(57)【要約】【課題】ジルコニアを金属極細線のワイヤクランパとして使用するにあたり、熱伝導性の低いジルコニアの放熱性を高めることを課題とする。【解決手段】ボンディングワイヤやバンプ形成用ワイヤ等の金属極細線（３）を一対のクランプアーム（２）の開閉動作によって解放・保持する金属極細線用ワイヤクランパ（１）において、金属極細線（３）を保持する際に、金属極細線（３）に直接接触する各クランプアーム（２）の対向する部分を平板（４）により構成し、各平板（４）の材質を安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアとし、各平板（４）を各クランプアーム（２）の対向面に接合層（５）によって固着する。【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やバンプ形成用ワイヤ等の金属極細線（３）を一対のクランプアーム（２）の開閉動作によって解放・保持する金属極細線用ワイヤクランパ（１）において、金属極細線（３）を保持する際に、金属極細線（３）に直接接触する各クランプアーム（２）の対向する部分を平板（４）により構成し、各平板（４）の材質を安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアとし、各平板（４）を各クランプアーム（２）の対向面に接合層（５）によって固着することを特徴とする金属極細線用ワイヤクランパ（１）。
【請求項２】
一対のクランプアーム（２）をアルミニウムおよびステンレスの何れかの金属により構成し、各平板（４）を各クランプアーム（２）の対向面に固着するための接合層（５）を金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂の接着剤により構成することを特徴とする請求項１記載の金属極細線用ワイヤクランパ（１）。
【請求項３】
一対のクランプアーム（２）をアルミニウムおよびステンレスの何れかの金属により構成し、各平板（４）を各クランプアーム（２）の対向面に固着するための接合層（５）を金属半田により構成することを特徴とする請求項１記載の金属極細線用ワイヤクランパ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子上の電極と外部電極とを接続するために用いるボンディングワイヤやバンプ形成用ワイヤなどの金属極細線を半導体組み立て装置のボンディングキャピラリに供給する金属極細線用ワイヤクランパに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子上の電極と外部電極との結線に用いられるボンディングワイヤあるいはバンプ形成用ワイヤなどの金属極細線の直径は、１５〜７５μｍと非常に細く、半導体組み立て装置において、金属極細線に直接接触する部品の表面にわずかな傷や付着物が発生した場合、金属極細線が直接に部品に接触すると、金属極細線の表面に傷が発生したり、金属極細線の直進性が損なわれたりする。このため、そのような金属極細線の使用は、半導体素子の信頼性を低下させる原因となる。
【０００３】
半導体組み立て装置の部品の中で、特に、ワイヤクランパと呼ばれる一対の金属製クランプアームの開閉動作によって、金属極細線を解放あるいは保持する部分では、金属極細線の表面に由来する汚れ、摩耗による傷や、線材の破片による付着物が発生しやすく、ワイヤクランパについて定期的な研磨や清掃が必要とされていた。
【０００４】
ワイヤクランパの定期的な研磨や清掃を少なくするためには、ワイヤクランパの表面を汚れの付着しにくい材質とし、金属極細線に対するワイヤクランパの接触部分を摩耗しにくく、かつ靱性も高く、欠けの発生しにくい材料とし、さらに平滑面が得やすい材料を選ばなければならない。また、研磨による不純物の除去では、研磨時の傷の発生を防止しなけばならないため、付着物が容易に剥離するか、研磨傷が発生しにくい材料であることが好ましい。
【０００５】
種々のセラミックに対する有機的な汚れの付着しやすさを調査した結果、ポア（空孔）の少ない安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアを金属極細線のワイヤクランパとして利用すると、効果的であることがわかった。安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアは、単斜晶系ジルコニアのジルコニウムサイトをイットリウムやカルシウム等の添加元素で置換し、立方晶や準安定の正方晶を生成させて、構造相転移の発生を抑制して、強度や靱性を高めた材料であり、添加量を減らして、わずかに相転移可能とした部分安定化ジルコニアでは強度や靱性といった機械的特性がさらに向上するので、繰り返し開閉動作を行うクランパの材質としても相応しいと考えられる。
