(57)【要約】【課題】ワイヤボンダのクランパ汚れについて、実際にワイヤボンディングを行わずに、容易に評価することが可能となるボンディングワイヤの表面評価装置および表面評価方法を提供する。【解決手段】ボンディングワイヤ（１）を所定区間において任意速度で搬送する駆動機構と、所定区間内に対向して配置され、取り外し可能な一対のクランプパッド（５）と、クランプパッド（５）を開閉駆動するアクチュエータと、アクチュエータに接続され、クランプパッド（５）がボンディングワイヤ（１）の挟持および開放を繰り返すように周期的に通電するクランパ開閉回路と、ボンディングワイヤ（１）が介在しない状態で、クランプパッド（５）が閉じた状態において、クランプパッド（５）間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路と、キャピラリ（６）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングワイヤを所定区間において任意速度で搬送する駆動機構と、該所定区間内に対向して配置され、取り外し可能な一対のクランプパッドと、該クランプパッドを開閉駆動するアクチュエータと、該アクチュエータに接続され、前記クランプパッドが前記ボンディングワイヤの挟持および開放を繰り返すように周期的に通電するクランパ開閉回路と、前記ボンディングワイヤが介在しておらず、かつ、前記クランプパッドが閉じた状態において、クランプパッド間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路と、前記所定区間内に配置されるキャピラリとを備えることを特徴とするボンディングワイヤの表面評価装置。
【請求項２】
前記所定区間内にヒータがさらに配置されている請求項１に記載のボンディングワイヤの表面評価装置。
【請求項３】
請求項１に記載のボンディングワイヤの表面評価装置を使用し、ボンディングワイヤを前記所定区間において任意速度で搬送し、該ボンディングワイヤを前記クランプパッドが挟持した後に開放する開閉動作を周期的に繰り返した後、前記ボンディングワイヤが介在しておらず、かつ、前記クランプパッドが閉じた状態における、クランプパッド間で測定された抵抗値を評価値とするボンディングワイヤの表面評価方法。
【請求項４】
請求項２に記載のボンディングワイヤの表面評価装置を使用し、ボンディングワイヤを前記所定区間において任意速度で搬送し、クランプパッドを通過するボンディングワイヤを、実際のワイヤボンディングを行う際にクランパを通過するボンディングワイヤが熱せられる温度となるように、ボンディングワイヤを前記ヒータにより熱して、該ボンディングワイヤを前記クランプパッドが挟持した後に開放する開閉動作を周期的に繰り返した後、前記ボンディングワイヤが介在しておらず、かつ、前記クランプパッドが閉じた状態における、クランプパッド間で測定された抵抗値を評価値とするボンディングワイヤの表面評価方法。
【請求項５】
請求項１に記載のボンディングワイヤの表面評価装置を使用し、ボンディングワイヤを前記所定区間において任意速度で搬送し、該ボンディングワイヤを前記クランプパッドが挟持した後に開放する開閉動作を周期的に繰り返した後、前記クランプパッドを取り外して、該クランプパッドの表面の汚れを外観観察により評価するボンディングワイヤの表面評価方法。
【請求項６】
請求項２に記載のボンディングワイヤの表面評価装置を使用し、ボンディングワイヤを前記所定区間において任意速度で搬送し、クランプパッドを通過するボンディングワイヤを、実際のワイヤボンディングを行う際にクランパを通過するボンディングワイヤが熱せられる温度となるように、ボンディングワイヤを前記ヒータにより熱して、該ボンディングワイヤを前記クランプパッドが挟持した後に開放する開閉動作を周期的に繰り返した後、前記クランプパッドを取り外して、該クランプパッドの表面の汚れを外観観察により評価するボンディングワイヤの表面評価方法。
【請求項７】
前記開閉動作が、所定の回数に達した後、評価を行う請求項３〜６のいずれかに記載のボンディングワイヤの表面評価方法。
