(57)【要約】【課題】  伸線工程におけるボンディングワイヤの断線を低減させる。【解決手段】  ダイスセット中の各ダイスの設計リダクション率を、一定値とした場合、あるいはａ，ｂ，ｃ，ｄは定数として下記数式のいずれかで算出した場合において、2006007299.tif 000021先頭ダイスのリダクション率を算出された設計リダクション率の２０〜９５％とし、最終ダイスのリダクション率を算出された設計リダクション率の２５〜９０％とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を
2006007299.tif 000012
と定義し、伸線工程における先頭ダイス及び最終ダイス以外のダイスのリダクション率を一定値としたとき、先頭ダイスのリダクション率が前記一定値の２０〜９５％の範囲にあることを特徴とするダイスセット。
【請求項２】
ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を
2006007299.tif 000013
と定義し、伸線工程における先頭ダイス及び最終ダイス以外のダイスのリダクション率を一定値としたとき、最終ダイスのリダクション率が前記一定値の２５〜９０％の範囲にあることを特徴とするダイスセット。
【請求項３】
ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を
2006007299.tif 000014
と定義し、伸線工程における先頭ダイス及び最終ダイス以外のダイスのリダクション率を一定値としたとき、先頭ダイスのリダクション率が前記一定値の２０〜９５％の範囲にあり、最終ダイスのリダクション率は前記一定値の２５〜９０％の範囲にあることを特徴とするダイスセット。
【請求項４】
前記一定値は６〜１０％の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のダイスセット。
【請求項５】
ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を
2006007299.tif 000015
と定義し、前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率が先頭から後方に行くに従い一定の割合で減少する算出式を用いて前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率を算出したとき、先頭ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２０〜９５％であり、最終ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２５〜９０％であることを特徴とするダイスセット。
【請求項６】
ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を
2006007299.tif 000016
と定義し、先頭に近いダイスほど１つ前のダイスに対する設計リダクション率の低下割合が高くなり後方のダイスほど設計リダクション率が一定値に近づく算出式を用いて前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率を算出したとき、先頭ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２０〜９５％であり、最終ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２５〜９０％であることを特徴とするダイスセット。
【請求項７】
ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を
2006007299.tif 000017
と定義し、後方のダイスほど１つ前のダイスに対する設計リダクション率の低下割合が高くなる算出式を用いて前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率を算出したとき、先頭ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２０〜９５％であり、最終ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２５〜９０％であることを特徴とするダイスセット。
【請求項８】
前記算出式は、ａ，ｂを定数としたとき、
2006007299.tif 000018
であることを特徴とする請求項５に記載のダイスセット。
【請求項９】
前記算出式は、ａ，ｂ，ｃ，ｄを定数としたとき、
2006007299.tif 000019
であることを特徴とする請求項６に記載のダイスセット。
【請求項１０】