【０００６】
ただし、ジルコニアの熱伝導性は、４Ｗ／ｍＫであり、アルミナの２５Ｗ／ｍＫよりも低いことや、研磨されたジルコニアの摩擦係数は低く、また、ワイヤクランパは１５０℃から２５０℃といったワイヤーボンダーの高温となる部分近くに設置されるため、その開閉動作によって金属極細線を解放・保持する部品材料としては不適であるとの考え方が一般的であった。
【０００７】
なお、半導体組み立て装置の部品としてのボンディングキャピラリ（ボンディングツール）の一部または全部をジルコニアにより構成することは、下記の特許文献に開示されている。ボンディングキャピラリ（ボンディングツール）は、金属極細線の孔あき移動ガイドであり、これに対してワイヤクランパは、一対のクランプアームの開閉動作によって、金属極細線を締め付けて保持し，金属極細線をボンディングキャピラリに供給し、また解放するものであるから、それらは、基本的な機能や動作態様を異にしている。このため、下記の特許文献の技術は、そのままワイヤクランパに転用できない。
【特許文献１】特開２００３−２３４３６９号公報
【特許文献２】特開２００４−５３５６６５号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、発明の課題は、ジルコニアを金属極細線のワイヤクランパの一部として使用するにあたり、熱伝導性の低いジルコニアの放熱性をいかにして高めるかにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題の解決のために、本発明は、ボンディングワイヤやバンプ形成用ワイヤ等の金属極細線（３）を一対のクランプアーム（２）の開閉動作によって解放・保持する金属極細線用ワイヤクランパ（１）において、金属極細線（３）を保持する際に、金属極細線（３）に直接接触する各クランプアーム（２）の対向する部分を平板（４）により構成し、各平板（４）の材質を安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアとし、各平板（４）を各クランプアーム（２）の対向面に接合層（５）によって固着するようにしている（請求項１）。
【００１０】
一対のクランプアーム（２）は、アルミニウムおよびステンレスの何れかの金属により構成されており、接合層（５）は、金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂の接着剤により構成する（請求項２）か、または金属半田により構成する（請求項３）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の金属極細線用ワイヤクランパ（１）では、一対のクランプアーム（２）の開閉動作によって、金属極細線（３）に直接接触する平板（４）の材質を変更するだけであり、一対のクランプアーム（２）の開閉動作には何ら影響せず、あらゆる半導体組み立て装置の金属極細線用ワイヤクランパ（１）として容易に使用することができる。
【００１２】
安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニアの硬度は、サファイアに次いで高いため、一対の平板（４）による金属極細線（３）の挟み込み動作による各平板（４）の表面の摩耗が抑制できる。このため、平板（４）の傷が原因となっての金属極細線（３）の傷つきも未然に防止できる。したがって、平板（４）のクランパ面の傷部分への付着物の堆積が減少するため、付着物の金属極細線（２）への移行や転写の発生数も減少でき、付着物の除去もクランパ面の拭き取りによって容易に行うことができる。
【００１３】
また安定化ジルコニアあるいは部分安定化ジルコニアは、工業用に量産されており、容易に安価に入手できるため、金属極細線用ワイヤクランパ（１）の製造コストを抑えることができる。
【００１４】
一対の平板（４）の材質が安定化ジルコニアの場合には、ジルコニアの油分をはじきやすいという性質によって、金属極細線（３）由来の有機物の平板表面への付着が低減され、また付着物も除去しやすくなるという特長がある。また、一対の平板（４）の材質が部分安定化ジルコニアの場合には、上記と同様に、金属極細線（３）由来の有機物の平板表面への付着が低減される他、さらに、熱膨張特性や熱衝撃抵抗性も良く、強度や靱性が高まり、熱や疲労によって発生するクラックの進行が抑えられるため、平滑面としての寿命が長くなり、金属極細線表面への傷の発生が長期にわたり抑制されるという特長がある。
【００１５】
