心軸と、キャピラリ出口側の金属細線とのなす角度（以下「出口角度θ」という）が０〜１６０度程度まで変化し、しかも該キャピラリがセラミックス製である為、キャピラリの内部や出口、とりわけ出口でのすべり抵抗が大きくなる為である。
【０００６】
このような事情により、安定したループ形状を得る為にすべり抵抗を制御する必要が生じて来たため、最近該すべり抵抗の測定装置及び測定方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特開平５−２６４３７７号公報には、上記出口角度θを調整する方法として、ボンディングワイヤを巻き付けたスプールを載置するテーブルと、キャピラリとを一体的に傾斜させる方式を採用し、キャピラリ下方でボンディングワイヤの張力を検出する装置が開示されている。
しかしながらこの方法では、キャピラリ出口側で測定する張力に変動が生じやすく測定結果がばらつき易い。加えて、出口角度θを９０度以上にとるとき、ボンディングワイヤを巻き付けたスプールとこれを載置するテーブルの上下位置が逆になって不安定であるという欠点を有している。
【０００８】
また特開平８−２２７９０９号公報には、一端を荷重計に固定した金属細線をキャピラリに通し、該キャピラリを傾斜させて駆動するすべり抵抗測定装置及び測定方法が開示されている。
しかしながらこの方法では、長尺金属細線の全長の測定が出来ず、ボンディング作業の実情に沿った信頼性が得られないという欠点を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺金属細線を用いてワイヤボンディングを行うに際して、安定したループ形状を得るために必要なすべり抵抗を測定するに当たり、ボンディング作業の実情に沿ったすべり抵抗が、小さなばらつきで精度良く得られ、且つ安定して測定作業が出来るすべり抵抗測定装置及び測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者が鋭意検討を重ねた結果、通常のボンディング作業ではキャピラリが床面に対して垂直に保持されるのですべり抵抗がキャピラリ入口で起こることは少ないのに対し、従来の長尺金属細線を用いた測定装置，方法では、キャピラリ入口側で金属細線の位置を制御する配慮がないまま、テーブルとキャピラリを床面に対して一体的に傾斜させて上記出口角度θを調整するので、金属細線の自重によりすべり抵抗を生じる位置がキャピラリ入口で起こることが断続的に生じるため、キャピラリ出口側で測定する張力に変動が生じやすく、その結果測定値がばらつき易く、測定精度が低くなるということを見出した。さらに検討を続け、キャピラリの入口側にて金属細線の位置を制御すると共に、キャピラリを床面に対して垂直に保持したまま該キャピラリの出口側で張力測定器を位置移動可能とすることにより前述の目的を達成しうることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明のうち請求項１記載の発明は、長尺金属細線の巻き戻し手段と、床面に対して垂直に保持されたキャピラリを有し、該キャピラリの入口側に設置した金属細線張力制御手段と、金属細線をキャピラリ中心に真直に導入可能な金属細線位置制御用ガイドと、該キャピラリの出口側に位置移動可能に配設した金属細線の張力測定器と、その後方に配設した長尺金属細線を巻き取る手段とを備えてなる金属細線のすべり抵抗測定装置である。
【００１２】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における張力測定器の位置移動方法が、回転移動又は直線移動であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のうち請求項３記載の発明は、長尺金属細線の巻き戻し手段から引き出された金属細線に張力を付加すると共に、金属細線位置制御用ガイドに沿わせて、床面に対し垂直に保持されたキャピラリ中に真直に導入し、該キャピラリ出口側の張力測定器を回転移動又は直線移動させることによりキャピラリ中心軸とキャピラリ出口側の金属細線のなす角度を１０度から１６０度の範囲に設定し、長尺金属細線を巻取りながらキャピラリ出口側で張力測定を行うことを特徴とするすべり抵抗測定方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る金属細線のすべり抵抗測定装置の一例である。