前記算出式は、ａ，ｂを定数としたとき、
2006007299.tif 000020
であることを特徴とする請求項７に記載のダイスセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボンディングワイヤの伸線に関し、特に顧客に出荷する線径に仕上げる最終伸線工程に用いるダイスセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子上の電極パッドをリードフレーム及び樹脂基板等と電気的に接続するために、直径２０〜５０μｍのボンディングワイヤを用いることは広く一般的に行われている。ボンディングワイヤに用いる材料に要求される特性は、展延性に富み、電気抵抗が比較的低く、かつ、耐食性に優れることである。このため、ボンディングワイヤには主として金が使用されている。
【０００３】
その製造工程を簡単に記すと次のようになる。まず、高純度の金に微量な他元素を添加して溶解鋳造する。微量な他元素を添加するのは、高純度の金では強度が乏しいためである。次に、粗加工後の母線の線径を伸線機を用いて所定の線径まで細くする。所定の線径に細くする工程では、伸線機内で複数のダイス（以下、１回の伸線工程に用いる複数のダイスをダイスセットと記す。）と呼ばれる冶具の中にワイヤ通して引き抜くことでワイヤ径を細くしている。最後に加工歪を取り除くために熱処理を施し、所定のスプールに巻いて出荷する。
【０００４】
しかしながら、ボンディングワイヤの主成分となる金に微量の他元素を添加しても、その強度は銅及びステンレス等の他の伸線材料と比較して低く、伸線工程においてボンディングワイヤが断線しやすい。
【０００５】
伸線工程における断線の発生には、ボンディングワイヤ中に含まれる添加元素の種類や量、ボンディングワイヤ中に混入した異物の有無、加工中における表面欠陥の発生の有無、スプールに巻かれた母材の巻きほぐれ性、伸線用潤滑剤の特性、伸線機やその治具などの様々な要因が影響している。
【０００６】
断線回数を低減させるために、例えば、母線の結晶組織を柱状晶組織としたり（特開平９−１０８９８号公報）、ダイスでの引き抜き及びボビンへの巻取り張力の最適化を図る方法（特開２００２−２８２９２９号公報）などが開示されている。
【０００７】
しかしながら、これら従来技術によっては、伸線工程におけるボンディングワイヤの十分な低減は図られていないのが現状である。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１０８９８号公報
【０００９】
【特許文献２】特開２００２−２８２９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、伸線工程におけるボンディングワイヤの断線を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るダイスセットの第１の態様は、ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を下記数式１のように定義し、伸線工程における先頭ダイス及び最終ダイス以外のダイスのリダクション率を一定値としたとき、先頭ダイスのリダクション率が前記一定値の２０〜９５％の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
【数１】
2006007299.tif 000002
【００１３】
本発明に係るダイスセットの第２の態様は、ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を前記数式１と定義し、伸線工程における先頭ダイス及び最終ダイス以外のダイスのリダクション率を一定値としたとき、最終ダイスのリダクション率が前記一定値の２５〜９０％の範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るダイスセットの第３の態様は、ボンディングワイヤの１回の伸線工程において用いられる複数のダイスのそれぞれのリダクション率を前記数式１と定義し、伸線工程における先頭ダイス及び最終ダイス以外のダイスのリダクション率を一定値としたとき、先頭ダイスのリダクション率が前記一定値の２０〜９５％の範囲にあり、最終ダイスのリダクション率は前記一定値の２５〜９０％の範囲にあることを特徴とする。
【００１５】
前記一定値は、例えば６〜１０％の範囲にある。
【００１６】
本発明に係るダイスセットの第４の態様は、前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率が先頭から後方に行くに従い一定の割合で減少する算出式を用いて前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率を算出したとき、先頭ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２０〜９５％であり、最終ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２５〜９０％であることを特徴とする。
