(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径ｒ（ｍｍ）のファインワイヤーを交差状態で多層に巻き取る筒状のスプールであって、巻き取られるファインワイヤーが限界曲げ角度θだけ曲げられたときに、ファインワイヤーの曲げ部分で塑性変形が起きるような金属であるとき、該スプールの外半径Ｒ（ｍｍ）が、
Ｒ≧〔｛１＋ＣＯＳ（θ／２）｝／｛１−ＣＯＳ（θ／２）｝〕×ｒ
であることを特徴とするファインワイヤー用スプール。
【請求項２】
半径ｒ（ｍｍ）の金ファインワイヤーを交差状態で多層に巻き取る筒状のスプールであって、該スプールの外半径Ｒ（ｍｍ）が、
Ｒ≧２１００×ｒ
であることを特徴とするファインワイヤー用スプール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ボンディングワイヤー等の半導体素子に用いるファインワイヤーの製造あるいは供給に利用されるファインワイヤー用スプールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子に用いるボンディングワイヤーやバンプワイヤーといったワイヤーは、半径が数十ミクロンの極細線で、ファインワイヤーと呼ばれており、通常、外半径が約１／４インチ（６．５ｍｍ）、あるいは約１インチ（２５．２ｍｍ）の巻き胴のスプールに巻き取られる形で半導体素子の製造に供されている。集積回路の高密度化にともない、よりファインピッチ（精密な寸法）での組み立てが要求されるようになり、以前は問題にされなかった程度のファインワイヤーの僅かな曲がりや折れがファインワイヤー間あるいはファインワイヤーとチップとの間での電気的ショートの原因となっている。
【０００３】
そのため、ファインワイヤーをスプールの巻き胴に巻き取る際の曲がりや折れを防止する対策として、スプールにファインワイヤーを交差状態での巻き付け、すなわちクロス巻きを行う際に、巻き付けの初期に、上層のワイヤーと下層のワイヤーとの交差角度を大きくとって、上層のワイヤーを下層のワイヤーの間に食い込ませない巻き取り方法や、ファインワイヤーの表面に潤滑性を付与しておきそのファインワイヤーを使用する際に、ファインワイヤーがスプールから容易にほぐれるような工夫が凝らされ、それぞれある程度の効果が得られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば直径２４〜３３（μｍ）の金ボンディングワイヤーを外径２インチのスプールに食い込みが発生しないように、多層に巻き取る場合であっても、スプールの巻き胴の表面に近いファインワイヤーの交差部には、下層のファインワイヤーに上層のファインワイヤーが交差して巻き取られることに起因する数ミクロン程度の折れが発生するという問題が残っていた。
【０００５】
この折れを防止する対策として、ファインワイヤーの巻き付け張力を低く設定して、上下層のファインワイヤーの交差部でのファインワイヤーの折れを抑える方法が試みられているが、その効果は少なく、折れが発生しなくなるまで張力を低下させると、巻きずれ等の別の問題が新たに発生し、折れ防止の問題は解決されていなかった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、ファインワイヤーを多層に巻き取っても、ファインワイヤーの交差部に折れを発生せず、したがって半導体素子にファインワイヤーを組み付けた後も、ループに変形が発生せず、半導体素子の不良原因となるファインワイヤー間あるいはファインワイヤーとチップとの間での電気的ショートが回避されるようなスプールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１に示すように、円筒形状のスプール３の巻き胴にファインワイヤー１、２を交差状態で多層に巻き取る際には、それらのファインワイヤー１、２の交差部で、上層のワイヤー１は、下層のワイヤー２をまたぐことによって、下層のファインワイヤー２を支点として曲げられ、支点の両側で、スプール３に接するように巻き取られる。このとき、上層のファインワイヤー１とスプール３との両接点における各接線が支点で交わる角度は、上層のファインワイヤー１の曲げ角度ψとなっている。つまり上層のファインワイヤー１は、下層のファインワイヤー２と交差するとき、スプール３の巻き胴に対し曲げ角度ψだけ曲げられて巻き付けられる。
【０００８】
したがって、図２に示すように、スプール３の巻き胴に対するファインワイヤー１、２の巻き始め段階で、上層のファインワイヤー１が曲げられた際に塑性変形に至ってしまうワイヤー材質により定まるある限界曲げ角度θよりも小さい曲げ角度ψでファインワイヤー１を巻き取ることが可能であれば、ファインワイヤー１に折れを発生させることなく、スプール３に巻き取ることが可能となる。
【０００９】
本発明は、上記の点に着目し、ファインワイヤー１、２の材質によって定まる限界曲げ角度θよりも小さい曲げ角度ψで巻き取ることができるスプール３を提供するために、半径ｒ（ｍｍ）のファインワイヤー１、２が限界曲げ角度θだけ曲げられたときに塑性変形を起こすような金属からなるとき、ファインワイヤー１、２を交差状態で多層に巻き取る筒状のスプール３の外半径Ｒ（ｍｍ）を下記の式〔１〕を満たす値としている。