【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表面評価装置および表面評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子上の電極と外部リードとの接続は、ボンディング装置を用いた、ボンディングワイヤのボンディングにより行われる。該ボンディングワイヤは、リードフレームの多ピン化により、年々、細線化の傾向にある。また、半導体チップおよびリードフレームの技術の進歩、特に、近年の半導体素子の高集積化並びにパッケージの小型縮小化の進行により、ボンディングワイヤの間隔（ボンディングワイヤピッチ）が狭まると共に、ボンディングワイヤの用途も非常に多様化してきており、ボンディングワイヤの特性に対する要求が高まってきている。
【０００３】
このような状況において、ボンディングワイヤの表面状態は、最も重要な特性の一つである。ボンディングワイヤの表面状態は、その表面に存在する潤滑剤と界面活性剤とにより変化する。潤滑剤は、引き抜き加工工程において、ダイスを通過させる際に用いられ、ボンディングワイヤの細線化に重要な役割を有する。一方、界面活性剤は、引き抜き加工工程で生じたボンディングワイヤの加工歪みを除去するための熱処理後に、ボンディングワイヤのほぐれ性をよくするためにコーティングされる。これらの潤滑剤や界面活性剤は、ボンディングワイヤに要求される特性を満たすために必要であるが、一方で、これらの潤滑剤および界面活性剤は、実際のワイヤボンディングにおいて、ボンディング装置のクランパへ転写され、クランパ汚れとなって蓄積し、搬送異常、ループ形状異常などを発生させる。これらの異常を防止するためには、クランパ汚れを除去する作業が必要となり、ワイヤボンディングの連続運転時間が短くなるという問題が生じる。
【０００４】
従来のワイヤボンダのクランパとしては、特開２００２−３６８０３５号公報などに記載されているものがあげられる。このようなクランパを用いているワイヤボンダの清掃作業において、クランパをワイヤボンダより容易に取り外すことは困難である。このため、エタノールを染み込ませた紙を、クランパの隙間へこすりつけることにより清掃を行っている。しかし、直接、クランパの面を観察することが困難であるため、クランパ汚れが十分に除去されているか否かを確認しにくいという問題がある。また、精密機器であるため、清掃後の調整が難しく、このような清掃を頻繁に行うことは、ランニングコストを上昇させるという問題が生ずる。
【０００５】
このようなワイヤボンダのクランパ汚れを防止するためには、ボンディングワイヤに使用される潤滑剤や界面活性剤を適切に選択し、かつ、その使用量を適切に規制する必要がある。また、新たな潤滑剤や界面活性剤が開発された場合には、ボンディングワイヤの表面特性との関係で評価する必要が生ずる。
【０００６】
このように、ボンディングワイヤの表面状態を評価する場合、従来においては、実際のワイヤボンダのクランパに付着するクランパ汚れについて、ワイヤボンダ実働時のクランパの清掃頻度で評価していた。しかしながら、クランパ汚れとして評価するためには、５０００ｍ以上のボンディングワイヤ、およびボンディングで使用されるリードフレームなどの大量の基板を必要とするため、高いコストと、膨大な時間とが必要になるという問題があった。
【０００７】
また、このようなクランパ汚れは、化学分析により定性的かつ定量的に分析が可能となるが、たとえ化学分析の結果が同じであったとしても、例えばクランパ汚れの状態が液体と固体である場合には汚れとしての評価が異なってくるなど、化学分析のみを行う評価方法では、ボンディングワイヤの表面状態を正確に判断できるとはいえない。
【特許文献１】特開２００２−３６８０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ワイヤボンダのクランパ汚れについて、実際にワイヤボンディングを行わずに、容易に評価することが可能となるボンディングワイヤの表面評価装置および表面評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のボンディングワイヤ評価装置は、ボンディングワイヤを所定区間において任意速度で搬送する駆動機構と、該所定区間内に対向して配置され、取り外し可能な一対のクランプパッドと、該クランプパッドを開閉駆動するアクチュエータと、該アクチュエータに接続され、前記クランプパッドが前記ボンディングワイヤの挟持および開放を繰り返すように周期的に通電するクランパ開閉回路と、前記ボンディングワイヤが介在しておらず、かつ、前記クランプパッドが閉じた状態において、クランプパッド間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路と、前記所定区間内に配置されるキャピラリとを備える。