【００１７】
前記算出式は、例えば、ａ，ｂを定数としたとき、下記数式２である。
【００１８】
【数２】
2006007299.tif 000003
【００１９】
本発明に係るダイスセットの第５の態様は、先頭に近いダイスほど１つ前のダイスに対する設計リダクション率の低下割合が高くなり後方のダイスほど設計リダクション率が一定値に近づく算出式を用いて前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率を算出したとき、先頭ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２０〜９５％であり、最終ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２５〜９０％であることを特徴とする。
【００２０】
前記算出式は、例えば、ａ，ｂ，ｃ，ｄを定数としたとき、下記数式３である。
【００２１】
【数３】
2006007299.tif 000004
【００２２】
本発明に係るダイスセットの第６の態様は、後方のダイスほど１つ前のダイスに対する設計リダクション率の低下割合が高くなる算出式を用いて前記複数のダイスのそれぞれの設計リダクション率を算出したとき、先頭ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２０〜９５％であり、最終ダイスのリダクション率は算出された設計リダクション率の２５〜９０％であることを特徴とする。
【００２３】
前記算出式は、例えば、ａ，ｂを定数としたとき、下記数式４である。
【００２４】
【数４】
2006007299.tif 000005
【００２５】
なお、設計リダクション率とは、各ダイスについて設計上設定するリダクション率のことである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ボンディングワイヤの伸線工程において断線が発生しやすい先頭ダイスと最終ダイスにおける断線率を低下させることができるので、伸線加工における生産性及びボンディングワイヤの収率を向上させることができ、ボンディングワイヤのコストダウンが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
前述のように、伸線工程における断線の発生には、ボンディングワイヤ中に含まれる添加元素の種類や量、ボンディングワイヤ中に混入した異物の有無、加工中における表面欠陥の発生の有無、スプールに巻かれた母材の巻きほぐれ性、伸線用潤滑材の特性、伸線機やその冶具など様々な要因が影響しているが、本発明者は、前述の要因の中でダイスに着目した。
【００２８】
本発明者がダイスに着目した理由は、１回の伸線工程では通常は１０ダイス程度に連続してワイヤを通しているところ、１回の伸線工程に用いるダイスセットの両端のダイス、すなわち先頭のダイスと最終のダイスでの断線率が高くなっていたからである。
【００２９】
仮にボンディングワイヤの素材、ワイヤ表面の欠陥及び潤滑材等が断線の要因であるとするならば、線径が細くなるに従い断線が発生しやすくなると考えられる。しかし、実際にはダイスセットの両端のダイスでの断線率が高くなっていたことから、本発明者は母材の巻きほぐれ性及び伸線機の構造がダイスセット両端での断線率が高くなる要因になっていると考えた。
【００３０】
しかし、巻きほぐれ性については完全に解決することは困難である。生産効率を追求するためには巻数量を増加させる必要があるからである。また、最終ダイス付近のワイヤ張力とそれ以外のダイスにおけるワイヤ張力が異なることが最終ダイス付近でのワイヤの断線の原因となっていると考えられるが、これは伸線機の構造上どうしても避けられないことであるので、伸線機の構造上の工夫で解決することも困難である。
【００３１】
そこで、本発明者はダイスに着目し、ダイスセットにおける各ダイスのダイス径を工夫することにより、ダイスセットの両端のダイスでの断線率を低下させることができないかどうか鋭意研究を重ねた。
【００３２】
ダイスセットの設計においては、通常、各ダイスのリダクション率を一定（例えば、特開２００３−４８０１４号公報）とするか、または、線径が細くなるほどリダクション率を低減させている。
【００３３】
