(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤを焼鈍炉で加熱焼鈍し冷却装置で水冷冷却する金ボンディングワイヤの熱処理方法であって、冷却装置のワイヤ入口からワイヤ出口までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤは直線状態を保ち、該直線状態のワイヤは水平状態を保ち、前記冷却装置は、ワイヤ入口及びワイヤ出口において内部の冷却水が表面張力によって冷却装置内部に保持されていることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理方法。
【請求項２】
ワイヤを加熱焼鈍する焼鈍炉と水冷冷却する冷却装置とを有する金ボンディングワイヤの熱処理装置であって、冷却装置のワイヤ入口からワイヤ出口までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤ経路は直線状であり、該直線状ワイヤ経路は水平であり、前記冷却装置は、ワイヤ入口及びワイヤ出口において内部の冷却水が表面張力によって冷却装置内部に保持されていることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
【請求項３】
ワイヤを加熱焼鈍する焼鈍炉と水冷冷却する冷却装置とを有する金ボンディングワイヤの熱処理装置であって、冷却装置のワイヤ入口からワイヤ出口までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤ経路は直線状であり、該直線状ワイヤ経路は水平であり、前記冷却装置は、上下に対向する板の間に冷却水が表面張力で保持されており、ワイヤは該板の間を通過することを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
【請求項４】
ワイヤを加熱焼鈍する焼鈍炉と水冷冷却する冷却装置と、熱処理後のワイヤを巻き取るワイヤ巻き取り装置と、前記冷却装置からワイヤ巻き取り装置までのワイヤを保持するプーリーと、飛散防止カバーとを有する金ボンディングワイヤの熱処理装置であって、冷却装置のワイヤ入口からワイヤ出口までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤ経路は直線状であり、該直線状ワイヤ経路は水平であり、前記飛散防止カバーは前記プーリーに付着して飛散する冷却水のワイヤ巻き取り装置への飛散を防止するごとく構成されてなることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
【請求項５】
熱処理後のワイヤを巻き取るワイヤ巻き取り装置と、前記冷却装置からワイヤ巻き取り装置までのワイヤを保持するプーリーと、飛散防止カバーとを有し、前記飛散防止カバーは前記プーリーに付着して飛散する冷却水のワイヤ巻き取り装置への飛散を防止するごとく構成されてなることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
【請求項６】
前記焼鈍炉のワイヤが通過する部分は、ワイヤ入口及びワイヤ出口の開口面積が、入口及び出口以外の部分の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の半導体チップ電極と外部リードとを接続するために使用する半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理方法及び熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の半導体チップ電極と外部リードとの間の接続に、金ボンディングワイヤが用いられる。金ボンディングワイヤは、高純度金に所定の元素を添加したインゴットを製造し、ダイスを用いた伸線加工によって直径１０〜２００μｍに伸線することによって製造される。伸線後のワイヤは加工硬化によって機械的特性が変化し、このままではボンディングワイヤとして使用することができないので、伸線後のワイヤを焼鈍炉で加熱することによって焼鈍を行ない、ワイヤの機械的特性の改善を図っている。ワイヤの焼鈍は、直線状に伸ばしたワイヤを加熱した電気炉の中に導き、該電気炉内を連続的に通過させることによって行なう。
【０００３】
焼鈍炉へのワイヤの供給は、伸線したワイヤを一度スプールに巻き取り、再度スプールから巻きほどしつつ連続的に供給する方法を採用することができる。あるいは、伸線加工を行なった後のワイヤ、もしくは伸線中のワイヤを、巻き取らずにそのまま連続的に焼鈍炉に供給することもできる。焼鈍を完了したワイヤは、冷却後にスプールに巻き取られる。