【００１０】
前記所定区間内にヒータがさらに配置されていることが好ましい。
【００１１】
本発明のボンディングワイヤの表面評価方法は、前記のボンディングワイヤの表面評価装置を使用し、ボンディングワイヤを前記所定区間において任意速度で搬送し、該ボンディングワイヤを前記クランプパッドが挟持した後に開放する開閉動作を周期的に繰り返した後、前記ボンディングワイヤが介在しておらず、かつ、前記クランプパッドが閉じた状態における、クランプパッド間で測定された抵抗値を評価値とする。
【００１２】
かかる開閉動作を繰り返す際に、クランプパッドを通過するボンディングワイヤを、実際のワイヤボンディングを行う際にクランパを通過するボンディングワイヤが熱せられる温度となるように、ボンディングワイヤを前記ヒータにより熱することが好ましい。
【００１３】
あるいは、前記開閉動作を周期的に繰り返した後、前記クランプパッドを取り外して、該クランプパッドの表面の汚れを外観観察により評価する。
【００１４】
これらの評価は、前記開閉動作が、所定の回数、具体的には、２００万回以上に達した後、評価を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ボンディングワイヤ表面の汚れがワイヤボンダのクランパに与えるクランパ汚れを、実際にワイヤボンディングを行わずに、容易に評価することが可能となる。使用するボンディングワイヤの長さも、実際にワイヤボンディングをする場合より、短くてすみ、迅速かつ経済的である。従って、新しい潤滑剤や界面活性剤を開発した場合や、それらの使用量を変更する場合に、短時間で、かつ、低コストで、評価することができるという顕著な効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のボンディングワイヤの表面評価装置の一実施形態を示す斜視図である。
【００１７】
本発明のボンディングワイヤ評価装置は、ボンディングワイヤ（１）を所定区間において任意速度で搬送する駆動機構と、所定区間内に対向して配置され、取り外し可能な一対のクランプパッド（５）と、クランプパッド（５）を開閉駆動する図示しないアクチュエータと、アクチュエータに接続され、クランプパッド（５）がボンディングワイヤ（１）の挟持および開放を繰り返すように周期的に通電するクランパ開閉回路（図示せず）と、ボンディングワイヤ（１）が介在しない状態で、かつ、クランプパッド（５）が閉じた状態において、クランプパッド（５）間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路（図示せず）と、前記所定区間内に配置され、実際のキャピラリの動作を模擬するキャピラリ（６）と、測定された抵抗値を表示するモニタ（図示せず）とを備える。
【００１８】
駆動機構は、母線スプール（３）、エアーテンション（４）、ガイドプーリ（８）、巻き取りスプール（９）、モータ（１０）、およびこれらを支持する構造とからなる。このうち、エアーテンション（４）は、エアーを流して、ボンディングワイヤが撓まないように調整する機能を有する。モータ（１０）は、速度調整、連続変速や、不連続変速が可能な市販品が好ましく、ボンディングワイヤの送り出し速度が変化する実際の状況を、容易にシミュレートすることができる。
【００１９】
一対のクランプパッド（５）を所定の間隙を設けて対向させ、着脱自在に、これを開閉駆動するアクチュエータに固定する。クランプパッド（５）の材質には、公知のセラミックまたはサーメットを使用してもよい。キャピラリ（６）には、例えば、キャピラリ（ＳＰＴ社製、ＳＢＮＥ−３３ＡＣ−ＣＭ−１／１６−ＸＬ）など、市販品のいずれかを使用する。ヒータ（７）は、ボンディングワイヤを５００℃まで加熱することができるものを使用する。ヒータ（７）による加熱は、実際のワイヤボンダの場合のボンディングワイヤの温度をシミュレートできるように、設定する。
【００２０】