【００１０】
Ｒ≧〔｛１＋ＣＯＳ（θ／２）｝／｛１−ＣＯＳ（θ／２）｝〕×ｒ・・〔１〕
【００１１】
このとき、限界曲げ角度θは、ファインワイヤー１、２の素材や焼純などの製造条件あるいは線径によって変化する。
【００１２】
図３は、上記の式〔１〕を導く過程の説明図である。この図で、△ＡＢＣと△ＡＢ’Ｃとは合同であり、それぞれの三角形の内角の和はπであるから、式▲１▼が成立する。
∠ＢＡＣ＋∠ＡＣＢ＋∠ＡＢＣ＝π
∠Ｂ’ＡＣ＋∠ＡＣＢ’＋∠ＡＢ’Ｃ＝π
φ＋｛（π−θ）／２｝＋（π／２）＝π
φ＝θ／２  ・・・・・▲１▼
【００１３】
ＡＣは、ＡＦとＦＤとＤＣとの和であるから、式▲２▼が成立する。
ＡＣ＝ＡＦ＋ＦＤ＋ＤＣ
Ｒ／ＣＯＳφ＝Ｒ＋ｒ＋（ｒ／ＣＯＳφ）  ・・・・▲２▼
【００１４】
式▲２▼に式▲１▼を代入するとことによって、前記の式〔１〕の等式部分は、以下のように導き出せる。
Ｒ／ＣＯＳ（θ／２）＝Ｒ＋ｒ＋｛ｒ／ＣＯＳ（θ／２）｝
｛１−ＣＯＳ（θ／２）｝×Ｒ＝｛１＋ＣＯＳ（θ／２）｝×ｒ
∴Ｒ＝〔｛１＋ＣＯＳ（θ／２）｝／｛１−ＣＯＳ（θ／２）｝〕×ｒ
【００１５】
したがって、半径ｒのファインワイヤー１、２を巻き取るときの上層のファインワイヤー１の曲げ角度ψがファインワイヤー１による塑性変形を起こして折れてしまう限界曲げ角度θ以下になるように巻き取るためのスプール３の外半径Ｒとして、前記式〔１〕が成立するのである。すなわち、式〔１〕を満足する外半径Ｒを有するスプール３では、半径ｒのファインワイヤー１、２を巻き取るだけで、ファインワイヤー１、２の交差部分での上層のファインワイヤー１の曲げ角度ψは、限界曲げ角度θ以下となり、ファインワイヤー１、２に折れを発生することなく、多層に巻き取ることが可能となる。
【００１６】
発明者の実験によると、ファインワイヤー１、２の素材として金を選べば、金ファインワイヤーでは、限界曲げ角度θ＝５°であることがわかっており、前記の式〔１〕にθ＝５°を代入して得られる下記の式〔２〕を満足する外半径Ｒを有するスプール３に半径ｒの金ファインワイヤーを巻き取るだけで、上層のファインワイヤー１の曲げ角度ψは、５°以下となり、ファインワイヤー１、２に折れを発生させることなく、多層に巻き取ることが可能になるのである。
【００１７】
Ｒ≧２１００×ｒ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・〔２〕
【００１８】
本発明のスプール３では、ファインワイヤー１、２を多層に巻き取るほど、巻き取り半径はスプール３の外半径Ｒよりも大きくなるため、上層部ほど〔式１〕あるいは〔式２〕の外半径Ｒは大きくなり、その結果、上層のファインワイヤー１ほど限界曲げ角度θが小さくなって、折れは発生しにくくなる。
【００１９】
【実施例】
外径の異なるアルミニウム製スプールに外径の異なる金ファインワイヤーを交差状態で多層に巻き取った場合の折れ発生状況を調査した。金ファインワイヤーは、１７ｍｍの巻き幅で巻き取り、巻き長さは、３層で５０ｍとした。金ファインワイヤーの交差部の折れの発生の有無の判定は、金ファインワイヤーを２０ｍほぐした後の長さ１０ｍで評価し、組み立て後のループの変形の有無は、３ｍｍのループ長さで、１５００本ボンディングし、変形したループの有無で評価した。この調査結果を〔表１〕に示す。
【００２０】
0003570696.tif 000002
【００２１】
上記の〔表１〕に示すとおり、試料Ｎｏ．１から６においては、スプール外半径が金ファインワイヤーの半径の２１００倍以上であり、その結果、多層に巻き取っても金ファインワイヤーの交差部にて折れの発生や組み立て後のループの変形は確認されなかった。
【００２２】
【比較例】
上記の実施例と同様の方法で、スプール外半径が金ファインワイヤーの半径の２１００倍未満の例を比較例として調査した。この調査結果を〔表２〕に示す。
【００２３】
0003570696.tif 000003
【００２４】
上記の〔表２〕に示すとおり、試料Ｎｏ．７から１１では、ワイヤー交差部に折れが発生し、Ｎｏ８．から１１では組み立て後のループ変形が認められた。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づいて、所定の条件式を満足するファインワイヤー用のスプールを使用すれば、スプールに対してファインワイヤーを交差状態で多層に巻き取っても、ワイヤー交差部に折れが発生しないため、組み立て後もループに変形が発生せず、半導体素子の不良原因となるファインワイヤー間あるいはファインワイヤーとチップとの間での電気的ショートが確実に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スプール上のワイヤー交差部の模式図である。
【図２】スプール上のワイヤー交差部での曲げ角度と限界曲げ角度との関係の説明図である。
【図３】スプール外半径と曲げ角度との関係を求めるための説明図である。
【符号の説明】
１  上層のファインワイヤー
２  下層のファインワイヤー
３  スプール
【図１】
0003570696.tif 000004
【図２】
0003570696.tif 000005
【図３】
0003570696.tif 000006