安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニア製の平板（４）が接合層（５）として金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂によってアルミニウムまたはステンレス製のクランプアーム（２）に接着されている場合、ボンディング温度雰囲気でも十分な接合強度が確保され、また金属粉混入によって平板（４）が受ける熱のクランプアーム（２）への放熱に効果を示す。なお、平板（４）の厚さは薄ければ薄いほど平板（４）の熱容量が下がり、放熱効果が高まるので好ましい。
【００１６】
安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニア製の平板（４）が接合層（５）として金属半田によってアルミニウムまたはステンレス製のクランプアーム（２）に接着されている場合、金属半田の熱伝導性が金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂よりも高いため、熱放散がさらに能率よく行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る金属極細線用ワイヤクランパ１の構成を示している。金属極細線用ワイヤクランパ１は、図示しない半導体組み立て装置において、ボンディングワイヤやバンプ形成用ワイヤ等の金属極細線３の図示しないリールと図示しないボンデングキャピラリとの間に設けられ、金属極細線３を一対のクランプアーム２の開閉動作によって解放・保持し、ボンデングキャピラリに所定の長さの金属極細線３を供給する。なお、一対のクランプアーム２は、正面から見て、例えばコ字型の金属製であり、アルミニウムまたはステンレスにより構成されている。
【００１８】
図１の具体例で、各クランプアーム２は、一端の支点軸６での回動によって開閉自在の鋏式であり、通常、一対のクランプアーム２の間に設けたスプリング７によって閉じる方向に付勢され、他端の向き合う位置で一対の平板４を有している。図示しないソレノイドなどのアクチュエータは、必要な時に、一対のクランプアーム２を開く方向に駆動する。このためアクチュエータの不作動時に、一対のクランプアーム２は、スプリング７の付勢力により閉じ、一対のクランプアーム２に固着された一対の平板４の間で、金属極細線３を挟み込む。このようしにして、金属極細線３は、各クランプアーム２の対向する部分で一対の平板４の間で挟み込まれ、スプリング７の付勢力によって保持されるが、アクチュエータの作動によって解放される。
【００１９】
それぞれの平板４は、各クランプアーム２の他端の対向する位置で、面で平行な状態にあって、金属極細線３を保持する際に、金属極細線３に直接接触するクランプ面を構成している。平板４の材質は、ジルコニア、特に安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアであり、その厚みは０．１５〜０．５ｍｍ程度とする。
【００２０】
既述のように、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアは、単斜晶系ジルコニアのジルコニウムサイトをイットリウムやカルシウム等の添加元素で置換し、立方晶や準安定の正方晶を生成させ、構造相転移の発生を抑制して、強度や靱性を高めた材料であり、添加元素の添加量を減らして、わずかに相転移可能とした部分安定化ジルコニアでは、強度や靱性といった機械的特性がさらに向上する。これらの安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニアは、ジルコニアとしての特性、すなわち小さな弾性率、靱性、耐熱衝撃性、高温安定性を兼ね備えている。
【００２１】
安定化ジルコニア製または部分安定化ジルコニア製の平板４は、クランプアーム２の先端の対向する面に接合層５によって面で平行となるように固着されている。安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニア製の平板４の表面は、金属極細線３に直接接触する面すなわちクランプ面として、表面研磨によって５ｎｍＲａ以下の表面粗さの鏡面状平滑面とする。
【００２２】
各クランプアーム２は、記述のように、アルミニウムまたはステンレスの何れかの金属により構成されており、接合層５は、安定化ジルコニア製または部分安定化ジルコニア製の平板４をクランプアーム２に固着する層であり、クランプアーム２や平板４の材料に応じて選択される。この例で、接合層５は、金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂の接着剤または金属半田とする。
【００２３】
金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂の接着剤は、一例として米国Ｄｉｅｍａｔ（ダイマット）社製の高熱伝導性接着剤・ＤＭ６０３０ＨＫシリーズの「Ｈｋ」を用いる。熱硬化エポキシ樹脂中の金属粉は、接合層５の熱伝導率を高めるために混入され、上記「Ｈｋ」の熱伝導率は、６０Ｗ／ｍＫである。