【０００４】
焼鈍炉から引き出されたワイヤを水冷によって冷却する方法が特開平８−３２１５２２号公報に開示されている。同公報の図１においては、焼鈍炉を横形に配置し、焼鈍炉内を通過するワイヤは水平方向に配置される。焼鈍後のワイヤは冷却水槽１６内の冷却水１５に導かれて冷却される。水平方向に配置されたワイヤを冷却水内に導くため、冷却前のワイヤはローラ１２によって進路を曲げられる。また、同公報の図２においては、焼鈍炉を縦形に配置し、焼鈍炉内を通過するワイヤは垂直方向に配置され、焼鈍後のワイヤは直接冷却水槽１６内の冷却水１５に導かれて冷却される。
【０００５】
また、特開平８−３２１５２４号公報には自然冷却による方法が記載されている。すなわち、焼鈍炉を横形に配置し、焼鈍炉内を通過するワイヤは水平方向に配置される。焼鈍後のワイヤは自然冷却の後、ローラ１２で進路を曲げられ、潤滑剤液槽１５内のワイヤ潤滑剤１６に浸漬される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
焼鈍炉を横形に配置し、冷却前のワイヤ進路をローラによって曲げることによって冷却水中に浸漬する方法においては、十分に冷却されていないワイヤに曲げを施すため、ワイヤに永久変形が残ってしまい、該ワイヤをボンディング装置においてワイヤボンディングに使用するに際し、ワイヤがカールしてしまうため、ワイヤのボンダへの供給時にワイヤが安定して供給されないという問題が発生する。
【０００７】
焼鈍炉を縦形に配置し、ワイヤを垂直方向に配置する方法においては、焼鈍炉自体が煙突状となっているため、焼鈍炉内の高温雰囲気が上部のワイヤ入口から焼鈍炉外へ逃げてしまい、焼鈍炉内を効率良く均一温度に保つことが困難である。また、焼鈍炉上部のワイヤ供給装置が焼鈍炉から上昇した高温の雰囲気にさらされることになるため、ワイヤ供給装置として構造が複雑で精度の高い装置を設置することができず、またワイヤ供給装置の寿命を短くする恐れがある。さらに、焼鈍炉内にワイヤを通すためには、焼鈍炉下部から焼鈍炉を貫通してガイドを挿入し、焼鈍炉上部の高温雰囲気内でガイド先端にワイヤを結合する作業を行なう必要があり、作業が困難である。
【０００８】
焼鈍後のワイヤを自然冷却する方法においては、焼鈍炉からローラあるいはスプーラに到るまでの長い距離においてワイヤを直線状に保持する必要が生じ、焼鈍装置が大型化するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、焼鈍後のワイヤに永久変形を発生させず、自然冷却のための長距離の冷却を必要とせず、また、焼鈍炉を縦形にすることによる問題の発生しない金ボンディングワイヤの熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）ワイヤを焼鈍炉１で加熱焼鈍し冷却装置２で水冷冷却する金ボンディングワイヤの熱処理方法であって、冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤは直線状態を保ち、該直線状態のワイヤは水平状態を保ち、冷却装置２は、ワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５において内部の冷却水８が表面張力によって冷却装置内部に保持されていることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理方法。
（２）ワイヤを加熱焼鈍する焼鈍炉１と水冷冷却する冷却装置２とを有する金ボンディングワイヤの熱処理装置であって、冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤ経路は直線状であり、該直線状ワイヤ経路は水平であり、冷却装置２は、ワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５において内部の冷却水８が表面張力によって冷却装置内部に保持されていることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
（３）ワイヤを加熱焼鈍する焼鈍炉１と水冷冷却する冷却装置２とを有する金ボンディングワイヤの熱処理装置であって、冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤ経路は直線状であり、該直線状ワイヤ経路は水平であり、冷却装置２は、上下に対向する板９の間に冷却水８が表面張力で保持されており、ワイヤは該板の間を通過することを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