１は長尺金属細線２を巻き回した巻き戻し手段としての巻き戻しスプール、３は金属細線張力制御手段としてのエアーテンションツール、４と５はそのエアーテンションツール３の前後に設置された入口ロールと出口ロール、６の矢印はエアーテンションツール３から吹き出されるエアーの方向である。７は金属細線位置制御用ガイド、８はセラミックス製キャピラリ、９はローラを内蔵した張力測定器である。
【００１６】
張力測定器９は、図１の紙面において、キャピラリ８の後方に設けられた軸を中心に回動する回動腕（図示省略）の先端に固定され、該回動腕を回動させることで矢印１０で示す方向に回動（位置移動）し、所定の出口角度θ（キャピラリ中心軸８ａと、キャピラリ８出口側の金属細線２とのなす角度）を設定できるようになっている。１１は金属細線２を巻き取る手段としての巻取りスプールで、張力測定器９の後方に設置される。
【００１７】
次に、図１を用いてすべり抵抗測定装置及びすべり抵抗測定方法を説明する。本発明では測定試料として長尺金属細線２を用いる。金属細線としては、ボンディングワイヤとして通常用いられるＡｕ，Ａｌ，Ｃｕ又はその合金であって、金属細線の直径が１０〜１００μｍのものが好ましく用いられる。
ここでいう長尺とは、スプールに巻き回されて処理される長さをいう。通常、ボンディングワイヤとして使用される場合には、１スプールに５００〜２０００ｍ巻き回されている。本発明では長さ５ｍ以上あれば測定できるものの、ボンディング作業の実情に沿った測定結果を得るには、通常使用される長さのまま測定することが好ましい。
【００１８】
巻き戻しスプール１から巻き戻された金属細線２には、張力制御手段により張力が付与される。金属細線張力制御手段としてエアーテンションツール３を用いた場合、矢印６方向にエアーを吹き付けることにより、金属細線２は図示のように山形になる。
金属細線２が下方（巻取り方向）へ引っ張られて山形が低くなると、適所に設けた山形高さ検出センサ（図示省略）がこれを検出して巻き戻しスプール１がモータで駆動され、金属細線２を所定量供給するように構成する。これによって、エアーテンションツール３からキャピラリ８に至る迄、所定の張力が付与されるようになる。
【００１９】
エアーテンションツール３から引き出された金属細線２は、金属細線制御用ガイド７によってキャピラリ８中に真直に導入される。ここで金属細線位置制御用ガイド７の一例を図２に示す。
【００２０】
金属細線２は金属細線位置制御用ガイド７によって位置が制御される。図２に示す例では、前記ガイド７の上面に２個１組の突起１２が、金属細線２の送り方向に対して前後２箇所に設けられ、金属細線２の左右への移動を制御するようにしている。該金属細線位置制御用ガイド７は、金属細線２がキャピラリ８中に真直に導入されるように設置する。
【００２１】
このように、前記金属細線張力制御手段と金属細線位置制御用ガイドを設置することにより、金属細線２が巻取りスプール１１で巻き取られてもキャピラリ８入口ですべり抵抗が生じることは少なく、ボンディング作業の実情にあった測定ができるようになる。
すなわち、金属細線２の巻きぐせ、曲がり等に起因してたまに発生するキャピラリ８入口での接触を含めて、ボンディング作業の実情にあった測定ができる。
【００２２】
これに対して従来の如く、キャピラリ８の入口側で金属細線２の位置を制御する配慮がないままキャピラリを傾斜させて出口角度θを調節しようとすると、キャピラリ８入口の金属細線２の張力と金属細線２の自重の差異が変動する為、金属細線２が緩んだり、すべり抵抗を生じる位置がキャピラリ８の入口で起こる事が断続的に生じ、測定結果がばらつきやすくボンディング作業の実情にあった測定が困難である。
【００２３】