【００２４】
金属半田は、アルミニウム製のクランプアーム２のアルミニウム面に、安定化ジルコニア製または部分安定化ジルコニア製の平板４を固着するための高い熱伝導性はんだ合金であり、一例として旭硝子株式会社製のセラミックス接着用特殊金属はんだ・商品名「サンソルザＳ−０１１２」を用い、またステンレス製のクランプアーム２のステンレス面に、安定化ジルコニア製または部分安定化ジルコニア製の平板４を固着する当たり、旭硝子株式会社製の金属ノーフラックス接着はんだ・商品名「セラソルザ＃２４６」を用いる。
【００２５】
上記の構成による金属極細線用クランパ１によれば、金属極細線２を挟む際に、金属極細線２に直接接触する平板４の材質が安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアであるため、金属極細線３に接触する面部分をより平滑に加工してクランパ面とし、ジルコニア（安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニア）の油分が付着しにくいという性質によって、金属極細線３に由来する有機物の付着を減少させ、これによって金属極細線用クランパ１の清掃頻度を減らすことで、半導体組み立て装置の生産性が高められる。
【００２６】
ジルコニア（安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニア）の耐摩耗性や強度、さらに靱性といった機械的特性が高いために、使用中の対の平板４のクランパ面への傷の発生が抑えられ、平板４のクランパ面に発生する傷が減少し、傷の金属極細線２への転写が抑えられる。
【００２７】
平板４のクランパ面の傷部分への付着物の堆積箇所が減少するため、付着物の金属極細線２への移行や転写の発生数も減少でき、付着物の除去もクランパ面の拭き取りによって容易に行うことができる。
【００２８】
また、金属極細線２を挟む際に、金属極細線２に直接接触する平板４の材質が安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアであるから、平板４は、ジルコニアとしての一般的な特性、すなわち小さな弾性率、靱性、耐熱衝撃性、高温安定性などの機械的特性を備えており、さらに安定化ジルコニアによると、異常膨張・収縮の点で優れ、また、部分安定化ジルコニアによると、熱膨張係数を小さく、熱衝撃抵抗性の点で優れており、熱的な影響を受ける環境での使用に適切である。
【００２９】
安定化ジルコニア製の平板４または部分安定化ジルコニア製の平板４を金属粉入り熱硬化エポキシ樹脂の接着剤または半田合金にてアルミニウム面もしくはステンレス面へ接着するから、平板４が受ける熱を熱伝導性の良い接合層５によって、アルミニウム製もしくはステンレス製のクランプアーム２の被接合面へ放熱しやすくなる。これによって、平板４の熱的な異常が抑止できる。
【実施例１】
【００３０】
表１は、金属極細線３として直径３０ｕｍの金線を用い、毎秒７回で一対のクランプアーム２の平板４の開閉を行いながら、金線を毎分０．７ｍの速度で３０００ｍを引き出し、その時点で清掃したときの実施例１の金属極細線用ワイヤクランパ１と比較例１としてこの種の従来のクランパとの比較した結果を示す。もちろん、従来のクランパは、安定化ジルコニア製の平板４または部分安定化ジルコニア製の平板４を有していない。なお、表１での平板表面の材質の欄の「ジルコニア」は、平板４の材質すなわち安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアを表し、両者の比較項目は、付着物量、付着物の除去、清掃後の摩耗、清掃必要頻度である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記の表から、本発明に係る実施例１の金属極細線用ワイヤクランパ１は、すべての比較項目のについて比較例１のものよりも有利、有用なものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、鋏式でなく、滑り案内機構による平行移動式の一対のクランプアーム２にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る金属極細線用ワイヤクランパ１の正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：金属極細線用ワイヤクランパ
２：クランプアーム
３：金属極細線
４：平板
５：接合層
６：支点軸
７：スプリング
【図１】
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