各ダイスのリダクション率が一定となるように設計する理由は、ワイヤの線径が細くなるほどワイヤの伸線速度が増加し、かつ、リダクション率が大きいとワイヤの伸線速度の変化が大きくなることから、各ダイスのリダクション率に変化を持たせた場合に、前後のダイス間で伸線速度の増加率のバランスが崩れてワイヤにたるみが生じるなどして断線が生ずるおそれがあるからである。リダクション率を一定とする場合、顧客に出荷する線径に仕上げる最終伸線工程では設計リダクション率を６〜１０％に設定することが好ましい。設計リダクション率が６％よりも低いと１組のダイスセットを用いての伸線工程の線径の縮減量が減り生産効率が悪化するからである。また、設計リダクション率が１０％よりも高いとダイスセットの両端以外のダイスでも断線率が高くなるからである。
【００３４】
一方、ワイヤの線径が細くなるほどリダクション率を漸減させるように設計する場合もある理由は、線径が細くなるほどに断線しやすくなる傾向があるからである。設計リダクション率の漸減のさせ方は、前記数式２のようにｎ番目のダイスの設計リダクション率を先頭から後方に行くに従い一定の割合で減少させる方法や、前記数式３のように先頭に近いダイスほど１つ前のダイスに対する設計リダクション率の低下割合を高くして後方のダイスほど設計リダクション率を一定値に近づける方法や、前記数式４のように断線しやすい後方のダイスほど１つ前のダイスに対する設計リダクション率の低下割合を高める方法がある。
【００３５】
しかしながら、これらの設計上の工夫のみでは、ダイスセットの両端のダイスでの断線率を低下させることが困難であった。
【００３６】
本発明者は、最終ダイスにおいては、直後にテンションカットロールに巻き取られたり、直接スプールに巻き取られたりするため、それ以外のダイスと比べて、ダイスに加わるワイヤからの力及びワイヤの張力並びにそれらの力の変動状態が異なっているので、最終ダイスにおいて断線しやすい傾向が生じると考えた。このことは、伸線槽内から最終ダイスのみを独立させている時に、より張力が大きくなるため一段と断線しやすくなることからも裏付けられる。
【００３７】
これにより、本発明者は、ダイスセット中の他のダイスのリダクション率を計算するときと同様の計算方法で計算した最終ダイスの設計リダクション率よりも、実際の最終ダイスのリダクション率を低くすることで断線を防止することが可能になるとの知見を得た。
【００３８】
そこで、最終ダイスのリダクション率は、他のダイスと同様の考え方で算出した設計上の最終ダイスのリダクション率の２５〜９０％とした。下限を計算値の２５％とした理由は、計算値の２５％未満のリダクション率では、最終ダイスに加わる引き抜き力が小さくなるため、最終ダイスの前後でワイヤに振動が発生した時にその振動が解消しなくなり、微小な線径変動によって生じる不規則な模様がワイヤ表面に生じることがあるからである。上限を計算値の９０％とした理由は、それを超えると最終ダイスでの断線率低下効果がほとんど発揮されないためである。
【００３９】
また、先頭ダイスにおいては、巻かれた状態の母線からの巻き解き時に母線に食い込みが発生すると、突発的にワイヤにかかる張力が増大して断線することがある。巻き解き時に母線に食い込みが発生するのは母線の巻取り状態が悪い場合である。更に、ダイスは使用するに従い磨耗してダイス径が大きくなり、引き抜かれる線材の線径が太るので、母材の線径が設計値よりも大きいことはしばしば起こる。このため、先頭ダイスのリダクション率は実質的に設計よりも高くなることがある。
【００４０】
そこで、先頭ダイスのリダクション率は、他のダイスと同様の考え方で算出した設計上の先頭ダイスのリダクション率の２０〜９５％とした。数値限定した理由は、リダクション率が２０％未満だと伸線が定常状態のときに張力が低く、かえって伸線機のキャプスタンに線材が絡みつきやすくなるからであり、９５％を越えると断線率の低下効果は十分に発揮できないからである。
【００４１】
なお、本発明は、伸線槽内でキャプスタンやダイスを伸線液中に沈めた状態で伸線したり、ダイスやキャプスタン上に伸線液を吹き付けて伸線したりするといった伸線機の形態に左右されずに適用できる。また、円筒状のストレート型キャプスタンであるか、ワイヤ径が細くなるに従いキャプスタン径が大きくなるコーン型キャプスタンであるかといったキャプスタン形状には左右されずに適用できる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲に属さない比較例と比較して具体的に説明する。
【００４３】
（実施例１〜６及び比較例１〜６）
表１は実施例１〜６のダイスセットの各ダイスのダイス径（μｍ）を示したものであり、カッコ内の値は各ダイスにおけるリダクション率（％）を示したものである。表２は比較例１〜６のダイスセットの各ダイスのダイス径（μｍ）を示したものであり、カッコ内の値は各ダイスにおけるリダクション率（％）を示したものである。
【００４４】
【表１】
2006007299.tif 000006
【００４５】
【表２】
2006007299.tif 000007
【００４６】