本発明に於いて、キャピラリ８は床面に対して垂直に保持されていることが必要で有る。ここで、床面に対して垂直とは、上記のようにしてキャピラリ８に導入される金属細線２が、キャピラリ８入口で断続的な接触が生じない程度の垂直度をいう。好ましくは治具を用いて垂直度を確認して保持すると良い。
【００２４】
本発明に於いては、床面に対して垂直に保持されたキャピラリ８中に、金属細線２を真直に導入するようにする。ここで、キャピラリ８中に真直に導入するとは、金属細線２がキャピラリ８の入口に接触しない程度に導入することである。またキャピラリ８は、装置本体側に固定状に配設されるホルダー（図示省略）により、床面に対し垂直を保ったままキャピラリ中心軸８ａを中心にして回転可能に支持すると良い。
【００２５】
キャピラリ８の出口側には金属細線の張力測定器９を配設する。
張力測定器９の一例として、ローラ及び荷重計を内蔵した測定器を例示する事ができる。該張力測定器９はキャピラリ８に対して、上下方向へ移動できるように配設される。
【００２６】
上下方向へ移動可能にする方法としては前述のように、張力測定器９を、図１の紙面におけるキャピラリ８後方に設けられた軸を中心に回動する回動腕（図示省略）先端に取り付けて回動させる方法が好ましい。
このほか、図示しないが、キャピラリ中心軸８ａと平行又は傾斜させた直線ガイドを設け、このガイドに沿って張力測定器９が直線移動可能に形成することにより、該張力測定器９がキャピラリ８に対して上下方向へ移動可能なようにしても良いが、前記回動による移動の方が、出口角度θを広い範囲で設定する際に装置がコンパクトになって好ましい。
前記張力測定器９で測定された張力は、メーターやチャート紙を用いて表示、記録させる事ができる。
【００２７】
本発明に於いては、張力測定器での測定に先立って出口角度θを設定する。
実際のボンディング作業での出口角度θは、キャピラリが上昇する時０度に近く、水平移動する時９０度に近く、下降する時９０度を超えてくる。すなわち出口角度θが広範囲に変動することを考慮して、出口角度θを１０度から１６０度の範囲で設定可能に形成する事が好ましい。
【００２８】
張力測定器９から引き出された金属細線２は、巻き取る手段として設置された巻取りスプール１１に巻き取られる。巻き取り方法は連続運転、断続運転何れの方法でも良い。
【００２９】
而して、以上のように構成した本発明の測定装置は、長尺金属細線の巻き戻し手段としての巻き戻しスプール１から引き出された金属細線２に、張力制御手段としてのエアーテンションツール３からエアーを吹き出して張力を付加し、さらにこの金属細線２を金属細線位置制御用ガイド７に沿わせるをもって、床面に対し垂直に保持されたキャピラリ８中に真直に導入する。一方、キャピラリ８出口側の張力測定器９を回転移動又は直線移動させることによりキャピラリ中心軸８ａとキャピラリ８出口側の金属細線２のなす角度（出口角度θ）を１０度から１６０度の範囲に設定し、前記長尺金属細線２を巻取りスプール１１で巻取りながら、キャピラリ８出口側にて前記張力測定器９により張力測定を行う。
また、キャピラリ８をそのホルダー内で床面に対し垂直を保ったまま、キャピラリ中心軸８ａを中心にして回転させる事により、キャピラリ８出口の円周方向に対し任意位置でのすべり抵抗を測定する事が好ましい。
【００３０】
よって本発明に於いては、床面に対してキャピラリを傾斜させることなく、キャピラリ出口側に配した張力測定器を位置移動させることで出口角度θを設定するようにし、且つキャピラリ入口側には金属細線張力制御手段と金属細線位置制御用ガイドを配して、床面に対し垂直に保持されたキャピラリ中に金属細線を真直に導入するようにしたため、金属細線によるキャピラリ入口でのすべり抵抗というノイズを排除して、長尺金属細線の全長にわたって小さなばらつきで、精度良くすべり抵抗を測定できる。
【００３１】
また、長尺金属細線の巻き戻し手段、キャピラリ、金属細線張力制御手段、金属細線位置制御用ガイド、長尺金属細線を巻き取る手段は各々固定状に配設する一方、キャピラリ出口側に配する張力測定器を位置移動させて出口角度θを調整するようにしたので、巻き戻し手段、キャピラリ、張力制御手段、位置制御用ガイド、巻き取る手段等の上下位置が逆になって作業が不安定になるような虞れがない。