クランパ開閉回路は、任意の電圧の出力を、任意の時間間隔と周期で生成することができる回路であればよい。出力の仕様については、前述のアクチュエータにより適宜、選択する。抵抗値測定回路は、市販の直流抵抗計のいずれでもよい。
【００２１】
図１に示すように、架台の下部に巻き取りスプール（９）、および、これを駆動するためのモータ（１０）を載置する。一方、架台の上方のテーブルには、母線スプール（３）を配置する。ボンディングワイヤ（１）は、母線スプール（３）から、送り出し治具を介して、母線スプール（３）の軸内を通過し、下方へ伸長および移動する。架台の側部に、垂直方向の上から、エアーテンション（４）、クランプパッド（５）、キャピラリ（６）、ヒータ（７）、および、ガイドプーリ（８）を直列に固定し、ボンディングワイヤ（１）がクランパを垂直通過するように配置する。なお、固定手段は、金属製ないしは樹脂製のアームなど、任意のものを採用できる。なお、架台の下部と上部および側部に分け、架台の下部が水平方向に配置できない場合でも、上部および側部との角度を調整することにより、ボンディングワイヤ（１）がクランパを垂直通過できるようにすることが好ましい。かかる角度調整機構は、調節ねじなど任意の手段を採用できる。
【００２２】
なお、架台の側部は、少なくとも正面が開放される構造が採られる。さらに、クランプパッド（５）は取り外し可能に設置されているため、クランプパッド（５）を取り外すことにより、必要に応じて、クランプパッド（５）の表面の汚れを、測定顕微鏡などを用いて、視覚的に観察が可能となる。
【００２３】
本発明のボンディングワイヤの表面評価装置を用いた評価方法について、以下に説明する。
【００２４】
母線スプール（３）から繰り出されたボンディングワイヤ（１）を、エアーテンション（４）、クランプパッド（５）、キャピラリ（６）、ヒータ（７）、および、ガイドプーリ（８）を通して、巻き取りスプール（９）に一端を取り付ける。
【００２５】
その後、モータ（１０）を駆動することにより、巻き取りスプール（９）を回転させ、ボンディングワイヤ（１）を所定の速度で搬送し、ヒータ（７）により実際のワイヤボンディングによる加熱をシミュレートして、所定時間の間、クランパ開閉回路を運転する。以上により、実際にワイヤボンダを行う際と同様に熱せられたボンディングワイヤ（１）を、クランプパッド（５）が挟持した後に開放する動作を周期的に繰り返す。
【００２６】
ボンディングワイヤ（１）の搬送速度は、１〜５００ｃｍ／ｍｉｎとすることが好ましい。１ｃｍ／ｍｉｎ未満では、送り間隔が過小となり、５００ｃｍ／ｍｉｎを超えると、クランパの開閉動作が追従できないので、送り間隔が過大となる。また、クランプパッド（５）の開閉速度は、１０〜１００回／秒とすることが好ましい。１０回／秒未満では、評価時間がかかり過ぎ、１００回／秒を超えると、アクチュエータの動作速度の上限を超える。かかる条件により、約６〜５６時間の運転を行い、クランパでボンディングワイヤ（１）を所定回数、通常は２百万回以上、挟持させる。
【００２７】
所定回数のクランプパッド（５）の挟持および開放を繰り返した後、ボンディングワイヤ（１）が介在しない状態で、クランプパッド（５）の閉じた状態において、クランプパッド（５）間の抵抗値を、抵抗値測定回路により測定し、モニタに表示する。
【００２８】
以上のように、シミュレーションにより得られたクランパ汚れにより、測定される抵抗値が変化することから、実際にワイヤボンディングを行わずに、ボンディングワイヤの表面状態を容易に評価することが可能となる。また、これに基づき、用いられる潤滑剤および界面活性剤の適切な選択および使用量の設定が容易に可能となる。
【実施例】
【００２９】
純度９９．９９％（４Ｎ）の金原料を使用し、溶解鋳造により鋳塊を作製し、溝ロール圧延、ダイス引き抜き加工を、順次、行うことにより、最終線径２５μｍまで引き抜き加工を行った後、焼鈍し、母線スプールへ巻き替えた。なお、引き抜き加工の際に、３種類の伸線液Ａ〜Ｃのいずれかを使用し、焼鈍後に水洗を行ったか、行わなかったかにより、表１に示すサンプル１〜６のボンディングワイヤを得て、異なる母線スプールにそれぞれを巻き取った。
【００３０】
得られたそれぞれの母線スプールを、図１に示した本発明のボンディングワイヤの表面評価装置に取り付けた。
【００３１】