（４）ワイヤを加熱焼鈍する焼鈍炉１と水冷冷却する冷却装置２と、熱処理後のワイヤを巻き取るワイヤ巻き取り装置４と、冷却装置２からワイヤ巻き取り装置４までのワイヤを保持するプーリーと、飛散防止カバー２４とを有する金ボンディングワイヤの熱処理装置であって、冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷され、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までのワイヤ経路は直線状であり、該直線状ワイヤ経路は水平であり、飛散防止カバー２４は前記プーリーに付着して飛散する冷却水のワイヤ巻き取り装置４への飛散を防止するごとく構成されてなることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
（５）熱処理後のワイヤを巻き取るワイヤ巻き取り装置４と、冷却装置２からワイヤ巻き取り装置４までのワイヤを保持するプーリーと、飛散防止カバー２４とを有し、飛散防止カバー２４は前記プーリーに付着して飛散する冷却水のワイヤ巻き取り装置４への飛散を防止するごとく構成されてなることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
（６）前記焼鈍炉１のワイヤが通過する部分は、ワイヤ入口１６及びワイヤ出口１７の開口面積が、入口及び出口以外の部分の断面積よりも小さいことを特徴とする上記（２）乃至（５）のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤの熱処理装置。
【００１１】
従来の、焼鈍後のワイヤを冷却水槽中の冷却水に浸漬して冷却する方法においては、焼鈍炉を縦形にしてワイヤを垂直に供給するか、あるいはローラーによって冷却前のワイヤの進路を変更することにより、ワイヤを冷却水中に供給する必要があった。これに対し、本発明においては、図１に示すように、冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５までワイヤ６は直線状を保持したまま冷却装置内で水冷されるので、焼鈍炉１入り側から冷却装置出側までワイヤは直線状、かつ水平方向を保持することができる。そのため、焼鈍後冷却前のワイヤ６の進路を曲げることによってワイヤに永久変形が与えられることがなく、また焼鈍炉１が横形に保持されるので、焼鈍炉を縦形に配置することによる問題を解消することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の金ボンディングワイヤの熱処理装置に用いる焼鈍炉としては、図１に示すように、円筒形の電気炉であって、その円筒形の中心部にワイヤが通過する経路があり、該ワイヤ通過経路１８の周囲を加熱装置２０が取り囲んでいる形状を採用することができる。焼鈍炉１を横型に配置し、ワイヤ通過経路１８を水平に保持すると、ワイヤ通過経路内のガス流発生を防止することができ、好ましい。
【００１３】
焼鈍炉１のワイヤ入り側にワイヤ供給装置３を配置し、焼鈍炉のワイヤ出側に冷却装置２及びワイヤ巻き取り装置４を配置する。焼鈍炉１のワイヤ通過経路１８と冷却装置２とは、ほぼ水平かつ直線状に配置する。伸線した金ボンディングワイヤを巻き取ったスプール１０ａをワイヤ供給装置３に取り付け、該スプール１０ａからワイヤを巻きほどして焼鈍炉１に供給する。ワイヤ供給装置２と焼鈍炉１との間には張力調整装置５を配置すると好ましい。張力調整装置５の可動プーリー１１は一定の張力でワイヤ６を引っ張っており、該張力調整装置の可動プーリー１１が一定の位置に保持されるように、ワイヤ供給装置３からのワイヤ供給速度とワイヤ巻き取り装置４のワイヤ巻き取り速度とを調整する。ワイヤの張力を一定に保持する結果として、焼鈍炉１のワイヤ通過経路１８から冷却装置２にかけて、ワイヤがほぼ水平かつ直線状を保つことができる。
【００１４】
本発明の冷却装置２は、ワイヤ６を一定の距離の間で冷却水中に浸漬することによって冷却する。冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５まで、ワイヤは直線状かつ略水平状態を保持するので、ワイヤ入口１４とワイヤ出口１５とは同一水平面内にあり、冷却装置内の該同一水平面において冷却水８が存在する状態である。冷却装置２のワイヤ入口１４とワイヤ出口１５とから内部の冷却水８が流れ出る状況にある場合には、流れ出た冷却水量に相当する冷却水を常に補充することにより、冷却装置内の冷却水量を確保する。
【００１５】
本発明の冷却装置として、連続的に落下する水流を作り、該水流を水柱のごとく形成し、この水流を貫通してワイヤ６を通過させることにより、ワイヤ６を冷却する冷却装置２とすることもできる。