【００３２】
従って、長尺金属細線を用いてワイヤボンディングを行う際に安定したループ形状を得るためのすべり抵抗を測定するに当たり、ボンディング作業の実情に沿ったすべり抵抗が、小さなばらつきで精度良く得られ、且つ安定して測定作業が出来るという優れた効果を奏する事ができた。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
測定試料に供する金属細線として純度が９９．９９重量％以上の高純度であり、線径が３０μｍ×５００ｍの金線を用いた。加工工程を変えて表面状態が異なる金属細線Ａ，Ｂを使用し、図１に示すすべり抵抗測定装置を用いてすべり抵抗を測定した。
【００３４】
キャピラリはアルミナ製キャピラリを用い、これを床面に対して垂直に保持した方向とし、出口角度θは３０度、９０度、１６０度に設定し、金属細線の巻取り速度を１０ｍ／分として測定を行い、測定結果をチャート紙に記録した。
【００３５】
チャート紙の記録から測定値の中心値を求めると共に、波形の外観を観察して異常波形の有無を確認した。波形の外観の中で大波が中心線に沿ってほぼ直線的な波形を良好とし、大波が最大方向、最少方向に偏ったりして複雑な波形を異常波形とした。
１スプール当たり５００ｍの金属細線に対して、同一条件の測定を５スプール行い、各々中心値の平均、中心値のばらつき（中心値の最大値−最小値）を求めた。
これらの測定条件と測定結果を実施例１〜６として表１及び２に示す。
【００３６】
次に、装置自体を傾斜させ、傾斜位置で各部材を固定することでキャピラリを床面に対して傾斜させ、それ以外は実施例と同様にしてすべり抵抗の測定を行った。
その測定条件と測定結果を比較例１〜６として表１及び２に示す。
【００３７】
【表１】
0003575928.tif 000002
【００３８】
【表２】
0003575928.tif 000003
【００３９】
以上の測定結果によれば、実施例１〜６のものは試料数５で測定した結果、波形の外観は何れも良好であり、中心値のばらつきは中心値の平均値の１０％以内に収まっている為、次のような効果を有することが判る。
▲１▼通常の場合波形の外観が良好である為、金属細線やキャピラリに異常が発生した時、波形観察から異常の発生を検知し易い。
▲２▼中心値のばらつきが中心値の平均値の１０％以内に収まっていることから、中心値という求め易い指標を活用してキャピラリや金属細線の比較が出来る。
【００４０】
これに対し、比較例１〜６のものを試料数５で測定した結果、波形の外観は何れも異常波形を示し、中心値のばらつきが大きい為、次のような欠点を有することが判る。
▲１▼通常の場合でも波形の外観が異常波形である為、金属細線やキャピラリに異常が発生した時、波形観察から必要な異常情報を検知しにくい。
▲２▼中心値のばらつきが大きい為、中心値という指標がなにを表す指標かわかりにくく、活用しにくい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の測定装置及び測定方法によれば、ボンディング作業の実情に沿ったすべり抵抗が、小さなばらつきで精度良く得られ、キャピラリ又は金属細線に異常が生じた場合、異常の発生を検知し易く、且つ安定して測定作業が出来るという優れた効果を有するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図。
【図２】金属細線位置制御用ガイドの一例を示す概略図。
【符号の説明】
１：巻き戻しスプール（長尺金属細線の巻き戻し手段）
２：金属細線
３：エアーテンションツール（金属細線張力制御手段）
７：金属細線位置制御用ガイド
８：キャピラリ
９：張力測定器
１１：巻取りスプール（長尺金属細線を巻取る手段）
θ：出口角度（キャピラリ中心軸とキャピラリ出口側の金属細線とがなす角度）
【図１】
0003575928.tif 000004
【図２】
0003575928.tif 000005