ボンディングワイヤ（１）が所定区間を任意速度で搬送されるように構成された駆動機構は、母線スプール（３）、エアーテンション（４）、ガイドプーリ（８）、巻き取りスプール（９）、モータ（１０）、およびこれらを支持する構造からなる。所定区間には、一対のクランプパッド（５）、クランプパッド（５）を開閉駆動するピエゾ素子からなるクランパ、キャピラリ（６）、およびヒータ（７）が並べられる。
【００３２】
クランパは、直径５ｍｍ×厚さ１ｍｍの一対のクランプパッド（５）を開閉駆動するピエゾ素子（株式会社新川製）を、１００μｍの間隙を設けて対向させ、固定した。キャピラリ（６）には、キャピラリ（ＳＰＴ社製、ＳＢＮＥ−３３ＡＣ−ＣＭ−１／１６−ＸＬ）を使用した。ヒータ（７）には、汎用の電気抵抗発熱体を使用した。
【００３３】
さらに、ピエゾ素子に接続され、クランプパッド（５）がボンディングワイヤ（１）の挟持および開放を繰り返すように周期的に通電するクランパ開閉回路（図示せず）と、ボンディングワイヤ（１）が介在しない状態で、クランプパッド（５）が閉じた状態において、クランプパッド（５）間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路（図示せず）とを備える。
【００３４】
クランパ開閉回路には、１００Ｖの出力を、任意の時間間隔と周期で生成することができる回路を作製した。抵抗値測定回路には、デジタルマルチメータ（理想計測株式会社製、ＲＫＫＫ  ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ  ＲＫ−２０００Ｔ）を使用した。
【００３５】
以上のような構成のボンディングワイヤの表面評価装置により、巻き取り速度を１８０ｃｍ／ｍｉｎとし、クランパ開閉周期を３０回／秒とし、ヒータ温度を２３０℃として、１９．５時間で、ボンディングワイヤ（１）を２，１０６，０００回、挟持した後に開放する動作を周期的に繰り返した。使用したボンディングワイヤ（１）は、２，１０６ｍであり、通常のボンディングワイヤの表面評価方法を行う従来と比して約４０％であった。また、所要時間についても、従来と比して、約３３％であった。
【００３６】
その後、ボンディングワイヤ（１）が介在しない状態で、クランプパッド（５）の閉じた状態において、クランプパッド（５）間の抵抗値を測定した。
【００３７】
さらに、クランプパッド（５）をクランパから取り外し、クランプパッド（５）の表面の汚れを、測定顕微鏡（オリンパス株式会社製、ＳＴＭ−ＵＭ、５０倍）により観察した。クランプパッド（５）の表面の汚れは、程度として、クランプパッド（５）の表面面積の５％未満に付着していた場合を「少ない」とし、５〜１５％の場合を「普通」とし、１５％以上の場合を「多い」とした。また、状態として、液体が主であるか、あるいは固体が主であるかを、目視で評価した。評価結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１に示されるように、当該ボンディングワイヤの場合、抵抗値が１.２Ωであったサンプル１では、クランパ汚れの程度が「少ない」であり、抵抗値が１．７〜２．５Ωであったサンプル２〜４では、クランパ汚れの程度が「普通」であり、抵抗値が３．０Ω以上であったサンプル５、６では、クランパ汚れの程度が「多い」という結果が得られた。
【００４０】
このように、クランパ汚れの程度が同じであっても、クランパ汚れの状態が固体であるか、液体であるかにより、抵抗値に変化が生じていることがわかる。
【００４１】
以上のように、クランパ汚れの程度が好ましくない程、かつ、クランパ汚れの状態が好ましくない程、測定される抵抗値が高いように、本発明のボンディングワイヤの表面評価装置により、ボンディングワイヤの表面を、抵抗値という単純な評価値および外観検査により、容易に評価できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のボンディングワイヤの表面評価装置の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ボンディングワイヤ
３  母線スプール
４  エアーテンション
５  クランプパッド
６  キャピラリ
７  ヒータ
８  ガイドプーリ
９  巻き取りスプール
１０  モータ
【図１】
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