【００１６】
本発明の上記（１）（２）のように、ワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５において内部の冷却水８が表面張力によって冷却装置内部に保持されるようにすると好ましい。ワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５の開口幅を調整することにより、ワイヤ６の通過に支障をきたさない範囲でかつ内部の冷却水を表面張力によって保持することが可能である。これにより、冷却装置内部の冷却水補充は、ワイヤ表面に付着して持ち去られる量に相当する量を補充すれば足りることとなる。図２に示すように、冷却水８を満たす冷却水槽１９を準備し、該冷却水槽１９の対向する壁にワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５を開口することによって冷却装置２とすることができる。図２（ａ）（ｂ）に示すものは、冷却水槽１９を箱形状とし、ワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５は孔の形状をなしている。図２（ｃ）（ｄ）に示すものは、冷却水槽１９を蓋のない開放容器とし、ワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５は壁の上部に設けた溝形状としている。冷却装置２にワイヤ６をセットするに際しては図２（ｃ）（ｄ）に示すものが便利である。図２（ｅ）（ｆ）に示すように、パイプ２２の中に冷却水８を充填し、パイプ２２の前後の開口をワイヤ入り口１３及びワイヤ出口１５とし、この開口において冷却水８は表面張力によってパイプ２２内に保持されるようにし、このパイプ２２の中にワイヤ６を通過させる形態とすることもできる。
【００１７】
冷却装置は、図１（ｂ）〜（ｃ）に示す本発明の上記（３）のように、上下に配置した板９ａと板９ｂとの対向する面（１３ａ、１３ｂ）の間に冷却水８が表面張力で保持される形態とし、ワイヤが該板の間を通過するようにすると、より好ましい。板９の形状としては、図１（ｃ）に示す矩形、その他円形等の任意の形状を採用することができ、図１（ｂ）に示すように、同一形状の２枚の板（９ａ、９ｂ）それぞれの一方の面（１３ａ、１３ｂ）を相互に平行にかつ狭い間隔をおいて対向させる。該狭い間隔の間に冷却水８を供給すると、２枚の板９の縁において表面張力が働き、冷却水８は２枚の板９の間に保持される。２枚の板９は、対向する面１３を水平に保つ。ワイヤをセットする際には、２枚の板９の間の空間にワイヤを差し込めばいいので、きわめて容易にセットすることができる。
【００１８】
２枚の板の間に保持された冷却水８には静圧が全くかかっていないので、たとえ２枚の板の間隔を比較的大きくとったとしても、表面張力のみによって容易に保持することが可能である。また、表面張力で保持された冷却水の自由表面が板の全周にわたっているので、冷却装置内の冷却水に若干の増減があっても、該自由表面の位置がわずかに変動することによって対応することが可能である。これらの理由のため、本発明の上記（３）においては、２枚の板の間にはワイヤを通過させるための十分な間隔を保持することができるとともに、表面張力が破れて冷却水が失われるトラブルの発生を防止することができる。
【００１９】
冷却装置２のワイヤ入口１４からワイヤ出口１５までのワイヤ６が冷却水８に浸漬されている距離は、冷却のために冷却水中に保持すべき時間及びワイヤの通過速度から定まる。また、冷却水中に保持すべき時間はワイヤの直径によっても異なる。直径１０〜２００μｍの金ボンディングワイヤにおいては、冷却水中に保持すべき時間は０．０１秒以上あれば良い。
【００２０】
本発明の冷却装置２で用いる冷却水としては、水を用いると最も安価に実施することができる。水以外にも純水、アルコール等を用いてもよい。
【００２１】
冷却装置２からワイヤ巻き取り装置４までのワイヤ経路には、ワイヤを導くための１個又は複数個のプーリーが配置される。図１（ａ）、図４に示す例では２個の固定プーリー１２が配置されている。第１の固定プーリー１２ｃにより、焼鈍炉１から冷却装置２までの間のワイヤ配置位置を一定に保つことができる。また第２の固定プーリー１２ｄにより、ワイヤがワイヤ巻き取り装置４のスプール１０ｂにスムーズに供給される。プーリーはその円周面に溝を有し、ワイヤが当該溝に沿ってガイドされる。これらプーリーは冷却装置２の出口のすぐ近くに配置されるので、プーリーを通過する時点でワイヤにはまだ冷却水が付着しており、ワイヤに付着した冷却水がプーリーの溝に蓄積される。そしてプーリーの回転に伴い、プーリーの溝に蓄積された冷却水が液滴２３となって周囲に飛散する。飛散した液滴２３がワイヤ巻き取り装置４に付着すると、スプール１０ｂに巻き取られた製品としての金ボンディングワイヤに水濡れが生じ、好ましくない。