実施例１〜６及び比較例１〜６においては、高純度の金にカルシウムを１０質量ｐｐｍ、ベリリウムを５質量ｐｐｍ添加したインゴットを作製し、溝ロールで粗加工した後、伸線工程で伸線を行い、所定の線径の線材を作製した。伸線工程に用いるダイスセットは１２個のダイスからなる。伸線工程において、母線は先頭ダイス、ダイス２〜１１、最終ダイスの順に通過し、所定の線径にまで線径が絞られる。実施例１〜６及び比較例１〜６において、この１２個のダイスのダイス径は最終ダイスを除いて同一にした。各ダイスの設計上のリダクション率はダイスセット内の断線率を考慮して、８．５％としたが、先頭ダイスと最終ダイスについてはこの値に基づかずにダイス径を決め、先頭ダイスのリダクション率は、母線径を変えることで変化させ、最終ダイスのリダクション率は、伸線後の最終的な線径を変えることで変化させた。ダイス２〜１１のダイス径は、設計上のリダクション率である８．５％に基づいて決めたが、線径表示の有効数字の関係から、実施例１〜６及び比較例１〜６のダイス２〜１１におけるリダクション率は、設計上のリダクション率である８．５％に対して９７％〜１０４％の範囲となった。
【００４７】
次に、実施例１〜６及び比較例１〜６の各ダイスセットの評価方法について説明する。各ダイスセットをそれぞれ用いて、伸線後の線材の長さが１，０００，０００ｍになるまで伸線を行い、先頭ダイスと最終ダイスにおける断線回数を測定するとともに、伸線工程終了後の線材の外観を観察した。外観の観察では不規則な模様が発生していないかどうかという観点から観察を行った。表３に実施例１〜６及び比較例１〜６の各ダイスセットを用いた場合の断線回数の測定結果および外観観察の結果を示す。同時に、先頭ダイスと最終ダイスのリダクション率を、ダイス２〜１１のリダクション率の設計値である８．５％に対する割合として示した。
【００４８】
表３に示すように、本発明の範囲内である実施例１〜６では先頭ダイス及び最終ダイスにおいて断線はほとんど発生せず、伸線工程後の線材の外観も良好であった。これに対して、先頭ダイスのリダクション率が本発明の範囲外となる比較例１、２、５及び６では、先頭ダイスにおいて断線が多く発生した。最終ダイスのリダクション率が本発明の上限を外れる比較例１及び３では最終ダイスにおいて断線が多く発生し、また最終ダイスのリダクション率が本発明の下限を外れる比較例４及び５では、断線の発生はほとんどなかったが伸線工程後の線材の外観に異常が見られた。
【００４９】
【表３】
2006007299.tif 000008
【００５０】
（実施例７、８及び比較例７）
表４は実施例７、８及び比較例７のダイスセットの各ダイスのダイス径（μｍ）を示したものであり、カッコ内の値は各ダイスにおけるリダクション率（％）を示したものである。
【００５１】
【表４】
2006007299.tif 000009
【００５２】
実施例１〜６及び比較例１〜６においては、各ダイスの設計上のリダクション率を一定値（８．５％）としたが、実施例７、８及び比較例７においては、先頭からｎ番目のダイスの設計リダクション率（％）を下記数式５から計算した。数式５は、数式３において、ａ＝３．７５、ｂ＝１、ｃ＝０．０３、ｄ＝０とした数式である。
【００５３】
【数５】
2006007299.tif 000010
【００５４】
ダイス２〜１１については数式５から得られた設計リダクション率に基づきダイス径を決めた。先頭ダイスと最終ダイスについては数式５から得られた設計リダクション率に基づきダイス径を決めることはしておらず、最終ダイスのリダクション率は、伸線後の最終的な線径を変えることで変化させた。
【００５５】
実施例７、８及び比較例７においても、上記実施例１〜６及び比較例１〜６と同様に、高純度の金にカルシウムを１０質量ｐｐｍ、ベリリウムを５質量ｐｐｍ添加したインゴットを作製し、順次加工を行って所定の線径の線材を作製した。
【００５６】
表４に示すように、実施例７、８及び比較例７の各ダイスのダイス径は最終ダイスを除いて各ダイスごとにダイス径を統一した。実施例７、８及び比較例７において、母材は線径が同じものを用いたので、先頭ダイスのリダクション率は実施例７、８及び比較例７において同じである。最終ダイスのリダクション率は、伸線後の最終的な線径を変えることで変化させた。
【００５７】
表５は、実施例７、８及び比較例７について、先頭ダイス及び最終ダイスのリダクション率の設計値に対する割合、断線回数、及び伸線工程終了後の線材の外観観察結果を示したものである。実施例７及び８は先頭ダイス、最終ダイスともにリダクション率が本発明の範囲内であるので断線はほとんど発生しておらず、外観にも異常は認められない。これに対して、比較例７は最終ダイスのリダクション率が本発明の下限値を下回っているため、伸線工程終了後の線材の外観に異常が見られた。
【００５８】
【表５】
2006007299.tif 000011