【００２２】
本発明の上記（４）（５）においては、図４に示すようにワイヤ巻き取り装置４付近に飛散防止カバー２４を配置する。飛散防止カバー２４は前記プーリーに付着して飛散する冷却水のワイヤ巻き取り装置４への飛散を防止するごとく構成されているので、液滴２３のワイヤ巻き取り装置４及びスプール１０ｂへの被着を防止することができる。飛散防止カバー２４は、図４に示すように液滴２３が飛来する方向のみに配置すれば良く、プーリー及びワイヤ巻き取り装置の配置に基づき、熱処理装置を運転する上での作業性を損なうことのない適切な形状を選択することができる。また、図４（ｂ）に示すように、飛散防止カバー２４が可動範囲２５において移動可能としておけば、ワイヤ巻き取り装置４へのスプール１０ｂの着脱時には飛散防止カバー２４を作業の支障を生じない位置に移動しておくことができ、好ましい。
【００２３】
本発明の熱処理装置に用いる焼鈍炉１としては、図１（ａ）に示すように、中心に石英ガラス製のチューブ２１を配置し、該チューブ２１の外側に電気抵抗式の加熱装置２０を配置する形態が主に用いられる。このチューブ内のワイヤ通過経路１８を金ボンディングワイヤが通過することによって加熱・焼鈍される。ワイヤ通過経路内の高温に加熱された雰囲気は、できるだけワイヤ通過経路内に留めておく方が、焼鈍炉の省エネルギー上、及び焼鈍炉内の均熱保持の観点から好ましい。図３に示す本発明の上記（６）ように、焼鈍炉１のワイヤが通過する部分、即ち上記実施の態様においては石英ガラス製のチューブ２１は、ワイヤ入口１６及びワイヤ出口１７の開口面積を該入口及び出口以外の部分の断面積よりも小さくすることにより、内部の雰囲気が外部に放散することを防止し、省エネルギー、均熱保持効果を発揮することができる。
【００２４】
本発明において、焼鈍炉１から冷却装置２にかけては、ワイヤ６を水平かつ直線状態に保ち、冷却装置２の狭いワイヤ入口１４及びワイヤ出口１５に接触せずにワイヤを通過させる必要があるため、ワイヤ６の張力を一定に保持する必要がある。一方、焼鈍炉内においてワイヤは高温に加熱されるため、高温加熱時のワイヤの抗張力以下の張力に保持する必要がある。このようにワイヤ張力調整を精密に行うため、ワイヤ６の経路に張力調整装置５を配置する。ワイヤ張力の調整は、ワイヤ供給装置３あるいはワイヤ巻き取り装置４のスプール１０の巻き取り速度を変更することによって行い、前記張力調整装置５からの指令に基づいていずれかのスプールの巻き取り速度を変更し、ワイヤの張力を一定に保持する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の金ボンディングワイヤの熱処理方法及び熱処理装置においては、冷却装置のワイヤ入口からワイヤ出口までワイヤは直線状を保持したまま冷却装置内で水冷されるので、焼鈍炉入り側から冷却装置出側までワイヤは直線状、かつ水平方向を保持することができる。焼鈍後冷却前のワイヤの進路を曲げることがないので、ワイヤに永久変形が与えられることがない。また焼鈍炉が横形に保持されるので、焼鈍炉を縦形に配置した場合に発生する問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金ボンディングワイヤの熱処理装置を示す図であり、（ａ）は全体概略断面図、（ｂ）は冷却装置の拡大断面図、（ｃ）は冷却装置の斜視図である。
【図２】本発明の冷却装置を示す図であり、（ａ）（ｃ）（ｅ）は断面図、（ｂ）（ｄ）（ｆ）はそれぞれ（ａ）（ｃ）（ｅ）のものの斜視図である。
【図３】本発明の焼鈍炉を示す断面図である。
【図４】本発明の熱処理装置における飛散防止カバーを示す図であり、（ａ）は側面部分図、（ｂ）は斜視部分図である。
【符号の説明】
１  焼鈍炉
２  冷却装置
３  ワイヤ供給装置
４  ワイヤ巻き取り装置
５  張力調整装置
６  ワイヤ
８  冷却水
９  板
１０  スプール
１１  可動プーリー
１２  固定プーリー
１３  面
１４  入口
１５  出口
１６  入口
１７  出口
１８  ワイヤ通過経路
１９  冷却水槽
２０  加熱装置
２１  チューブ
２２  パイプ
２３  液滴
２４  飛散防止カバー
２５  可動範囲
【図１】
0004846137.tif 000002
【図２】
0004846137.tif 000003
【図３】
0004846137.tif 000004
【図４】
0004846137.tif 000005